Протокол BACnet: архитектура, работа, типы, объекты и приложения

Протокол BACnet был разработан комитетом под названием ASHRAE или Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха в 1987 году. Основной девиз этого комитета — создать протокол, который позволил бы системам различных производителей взаимодействовать друг с другом в приятной форме. . Таким образом, этот протокол является зарегистрированным брендом ASHRAE. С момента разработки временного протокола в него постоянно вносятся изменения с открытой процедурой согласования. Так что все заинтересованные стороны могут участвовать без каких-либо взносов. Итак, в этой статье обсуждается обзор Бакнет-протокол основы – работа с приложениями.

Что такое протокол BACnet?

данные протокол связи который используется для построения автоматизированной сети управления, известен как BACnet или сеть управления автоматизацией зданий. Этот протокол передачи данных является стандартом ISO и ANSI и используется для взаимодействия между взаимодействующими устройствами автоматизации зданий. Протокол Bacnet включает в себя набор правил для управления обменом данными в компьютерной сети, который просто охватывает все, какой тип кабеля использовать, чтобы формировать конкретную команду или запрос обычным образом.

Для достижения функциональной совместимости широкого спектра оборудования спецификация BACnet состоит из трех основных частей. Первичный, вторичный и третичный. Таким образом, основная часть определяет метод представления любого типа устройств автоматизации зданий в обычном виде.

Второстепенная часть описывает сообщения, которые могут передаваться по сети компьютеров для проверки и управления таким оборудованием. В заключительной части описывается набор подходящих локальных сетей, которые используются для передачи данных BACnet.

Зачем нужен протокол Bacnet?

Важность протокола BACnet состоит в том, чтобы определить типичные методы, которые производители могут использовать для создания компонентов, а также систем, совместимых с другими компонентами и системами BACnet.

Он также определяет, как данные обозначаются в сети, а также услуги, которые используются для передачи данных от одного узла BACnet к другому узлу. Он также имеет сообщения, которые распознают узлы сети и данных.

BACnet используется владельцами зданий и системными спецификаторами в качестве инструмента для определения функционально совместимых систем. Этот протокол не меняет необходимости указания того, что нужно потребителю. Таким образом, он предоставляет просто некоторые согласованные инструменты для помощи в создании и спецификации систем, которые могут взаимодействовать.

Протокол BACnet используется во всех типах автоматизированных систем зданий. Таким образом, существуют интероперабельные продукты, доступные в различных категориях, таких как безопасность, пожарная безопасность, освещение, лифты, HVAC и т. д. Этот протокол просто решает задачу интероперабельности, просто определяя общую рабочую модель устройств автоматизации, метод, используемый для определения данных, которые они include, а также метод, используемый для объяснения протоколов, которые одно устройство может использовать, чтобы запросить еще одно устройство для выполнения некоторого предпочтительного действия.

Архитектура протокола Bacnet

Архитектура протокола BACnet в основном ограничена элементами управления освещением, HVAC и шлюзами. Этот протокол обеспечивает облегченную и эффективную связь, оптимизированную для коротких сообщений, небольших сетей и межсетевых соединений.

Архитектура протокола BACnet представляет собой свернутую архитектуру, которая соответствует 4 уровням Модель OSI . Четыре уровня в архитектуре BACnet в основном включают в себя приложение, сеть, канал передачи данных и физический уровень. Несмотря на это, только сетевой уровень и прикладной уровень представляют собой просто BACnet.

Вышеупомянутая архитектура представляет собой стек протоколов BACnet, который включает в себя различные уровни, как показано на схеме. Этот протокол представляет собой свернутую версию стека OSI. Транспортный и сеансовый уровни не используются. Прикладной уровень берет на себя функции этих двух уровней.

Физический уровень BACnet

Верхние уровни BACnet не зависят от физического уровня. Таким образом, физический уровень BACnet позволяет выполнять BACnet в разных сетях. Физические уровни BACnet были определены с помощью ARCNET, Ethernet, IP-туннелей, BACnet/IP, RS-232, RS485 и Lonworks/LonTalk. RS232 предназначен для двухточечной связи. RS485 поддерживает до 32 узлов на расстоянии 1200 м со скоростью 76 Кбит/с.

