Главная Пресс-центр Статьи и публикации LON, LONWorks, LONTalk. LONMark...: продолжение следует?, Мир Компьютерной Автоматизации: ВКС, 1997/2

LON, LONWorks, LONTalk. LONMark...: продолжение следует?, Мир Компьютерной Автоматизации: ВКС, 1997/2

A. H. Любашин, АО РТСофт, Москва

Данная статья — это попытка познакомить российского пользователя с интересной технологией построения распределенных систем автоматизации LonWorks, очень популярной в США и Европе. Независимость от физического протокола, произвольные сетевые топологии, интересный алгоритм разрешения коллизий и т.д. — все это делает LonWorks объектом внимания, изучения и растущего интереса.

Введение

В области построения распределенных систем автоматизации сегодня активно используется термин управляющая сеть (control network). Самое общее определение этому термину можно дать в следующем виде: управляющая сеть — это группа устройств, работающих в одной системе с общими задачами по опросу, отображению и управлению. Эти сети предназначены для решения самых разнообразных по классу задач — от удаленного контроля бытовыми приборами до управления производственными линиями по сборке автомобилей, Системы жизнеобеспечения зданий, линии по упаковке продуктов питания, управление движением поездов, добыча нефти и газа, передача электроэнергии и сотни других применений — все это задачи, решаемые с использованием управляющих сетей.

Число узлов таких сетей измеряется десятками миллионов. Однако, большая часть существующих сетевых решений можно отнести к классу немых». Вместо автоматического мониторинга параметров они требуют ручного вмешательства. Вместо использования витой пары проводников, соединяющих контроллеры, они требуют тысячи и тысячи метров дорогого кабеля для соединения каждого устройства (контроллера или датчика) с центральным узлом. Вместо простого подключения нового узла к приемо-передающей шине, приходится протягивать отдельный кабельный канал для связи с центральным узлом.

Требования рынка автоматизации диктуют, чтобы современные управляющие сети были открытыми, гибкими и совместимыми с сетями других производителей. Современная сеть должна быть более мощной по функциям и более интеллектуальной по алгоритмам. Особенно это относится к классу промышленных детерминированных сетей (fieldbuses). Мировой рынок автоматизации наводнен сетевыми решениями, но если говорить об американском рынке, то здесь среди лидеров присутствует сетевая технология под маркой LonWorks.

LonWorks выступает не столько как сетевой протокол промышленной сети, сколько как технология, объединяющая, собственно, сетевой протокол LonTalk, широкий набор приемопередатчиков (transcievers), программный инструментарий для конфигурирования и мониторинга сети, большой спектр контрольно-измерительного обрудования, поддерживающего эту технологию.

Сегодня технология LonWorks используется сотнями компаний при построении систем жизнеобеспечения зданий, в телекоммуникациях, транспортировке, производстве и др. По всему миру работает свыше 2,5 миллионов LON-узлов. Пользователям предлагается 75 различных LON-продуктов.Технология LonWorks обязана своему появлению на свет американской компании ECHELON (Пало Альто, Калифорния), которая была основана в 1988 году господином Маркуллой . С. Markkula), одним из создателей известной компании Apple Computer. Среди основных акционеров компании ECHELON есть ряд очень известных компаний: Motorola Inc., Apple Computer, 3COM Corporation, U.S.Venture Partners, Quantum Fund (George Soros). Технология LonWorks базируется на использовании специального интерфейсного кристалла, получившего название Neuron Chip. В 1990 году компания ECHELON объявила о заключении договора с компаниями Toshiba и Motorola об исключительном праве этих компаний на производство кристалла Neuron.

Компания ECHELON довольно широко представлена на мировом рынке. Она имеет свои торговые представительства в Китае, Англии, Германии, Франции, Японии, Нидерландах и Швеции. Существует около 40 дистрибьюторов в 20-ти странах мира.

