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BACnet（A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network）是一種為樓宇自動控制網絡所制定的數據通信協(xié)議，它由美國冷暖空調工程師協(xié)會組織的標準項目委員會135P（Standard Project Committee: SPC 135P）于1995年6月制定。BACnet標準產生的背景是用戶對樓宇自動控制設備互操作性（Interoperability）的廣泛要求，即將不同廠家的設備組成一個一致的自控系統(tǒng)。BACnet實現(xiàn)樓宇自控設備的互操作性的思想是這樣的，一般樓宇自控設備從功能上講分為兩部分，一部分專門處理設備的控制功能，另一部分專門處理設備的數據通信功能，不同廠商生產的設備使用各自專門的數據通信的方式，所以不同廠商的設備之間沒有很好的互操作性。BACnet就是要建立一種統(tǒng)一的數據通信的標準，用于設備的通信部分，從而使得按這種標準生產的設備，都可以進行通信，實現(xiàn)互操作性。BACnet標準只是規(guī)定了樓宇自控設備之間要進行“對話”所必須遵守的規(guī)則，并不涉及如何實現(xiàn)這些規(guī)則，各廠商可以用不斷進步的技術來開發(fā)，從而使得整個領域的技術不斷進步。
SPC征集了各方面的意見，同時參考了國際上各種現(xiàn)已成文的或是事實上的數據通信標準，討論得出了一個具有以下特性的網絡協(xié)議模型：
（1）所有的網絡設備，除了主從/令牌傳遞式從屬機（MS/TP slaves: master-slave/token-passing slaves）以外，都是對等的（Peer）。當然某些同等設備可能比其他具有更多的特權（Privilege）和職責（Responsibility）。
（2）每一個網絡設備都稱之為是一個“對象”（Object）的實體(entity)，這是一個具有網絡訪問特征的集合模型。每個對象又用一些“屬性”（Property）來描述，這些屬性表示了設備的硬件、軟件以及操作的各個方面。在不需要了解設備內部設計或配置細節(jié)的情況下，對象提供了識別和訪問設備信息的方法。盡管該標準規(guī)定了廣泛的應用對象的類型以及它們的屬性，但是一旦需要，利用開發(fā)工具仍可以自由地增加新的對象類型。
（3）通信功能是通過讀寫某些對象的屬性，以及利用其他協(xié)議提供的“服務”（Service）來完成的。盡管該標準規(guī)定了一套詳盡的服務，但是一旦需要，該標準的機制也同樣允許利用開發(fā)工具增加新的服務。
（4）設備的完善性（Sophistication），即實現(xiàn)特定服務請求或理解特定對象類型種類的能力，是由設備的“一致性類別”（Conformance Class）所反映的。每一種類別定義了一個包括服務、對象、屬性的最小集合，聲明為某一類別的設備必須支持其相應的集合。
（5）由于該標準遵循了ISO的“分層”通信體系結構的概念，因此使用不同的網絡訪問方法和物理介質可以交換相同的報文。這樣可以根據傳輸速度和吞吐量的要求，采用相宜的開銷來配置BACnet網絡。
（6）該標準是為暖氣、通風、 空調、制冷控制設備所設計的，同時它也為其他樓宇控制系統(tǒng)的集成提供了基本原則，例如照明、保安、消防系統(tǒng)等。雖然這些擴展超出了該標準的范圍，但實現(xiàn)起來卻簡單明了。并且，標準中定義的許多對象和服務也可以不加修改地被應用。當然，一旦這些其他類型的樓宇控制功能需要，也可以簡單方便地定義新的對象和服務。
（7）該標準的目的是為暖氣、通風、 空調、制冷控制設備和其它樓宇自控設備的監(jiān)控定義數據通信的服務和協(xié)議。除此之外，標準還定義了抽象的、面向對象的表示法，用來描述這些設備間的信息通信，以便于在樓宇中使用數字控制技術。
所有的通信協(xié)議都是一個解決各種信息交換問題的方案的集合，并且隨著時間的推移和技術的進步而不斷改變，BACnet網絡同樣也不例外。
