【文章內容簡介】 網絡中，終端設備之間不能直接通信 ， 只能通過網絡協調器配合完成設備之間的通信。幘覘匱駭儺紅鹵齡鐮瀉。幘覘匱駭儺紅鹵齡鐮瀉戲。節(jié)點一般由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成。傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內信息的采集和數據轉換；處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數據以及其他節(jié)點發(fā)來的數據；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信。交換控制8 / 55信息和收發(fā)采集數據；能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采用微型電池，而網絡協調器可以采用市電。誦終決懷區(qū)馱倆側澩賾。誦終決懷區(qū)馱倆側澩賾鱺。 其它協議其他比較有名的協議有協議、協議等。協議是世界上第一個利用電力線來實現電燈等家用電器控制的規(guī)范，協議采用電力線作為其網絡通信介質，系統中的各個設備直接掛在電力線上就可以互相通信，所以協議系統不需要另外鋪設信號總線，系統組網非常方便，此位協議的擴展碼為實現場景等復雜控制提供了可能，將協議系統通過網關與連接，可實現遠程監(jiān)控，協議在美國舊房改造方面得到了廣泛的應用，可是不適合我國國內使用。醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜。醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜贗。通用即插即用（）協議是公司提出的，該協議擴展了傳統單片機的設備和計算機系統的概念，在“零設置”的前提下提供了聯網設備之間的發(fā)現、接口聲明和其他信息交換的互動操作功能。重點是未來社會的信息家電，基于協議以獲得最廣泛的設備支持。艫當為遙頭韙鰭噦暈糞。艫當為遙頭韙鰭噦暈糞窶。本章小結本章對智能家居的概念內容和智能家居自動化領域的主流協議做了簡單的介紹。在我國，競技水平的不平衡導致了對小區(qū)智能化水平高低不齊，高水平高質量的智能家居系統在一些發(fā)達城市已經實現，相對低水平的智能家居在欠發(fā)達地區(qū)也有廣泛應用，本章在對不同技術不同功能進行了簡要分析。在家居自動化領域還沒有一個統一的標準，采用不同協議都有著各自的優(yōu)勢和劣勢。鴣湊鸛齏嶇燭罵獎選鋸。鴣湊鸛齏嶇燭罵獎選鋸宮?；趯Ω鞣N主流總線技術進行分析對比，可以看出：應用技術，可以很容易地實現各種功能，整個網絡結構相對簡單網絡布線相當容易。對于用戶的不同功能需要，只需選用不同的控制區(qū)節(jié)點，編寫相應的程序，直接連接到住宅區(qū)的控制網絡上就完成了，在物理上不必對網絡結構作任何修改，而且網絡擴充性很好，擴充子系統，增加功能，連接兩個控制網等都很方便。而總線技術相對簡單容易掌握?？偩€采用短幀結構使得其受干擾概率低，節(jié)點嚴重錯誤時，總線具有自動關閉功能，具有較強的抗干擾性。相關產品開發(fā)費用遠遠低于其他總線產品開發(fā)費用。總線節(jié)點少的缺點可以通過中繼器很容易解決。因此，本文將在接下來的兩章中分別對技術和總線技術進行詳細介紹。筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢。筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢顓。第章 技術的研究是美國公司年推出的局部操作網絡,最初主要用于樓宇自動化,但很快發(fā)展到工業(yè)現場網。技術為設計和實現可互操作的控制網絡提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑。韋鋯鯖榮擬滄閡懸贖蘊。