LonWorks

介质访问控制CPU 成帧、数据编码、 CRC、可预测的 CSMA（载波监听多 路访问）、冲突避免、 优先级、冲突检测 特定介质的接口和调 制方案 介质访问控制CPU
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1物理三部分组成：
同步头
数据
CRC
传输结束码
至少6bit 最大255字节
CRC16 8005
LonWorks技术特点
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LonWorks技术组成
• • • • LonWorks节点和路由器 LonTalk协议 LonWorks收发器 LonWorks网络和节点开发工具
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通信协议—LonTalk
协议提供一系列通信服务，能够使一个设备的应用程 序在不了解网络拓扑结构、名称、地址或其他设备的功能的 情况下发送和接收网络上其他设备的报文。 LonTalk协议能够提供端到端的报文确认，报文认证、 打包业务和优先传送服务，提供网络管理服务支持，并允许 网络管理工具与网络设备进行交互。 LonTalk协议复合ISO/OSI参考模型的七层体系结构， 是一套完整、安全、有效的通信协议系统。
2bit
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应用数据 应用层 控制字节 表示层 对话层 应答/认证 传输层 地址头 网络层 数据链路层 位同步
应用数据
控制字节
应用数据
长度
地址
应答/认证
控制字节
应用数据
字节同步
地址头
长度
地址
应答/认证
控制字节
应用数据
CRC
物理层
开始信号 数据链路层数据 结束信号
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• 物理层 Lontalk在物理层为了适应不同的通信介质，协议上支持多种通 信协议，支持不同的数据解码和编码。如：双绞线使用曼彻斯特编 码，无线通信使用频移键控（PSK）。 • 数据链路层 将数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）和介质访问 控制（MAC）。LLC与介质无关，MAC则依赖与介质。在MAC层 实现带优先级可预测P-坚持CSMA。提供CRC检验，具备鉴错能力， 但是不提供恢复错误的能力。 MAC协议是CSMA(载波信号多路侦听)协议的一种改进，称为 带预测的P－坚持CSMA。其MPDU (MAC层协议数据单元)如图所 示。
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通信协议—LonTalk
lonTalk协议的数据单元有以下8种： 1)MPDU MAC层协议数据单元 2)LPDU 数据链路层协议数据单元 3)NPDU 网络协议数据单元 4)TPDU 传输层协议数据单元 5)SPDU 会话层协议数据单元 6)NMPDU 网络管理协议数据单元 7)DPDU 网络检测协议数据单元 8)APDU 应用层协议数据单元
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LonTalk协议特点
采用分级编址方式 支持多种通信介质 互操作性强，网络节上任一点都可以对其他节点进行操作， 控制信息 响应时间快（相对），通信安全可靠
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LonTalk提供的通信服务
• • • • • • • 1.物理信道管理 2.LonTalk命名机制和寻址方式 3.网络管理和网络设备 4. LonTalk通信服务 5. LonTalk协议中的定时器 6.网络接口 7.数据表示
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1.物理信道管理
LonTalk协议支持一种或多种不同传输介质构成的网 络，与其他网络相似，传输介质都是典型的双绞线、电力线、 无线射频、同轴电缆和光纤。不同介质的传输距离、传输速 率、网络拓扑以及所使用的收发器均不相同。 多条信道由网桥和路由器组成，收发器是神经元芯片 与信道的接口，信道的传输速率与传输介质和收发器有关。
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网络地址结构
1) 域(domain)地址：
域是一个信道或多个信道上的节点的逻辑集合。 一个域就是一个实际意义上的网络，通信只能在同一 域中配置的节点之间进行。 多个域可以占用同一个信道，所以，域地址可以 用来隔离不同网络上的节点。域的结构可以保证在不 同的域中通信是彼此独立的。
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七层网络结构
OSI层 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 链路层 用途 应用兼容性 数据解释 远程操作 端到端通信 目标寻址 介质访问和成帧 提供服务 LonWorks对象、配 置属性、文件传输 网络变量、应用报文、 网络接口 请求/响应、证实、 网络服务 确认和非确认报文、 通用排序、双重检测 单点和多点寻址、路 由选择信息 CPU 应用CPU 网络CPU 网络CPU 网络CPU 网络CPU
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网络地址结构
不同应用的节点共同存在同一个通信介质中(如无 线电)，不同域的区分可以保证它们的应用完全独立， 彼此不会受到干扰。 例如，两个相邻的建筑物在同一信道上，并且建 筑物使用的网络节点装备有同一频率的无线射频收发 器，为了避免这些节点所运行的应用程序的相互干扰， 每个建筑物内的节点可以被配置为分属不同的域。
光纤
同轴电缆
1.25Mbit/s
1.25Mbit/s
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2. 命名机制和寻址方式
① ② ③ ④ 神经芯片命名 地址 寻址方式 寻址格式
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网络地址结构
(1) LonTalk协议的网络地址结构