Уровни протокола LonTalk и основные функции

Протокол LonTalk (один из главных компонентов технологии LonWorks) относится к классу протоколов, описываемых 7-уровневой сетевой моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI), введенной Международной Организацией по Стандартизации (ISO) (см. табл.1).В терминах OSI-модели LonTalk реализует функции для всех уровней, а именно:

управление физическим уровнем (уровни 1 и 2)
присвоение имен, адресация и маршрутизация (уровни 3 и 6)
достоверность соединения и эффективное использование канальной пропускной способности (уровни 2 и 4)
обслуживание приоритетности сообщений (уровень 2)
удаленный доступ (уровень 5)
подтверждение подлинности (авторизация доступа) (уровни 4 и 5)
управление сетью (уровень 5)
сетевой интерфейс (уровень 5)
интерпретация данных и передача чужих» (по формату) данных (уровень 6)
совместимость на прикладном уровне (уровень 7).

Физические каналы

Протокол LonTalk позволяет организовывать сегменты сети с использованием различных физических сред передачи: витая пара (twisted pair), радиочастотный канал (RF), инфракрасный луч (infrared), линии напряжения (power line), коаксиальный кабель (coaxial cable) и оптический кабель (fiber optic). Для каждого типа физического канала существуют трансиверы, обеспечивающие работу сети на различных по длине каналах, скоростях передачи и сетевых топологиях.

Каждый узел сети непосредственно подключается к каналу.Канал — это физическая организованная среда транспортировки пакетов данных (рис.1). Совокупность каналов образуют сеть LonWorks. Физическая форма канала зависит от среды передачи, например, канал на витой паре организован на обычной витой паре проводников, RF-канал использует выделенную радиочастоту, а канал на линиях напряжения использует сегмент проводников с переменным напряжением (AC power).

Сетевые каналы объединяются друг с другом через маршрутизаторы (routers).Маршрутизатор — это устройство сети, соединяющее два канала и обеспечивающее путь передачи пакетов данных между ними. Маршрутизаторы могут работать по разным алгоритмам и, соответственно, бывают четырех типов:

1. конфигурируемые (configured router);

2. самонастраиваемые (learning router);

3. сетевые мосты (bridge);

4. сетевые повторители (repeater).

Конфигурируемые и самонастраиваемые маршрутизаторы называют еще интеллектуальными маршрутизаторами. Итак:

сетевые повторители являются простейшими устройствами, обеспечивающими передачу пакетов между двумя каналами. Использование сетевых повторителей позволяет организовывать подсеть, состоящую из множества каналов.

сетевые мосты обеспечивают передачу пакетов между двумя каналами внутри домена.

самонастраиваемые маршрутизаторы просматривают весь сетевой поток и изучают» ^^ (настраиваются на) сетевую топологию на уровне домена/подсети. Полученной информацией такой маршрутизатор пользуется при прокладке» пути для доставки пакетов данных между каналами.

конфигурируемые маршрутизаторы определяют пути для данных не на основе эмпирических знаний о топологии сети, а на основе внутренних таблиц возможных маршрутов. Таблицы создаются и загружаются с помощью инструментальных сетевых средств.

Некоторый набор каналов, соединенных через мосты и повторители, называется сегментом сети (см. рис.2). Любой сетевой узел сегмента видит» все информационные пакеты, передаваемые внутри данного сегмента.Пропускная способность канала зависит от группы факторов: скорости передачи, времени доступа к среде передачи, размера информационных пакетов и др. В таблицах 2 и 3 дается приблизительная оценка пропускной способности как функции от скорости передачи и размера пакета. Пиковые значения возможны лишь на коротких участках сети.

Протокол LonTalk не опирается на определенную реализацию физического уровня (Phisical layer, 1). Существуют протоколы и методы кодирования для самых разнообразных физических каналов передачи данных. Например, метод дифференциального манчестерского кодирования выбран для витой пары, FSK-модуляция применяется для работы на сегментах линий напряжения и на радиочастотах.

В качестве средства борьбы с коллизиями (конфликтными ситуациями) используется предсказывающий алгоритм их предупреждения. Этот алгоритм реализован на подуровне Управления Доступом к Среде Передачи (Media Access Control, MAC) Канального уровня (Link layer, 2). Техника предотвращения коллизий основана на упорядочивании доступа к каналу на основе знания о предполагаемой нагрузке на канале. Узел, желающий передавать, всегда получает доступ к каналу со случайной задержкой из диапазона от, 0» до некоторой величины w». Для предотвращения снижения пропускной способности сети величина задержки представлена как функция числа незавершенных заданий (backlog), стоящих в очереди на выполнение. Предсказательность» алгоритма, реализованного на МАС-уровне, основана на оценке числа незавершенных заданий. Каждый узел имеет и поддерживает текущее значение backlog: инкрементирование и декрементирование происходит по результатам отправления и приема пакетов.