Канальный уровень протокола BACnet

Протокол BACnet реализуется напрямую с уровнями каналов LonTalk или IEEE802.2. Таким образом, он определяет уровень канала передачи данных «точка-точка» (PTP) для соединений RS232. Он определяет канальный уровень MS/TP, предназначенный для соединений RS-485. Стандарт просто указывает BVLL (уровень виртуального канала BACnet), в котором указываются все услуги, требуемые через устройство BACnet на этом уровне канала.

Уровень виртуального канала IP BACnet инкапсулирует необходимые управляющие данные в заголовок управляющей информации виртуального канала BACnet. Благодаря протоколам IP, BVLL и BACnet устройства могут напрямую обмениваться данными по IP-сетям без необходимости использования какого-либо маршрутизатора.

Протокол BACnet использует концепцию BBMD (устройство управления широковещательной передачей BACnet), которая выполняет требуемую широковещательную передачу для предпочтительного канального уровня. Таким образом, широковещательное сообщение BACnet заменяется на широковещательное или многоадресное IP-сообщение.

Сетевой уровень BACnet

Этот уровень просто указывает необходимые адреса сети для маршрутизации. Сеть BACnet включает как минимум один или более сегментов, которые соединены мостами, если они используют аналогичные технологии LAN. Если они используют различные протоколы локальной сети, то они подключаются через маршрутизаторы.

Прикладной уровень

BACnet не разделяет уровни представления и приложения. Таким образом, он заботится о механизмах надежности и последовательности или сегментации, обычно связанных как с сеансовым, так и с транспортным уровнями. BACnet включает в себя такие устройства, как объекты для обмена сервисными примитивами, которые описываются синтаксисом ASN.1 и сериализуются с помощью ASN.1 BER.

Уровень безопасности BACnet

Концепцию безопасности BACnet можно легко понять на примере, например, когда устройство BACnet-A запрашивает сеансовый ключ у сервера ключей для установления защищенной связи через устройство-B, затем этот ключ передается как на устройство-A, так и на устройство-B. через сервер ключей, который известен как «SKab». Протокол BACnet использует 56-битное шифрование DES.

Как работает протокол Bacnet?

BACnet — это типичный протокол электронной связи, который работает, позволяя различным производителям автоматизации зданий, а также системам мониторинга, таким как пожарная сигнализация, HVAC и охрана периметра, обмениваться данными друг с другом. Этот протокол может работать практически с любым обычным протоколом передачи данных, включая TCP/IP.

Протокол BACnet обеспечивает комплексную разработку BMS (систем управления зданием), что позволяет операторам конструировать, наблюдать и контролировать различные системы здания в рамках одного приложения.
Этот протокол также используется для расширения гибкости и объема автоматизации, которую можно выполнить. Например, система автоматизации может быть настроена таким образом, что, как только система противопожарной защиты замечает пожар, система отправляет команды следующим.

• Системе управления лифтом немедленно отправить все лифты на первый этаж.
• В пейджинговую систему здания для передачи звукового речевого сигнала, чтобы информировать жителей здания о том, где было обнаружено пламя и как выйти из здания.
• От аудио- или видеосистем здания до сообщений на телеэкранах в конференц-залах.
• К интерфейсу телефонной системы для отправки оповещений в виде текстовых сообщений на объекты и инженерные бригады здания.

В протоколе BACnet все данные обозначаются с точки зрения объекта. Таким образом, каждый объект означает данные об устройстве или компоненте. Обозначение информации как объекта просто обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что могут быть сформированы самые последние объекты, в противном случае существующие объекты могут быть изменены в соответствии с требованиями пользователя.

Объект означает физическую информацию (физические входы, выходы) и нефизическую информацию (программное обеспечение/вычисления). Очень важно отметить, что каждый объект может обозначать одну порцию информации или группу информации, которая выполняет одну и ту же и точную функцию.