韋鋯9 / 55鯖榮擬滄閡懸贖蘊詡。 的神經元芯片 技術的核心是神經元芯片()。該芯片內部裝有個微處理器處理器完成介質訪問控制 。網絡處理器完成的～層網絡協議。應用處理器完成用戶現場控制應用。它們之間通過公用存儲器傳遞數據。 濤貶騸錟晉鎩錈撳憲騸。濤貶騸錟晉鎩錈撳憲騸狀。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經元芯片特設置個口。這些口可根據需求不同來靈活配置與外圍設備的接口,如、并口、定時計數、間隔處理、位等。鈿蘇饌華檻榪鐵樣說瀉。鈿蘇饌華檻榪鐵樣說瀉嘆。神經元芯片還有一個時間計數器,從而能完成、多任務調度和定時功能。神經元芯片支持節(jié)電方式,在節(jié)電方式下系統時鐘和計數器關閉,但狀態(tài)信息(包括中的信息) 不會改變。一旦狀態(tài)變化或網線上信息有變,系統便會激活。其內部還有一個最高、獨立于介質的收發(fā)器。由此可見,一個小小的神經元芯片不僅具有強大的通信功能,更集采集、控制于一體。在理想情況下,一個神經元芯片加上幾個分離元件便可成為系統中一個獨立的控制單元。戧礱風熗澆鄖適濘嚀贗。戧礱風熗澆鄖適濘嚀贗鏃。 完善的開發(fā)平臺 提供的不僅僅是一套高性能的神經元芯片,更重要的是,它提供了一套完整的開發(fā)平臺。工業(yè)現場中的通信不僅要將數據實時發(fā)送、接收,更多的是數據的打包、拆包、流量處理、出錯處理。這使控制工程師不得不在數據通信上投入大量精力。在這方面提供了非常友好的服務,提供了一套完整的建網工具——。購櫛頁詩燦戶踐瀾襯鳳。購櫛頁詩燦戶踐瀾襯鳳虛。首先,它提供了一套語言的編譯器,從而大大減少了開發(fā)時間。在這個編譯器中,提供了對個非常詳盡的庫函數。在通信方面,它也提出了一個全新的概念——網絡變量。通過網絡變量,網絡上的通信只需將相關節(jié)點上的網絡變量連接一下即可。網絡變量是應用程序定義的一個特殊靜態(tài)變量,可以是所定義的各種類型,也可以是自定義類型,還可以規(guī)定優(yōu)先級、響應方式等。網絡變量被定義為輸入或輸出,當定義為輸出的網絡變量被賦予新值時,與該輸出變量相連的輸入網絡變量就會被立刻賦予同樣的新值。囁奐闃頜璦躑谫瓚獸糞。囁奐闃頜璦躑谫瓚獸糞斃。另外還集成開發(fā)環(huán)境和編譯于一體,具備調試器,可在多個仿真器上調試應用程序,并具備網絡協議分析和通信分析的功能。虛齬鐮寵確嶁誄禱艫鋸。虛齬鐮寵確嶁誄禱艫鋸偉。 面向對象的網絡通信協議 是的通信協議,固化在神經元芯片內。局部操作網協議是為中通信所設的框架,支持組織制定的參考模型的層協議,并可使簡短的控制信息在各種介質中非?？煽康貍鬏?。與頂鍔筍類謾蠑紀黽廢。與頂鍔筍類謾蠑紀黽廢鉞。10 / 55協議是直接面向對象的網絡協議,具體實現即采用網絡變量的形式。又由于硬件芯片的支持,使它實現了實時性和接口的直觀、簡潔等現場總線的應用要求。結釋鏈蹌絞塒繭綻綹蘊。結釋鏈蹌絞塒繭綻綹蘊網。 的特點 介質訪問控制()子層是參考模型的數據鏈路層的一部分。目前在不同的網絡中存在多種介質訪問控制協議,其中之一就是大家熟悉的(載波信號多路偵聽) 。正是使用該協議 ,但具有自己的特色。餑詘鉈鯔縹評繒肅鮮驃。餑詘鉈鯔縹評繒肅鮮驃換。協議要求一個節(jié)點在發(fā)送數據前偵聽網絡是否空閑。一旦監(jiān)測到線路空閑后,不同的協議動作不同。這樣在重負載的情況下,不同協議的執(zhí)行結果不同。例如采用協議,一旦檢測到碰撞,采用避讓算法,這種方法在重負載時導致網絡介質傳輸率變得極低。另一些協議使用時間片規(guī)則去訪問介質,使節(jié)點在限制的時間片訪問介質,這樣可以大大減少兩個數據報發(fā)生碰撞的可能性。堅持和的就是使用時間片去訪問介質。爺纜鉅摯騰廁綁藎箋潑。爺纜鉅摯騰廁綁藎箋潑鳥。協議使用一個改進的介質訪問控制協議,稱為預測的堅持。協議在保留協議優(yōu)點的同時,注意克服它在控制中的不足。目前存在的協議(如、 、 、) 都不能在重負載下很好地保持網絡高效率、支持大網絡系統和多通信介質。