На МАС-уровне используются специальные правила разрешения коллизий:

1. если коллизия имела место при двух последовательных попытках передачи пакета с приоритетом, то следующая попытка будет предпринята без использования приоритета

2. при обнаружении коллизии, передающий узел должен инкрементировать свое число незавершенных заданий (backlog)

3. если коллизия имела место при 255 последовательных попытках передачи пакета, то это задание снимается.

Функции Канального уровня используют простое кодирование кадров и несложный механизм обнаружения ошибок без восстановления ошибок за счет повторной передачи.

На Физическом уровне поддерживается передача двоичных данных и их квитирование. Каждый LonTalk-узел работает с этим уровнем в одном из двух режимов: прямом или специальном. Прямой режим использует дифференциальное манчестерское кодирование битов, В специальном режиме данные передаются и принимаются последовательно и без кодирования. В обоих случаях каждый пакет сопровождается 16-битным CRC-кодом. Эти два режима позволяют абстрагироваться от конкретной реализации физической среды передачи. При этом конкретный физический протокол в LonTalk-системе может быть использован, если только он удовлетворяет следующим трем условиям:

1. пассивное состояние сети (физически) должно соответствовать низкому уровню нагрузки в среде передачи

2. ошибка скорости передачи не более 0,0001

3. для совместимости с более высокими уровнями OSI-модели все физические протоколы должны поддерживать следующие функции: индикация для вышестоящих уровней прихода информационных пакетов, функция запроса данных, функция текущего статуса физической линии.

В случае работы в прямом режиме контроль за скоростью передачи данных, длиной заголовков пакетов и кодированием берет на себя сам интерфейсный Neuron-кристалл. При специальном режиме эти задачи возложены на трансивер (приемопередающее устройство для сопряжения различных физических протоколов).Сетевой уровень (Network layer, 3) обеспечивает доставку пакетов внутри одного домена без обеспечения взаимодействия между доменами. Этот уровень описывает возможные сетевые топологии на основе использования различных маршрутизаторов.

Сердцевиной протокола являются Транспортный (Transport layer, 4) и Сеансовый (Session layer, 5) уровни.Функции Транспортного уровня (Transport layer, 4) обеспечивают достоверную передачу пакетов по адресу одного абонента или группе абонентов. Для связи с Сеансовым уровнем на Транспортном уровне реализована поддержка следующих функциональных запросов: послать телеграмму (Send_Message), принять телеграмму (Rcv_Message) и подтверждение завершения передачи (Trans_Completed).

Сеансовый уровень (Session layer, 5) занимается реализацией простого механизма запроса/ответа для доступа к удаленным серверам данных и обеспечивает выполнение всего одной функции: запрос/ответ. Для связи с Прикладным уровнем на Сеансовом уровне реализована поддержка следующих запросов: для CLIENT-интерфейса

послать запрос (Send_Request)
краткий ответ (P_Response)
признак завершения передачи (Trans_Completed) для SER VER-интерфейса
получить запрос (Rcv_Request)
послать ответ (Send_Response)

И на Транспортном, и на Сеансовом уровнях включен механизм контроля авторизованного доступа: запрос, не обладающий правом доступа к данным текущего узла, не будет обслужен.

Уровень Представления (Presentation layer, 6) и Прикладной уровень (Application, layer 7) создают основу для совместимости узлов LonTalk-протокола. Прикладной уровень обеспечивает все обычные функции по посылке и получению телеграмм, но он при этом пользуется таким понятием как сетевые переменные. Уровень Представления обеспечивает дополнительной информацией о том, как необходимо интерпритировать сетевые переменные (независимо от прикладной задачи). По существующему соглашению имеется набор переменных, которые можно использовать для датчиков, исполнительных устройств и т.п., независимо от производителя таких устройств.

Одной из важных задач, решаемых на Прикладном уровне, является передача, так называемых иностранных» по отношению к LonTalk, телеграмм. Такая функция используется для организации шлюзов между доменами, а также для прокладки тоннелей» через LonTalk к другим протоколам.