國際標準化組織在制定計算機網絡通訊協(xié)議標準時定義了一個模型，稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI模型），模型的目的是解決計算機與計算機之間普遍的通信問題，并將這個復雜的問題分解成7個小的、易解決的子問題，每個子問題只與某些通信功能相關聯(lián)，如圖1-1所示。這樣每個子問題便形成了協(xié)議體系結構中的一“層”。任何兩個遵循該模型及有關標準的設備或系統(tǒng)，都可以實現(xiàn)互連和互操作。
SPC制定BACnet標準時，確定BACnet作為一種開放性計算機局域網協(xié)議，它仍然采用OSI模型的“分層”通信體系結構的概念。在確定分層的層數時，考慮了下列兩個因素：第一，OSI模型的實現(xiàn)需要很高的費用，實際上在絕大部分樓宇自控系統(tǒng)應用中也并不需要這么多的層次。但是從OSI的功能性方面考慮，經過簡化后，OSI模型仍然是設計樓宇自控協(xié)議的一個很好參考，如果只包含OSI模型中被選擇的層次，其它各層則去掉，這樣減少了報文長度，降低了通信處理開銷，同時也會節(jié)約樓宇自控工業(yè)的生產成本。第二，如果能夠充分利用現(xiàn)有的、易用的、廣泛使用的局域網技術，如Ethernet、ARCNET和LonTalk，不但可以降低成本，同時也有利于性能的提高。由此，SPC確定BACnet標準協(xié)議體系結構為一個包含四個層次的分層體系結構，這四個層次相對于OSI模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，如圖1-2所示。BACnet標準定義了自己的應用層和網絡層，對于其數據鏈路層和物理層，提供了以下五種選擇方案：
第一種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議，加上ISO 8802-3介質訪問控制（MAC）協(xié)議和物理層協(xié)議。ISO 8802-2類型1提供了無連接不確認的服務，ISO 8802-3則是著名的以太網協(xié)議的國際標準。
第二種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議，加上ARCNET（ATA/ANSI 878.1）。
第三種選擇是主從/令牌傳遞（MS/TP）協(xié)議加上EIA-485協(xié)議。MS/TP協(xié)議是專門針對樓宇自控設備設計的，它通過控制EIA-485的物理層，向網絡層提供接口。
第四種選擇是點對點（PTP）協(xié)議加上EIA-232協(xié)議，為撥號串行異步通信提供了通信機制。
第五種選擇是LonTalk協(xié)議。
這些選擇都支持主/從MAC、確定性令牌傳遞MAC、高速爭用MAC以及撥號訪問。拓撲結構上，支持星型和總線型拓撲；物理介質上，支持雙絞線、同軸電纜、光纜。
以下詳細討論BACnet選擇一個四層體系結構的原因。首先仔細考慮BACnet網絡的獨特特征。BACnet的特征主要有以下兩點：
(1) BACnet網絡是一種局域網。即使在某些應用中，樓宇中設備間遠距離的通信必不可少時，這一點仍然是不變的。這種遠距離的通信功能，是由電信網來實現(xiàn)。通信過程中要解決的路由、中繼、可靠傳輸等問題，都由電信網來處理。在此電信網可看成是BACnet網絡外部的部分。
(2) BACnet設備是靜態(tài)的，即在空間上，它們不會經常被移來移去。在要完成的功能上，從某種意義上說也是不變的，即不會今天生產的設備的功能是這樣，明天就完全不同了。
在充分了解BACnet網絡的特征后，就可討論OSI模型的各層在BACnet網絡中的適用性了。
OSI模型的物理層提供了設備間的物理連接，以及傳輸載波信號的方式。顯然在BACnet協(xié)議中，物理層是必不可少的。
OSI模型的數據鏈路層，負責將數據組織成幀（Frame）或分組（Packet）、管理通訊介質的訪問、尋址（Address），以及完成一些錯誤校正（Error Recovery）和流量控制。這些都是BACnet協(xié)議所需要的，因此數據鏈路層也是必不可少的。