地址是一个对象或一组对象的特有标识，是可以 改变的。LonTalk地址唯一地确定一个LonTalk数据包 的源节点或目标节点，路由器则利用这些地址在信道 之间选择数据包的传输路径。 为了简化路由选择，LonTalk协议定义了分级的 网络地址形式：域(Domain)、子网(Subnet)和节点 (Node)地址。除此之外，还有组地址。
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网络中任一节点在发送普通报文前平均插入W/2个随机 时间片，而W则根据网络积压参数变化进行动态调整，其公 式是W=BL×Wbase，其中Wbase=16，BL为网络积压的估计值
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• 网络层 定义了如何接收、发送、响应，在网络管理上有网络地址分配、出错 管理、网络认证和流量控制和路由器机制。并且定义了一种分层编址的方 法。 • 传输层和会话层 传输层管理着报文执行的顺序和报文的二次检测，提供一对一节点、 一对多节点的可靠传输，在这一层实现信息认证。 会话层主要提供请求/响应机制，通过节点的链接来进行远程数据服务。 • 表示层和应用层 LonTalk协议在表示层和应用层提供5类服务。 1)网络变量服务 网络变量是 节点中的一个对象，可以与一个或多个其他节点的网络变 量链接。网络变量用来支持节点间的互操作性，可以大大简化开发和安装 分布式系统的过程。其数据长度是固定的 2)显式报文服务 将报文的目的地址、报文的服务方式、数据长度和数据组成APDU（应 用层数据单元）下传并发送，将发送结果上传并激活响应的发送结果处理 2015-7-8 12 进程。
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LonTalk各层协议及功能
3) 节点(Node)地址：
节点地址是节点被赋予的所属子网内的惟一的节 点标识码。节点的标识码为7位，所以每个子网最多可 以有127个节点。一个域中最多可以有32385个节点 (255×127)。 任一节点可以分属一个或两个域，容许一个节点 作为两个域之间的网关(Gateway)，也容许一个节点 将采集来的数据分别发向两个不同的域。
3)网络管理服务 提供地址分配服务。分配所有的节点地址单元，包括域号、子网 号、节点号以及路由器的配置表。 4)网络跟踪服务 提供节点的查询和测试。查询节点的工作状态以及一些网络的通 信错误统计，例如CRC校验错误、通信超时等。 5)通信服务 LonTalk协议支持网络的消息服务、冲突检测和避免。
这是什么？
LonWorks
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怎么用？
LonWorks是什么？
Lonworks是美国Echelon公司于1992年成功推出的 LonWorks智能网络，属于现场总线的一种。最大的特点是 其通信协议LonTalk对0SI七层协议的支持，这是其他现场总 线所不支持的。 LonTalk协议通过神经元芯片（Neuron chip）上的硬 件和固件实现提供介质存取、实物确认和点对点通信服务， 还有一些如认证、优先级传输、单一/广播/组播消息发送等 高级服务。
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LonTalk各层协议及功能
4) 组(Group)地址：
组是一个域内节点的逻辑集合。与子网不同，组 不需要考虑节点的物理位置。组可以包括路由器，一 个组可在一个域中跨越几个子网，或几个通道。 每一个组对于需应答服务的节点最多可包含64个， 而对无应答服务的节点个数不限，一个节点最多可以 属于15个组，一个域最多可以有256个组。组地址的长 度为1个字节。分组结构可以使一个报文同时为多个节 点所接收。
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LonTalk各层协议及功能
5) 芯片(Neuron ID)地址：
每一个神经元芯片有一个独一无二的48位ID地址， 这个ID地址是在神经元芯片出厂时由厂方规定的，这 个ID码是惟一的。一般只在网络安装和配置时使用， 可以作为产品的序列号、节点也可以用Neuron ID寻 址。
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• • • • •
集成了RAM、ROM、EEPROM、LonTalk通信协议，同时 具备通信和控制功能。 • 改善了CSMA,采用可预测P坚持CSMA，在网络负载很重 的情况下，不会导致网络瘫痪
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P坚持型CSMA适合于时隙信道，当某站准备发送信息时，它 Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问。 首先监听信道，若空闲，便以概率 P传送信息，而以概率（ 1-P） CSMA/CD（Carrier Sense Multiple 推迟发送。如果该站监听到信道为忙，就等到下一个时隙再重 网路通信采用面向对象的设计方法。它是网络通信的设计 Detection ），即载波监听多路访问 复上述过程。 PAccess/Collision 坚持型CSMA可以算是 1－坚持型 CSMA和非坚 简化为参数的设置，增加了通信的可靠性。 /冲突检测方法和CSMA/CA(Carrier Sense multiple 持型 CSMA的折衷，这两者算是 P－坚持算法的特例，即 P分别 Access/Collision Avoidance), 即载波监听多路访问 / 等于 1和0时的情形。对于 P 坚持型 CSMA ，如何选择 P值，需要 通信的有效字节数从 0 到228B 冲突避免，都是争用型的介质访问控制协议，位于数 考虑如何避免在重负载情况下系统处于不稳定状态。假如当介 通信速率最大为 1.25Mbit/s，此时有效通信距离为130m， 据链路层，前者用于有线网络而后者用于无线网络。 质忙时，有 N个站有数据等待发送，则当前的发送完成时，有 最远通信距离为 2700mP ，此时通信速率为 78Kbit/s。 NP 个站企图发送，如果选择 过大，使NP＞1，则冲突不可避 免。最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，吞吐率会降为 网络最多测控节点数目32000。 0。所以必须选择P值使NP＜1。如果P值选得过于小，则通道 核心元件：Neuron芯片。内部集成3个8位的微处理器， 利用率会大大降低