Определение имен, адресов и маршрутов

Имя объекта — это идентификатор, однозначно выделяющий этот объект внутри некоторого класса объектов. Имя объекту назначается во время его создания и не изменяется на протяжении всей его жизни». Каждый интерфейсный кристалл Neuron, производимый компаниями Toshiba и Motorola, имеет уникальный 48-битовый идентификатор, который не изменяется на протяжении существования кристалла.Адрес объекта — это идентификатор, однозначно выделяющий этот объект или группу объектов внутри некоторого класса объектов. В противоположность имени объекта адрес может назначаться и изменяться в любое время, пока данный объект существует.

Адреса протокола LonTalk однозначно определяют узел источника и узел приемника (или узлы приемников). Эти адреса используются маршрутизаторами для передачи информационных пакетов между двумя каналами. Идентификатор Neuron-кристалла можно рассматривать в качестве адреса. Однако, в протоколе LonTalk такой идентификатор нельзя рассматривать в качестве единственной формы адресации, так как такая адресация поддерживает только соединения точка-точка .е. не группа) и потребует чрезвычайно больших таблиц маршрутизации при оптимизации сетевой нагрузки. Такой способ адресации используется только на начальном этапе конфигурирования и установки сети.

Для упрощения определения маршрута доставки данных в протоколе LonTalk введена иерархическая форма организации сетевых адресов, а именно, использованы понятия домена (domain), подсети (subnet) и сетевого адреса (node address). Такая система организации адреса может быть использована внутри домена, отдельной подсети, а также при обращении к отдельному узлу или группе узлов.

Адресный компонент — домен

Домен — это логическая совокупность узлов на одном или нескольких сетевых каналах. Взаимодействие возможно только среди узлов, объединенных в общий домен. Другими словами, домен — это некая виртуальная сеть. Домены, как и области, могут пересекаться, то есть, некоторые узлы могут входить в несколько доменов одновременно. Механизм доменов может быть использован для предотвращения влияния между узлами в разных сетях. Например, в двух соседних зданиях используются LonWorks-узлы с RF-трансиверами на одной частоте и эти две системы собираются использовать общий физический канал. Для предотвращения влияния между двумя группами узлов общей сети, узлы в каждом здании должны быть выделены в отдельные домены.

Neuron-кристалл можно сконфгурировать так, что один LonWorks-узел может быть включен в два домена. Таким образом, этот узел можно будет использовать для организации шлюза между двумя доменами. Протокол LonTalk не допускает информационного обмена между доменами, но на уровне прикладной программы можно организовать передачу пакетов между ними, то есть, организовать программный шлюз.

Идентификатор домена может занимать 0,1,3 или 6 байт. Использование 6-байтового идентификатора будет однозначно определять домен. Однако, каждый пакет данных, передаваемых в данном домене, будет содержать в заголовке этот длинный идентификатор. Выбор длины поля идентификатора домена определяется, исходя из имеющейся сетевой конфигурации. В случае, когда нет взаимодействия между сетями, идентификатор может быть сконфигурирован как 0 байт.Идентификатор домена может занимать 1 или 3 байта в системе, где присутствует администратор сети, который сам назначает идентификаторы доменам и предотвращает дублирование имен.

Адресный компонент — подсеть

Подсеть — это логическая совокупность узлов (до 127) внутри одного домена. Всего на одном домене может быть определено до 255 подсетей. Все узлы подсети обязаны быть в одном сегменте. Сегменты не могут быть организованы с использованием интеллектуальных маршрутизаторов (только повторители и мосты). Если какой-либо узел принадлежит двум доменам одновременно, то он обязан быть описан как участник подсети в каждом домене.

Адресный компонент — узел

Каждый узел подсети имеет уникальный номер внутри этой подсети. Под номер узла выделено 7 бит, таким образом, одна подсеть может иметь до 127 узлов. Всего в рамках одного домена возможно описать до 32385 узлов (255 подсетей х 127узлов).

Группы

Группа — это логическая совокупность узлов внутри одного домена. Однако, в противоположность подсети, узлы в группе не обязаны принадлежать только одной группе (рис. 3). Интерфейсный кристалл Neuron допускает возможность для узла быть участником» до 15 групп. Под идентификатор группы выделен один байт. Значит, один домен может содержать до 256 групп.

