BACnet/IP智能终端的模型研究与设计

BACnet/IP是BACnet协议与IPV4互联网互连的协议。本文提出了一种将BACnet/IP与无线通信相结合的终端模型，同时将BACnet Protocol Stack开源工程移植应用于此种模型之上。硬件平台是ARM9处理器和CC1101无线通信模块，经测试此控制器符合BACnet/IP的通信协议规程。重点完成了ARM9嵌入式平台的软硬件搭建、BACnet Protocol Stack在此平台的移植与改进，以及无线模块与BACnet协议栈的互操作和终端提供的web服务。

引言

BACnet（Building Automation and Control network）是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议，其产生的背景是用户对楼宇自动控制设备互操作性的广泛要求，即将不同厂家的设备组成一个一致的自控系统，它是智能建筑楼宇自控领域中唯一的国际标准。目前全球跨国楼宇自控厂商均支持和生产BACnet自控设备和产品，而国内对于BACnet方面的研究与应用仅限于少量的论文及会议，这对于我国智能建筑自控领域的发展显然是十分不利的。本文在研究国外BACnet发展的基础上提出了一种BACnet/IP楼宇控制器的模型，并在实验室环境中实现和测试。

1 BACnet协议简介

BACnet最成功之处就在于采用了面向对象的技术，定义了一组具有属性的对象（Object）来表示任意的楼宇自控设备的功能，从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。BACnet标准中定义的标准对象有模拟输入（Analog Input）、模拟输出（Analog Output）、设备（Device）等，其中"设备对象"是每个BACnet必须拥有的对象，这是一个具有网络访问特征的集合模型。举例来说，一个标准的BACnet测温设备就可以用设备对象（Device）加一个模拟输入对象（Analog Input）来表示。

当一个BACnet设备要与另一个BACnet设备进行通信时，它必须要获得该设备的设备对象中所包含的某些信息，这些信息在BACnet中就称为BACnet设备对象的属性，"对象标识符"是BACnet设备中的每个对象必须具有的属性，它是一个32位的编码，可以唯一地标识一个BACnet设备。对象标识符由对象的类型和其实例标号组成，第一部分为对象类型标识域，占10位，可以表示1024个对象类型。协议规定0~127为BACnet保留类型，例如Analog Input对象类型为0，Analog Output对象类型为1，Device对象类型为8等；第二部分为对象实例编码域，共22位，可以表示4T个对象实例，也就是说Device对象在整个BACnet网络中只能有4T个实例，而其他对象在一个BACnet设备中就可以有4T个实例。类比于IPV4协议来说，Device对象所对应的实例号就相当于IP地址，除Device对象外的其他对象在每个BACnet设备中可以多达4T个，每个对象都可以提供不同的服务，如BACnet测温设备中的Analog Input对象可以提供读取温度服务，这就相当于IP通信进程中的"PORT"，每个PORT可以提供不同的服务，BACnet设备的通信过程与IPV4协议中通过IP + PORT在IP网络中确立一个服务进程的思想是一致的。

BACnet/IP作为BACnet协议的扩展于1999年加入至BACnet标准中，BACnet/IP提出了使用IPV4网络作为BACnet的底层网络，从而可以极其方便地利用IP网络组建大型的BACnet网络。

2 BACnet/IP智能终端的模型建立

2.1传统BACnet/IP终端模型

传统的BACnet/IP终端在实现上基本上遵循这样的模型：终端控制器一方面实现BACnet/IP协议栈的功能，另一方面还要和底层控制器，如空调控制、照明控制器等各种DDC（直接数字控制系统），进行通信。每个BACnet设备由一个Device对象和一个其他的服务对象组成，这个服务对象就和特定的DDC进行通信，从而完成特定的工作。

传统的BACnet/IP终端设备模型如图1所示，往往是每个控制器负责一样具体的工作，如每个控制器只能单一的控制空调设备，暖通设备或者照明设备等，这种做法可以降低BACnet/IP控制器的工作负荷，每个控制器只用维护很少量的资源，节约控制器的制造成本，甚至可以用单片机实现。但是，缺点是显而易见的：这种做法必将占用大量的Device实例号，不易于BACnet的大规模组网与实现。

图1传统BACnet/IP终端设备模型

2.2改进的BACnet/IP终端模型

鉴于前述的传统BACnet/IP终端模型的缺点，提出了一种改进的终端模型：一个BACnet设备由一个Device对象和多个其他对象组成，相同的对象类型则由对象实例域进行区分，比如温度对象和湿度对象在BACnet标准中都是用Analog Input对象来表示，但是相同对象可进一步用不同的对象实例号来区分。若远端试图访问本BACnet终端的湿度对象，则需要在BACnet/IP网络上通过Device对象实例号与湿度对象对应的Analog Input对象实例号来访问。

相比与传统的BACnet/IP终端模型，改进后的终端中每个BACnet/IP控制器可以负责不同的工作，拥有多种不同的对象及属性，可以提供更多的服务，同时大大减少Device对象的使用量，适合BACnet网络的大规模实现。

传统与改进后的BACnet/IP终端模型如图2所示。