LonWorks技术概述

    当今世界上使用最广泛的控制网络协议是LonWorks控制网络协议，自从80年代后期，美国埃施朗(Echelon)公司开发出这一平台技术以来，到目前为止，已有约4千万的设备安装在世界各地。这些产品广泛地应用在智能楼宇、工业控制、家庭智能化和交通等领域。

    LonWorks技术的核心是LonTalk协议，该协议现在已成为很多组织的标准，包括ANSI/EIA/CEA-709.1-A-1999  (最新的版本是：ANSI/EIA/CEA-709.1- B-2002)、ANSI/CEA/EIA 852、CEN TC 247、IEEE 1473L等。
    各种日常设备组成机器到机器的控制系统 (M2M)，它们完成一系列的功能：探测、处理、执行和通信。LONWORKS 是一个通用的 M2M 网络平台，使得这些功能的核心部分得以实现，并且将这些各种行业的日用设备，转变成智能的、互可操作的设备。
    LONWORKS 是一个开放的标准，它使得OEM厂商生产出更好的产品，系统集成商可以籍此来创建基于多厂商产品的系统，最终为规范制定人员和业主提供了选择性的可能。LonWorks网络系统地规模，可以从有几个节点构成的系统到涵盖全球的网络体系。
    在全世界，目前有4500多家厂商生产开发基于LonWorks技术的产品，在中国从事LonWorks技术研发、集成的单位也有上百家。Echelon公司提供一整套的产品，来帮助客户开发基于LonWorks的产品和集成基于LonWorks的系统。它们包括开发工具、收发器和智能收发器、模块、网卡、路由器、互联网服务器、LNS软件和企业级的平台软件Panaromix。
    自从Lontalk协议成为美国国家控制网络标准后，其它公司也开发出了基于ANSI709.1的芯片。在Echelon公司，ANSI709.1协议称为LonTalk协议。运行Lontalk协议的芯片称为神经元芯片(Neuron Chip)。1991年，第一代神经元芯片由日本东芝公司投入生产。
    目前有两家公司生产神经元芯片，分别是美国的Cypress公司和日本的东芝公司。神经元芯片(Neuron Chip)主要有两大系列，3120和3150，3120根据片上存储器空间的大小分为不同的型号。各个公司生产的神经元芯片具有一些共同的特点，例如每一个芯片均带有一个48位的序列号，芯片的工作温度均为工业温度，芯片中均有三个8位的处理器，分别是介质处理器、网络处理器和应用处理器。
    LonTalk（ANSI709.1）协议，是一种不依赖于传输介质的网络协议。支持的传输介质包括双绞线、电力线、无线、光纤、IP信道等。详细资料见下表：
    在LonWorks网络中，一个具有网络逻辑地址的智能设备称为一个节点。节点的构成，一般可以用神经元芯片、收发器和应用电路组成，如果神经元芯片不能满足数据处理的要求，可以采用主处理器加神经元芯片的方式。在这里，神经元芯片作为通信协议处理器来使用。主处理器和神经元芯片之间可以通过并口、SPI或SCI串口、双端口RAM等方式实现数据的交换。埃施朗(Echelon)公司智能双绞线收发器和智能电力线收发器同样可以这样使用。
    智能收发器是将神经元芯片和收发器集成在一个芯片中，这样做一方面提高了集成度，另一方面降低了成本，同时提高了可靠性。智能收发器有两种类型，双绞线智能收发器和电力线智能收发器。它们的参数比较简单，见下表。
LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案，其网络编制采用三级寻址结构，分别是：域、子网和节点地址。可以支持18,446,744,073,726,329,086 个域，一个域中可以支持255个子网，一个子网中可以支持127个节点，即一个域中可最多有32,385个节点。
    LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其它设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址或其它设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。
对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其它设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动、停止、复位设备的应用程序。
    虽然组建控制网络的方法有很多，但是对于自动化控制而言，平坦的、对等式（P2P）体系结构是最好的。P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比，不再具有分级体系结构与生俱来的单点故障。在传统的体系结构中，来自某一个设备的信息要传递给目标设备，必须先传送到中央设备或者网关。
    因此，每两个非中央设备之间的通信包括了一个额外的步骤，或者说增加了故障的可能性。P2P体系结构的设计相比之下，它允许两个设备之间直接通信，这避免了中央控制器的故障可能性，并且排除了瓶颈效应。此外，在P2P设计中，设备的故障更多的可能是只影响到一个设备，而不像非平坦的、非对等式体系结构中潜在的影响到许多设备。
    把LonWorks设备组成LonWorks控制网络，设备的组网方式可以有下列几种方式：自安装、自动安装和定制安装。
自安装，是最简单的安装方式，设备组网通过设备间使用简单的拨动开关、拨盘编码、房间编码或区域码来作为设备的识别，从而建立设备之间的通信。这种安装方式不需要使用安装工具，具有即插即用的特点，适合于小规模的、封闭系统的应用情况。这种安装方式，在系统升级和扩展时，会遇到困难，并且也没有中心监控和服务功能。
    自动安装，这种组网方式，网络中有一个中心控制应用设备来负责安装和连接所有设备，适合应用在自动读表、家庭网络、机车控制和船舶控制等领域，不需要专门的安装工具，适合中小规模的应用。这种安装方式，要求对网络应用环境有非常全面而透彻的了解，中心控制器实施网络安装时，对全局网络应统筹安排，需要额外的网络管理服务功能支持。
    定制安装，是安装人员使用一个安装工具来完成网络的设计、安装，适合的应用场合，高端定制家庭应用，商业楼宇和工业应用等。与上述两种安装方式相比，网络具有最大的灵活性，非常适合有未来扩展要求和升级要求的应用场合，适合各种规模的应用场合。这种安装方式需要专门的安装人员，需要安装工具来实现网络管理服务。