Идентификатор Neuron-кристалла

В дополнение к адресу подсеть/узел любой узел сети может быть адресован через собственный уникальный идентификатор Neuron-кристалла. Длина поля идентификатора 48 бит. Уникальное имя кристалла задается при его производстве и уже не может быть изменено.

Управление сетью и назначение адресов

В некоторых системах на основе сети LonWorks могут потребоваться средства (инструментарий) управления сетью и контроля ее состояния. Такие возможности специально закладываются в выделенный для этой цели узел, который должен обеспечить выполнение следующих функций:

обнаружение сконфигурированных узлов и загрузка сетевых адресов
запуск и останов прикладных задач
конфигурирование маршрутизаторов
определение топологии работающей сети.

При разработке роль инструмента выполняет сетевой менеджер LonBuilder (LonBuilder Network Manager). LonBuilder включает средства для управления, конфигурирования и загрузки. Существующий анализатор протокола (LonBuilder Protocol Analyzer) обеспечивает мониторинг сети, рабочей нагрузки и статистики производительности сети.

Интерфейсный Neuron-кристалл

Neuron-кристалл является ключевым элементом технологии LonWorks. Каждый узел сети LonWorks должен иметь этот компонент в своем аппаратном обеспечении. Доступно несколько версий кристалла от двух производителей — Toshiba и Motorola. Отличие версий заключается только в размерах доступной памяти. В состав каждого кристалла входит три 8-разрядных микропроцессора: один — для организации доступа и контроля МАС-уровня, второй -для выполнения основных протокольных функций и третий — для выполнения прикладной задачи. Кристалл имеет, по крайней мере, 0.5 Кбайт EEPROM и 1 Кбайт ОЗУ. У одной из версий есть шинный интерфейс к внешней памяти. Тактовый генератор позволяет организовать скорость сети до 1,25 Мбит/с.

Кристалл может самостоятельно выступать как контроллер, имеющий набор из 35 опций, включая поддержку цифрового ввода/вывода (11 немультиплексированных каналов), широтно-импульсный модулятор, импульсный вход, высокоскоростной последовательный и параллельный ввод/вывод, таймер (от 625 кГц до 10 МГц), встроенное программное обеспечение LonWorks, включающее поддержку протокола LonTalk, распределенную операционную систему реального времени, драйверы устройств, библиотеку исполняющей системы (run-time) и многое другое.

Как говорилось выше, системы LonWorks можно строить на различных физических протоколах. Это обеспечивается широким набором трансиверов от многих производителей: витая пара (до 1,25Мбит/с.), витая пара для организации произвольной сетевой топологии, витая пара для питания и для данных одновременно, радиоканал (2,4 ГГц; 900 МГц; 450 МГц; 49 МГц и т.д.), коаксиальный кабель, оптический кабель.Система LonWorks имеет богатый набор программных шлюзов в самые разнообразные и непохожие системы: Ethernet, T1, X.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (digital), OptoMux, Modbus, ISAbus, STD32 bus, PC/104, VMEbus и EXMbus.

В дополнение к аппаратному обеспечению LonWorks система имеет три программных продукта, расширяющих возможности этой системы:

1. Микропроцессорная интерфейсная программа (MIP). Это часть специализированного, встроенного в Neuron-кристалл программного обеспечения, преобразующего Neuron в коммуникационный сопроцессор.

2. DDE-Cepeep LonManager. Это Windows-программа, обеспечивающая интерфейс между любым Windows-приложением и сетью LonWorks с использованием стандартного DDE-обмена.

3. Прикладные программные интерфейсы (API) LonManager. Данный набор программных интерфейсов позволяет создавать различные пользовательские сетевые продукты на основе PC.

К базовому программному инструментарию относятся пакеты: LonBuilder (конфигурирование и отладка сетей LonWorks), NodeBuilder (конфигурирование отдельного узла) и LonMaker (анализатор протокола).

Детали протокола LonTalk

Функции связи

В протоколе LonTalk используются четыре типа функциональных команд, отличающихся агоритмом обработки.

Наиболее надежной (по гарантированности доставки данных) считается функция с подтверждением, т.е. любой цикл запроса со стороны узла-передатчика обязательно завершается подтверждением со стороны узла-приемника (узлов-приемников). Если операция завершается тайм-аутом (подтверждение не пришло за определенное время), то команда повторится. Число повторов и величина тайм-аута — величины конфигурируемые. Сигнал подтверждения генерируется на аппаратном уровне.

