智能建筑中BACnet MSTP控制模块研究与实现 - 图文(4)

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 个主从网络也可以是对等的令牌传递网络，或者两者的混合[29,30]。在MS/TP网络中有主节点和从节点，从节点不能持有令牌，既没有对介质的控制权[31]。令牌根据逻辑环网中的地址从一个主节点向另一个主节点循环传递。持有令牌的主节点最多传送消息的数量有网络配置参数“Nmax_info_frame”决定[32]。在收到50次令牌后，主节点就会发送一个主节点轮询帧去发现想要加入令牌环的新主节点。从节点从不持有令牌，只是在接到主节点的请求时返回一个应答消息[33]。Hong S.H等使用一个仿真模型研究在各种通信条件下MS/TP协议的性能特点[34]。Park T.J等开发了一个MS/TP网络系统的实验模型，对不同网络参数下延时特性做了研究[35]。可见，国外对BACnet的研究主要是开发楼宇自控设备，除了一些参数设置方面的研究外，缺少对于BACnet MS/TP协议令牌传递算法以及自动地址分配算法的研究。国内如华中科技大学和华中理工大学对BACnet做了比较深入的理论研究[36-40]，在产品研发方面并未有实质性的进展。

中国是投票赞成BACnet成为国际标准的国家，但是至今没有转换成国家标准[41]。为了促进BACnet的国际交流，2009年成立了BACnet中国协会；它在引进国际先进的楼宇自控技术和推动中国智能建筑的进步发挥着重要作用 [42]。 另外，2011年9月27日在北京召开“智能建筑BACnet技术与标准化研讨会”。目前国际涉及BACnet标准已颁布五项，全部体现在智标委前期已完成的标准体系中，现已完成《建筑自动化和控制系统 第1部分：概述和定义》、《建筑自动化和控制系统 第2部分：硬件》、《建筑自动化和控制系统 第3部分：功能》三项国际标准的国内转化，正在国家标准化管理委员会报批。由于BACnet的普及，国内外公司都有开发MS/TP相关产品，但目前关于MS/TP技术文献只是针对MS/TP协议的带宽分配仿真研究等理论层面。针对MS/TP实际应用中相关问题的研究，以及令牌传递算法和自动寻址等的研究，对于进一步降低MS/TP设备成本，推广其使用具有重要意义。

1.3 论文研究内容

本文是对一种智能建筑中应用比较广泛的MS/TP现场控制模块进行了研究与实现。比较详实的阐述了BACnet MS/TP协议软硬件实现方案，对实际比较关心的带宽问题介质访问控制算法做了分析和研究，重点研究了一种MS/TP自动寻址算法。本文内容安排如下：

第1章首先给出了课题背景和研究意义，并介绍了智能建筑和楼宇自控系统的发展状况，以及BACnet MS/TP的研究现状，展望了智能建筑中MS/TP

- 4 -

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 发展的新机遇。

第2章主要是BACnet MS/TP的理论研究，阐述了BACnet协议的体系结构、服务和对象，介绍了MS/TP的状态机，对MS/TP介质访问控制算法进行了研究，阐述了令牌传递、多令牌检测和令牌产生等算法思想。

第3章研究了一种对MS/TP MAC地址自动寻址算法。对传统静态地址设定的缺陷做出了分析，然后详细阐述了自动寻址思想，并给出了对改进的状态机的详细描述。最后通过C语言实现了该算法。

第4章主要是MS/TP控制模块的软、硬件实现。硬件设计包括双路输入电源、RS485通信模块、负载驱动电路以及负载电流检测等。软件设计包括BACnet协议栈和MS/TP协议软件实现流程。

第5章是实验和数据分析，通过平台搭建，利用报文分析软件Wireshark验证了MS/TP MAC自动寻址算法，另外还通过BTL的VTS软件测试了该控制模块的一致性规范。

- 5 -

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第2章 BACnet MS/TP理论研究

2.1 BACnet标准

BACnet是由ASHRAE制定的一种楼宇自动控制网络协议。BACnet是为满足楼宇自控系统通信需要而专门设计的，典型应用包括：暖通空调控制、照明控制、门禁安防控制与火警系统。该标准1995年正式公布，该年12月成为美国国家标准（ANSI/ASHARE135-1995），2003年该标准成为国际标准（ISO 16484-5），是智能建筑中楼宇自控领域唯一的国际标准，随后也成为了欧盟（CEN）标准。

BACnet协议的目的是定义一些数据通信的服务和协议，用于采暖、通风、空调与制冷控制设备的监控计算机设备中，也可用在其他楼宇自控系统的计算机设备中。此外，BACnet协议定义了一个抽象的面向对象方法，用于表示这些设备间信息通信方式，以促进楼宇系统使用数字控制技术[43]。BACnet的产生使得楼宇中不同自控设备能够彼此通信，实现了互操作，而且独立于产品供应商。

BACnet标准产生以来，无论在标准化历程还是在在应用推广进程中，都取得了巨大的成功，这和其优秀的特性是分不开的。BACnet标准具有如下的基本特点[44]：

（1）专用于智能建筑中楼宇自控领域，性能高效 BACnet标准是由楼宇自控领域的专家为楼宇自控领域“量身定制”的专用标准，它具有许多楼宇自控系统特有的功能和特性，如日程、趋势等功能。这些特性和功能是其他标准（如Lonwork）所没有的。

（2）完全开放，技术先进 BACnet是非营利学会组织的标准，没有任何技术专利和商业意图。任何人都可以自由开发BACnet设备和产品。这种完全开放的特性使BACnet可以不断的技术更新，保持技术先进性，代表着该领域的发展方向。

（3）具有良好的扩展性 BACnet采用面向对象的分析设计方法，提供了很好的扩展功能。它不仅可以对协议中各部分进行拓展，而且扩展部分和原内容的运行机制保持不变。

（4）有良好的互连特性，多种局域网或者广域网供选择 BACnet的网络层可以屏蔽不同底层差异，这样BACnet就能够包含不同的局域网以及广域网技术。因此，BACnet网络利用不同传输介质和通信速率的网段提高 …… 此处隐藏：883字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……