09 апреля 2008
Что такое LON.
Технологии защиты №1, 2007
Большинство систем автоматики ранее имели собственные интеллектуальные возможности. Для того чтобы наладить их взаимопонимание, не хватало только общего языка, единого протокола обмена данными. Протокол LonTalk и явился этим протоколом. Это протокол так называемого полевого уровня, который имеет целый ряд специфических требований, отличающих его от других. Вот эти отличия.
Во-первых, аппаратно-программная реализация должна быть простой и дешевой, чтобы иметь возможность включить его в любую систему. Именно дешевизна и простота позволяют включать в систему интеллектуального здания и сложные вентиляционные установки, и простейшие датчики открывания дверей.
Во-вторых, это должен быть не просто протокол, а целая технология, охватывающая и физический, и логический уровень. Если устройство является LON-совместимым, то на нем должен присутствовать специальный разъем. Соединяя устройства проводами через эти разъемы, мы должны получать готовую интеллектуальную систему. Все вопросы совместимости на аппаратном и программном уровне, возможности диспетчеризации и управления должна предусмотреть технология.
И, наконец, в-третьих, протокол должен предусматривать самые разные виды переносимой информации, иметь средства расширения и защиты. Последнее весьма важно, поскольку от злоумышленников, желающих проникнуть в сеть управления зданием, никто не застрахован.
Таким образом, исходя из всех вышеперечисленных требований, мы и получаем сеть LON. Основное преимущество LonWorks состоит в том, что это не просто сетевой протокол, а полноценная законченная технология. Технология охватывает все разделы систем управления зданием и позволяет создавать завершенные решения. Эта технология сочетает необходимые технические возможности с простотой и низкой стоимостью. Данный протокол обеспечивает возможность поддержки работы любых автоматических систем. Если устройство является LON-совместимым, это значит, что оно легко может быть объединено в сеть с другими устройствами.
В качестве физической среды передачи LonWorks использует витую пару, коаксиальный кабель, силовую проводку, радиоканал и многие другие носители. Скорость передачи данных варьируется в зависимости от типа канала и достаточна для организации сложных систем автоматики. Система LonWorks имеет богатый набор программно-аппаратных шлюзов для интеграции в самые разнообразные системы: Ethernet, N2, CAN, Modbus, DALI, Profibus, EIB и т.д.
Изначально технология LonWorks была закрытым фирменным протоколом, однако очень скоро de-facto стала открытым стандартом для промышленных систем автоматизации. Своим появлением технология LonWorks обязана американской компании Echelon (Пало Альто, Калифорния), учрежденной в 1988 г. А. Маркулой (A. Markkula), одним из создателей Apple Computers. В 1999 году ANSI утвердила официальный стандарт ANSI/EIA 709.1-A-1999, в котором прописан открытый коммуникационный протокол LonTalk на базе модели OSI, реализующий стандартный способ обмена информацией между узлами. Протокол LonTalk стал открытым, и на нем стали базироваться многие производители оборудования, которые объединились в международную ассоциацию LonMark.
Технология LonWorks и протокол LonTalk
Технология LonTalk создавалась как специальная технология полевого уровня, сочетающая в себе простоту, удобство и широкие возможности. Устройства LON должны быть недорогими и полнофункциональными. Эти условия заложены компанией Echelon в систему изначально. Используемый протокол LonTalk обладает высокой устойчивостью к сбоям и возможностью защиты данных от несанкционированного доступа.
Технология LonWorks не ограничивается исключительно протоколом обмена, на котором любое устройство может общаться друг с другом. В состав технологии входят системообразующие элементы, которые позволяют интегрировать удаленные сети между собой через IP-соединение, в том числе и Интернет. Технология LonWorks позволяет производителям программного обеспечения разрабатывать свои собственные программы мониторинга и управления сетями. Все это - несомненные преимущества данной технологии. Технология LonWorks ориентирована на различные категории пользователей, которые предъявляют разнообразные требования к интеллектуальному зданию.
Основное преимущество технологии LonWorks заключается в том, что это открытая система. Любой производитель, системный интегратор или пользователь могут получить к ней доступ. Данную технологию поддерживает ассоциация LonMark, а не одна, пусть мощная, корпорация. Именно из-за открытости технология LonWorks и получила столь широкое распространение в мире.
Истинно открытая система составляется на основе продуктов или устройств и систем от многих производителей оборудования. Это означает, что самые лучшие продукты от различных производителей можно использовать вместе в рамках одного и того же решения. Истинно открытая система обеспечивает большую степень гибкости, а это означает, что добавления, перемещения и изменения, которые происходят на практике по мере расширения бизнеса, могут быть реализованы без необходимости в переработке всей системы. Истинно открытая система обеспечивает масштабируемость, то есть расширение системы без ее замены.
Распределенная система
Главное, для чего была создана технология LonWorks, - это возможность объединения обыкновенных устройств в распределенную сеть.
Сеть - это набор устройств, связанных друг с другом при помощи коммуникационной среды.
Сеть LonWorks - сеть открытая. Открытая сеть управления характеризуется возможностью взаимодействия с другими сетями. Такой сетью является группа устройств от различных изготовителей, которые непосредственно осуществляют обмен данными друг с другом, используя стандартный протокол в одной или в нескольких средах. При этом устройства реализуют функции датчиков, приводов и/или контроллеров и не требуют наличия шлюзов трансляции или управляющих контроллеров.