Также надежной можно считать функции, работающие по принципу запрос/ответ. При этом любой запрос том числе и групповой) будет ожидать ответа. Поступающее сообщение-запрос обрабатывается прикладной задачей, которая, в свою очередь, обязана сформировать сообщение-ответ. В ответных сообщениях могут быть возвращены какие-либо данные. Таким образом, функции запроса/ответа можно использовать для создания прикладных задач, работающих по принципу клиент/сервер.

Менее надежными можно считать функции циклического повтора передачи без ожидания подтверждения. Этот способ используется в системах широкого вещания с большим числом узлов, где включение режима подтверждения приведет к сильной нагрузке на сеть.Наименее надежной считается функция без подтверждения доставки команд и данных. Такая функция используется в системах с очень высокой производительностью. При этом прикладная задача не получает никакой информации о потерях пакетов.

Приоритеты

Для ускорения доставки, важных» пакетов в протоколе введено понятие TimeSlot- приоритета сетевого узла (priority time slot). TimeSlot-приоритет — это временной промежуток ожидания доступа к шине отдельного узла канала. Приоритеты назначаются конфигуратором сети, гарантирующим уникальность приоритета для каждого узла. Приоритет изменяется в диапазоне от 0 до 127 (по количеству возможно устанавливаемых узлов на канале). Единица TimeSlot-приоритета соответствует двум единицам битового времени. Например, приоритет 15 соответствует 30-ти битовым временам на соответствующей скорости передачи. Таким образом, узел с приоритетом 2 передаст свои пакеты раньше, чем узел с приоритетом 4.

В качестве соглашения принято, что приоритет 1 зарезервирован за конфигуратором сети, а это означает, что не может быть прикладной задачи, имеющей возможности опередить конфигуратор.Когда приоритетный пакет достигает маршрутизатора, он устанавливается в очередь приоритетных пакетов. Далее маршрутизатор обрабатывает свою очередь пакетов (отправляет их в другой канал) на основе собственного TimeSlot-приоритета.

Механизм разрешения коллизий

Протокол LonTalk поддерживает механизм предупреждения коллизий не только реагирования на них). Ведь предупреждение позволяет поддерживать поток максимальным, вместо того, чтобы разрешать возникшие коллизии и при этом неизбежно снижать поток.

Входящие пакеты обрабатываются конвейером процессоров Neuron-кристалла: процессором МАС-уровня, основным протокольным процессором и процессором выполнения прикладной задачи. Все верные пакеты, полученные МАС-процессором, для распознания адреса должны передаваться в протокольный процессор через входные сетевые буферы. Если нагрузка сети превышает обрабатывающие возможности протокольного процессора и емкость входных сетевых буферов, то некоторые пакеты могут потеряться. Такие пакеты учитываются в статусе Neuron-кристалла как, так называемые пропавшие, пакеты. При скорости 1,25Мбит/с максимальная выдерживаемая нагрузка протокольного процессора ограничена величиной около 700 пакетов/с, в то время как максимальная сетевая емкость может превышать 1000 пакетов/с. Варьируя величину TimeSlot-приоритета, можно уменьшить емкость сети до уровня устойчивой работы протокольного процессора, хотя пропавшие пакеты все еще могут появляться во время вспышек активности.

Распознавание сообщений

Для предотвращения неавторизованного доступа к узлам и их прикладным задачам в LonTalk используется механизм верификации права доступа узла-передатчика к узлу-приемнику. Ключ авторизации представляет собой 48-битный защитный код, сопровождающий каждое сообщение. На основе анализа такого ключа узлы-приемники принимают решение по обслуживанию сообщений.

LonWorks и IEC1131-3

Международный стандарт на языки програмирования контроллеров IEC1131-3 нашел еще одно свое применение: он используется при построении систем на основе технологии LonWorks.