錁熾邐繒薩蝦竇補飆贗。錁熾邐繒薩蝦竇補飆贗轤。如果有很多網絡節(jié)點等待網絡空閑,一旦網絡空閑,這些節(jié)點都會馬上發(fā)送報文而產生碰撞。它們產生碰撞后會后退一段時間,假如這段時間相同,就會發(fā)生重復碰撞,這將使網絡效率大大降低。在預測的堅持中,所有節(jié)點等待隨機時間片間隔訪問介質,這就避免了以上情況的發(fā)生。在中,每個節(jié)點發(fā)送前隨機插入～個很小的隨機時間片。在空閑網絡中,每個節(jié)點發(fā)送前平均插入個隨機時間片。曠戧輔鑽襉倆瘋謅琿鳳。曠戧輔鑽襉倆瘋謅琿鳳紂。在堅持中,當一個節(jié)點有信息需要發(fā)送時并不立即發(fā)送,而是等待一個概率為的隨機時間片。而協議可根據網絡負載動態(tài)調整值。時間片的增加通過一個值,插入的隨機時間片為,這個值的取值范圍是～。稱為網絡積壓的估計值,是對當前發(fā)送周期有多少個節(jié)點有報文需要發(fā)送的估計。協議根據網絡積壓動態(tài)地調整介質訪問,允許網絡在輕負載情況下用較短的時間片,在重負載情況下用較長的響應時間片。轉厙蹺僉詘腳瀕諮閥糞。轉厙蹺僉詘腳瀕諮閥糞嶁。對照實驗表明個節(jié)點互聯,采用一般堅持算法,當每秒要傳輸的報文達～包時,碰撞率從上升到。而采用預測的堅持算法,在包以下時碰撞率與前者相當,在～包時穩(wěn)定在。嬤鯀賊灃謁麩溝賚淶鋸。嬤鯀賊灃謁麩溝賚淶鋸餓。對所有令牌環(huán)網絡具有對多介質的支持,但這些介質必須在總線上具有環(huán)的結構,令牌在這個環(huán)線上輪巡。這對使用電力線和無線電作為介質的網絡顯然不可行,因為網上所有節(jié)點幾乎能同時收到令牌。同時,令牌環(huán)網絡還需增加令牌丟失時的恢復機制、令牌快速應答機制,這些都增加了硬件上的開銷,使網絡成本增加。訊鎬謾蟈賀綜樞輒鎖廩。訊鎬謾蟈賀綜樞輒鎖廩諭。對令牌總線網絡在令牌中加入網絡地址,從而在物理總線上建立一個邏輯環(huán)的結構,使令牌在這個邏輯環(huán)上輪巡。但是,在低速網絡中令牌輪巡時間變得很長。另外,令牌總線在有節(jié)點上網或下網時都11 / 55會發(fā)生網絡重構。在電池供電的系統中,會因經常休眠和喚醒而導致網絡上下網時頻繁重構。在惡劣的環(huán)境中,常會發(fā)生令牌丟失而導致網絡重構。這些網絡重構會大大降低網絡的效率。同時,由于網絡地址的限制,每個網絡至多只有個節(jié)點。我們常用的(如), 在輕負載情況下具有很好的性能 。在重負載情況下,過多的碰撞使網絡效率變得極低。兒躉讀閌軒鯀擬釔標藪。兒躉讀閌軒鯀擬釔標藪疇。目前,在現場總線中還有一種十分流行的網絡——。它采用無主結構,這一點大大優(yōu)于。其層上的管理很有特色。它也采用方式,但將網絡上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級,采用支配位()和避讓位() 、以及總線回讀的方法實現非破壞性總線仲裁。即當兩個節(jié)點同時向網絡傳遞信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送,而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸,這可以有效地避免總線碰撞。但是,這要求網絡一定要同步,這對多介質的情況顯然不適用。另外,對各節(jié)點不太需要優(yōu)先級的網絡,由于不得不定義一個優(yōu)先級,因而當網絡通信較繁忙時,有些優(yōu)先級低的節(jié)點可能很長時間不能發(fā)送信息。因此較適合介質單一、節(jié)點數目較少的小網絡?？壧A詞嗇適籃異銅鑑驃?？壧A詞嗇適籃異銅鑑驃噴。綜上所述的子層具有以下優(yōu)點:支持多介質的通信,支持低速率的網絡,可在重負載情況下保持網絡性能,支持大型網絡。鮒簡觸癘鈄餒嬋鏘戶潑。鮒簡觸癘鈄餒嬋鏘戶潑閡。 對優(yōu)先級的支持在網絡中,為提高緊急事件的響應時間,提供了一個可選擇的優(yōu)先級機制。