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LonWorks（Local Operating Networks，局部操作網(wǎng)絡）是由美國Echelon公司于20世紀80年代后期開發(fā)出來的。LonWorks是一種完整的、開放的、可互操作、成熟的和低成本的分布式控制網(wǎng)絡技術，越來越多的設備制造商和用戶在其控制網(wǎng)絡方案中采用該技術。到目前為止，全世界已有2 500多家公司利用LonWorks技術生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運輸系統(tǒng)、城市基礎設施（水、電、氣等）、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡要求。如今，許多知名大公司已向全世界提供各類LonWorks技術的產(chǎn)品。LonWorks技術于1996年進入中國，取得了迅速發(fā)展。

1 LonWorks技術

20世紀80年代后期，美國Echelon公司開發(fā)了LonWorks控制網(wǎng)絡技術，它是一個開放的控制網(wǎng)絡平臺，是目前控制領域中應用最廣的通用控制總線技術之一。該技術提供一個平坦的、對等式的控制網(wǎng)絡架構，給各種控制網(wǎng)絡應用提供端到端的解決方案。

1.1 LonWorks技術的特點

LonWorkS技術的核心是神經(jīng)元芯片，它包括1個固化的高級通信協(xié)議（LonTalk）、3個微處理器、1個多任務操作系統(tǒng)和靈活的輸入／輸出方式。LonTalk協(xié)議提供了OSI參考模型所定義的全部7層協(xié)議，其中1～6層協(xié)議固化在神經(jīng)元芯片中，只有第七層應用層是根據(jù)應用對象自行定義，大大節(jié)約了開發(fā)時間和成本投入。其主要特點有：

開放性和互操作性 LonWorks技術符合ISO的OSI標準，具有很好的開放性、互聯(lián)性和互操作性，符合LonMark標準的不同公司的產(chǎn)品可以相互兼容，系統(tǒng)進行擴容十分方便。

分布式無主站控制 LonWorks網(wǎng)絡采用無主站點對點的對等結構，各節(jié)點地位均等，每個節(jié)點都能完成控制和通信功能。部分節(jié)點的故障不會造成系統(tǒng)癱瘓，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了維護難度。

系統(tǒng)結構靈活 LonWorks網(wǎng)絡拓撲結構靈活多變，可根據(jù)具體應用工程的結構特點定義系統(tǒng)結構。

成本低，維護容易由于分布式結構，節(jié)省布線、增加新設備、改變設備地址、調整運行參數(shù)、系統(tǒng)升級只需通過微機設置，不必更改硬件設備，因此可以節(jié)省硬件數(shù)量與投資，節(jié)省安裝與維護費用。

1.2 LonWorks網(wǎng)絡原理

LonWorks網(wǎng)絡中設備通信是采用一種稱為Lon Talk的網(wǎng)絡標準語言實現(xiàn)的。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡上不同設備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。LonTalk通信協(xié)議是LonWorks技術的核心，該協(xié)議提供一套通信服務，使設備中的應用程序能在網(wǎng)上對其他設備發(fā)送和接收報文而無須知道網(wǎng)絡拓撲、名稱、地址或其他設備的功能。LonTalk協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實、優(yōu)先級發(fā)送以便設定事物處理時間。對網(wǎng)絡管理服務的支持使得遠程網(wǎng)絡管理工具能夠通過網(wǎng)絡和其他設備相互作用，包括網(wǎng)絡地址和參數(shù)的重新配置、下載應用程序、報告網(wǎng)絡問題和啟動／停止／復位點。LonTalk是一個分層的以數(shù)據(jù)包為基礎的對等的通信協(xié)議，像類似的以太網(wǎng)和因特網(wǎng)協(xié)議一樣。但是，LonTalk協(xié)議是設計用于控制系統(tǒng)而不是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的特定的要求。每個數(shù)據(jù)包由可變數(shù)目的字節(jié)構成，長度不定，并且包含應用層的信息以及尋址和其他信息。信道上的每個設備監(jiān)視在信道上傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)包以確定自己是否收信人。若是，則處理以判明是否包含本節(jié)點應用程序所需的信息或者它是否是網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)包。LonTalk協(xié)議是直接面向對象的網(wǎng)絡協(xié)議，即通過網(wǎng)絡變量實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點間的鏈接。當定義為輸出的網(wǎng)絡變量改變時，能自動地將網(wǎng)絡變量的值發(fā)送出去，使所有該變量定義為輸入的節(jié)點收到它的改變，以便激活相應的處理進程（事件觸發(fā)型）。標準網(wǎng)絡變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標準的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù)，便于設備的互換和互操作。另外，由于網(wǎng)絡變量的長度有限，所以提供了4種類型的報文服務：應答方式、請求／響應方式、非應答重發(fā)方式、非應答方式。

為了簡化網(wǎng)絡配置和管理，可以把邏輯地址分配給節(jié)點，邏輯地址讓用戶把一個名字和物理設備與節(jié)點配合。使用LonTalk的控制網(wǎng)中的邏輯地址在網(wǎng)絡配置時定義。所有邏輯地址有2個部分，第一部分是指定域的ID，這個指定域就是節(jié)點的集合，常常是整個系統(tǒng)，他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以獨特的15位節(jié)點地址規(guī)定域中的一個單一節(jié)點，或者以它獨特的8位組地址規(guī)定一個預先定義的節(jié)點組。每個在網(wǎng)上傳輸?shù)陌?，包含傳輸?jié)點（源地址）的邏輯節(jié)點地址和接收節(jié)點地址（目的地址），他們可能是物理神經(jīng)元地址，邏輯節(jié)點地址，組地址或廣播地址。

LonTalk協(xié)議體現(xiàn)了網(wǎng)絡變量（NV）的全新概念，NV簡化了設備制造商應用程序的設計工作，并方便了以信息為基礎而不是以指令為基礎的控制程序的設計。所謂網(wǎng)絡變量就是任何數(shù)據(jù)項（例如溫度、開關量、位置設定值），是一個特定設備的應用程序從網(wǎng)上其他設備得到的（輸入NV）或提供給其他設備（輸出NV）。

設備中的應用程序不需要知道輸入NV來自何處或輸出NV走向何處。應用程序輸出NV的值變化時，它就把這個新值寫入一個特定的存儲單元。在LonWorks網(wǎng)絡設計和安裝過程中會發(fā)生一個叫“捆綁”的過程，通過這個過程配置LonTalk固件，以確定網(wǎng)上要求NV的設備或其他設備的邏輯地址，匯集和發(fā)送適當?shù)陌竭@個設備。與此類似，當LonTalk固件收到其他應用程序所需的輸入NV的更新數(shù)值時，就把它放在一個特定的存儲單元，應用程序知道在這個單元總能找到最新的數(shù)據(jù)。這樣，“捆綁”過程就在一個設備中的輸出NV和另一設備或設備組的輸入NV之間建立了邏輯連接，連接可以想象為“虛擬線路”。假設一個節(jié)點有一個物理開關和對應的稱為“開關ON／OFF”的輸出NV，而另一節(jié)點驅動稱為“燈ON／OFF”輸入NV的一個燈泡，連接這兩個NV建立一個邏輯連接，其功能效應就如同從開關到燈泡連接一條物理線路，如圖1所示。