Объект BACnet

Объект BACnet — это концепция, которая позволяет осуществлять связь, а также группу данных, связанных с i/ps, o/ps, программным обеспечением и вычислениями. Объект BACnet может отображать себя различными способами, такими как отдельные точки, логические группы, программная логика, расписания и исторические данные.

Объекты BACnet являются как физическими, так и нефизическими. Например, термостат считается физической концепцией, а система HVAC считается выходным устройством. Лучшим примером нефизической концепции является график технического обслуживания HVAC в программной форме.

Все объекты BACnet включают в себя различные свойства обмена информацией и команды. Эти свойства представлены в табличном формате с двумя столбцами. Первый столбец содержит название свойства, а второй столбец содержит значение свойства. Во втором столбце информация может существовать в формате с возможностью записи/только для чтения.

Пример объекта BACnet для бинарного входа датчика в здании показан ниже.

В приведенной выше таблице первые четыре свойства необходимы по стандарту BACnet, тогда как последние два свойства просто считаются необязательными. Таким образом, эти необязательные объекты часто необходимы разработчику, однако эти объекты должны соответствовать стандарту BACnet. В примере будут показаны лишь некоторые свойства объекта. В реальной жизни, особенно в условиях автоматизации зданий, внутри объекта будут присутствовать другие свойства. Большинство экспертов и источников указывают, что в системах автоматизации зданий используются 23 стандартных объекта BACnet. Итак, стандартные объекты работают в стандарте BACnet.

23 стандартных объекта BACnet: Binary i/p, Binary o/p, Binary value, Analog i/p, Analog o/p, Analog value, Averaging, LifeSafety Zone, LifeSafety Point, Multi-State i/p, Multi-State o/p, значение с несколькими состояниями, цикл, календарь, класс уведомлений, команда, файл, программа, расписание, журнал трендов, группа, регистрация событий и устройство.

Как только набор объектов выполняет определенную функцию, он называется устройством BACnet. Все эти объекты должны включать идентификатор, тип данных и дополнительную информацию, такую ​​как доступ только для чтения, изменение с помощью других устройств и многое другое.

Различные виды

Разные типы протоколов BACnet обсуждаются ниже.

BACnet/IP

Обычно это используется с существующими сетями VLAN и WAN. Таким образом, устройства могут подключаться напрямую к концентраторам или коммутаторам Ethernet. Эта локальная сеть является высокопроизводительной и быстрой, но очень дорогой. BACnet/IP использует UDP/IP для совместимости с существующей IP-инфраструктурой. Когда BACnet/IP используется с несколькими IP-подсетями, для обработки широковещательных сообщений BACnet между подсетями необходимы дополнительные функции устройств, известные как BBMD (устройства управления широковещательной передачей BACnet).

BACnet MS/TP

Этот тип локальной сети использует витую пару EIA-485 для передачи сигналов на расстояние до 4000 футов. Таким образом, это очень известный тип BACnet LAN, который используется как для отдельных, так и для специализированных контроллеров. Этот BACnet MS/TP не дорог.

BACnet ISO 8802-3 (Ethernet)

BACnet напрямую используется с Ethernet Сети 8802-3, которые аналогичны BACnet/IP с точки зрения скорости и стоимости, хотя и ограничены одной физической инфраструктурой, в которой не используются IP-маршрутизаторы.

BACnet через ARCNET

Этот BACnet является типом MAC, который включает в себя две формы, такие как коаксиальный кабель 2,5 Мбит/с и 156 Кбит выше EIA-485. Этот BACnet поддерживается ограниченным числом поставщиков с ARCNET.

BACnet точка-точка

Этот BACnet Point-to-Point просто используется в сетях коммутируемых телефонов. Как правило, прямое соединение EIA-232 больше не используется для прямого соединения Ethernet.

BACnet через внешние кадры LonTalk

Этот BACnet просто позволяет транспортному компоненту LonTalk передавать сообщения BACnet. Но эти два протокола несовместимы.