OSI網絡層的功能，包括將全局地址解析為局部地址，在一個或多個網絡中進行報文的路由，協(xié)調不同類型網絡的差異（如不同網絡所允許的最大報文長度），序列控制，流量控制，差錯控制，以及多路復用。由于BACnet網絡的拓撲特點，在各個設備之間只存在一條邏輯通路（參見圖3），這樣便不需要最優(yōu)路由的算法。其次，BACnet網絡是由中繼器或網橋互聯(lián)起來的一個或多個網段所組成的網絡，它具有單一的局部地址空間。在這樣一種單一網絡中，許多OSI網絡層的功能也變得多余，或者與數據鏈路層相重復。當然在某些BACnet網絡系統(tǒng)中，網絡層也可能是必不可少的。例如，在一個BACnet的網際網（internet）中，當兩個或多個網絡使用了不同的MAC層時，便需要區(qū)別局部地址和全局地址，這樣才能將報文路由到正確的網絡上去。在BACnet協(xié)議中，通過定義了一個包含必要的尋徑和控制信息的網絡層頭部，來完成這種簡化了的網絡層功能。
傳輸層主要是負責提供可靠的端到端的報文傳輸、報文分段、序列控制、流量控制，以及差錯校正。傳輸層的許多功能與數據鏈路層相似，只是在作用范圍上有所不同。傳輸層提供的是端到端的服務，而數據鏈路層則提供的是單一網絡上點到點的服務。由于BACnet支持多種網絡的配置，因此協(xié)議必須提供傳輸層端到端的服務。在BACnet網絡中要提供三個方面的傳輸層的功能，第一是可靠的端到端傳輸和差錯校正功能，第二是報文分段和端到端的流量控制，第三是實現(xiàn)報文的正確重組，序列控制。由于BACnet是建立在無連接的通信模型基礎上的，因此所需的服務大大減少，并且可以被高層來實現(xiàn)，所以，傳輸層的這些功能可以通過BACnet應用層來實現(xiàn)，這樣，在BACnet協(xié)議體系中不單獨設置傳輸層，相應的功能放在應用層中完成，從而節(jié)省了通信開銷。
會話層的功能是在通信雙方之間建立和管理長時間對話。包括建立同步標志點，用來在出錯時回復到前一個標志點，以避免對話重新開始。但在一個BACnet網絡中，絕大部分的通信都是很簡短的，比如讀寫一個或一些值，通知某個設備某個警報或事件，或者更改某個設定值。當然長時間的信息交換偶然也會發(fā)生的，比如上載或下載某個設備。由于絕大部分事務處理都是簡短的，會話層的服務極少用到，再考慮到帶來的開銷，因此BACnet標準中不包括這層。
表示層為通信雙方提供了屏蔽下層傳送語法的服務。這種傳送語法是用來將應用層中抽象的用戶數據表示，變成適合下層傳輸的字節(jié)序列。但當只存在一種傳送語法時，表示層的功能便減少到對應用程序的數據進行編碼。由于在BACnet在應用層中定義了一個固定的編碼方案，因此一個獨立的表示層也變得不再需要。
協(xié)議的應用層為應用程序提供了完成各自功能所需的通信服務。在此基礎上，應用程序可以監(jiān)控HVAC&R和其它樓宇自控系統(tǒng)。顯然應用層是本協(xié)議所必需的。
從以上討論中，可以得到以下幾點：
1． 實現(xiàn)一個完全的OSI七層體系結構需要大量的資源和開銷，因此它對于目前的樓宇自控系統(tǒng)是不適用的。
2． 根據OSI模型，采用現(xiàn)有的計算機網絡技術將會帶來以下好處：節(jié)約成本，便于與其它計算機網絡系統(tǒng)集成。
3． 根據樓宇自控系統(tǒng)的環(huán)境及要求，可以通過去除OSI某些層的功能來簡化OSI模型。
4． 由物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層組成的一個簡化體系結構，是當今樓宇自控系統(tǒng)的最佳解決方案。
為了應用的靈活性，BACnet并沒有嚴格規(guī)定網絡的拓撲結構。BACnet設備可以通過專線或撥號異步串行線，與四種局域網之一進行物理相連。而這些網絡可以通過BACnet路由器或一對半路由器進一步互聯(lián)。
在BACnet網絡中，定義了如下這樣一些拓撲結構：
1. 物理網段（Physical Segment）：直接連接一些BACnet設備的一段物理介質。
2. 網段（Segment）：多個物理網段通過“中繼器”在物理層連接，所形成的網絡段。
3. 網絡(Network)：多個BACnet網段通過“網橋”互連而成，每個BACnet網絡都形成一個單一的MAC地址域。這些在物理層和數據鏈路層上連接各個網段的設備，可以利用MAC地址實現(xiàn)報文的過濾。
4. 網際網（Internetwork）：將使用不同LAN技術的多個網絡，用BACnet“路由器”互聯(lián)起來，便形成了一個BACnet“網際網”。在一個BACnet網際網中，任意兩個節(jié)點之間恰好存在著一條報文通路。
