楼宇自动化控制网络数据通信协议BACnet

    摘要：概述了智能建筑中通信协议和现场总线的现状，并就此领域内出现的新型数据通信协议——BACnet作了详细介绍。

    关键词：BACnet 智能建筑 楼宇自动化 面向对象

随着计算机、通信、控制和图形显示技术即４Ｃ技术的快速发展和全球对信息高速公路的大力建设，智能建筑，这个数字化、网络化和信息化的结合产物开始进入人们的视野。然而，如今智能建筑内各种控制功能变得愈发强大而复杂，致使不同厂商生产的设备使用于同一建筑物内，但各个厂商基本上都是开发自己专有的通信协议，于是各式各样的通信协议和设备给智能建筑的系统集成及管理使用带来诸多不便，用户处于受制于厂商而使造价提高、使用和维护费用增加的境地。所以制定一个开放的、统一的通信协议标准，并形成即插即用（ｐｌｕｇ ａｎｄ ｐｌａｙ）的环境，就成为十分迫切需要解决的问题。

目前，在智能建筑领域，现场总线和通信协议主要有：（１）最初应用于工业控制领域的总线协议，如具有代表性的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线、ＣＡＮ总线等；（２）专门针对智能建筑的总线和通信协议，如美国的ＢＡＣｎｅｔ和ＣＥＢｕｓ、欧洲的ＥＩＢ等。本文就其中的ＢＡＣｎｅｔ作详细介绍。

图1 BACnet的体系结构层次图

１ ＢＡＣｎｅｔ协议概述

楼宇自动控制网络数据通信协议ＢＡＣｎｅｔ（Ａ Ｄａｔａ

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）由美国供热、制冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会１３５Ｐ于１９９５年６月正式通过制定。标准编号为ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｌ３５－１９９５，同年１２月正式成为美国国家标准，并得到欧盟标准委员会的承认，成为欧盟标准草案。２０００年１月ＩＳＯ组织ＴＣ２０５委员会的１５个国家（中国、法国、日本、英国、美国等）的代表一致通过决议，将ＢＡＣｎｅｔ作为"委员会草案"进行广泛评议，适当修改后列为"国际标准化草案"，最后成为国际标准。

一般楼宇自控设备从功能上讲分为两部分：一部分专门处理设备的控制功能；另一部分专门处理设备的数据通信功能。而ＢＡＣｎｅｔ就是要建立一种统一的数据通信标准，使得设备可以互操作。ＢＡＣｎｅｔ协议只是规定了设备之间通信的规则，并不涉及实现细节。

ＢＡＣｎｅｔ协议模型为：（１）所有的网络设备，除基于ＭＳ／ＴＰ协议的以外，都是完全对等的（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ）；（２）每个设备都是一个"对象"的实体，每个对象用其"属性"描述，并提供了在网络中识别和访问设备的方法；设备相互通信是通过读／写某些设备对象的属性，以及利用协议提供的"服务"完成；（３）设备的完善性（Ｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｉｏｎ），即其实现服务请求或理解对象类型种类的能力，由设备的"一致性类别"（Ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｌａｓｓ）所反映。

１．１ ＢＡＣｎｅｔ的体系结构

ＢＡＣｎｅｔ是一种针对智能建筑的开放性的网络协议，遵循ＯＳＩ模型体系结构，ＢＡＣｎｅｔ体系结构层次图如图１所示。ＢＡＣｎｅｔ协议从硬／软件实现、数据传输速率、系统兼容和网络应用等几方面考虑，目前支持五种组合类型的数据链路／物理层规范。其中主从／令牌传递（ＭＳ／ＴＰ）协议是专门针对楼宇自控设备设计的数据链路规范。ＢＡＣｎｅｔ在物理介质上，支持双绞线、同轴电缆和光缆。在拓扑结构上，支持星型和总线拓扑。

ＢＡＣｎｅｔ没有严格规定网络拓扑结构，如图２所示。其中：网段（Ｓｅｇｍｅｎｔ）是多个物理网段通过中继器（Ｒ）连接形成的段落区间；网络是多个网段通过网桥（Ｂ）连接而成的，每个网络都形成一个ＭＡＣ地址域；ＢＡＣｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络是将使用不同局域网技术的多个网络用路由器（ＲＴ）互联起来形成的网际网。

    在ＢＡＣｎｅｔ拓扑中设备之间只存在一条逻辑通路，无需广域网的最优路由算法；其次，ＢＡＣｎｅｔ具有单一的局部地址空间，所以ＢＡＣｎｅｔ参照ＯＳＩ模型制定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单元传送服务。每个ＢＡＣｎｅｔ设备都被一个网络号码和一个ＭＡＣ地址唯一确定。