Возьмем набор стандартных устройств и обеспечим им возможность реализовать две функции: интеллектуальные и коммуникационные. Теперь у нас есть сеть управления. Сети управления могут иметь разный уровень сложности, начиная от простых (управляющих оконными занавесками и регулирующими освещение в помещении) и заканчивая чрезвычайно сложными. Простейшая автоматика, включающая стоп-сигнал в автомобиле в ответ на нажатие педали тормоза - сеть управления. И система организации дорожного движения - это тоже сеть управления. По принципу действия сети управления бывают распределенными или централизованными. Централизованные сети, иначе называемые ведущий/ведомый (master/slave), характеризуются наличием центрального контроллера и исполнительных датчиков и приводов без «интеллекта». Распределенные сети характеризуются тем, что каждый элемент может выполнять действия по заданной программе. Сети LonWorks являются классическим примером распределенной сети. В то же время в системах управления пока еще распространена схема ведущий-ведомый. Именно поэтому для выявления всех преимуществ LON следует сравнивать распределенную сеть LonWorks с сетями централизованного управления.
Общепринятые централизованные системы управления характеризуются следующими свойствами:
- Решение о включении или выключении исполнительного прибора или механизма принимается ведущим устройством управления (управляющим контроллером).
- Ведущее устройство обычно аппаратным образом заводится на датчики и исполнительные устройства.
- Ведущее устройство может и не определить отказа исполнительного устройства, если не будет предусмотрена обратная связь от исполнительного устройства к контроллеру.
- Ведущее устройство должно с некоторой периодичностью опрашивать датчики для получения от них ответа о текущем состоянии.
В соответствии с этими свойствами централизованные системы имеют следующие недостатки:
- Управляющие блоки (контроллеры) из различных систем обычно плохо сочетаются друг с другом.
- Различные системы несовместимы. Системы контроля доступа не могут общаться с традиционными контроллерами осветительного оборудования или с системами ОВВК.
- Производители специализированных систем управления обычно используют запатентованные разработки и часто неуниверсальные протоколы обмена данными.
- Отсутствуют стандарты по конструктивным особенностям систем управления или по их взаимодействию с другими системами.
Распределенные системы строятся по совершенно иному принципу. Они не используют опроса датчиков. В них нет центрального контроллера. Каждый датчик самостоятельно следит за состоянием среды и в случае ее изменения передает сигнал в сеть. Решение о том, передавать сигнал или нет, принимает датчик. Исполнительное устройство должно только подтвердить прием информации и самостоятельно принять решение о своих действиях.
Интеллектуальные событийно-ориентированные системы управления и контроля имеют следующие особенности:
Датчик передает очередное сообщение (обновляет значения), когда происходят изменения окружающей среды, или же это делается с регулярной периодичностью (по тактовым импульсам).
- Сообщения передаются в сетевую среду в виде информационных пакетов. Устройства ведут коммуникационный обмен данными, передавая пакеты данных по сетевой среде.
- Решение о включении или выключении принимается самим исполнительным устройством.
- Датчик может определить коммуникационные проблемы, используя процедуру подтверждения сообщений, а исполнительное устройство может определить отказ датчика, используя механизм тактовых импульсов.
Сети LonWorks являются событийно-ориентированными, то есть действуют на основе данных или событий, в отличие от командных систем. Исполнительное устройство принимает значения величин (например, 50 об/мин), а не команды (установить скорость вращения в прямом направлении равной 50). Датчики сообщают о значениях величин. Пульты управления выводят не команды, а данные, которые предназначены для исполнительных устройств.
Таким образом, в коммуникационную среду передаются сигналы об изменении состояния всех датчиков. В сети образуется виртуальная модель среды, которая точно отражает ее состояние на текущий момент времени. Исполнительные устройства принимают те данные, которые касаются их функционирования, и на основе этого совершают действия.
Как мы видим, вся сеть состоит из нескольких базовых элементов. Первый и важнейший элемент сети - это коммуникационная среда. В качестве такой коммуникационной среды может служить радиоэфир, в котором распространяются радиоволны. В качестве среды может выступать и проводник типа «витая пара», где информация кодируется электрическими импульсами. Для сетей LonWorks разработаны приемопередатчики под множество видов передающей среды. Второй важнейший элемент сети - это узел сети, или устройство. В качестве узла может выступать любое устройство, имеющее соответствующий интерфейс и снабженное собственным «интеллектом». Узел самостоятельно принимает решение об отправке информационного пакета в сетевую среду и на основе принятых пакетов сам принимает решение о дальнейших действиях.
И, наконец, третий важнейший элемент сети - это сетевой инструментарий. Сетевой инструментарий служит для управления сетью и программирования сети. Это комплекс программ и аппаратных средств, позволяющий человеку вмешаться в алгоритм работы сети и перенастроить ее.
Все эти элементы существенны, без них невозможно получить готовое техническое решение. Более того, существование сети без одного из элементов невозможно. Если обобщить уже перечисленные свойства сети LonWorks, мы получим следующую картину:
- LonWorks - это истинно открытая система, которая объединяет в единую сеть устройства самых разных производителей.
- Сеть LonWorks состоит из узлов, которые обмениваются информацией через коммуникационную среду. Каждый узел обладает собственным интеллектом. Он выдает информацию в сеть только при изменении состояния физической среды.
- Исполнительные устройства на основе всех переданных данных о состоянии среды самостоятельно принимают решение о совершении того или иного действия.
Продолжение > >
Окончание > >
Источник: Технологии защиты
По материалам методического пособия Учебного центра «АРМО» training@armo.ru