Этот стандарт не является сборником требований. Он формулирует только мнемонику языков программирования. Используя многообразие языковых средств, пользователь волен выбирать наиболее удобные для него языковые конструкции для описания логики. Идея использования стандарта IEC1131 для построения распределенных систем постепенно трансформируется в выработку спецификации (будущее название IEC1131-5) на универсальный интерфейс для различных протоколов. Ряд компаний пошли по пути опережения: они встраивают в свои инструментальные системы, поддерживающие IEC1131-3, функциональные наборы для различных протоколов промышленных сетей. Так поступила немецкая компания Softing GmbH, разработавшая библиотеку функциональных блоков (язык FBD) для своего программного инструментального пакета SOFTCONTROL для поддержки LonWorks. Технология программирования сети LonWorks следующая:

Этот стандарт не является сборником требований. Он формулирует только мнемонику языков программирования. Используя многообразие языковых средств, пользователь волен выбирать наиболее удобные для него языковые конструкции для описания логики. Идея использования стандарта IEC1131 для построения распределенных систем постепенно трансформируется в выработку спецификации (будущее название IEC1131-5) на универсальный интерфейс для различных протоколов. Ряд компаний пошли по пути опережения: они встраивают в свои инструментальные системы, поддерживающие IEC1131-3, функциональные наборы для различных протоколов промышленных сетей. Так поступила немецкая компания Softing GmbH, разработавшая библиотеку функциональных блоков (язык FBD) для своего программного инструментального пакета SOFTCONTROL для поддержки LonWorks. Технология программирования сети LonWorks следующая:

1. создается база переменных том числе и сетевых) ввода/вывода

2. программируется логика отдельных контроллеров с использованием стандартных языков программирования

3. на основе библиотеки функциональных блоков для LonWorks описывается логика взаимодействия узлов сети

4. запускается встроенный компилятор, в результате работы которого создается так назывемый Neuron-C код

5. прикладная программа в виде Neuron-C кода обрабатывается соответствующим компилятором, а программа-компановщик образует программный исполняемый модуль, готовый для загрузки в Neuron-кристалл. Такую технологию можно считать типовой. Она позволяет разработчикам инструментальных средств в короткие сроки адаптировать свои продукты под различные сетевые протоколы.

В качестве заключения

Можно сказать, что сегодня этап знакомства с системами на основе LonWorks рынок управляющих сетей прошел. Области применения этих систем очень широки. Число установленных систем и узлов велико. По отношению к своей разработке компания Echelon идет сегодня по пути максимальной открытости. Открытая спецификиция протокола LonTalk позволяет строить системы не только на основе существующих решений (использование Neuron-кристалла), но и использовать в качестве базы любой микропроцессор.

Кроме того, технология LonWorks находится в поле зрения Ассоциации промышленной электроники (США) в качестве возможной рекомендации как стандарта для систем жизнеобеспечения зданий (home automation). Но уже сегодня этот протокол является частью стандарта BACnet для зданий, который известен как ANSI/ASHRAE 135-1995 (ASHRAE- American Society of Heating, Refrigeration and AirConditioning Engineers).

Хотя реализация протокола LonTalk вполне возможна на разных микропроцессорных архитектурах, однако, по мнению создателей интерфейсного контроллера Neuron, есть ряд факторов, по которым Neuron можно считать наиболее приспособленным для пользователя решением. Среди таких факторов называются следующие:

Neuron является совокупностью трех процессоров, решающих отдельные задачи, а это гарантирует от влияния на сетевой поток со стороны прикладной задачи, выполняемой отдельным процессором

протокольный процессор реализует все основные функции OSI-модели наиболее полно и наиболее оптимальным образом. Весь объем встроенного программного обеспечения занимает всего около 8 Кбайт. Кроме того, Neuron был спроектирован специально под реализацию протокола LonTalk.

используя готовый Neuron-кристалл, пользователь может создавать свои устройства с дополнительными по отношению к кристаллу функциями

существует определенная уверенность в жизнеспособности кристалла, так как его производителями являются крупные фирмы Toshiba и Motorola.

И совсем последнее.

На сегодняшний день технология LonWorks для российского рынка выступает как экзотический продукт. Мне не известно ни одной системы, работающей у нас. Но если это технология стоящая, да еще с видами на стандартизацию, то она обязательно придет к нам. А сегодня наша задача быть к этому готовыми, хотя бы информационно. Очень хочется, чтобы при всем богатстве выбора» всегда была альтернатива.


E-Mail: lubashin@rtsoft.msk.ru

21.04.2014