該機制允許用戶為每個需要優(yōu)先級的節(jié)點分配一個特定的優(yōu)先級時間片,并保證有且只有一個節(jié)點擁有這樣的優(yōu)先級時間片。在發(fā)送過程中,優(yōu)先級數據報將在該時間片內把數據報發(fā)送出去。優(yōu)先級時間片為～是不需等待立即發(fā)送是等待個時間片是等待個時間片,依此類推。低優(yōu)先級的節(jié)點需等待較多的時間片,而高優(yōu)先級的節(jié)點需等待較少的時間片,這個時間片加在概率時間片之前。非優(yōu)先級的節(jié)點必須等待優(yōu)先級時間片都完成后,再等待概率時間片后發(fā)送。因此,加入優(yōu)先級的節(jié)點總比非優(yōu)先級的節(jié)點有更快的響應時間。瞇毆蠐謝銀癩嘮閣蹺贗。瞇毆蠐謝銀癩嘮閣蹺贗襝。 對多介質的支持 協議對各種介質的支持是獨立的。的神經元芯片可以容許的通信介質類型非常廣泛,如雙絞線、電力線、無線電、紅外線、同軸電纜、光纖等。閔屢螢馳鑷雋劍頌崗鳳。閔屢螢馳鑷雋劍頌崗鳳測。 對多通道的支持 一個通道是指在物理上能獨立發(fā)送報文(不需要轉發(fā)) 的一段介質。規(guī)定 ,一個通道至多有個節(jié)點,一個網絡可以由一個或多個通道組成,通道之間通過路由器來連接。這樣,不僅可實現多介質在同一網絡上的連接,而且可減輕一個通道的網絡信道過于擁擠。檁傷葦開閾燈傘饉諧糧。檁傷葦開閾燈傘饉諧糧茲。12 / 55 對大網絡的支持 網絡地址可以有以下三層結構: 第一層結構是域。域的結構可以保證在不同的域中通信彼此獨立。例如,不同的應用節(jié)點共存在同一通信介質中(如無線電),不同的域的區(qū)分可以保證它們的應用完全獨立 ,不會彼此干擾。鄭餼腸絆頎鎦鷓鮞嚶錳。鄭餼腸絆頎鎦鷓鮞嚶錳鉻。第二層結構是子網。每個域最多有個子網,一個子網可以是一個或多個通道的邏輯分組,有一種子網層的智能路由器產品可以實現子網間的數據交換。棄鈾縫遷馀氣鰷鸞覲廩。棄鈾縫遷馀氣鰷鸞覲廩脫。第三層結構是節(jié)點。每個子網最多有個節(jié)點,所以一個域最多有個節(jié)點。任一節(jié)點可以分屬一個或兩個域,容許一個節(jié)點作為兩個域之間的網關,也容許一個傳感器節(jié)點將采集到的數據分別發(fā)向兩個不同的域。節(jié)點也可以被分組,一個分組在一個域中跨越幾個子網或通道。在一個域中最多有個分組,每個分組對需應答服務最多有個節(jié)點,而無應答服務的節(jié)點個數不限。一個節(jié)點可以分屬個分組去接收數據。分組結構可以使一個報文同時被多個節(jié)點接收。調誶續(xù)鷚髏鋮饅喪劉藪。調誶續(xù)鷚髏鋮饅喪劉藪顯。另外,每個神經元芯片有一個獨一無二的位地址。這個地址由廠方規(guī)定,一般只在網絡安裝和配置時使用,可以作為產品的序列號。通道并不影響網絡的地址結構,域、子網和分組都可以跨越多個通道。厲聳紐楊鱔晉頇兗蓽驃。厲聳紐楊鱔晉頇兗蓽驃鶚。 的報文服務 協議提供了四種類型的報文服務: 、應答方式或端對端的應答服務:當一個節(jié)點發(fā)送報文到另一個節(jié)點或分組時,每個接收到報文的節(jié)點都分別向發(fā)送方應答。如果發(fā)送方在應答時間內沒有收到全部應答,則重新發(fā)送該報文。重發(fā)次數和應答時間都是可選的。報文應答服務由網絡處理器完成,不必由應用程序來干預。報文號確保節(jié)點不會收到重復的報文。苧璦籮藶黃邏閂巹東澤。苧璦籮藶黃邏閂巹東澤達。、請求響應方式:當一個節(jié)點發(fā)送報文到另一個節(jié)點或分組時,每個接收到報文的節(jié)點都分別向發(fā)送方響應。如果發(fā)送方在響應時間內沒有收到全部響應,則重新發(fā)送該報文。重發(fā)次數和響應時間都是可選的。報文響應服務由應用處理器完成,可以包含數據,是由應用處理器完成的,適合遠程過程調用和客戶服務器的應用。鴿攝禱鋅儀憚銼嚕緡贊。鴿攝禱鋅儀憚銼嚕緡贊綁。、非應答重發(fā)方式:當一個節(jié)點發(fā)送報文