    LonWorks网和TCP/IP之比较
    互联网应用的普及，在控制网络领域同样也带来巨大的冲击。因此一些专家把IP深入到设备的应用当作未来控制网络发展的趋势。但是，由于TCP/IP是一个数据网络技术，因此在一些方面可能不能完全满足控制网络的需求，首先TCP/IP对物理层的定义，满足不了一些特定场合的要求，例如对欧洲电磁防护的要求。
    第二，当使用集线器的方式来连接网络时，集线器就形成了单点故障瓶颈，且提供不了多点复用的信令方式。
    第三，如果要求TCP/IP支持多种通信介质，那么需要非常昂贵的投入来实现。
    第四，对于一些特殊的应用场合，如要求数据和电源一起传输，没有标准的解决方案。
    第五，对于要求TCP/IP适合工业温度范围要求的情况，可能导致成本较高。
    所以我们认为，能有效利用TCP/IP网络的便利性的最佳方案是，将现有的控制网络协议如ANSI709协议和TCP/IP有机地集成在一起。
这样做的好处是：第一，ANSI709.1协议是一个经过实践检验的标准协议，数量巨大的基于该协议的设备目前在世界各地运行，这是其他任何控制网络所没有达到的规模。[Page]
    第二，超过4500家产商，使用该协议来开发产品，具有巨大的市场规模。
    第三，支持 ANSI 709.1协议的收发器具有高性能、低价格的特点，支持各种通用的传输介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、红外等，且支持数据和电源同时传输的方式。
    第四，ANSI709.1协议是一个完整的解决方案，包括协议芯片和全面的网络管理体系结构，路由器，网络接口和一系列的开发工具等。
    实现ANSI709.1到TCP/IP的转换，有相关的标准可以参考，如EIA852。用户可以自己开发相应的转换设备，同样在市场上，很多国外公司提供实现这种转换的产品，如埃施朗公司的iLon系列产品，该系列产品目前有三种型号，分别是iLon10，iLon100，iLon600，其中iLon600提供第三层的路由功能，符合EIA852标准；iLon100提供SOAP/XML接口，支持GPRS连接，并具有强大的网页服务器功能；iLon10适合低成本的应用场合，支持外部的modem和GPRS modem。
    LonWorks技术从诞生到现在，经历了三代产品的发展，在第三代产品中，代表性的有：第三代的开发工具，主要部分重新基于Windows 2000 和 Windows XP编写，编辑资源和代码生成工具都得到更新，编写插件程序的工具已更新，在编程语言上有了很大的改进，固件已可以支持
3.3V Neuron 芯片等；iLon产品系列；智能收发器系列；企业级平台软件Panoramix；网络能源服务系统（NES）等等。
    LonWorks 技术是一种开放的网络平台，正在被越来越多的厂商、用户、集成商以及技术人员所认同。它的对等性、平坦性、开放性、可互操作性等特点，应该在我们的各个领域得到越来越广泛的应用。