BACnet через ZigBee

Как правило, этот MAC представляет собой беспроводную ячеистую сеть, используемую с менее дорогими устройствами. Таким образом, он обычно используется в качестве шлюза для устройств ZigBee, а не как собственный транспорт BACnet.

Конвертер Bacnet в Modbus

Protocon-P3 Gateway — это преобразователь BACnet в Modbus, который используется при проектировании систем автоматизации в различных приложениях, таких как HVAC, контроль доступа, управление освещением и системы обнаружения пожара, а также связанное с ними оборудование. Шлюз Protocon-P3 объединяет такие системы и устройства BACnet с системами управления на основе Modbus по протоколу Modbus RTU и Modbus TCP/IP.

Основные функции Bacnet to Modbus Converter включают следующее.

• Он включает в себя переднюю панель со светодиодом для индикации быстрой диагностики.
• Утилита конфигурации на базе Windows.
• Он поддерживает до 100 интерфейсов устройств BACnet с TCP Master/Slave или Modbus RTU.
• Он имеет возможность сопряжения до 5 тыс. точек отображения.
• Он поддерживает функцию упаковки битов COV.

Протокол Bacnet против Modbus

Различия между протоколом Bacnet и Modbus заключаются в следующем.

Преимущества

В преимущества протокола Bacnet включая следующее.

• Протокол BACnet специально разработан для автоматизации зданий и сетей управления.
• Это не зависит от существующих технологий LAN или WAN.
• Это американский национальный стандарт и европейский предварительный стандарт.
• Он полностью масштабируется от небольших приложений для одного здания до универсальных сетей устройств.
• Разработчики BACnet могут безопасно включать нестандартные расширения, а также улучшения, не влияя на существующую совместимость.
• Он принят самыми известными компаниями противопожарной защиты как в США, так и в Европе.
• Он поддерживается различными производителями чиллеров, такими как Dunham-Bush, Carrier, McQuay, York & Trane.
• Этот протокол хорошо зарекомендовал себя в реальных приложениях управления зданием.

Недостатки

недостатки протокола Bacnet включая следующее.

Основным недостатком протокола BACnet была проблема совместимости. Поэтому из-за этой проблемы в 2000 году была введена BTL (BACnet Testing Laboratories). BTL — это независимая организация по тестированию. Основной целью этого является тестирование продуктов BACnet на соответствие стандарту. После утверждения; продукт получит логотип BTL.

Проблемы или достойные сети атаки, которые широко встречаются в этом протоколе: Отсутствие спуфинга и аутентификации, DoS-атак, обездвиженных сетевых подключений, а также отсутствие шифрования и доступа для записи через устройства.

Приложения

использование протокола Bacnet включает следующее.

• BACnet используется в приложениях HVAC, управления пожарным освещением, безопасности, сигнализации и взаимодействия с коммунальными предприятиями.
• Этот протокол был специально разработан для автоматизации зданий, а также приложений управления.
• Этот протокол используется для обеспечения механизмов, особенно для устройств автоматизации, для обмена данными, независимо от того, какую конкретную службу здания они выполняют.
• Этот протокол может использоваться цифровыми контроллерами, компьютерами и унитарными контроллерами для конкретных приложений с аналогичным эффектом.
• Протокол BACnet изначально был разработан для обеспечения взаимодействия между устройствами автоматизации зданий; однако его описания данных, а также гибкая архитектура позволят ему работать в широком диапазоне приложений управления.
• Это объектно-ориентированный протокол, поэтому он используется для обозначения сетевого управляющего оборудования.

Таким образом, это обзор протокола Bacnet – работа с приложениями. Это лучший протокол, используемый для построения автоматизации, а также для подключения различных систем. Таким образом, протокол Bacnet в технологии IoT имеет большое будущее и будет развиваться семимильными шагами. Этот протокол также обеспечивает отличное решение с точки зрения масштабируемости. Учитывая важность и требования приложения, безопасность должна быть обеспечена, а разработка должна выполняться с учетом безопасности. Учитывая отсутствие стандартов, необходимо определить правильные стандарты, которым поставщики должны следовать и выполнять. Вот вопрос к вам, что такое протокол I2S?