ＢＡＣｎｅｔ、楼宇自动化系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的集成　徐正元 王盛卫　香港理工大学屋宇设备工程系　注：本文作者徐正元可以通过bacman@联系。

　摘要：ＢＡＣｎｅｔ即“楼宇自控网络的数据通讯协议”　，是一种使不同厂家生产的楼宇自动化控制器能够互相通讯和共享信息的开放协议。

本文论述了ＢＡＣｎｅｔ系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ集成的几种方式，从而能够利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的现有资源，采用统一的浏览器界面对分布在各地的ＢＡＣｎｅｔ系统进行监控。

　关键字：ＢＡＣｎｅｔ，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，ＬｏｎＷｏｒｋｓ，集成，ＢＡ，楼宇自动化通信协议　一、　什么是ＢＡＣｎｅｔ？　ＢＡＣｎｅｔ，即Ａ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ［２］，简称ＢＡＣｎｅｔ协议，是美国采暖、制冷和空调工程师协会（ＡＳＨＲＡＥ）经过近９年时间的研究制定的世界上第一个开放的楼宇自动控制网络协议。

它详细地阐述了楼宇自控网的功能，阐明了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通讯媒介、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。

它确立了不同生产厂家生产的各种ＢＡＣｎｅｔ兼容系统在不依赖任何专用芯片的情况下，相互开放通讯的基本规则。

它使不同厂商生产的设备与系统在互连和互操作的基础上实现无缝集成成为可能。

　该协议１９９５年一经颁布，即引起了各国政府、专家学者和企业的广泛关注。

１９９５年由美国国家标准学院通过成为美国国家标准，目前韩国、日本已将其列为国家标准，也成为欧盟的预标准、ＩＳＯ草案标准（关于ＢＡＣｎｅｔ成为ＩＳＯ正式ＢＡ标准的投票正在进行之中）。

　ＢＡＣｎｅｔ提供了一个描述各种自动化系统的精确模型，模型包括以下这些组成部分：２３种对象（２００１年版）、４０个服务、１３７种属性、６种数据链路层、网络功能、互操作一致性。

　ＢＡＣｎｅｔ是一个实现控制系统互操作的应用独立模型，它有着众多的互操作性类型和通用的对象，这使它不仅可以用于ＨＶＡＣ，还可以用于照明、安防、消防、门禁、交通等领域，事实证明它的应用领域还在不断的扩展之中［３］。

　二、　关于ＢＡ系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的集成　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ作为一个覆盖全世界的超级计算机网际网，在上个世纪九十年代得到了非常广泛的使用。

无论是对人们的生活还是各个行业的发展都产生了极大的影响，楼宇自动化行业也不例外。

楼宇自动化系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ结合起来，就能够利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的现有资源条件，实现分布在各地的ＢＡ设备及网络的低成本互连，从而实现ＢＡ系统在全球的远程通信。

另外，借助无所不在的Ｗｅｂ技术，还可使用户采用统一的（通常是免费的）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ浏览器界面对远程的ＢＡＣｎｅｔ　楼宇控制系统进行监控，免除了专用监控管理软件的购置费用和培训费。

本文的目的就是介绍基于ＢＡＣｎｅｔ　的楼宇控制系统如何利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ进行通信的，并与其它的解决方案作一个简单的比较。

　三、ＢＡＣｎｅｔ与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ集成的实现　ＢＡＣｎｅｔ　设备间的通信采用的是ＢＡＣｎｅｔ　协议，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ采用的是“Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ”即ＩＰ协议。

ＩＰ协议采用数据封装技术，将目的地址、源地址、传送信息封装在一个包内。

ＢＡＣｎｅｔ　设备要利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ进行通讯，必须采用ＩＰ协议的方式进行，这就需要附加采用一种传输层协议。

当前Ｉｎｔｅｒｎｅｔ主要采用两种基本的传输协议，即“传输控制协议（ＴＣＰ）”和“数据报协议（ＵＤＰ）”。

ＴＣＰ是一种可靠的面向连接的传输服务，它提供端到端的可靠性、包重组及流量控制功能。

ＵＤＰ是一种不可靠的无连接的数据报传输服务，它能提供ＴＣＰ所不能提供的多播及广播传送功能。

由于ＢＡＣｎｅｔ　协议本身已提供了包传输的可靠性保证、包重组、流量控制功能，因此采用ＵＤＰ协议较为合适。

为了达到这样的目的，ＢＡＣｎｅｔ在１９９５版本的基础上进行了扩展，在ＢＡＣｎｅｔ　网络中引入特定的设备或服务进行ＵＤＰ／ＩＰ通讯，这在ＢＡＣｎｅｔ　标准附录Ｈ．３和Ｊ中有具体描述。

　一、ＢＡＣｎｅｔ　附录Ｈ．３方式　附录Ｈ．３中规定ＢＡＣｎｅｔ　网络之间采用ＰＡＤ路由器的方式进行跨ＩＰ网络的互联。

ＰＡＤ是Ｐａｃｋｅｔ－Ａｓｓｅｍｂｌｅｒ－Ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｅｒ（数据包封装拆装）的缩写。

进行通讯的每个ＢＡＣｎｅｔ　网络均需要且只能有一个ＰＡＤ，ＰＡＤ不必是一个物理独立设备，它可集成在其它设备如楼宇控制器中［１］。

　ＰＡＤ工作方式与ＢＡＣｎｅｔ　路由器略有不同。

当它接收到一条发往另一ＢＡＣｎｅｔ　网络中的设备的ＢＡＣｎｅｔ　消息，而这个ＢＡＣｎｅｔ　网络只有利用ＩＰ互联网才能通讯时，它将此ＢＡＣｎｅｔ　消息封装进ＵＤＰ／ＩＰ包中，以目标ＢＡＣｎｅｔ　网络中的ＰＡＤ的ＩＰ地址为目的地址发出。

接收一边的ＰＡＤ则从中取出ＢＡＣｎｅｔ　消息，并发给本地局域网。

由于消息是直接发给接收方的ＰＡＤ，不象ＢＡＣｎｅｔ　路由器一样要广播全局信息。

这可通过每一个ＰＡＤ都建立一个对等的ＰＡＤ设备表来实现。

而ＢＡＣｎｅｔ　设备并没有意识到ＩＰ互联网的存在，它们以与普通ＢＡＣｎｅｔ　路由器一样的方式与ＰＡＤ通讯［４］。

　　图１ 采用ＰＡＤ的方式进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互连的两个ＢＡＣｎｅｔ网络　二、ＢＡＣｎｅｔ　附录Ｊ方式　通过ＩＰ互联网联结现有的ＢＡＣｎｅｔ　网络，附录Ｈ．３中的ＰＡＤ设备是最简单的方式。

然而，这种方式也存在着两个缺点：一是每个ＰＡＤ设备都要创建和维护一个含有所有对等ＰＡＤ的表，这在添加或删除网络时会带来很大的工作量；二是将单个ＢＡＣｎｅｔ　设备通过ＩＰ互联连入ＢＡＣｎｅｔ　系统时，也要为这个ＢＡＣｎｅｔ　设备配备一个ＰＡＤ设备，这极大地增加投资。

　基于以上及其它方面的考虑，１９９９年１月ＡＳＨＲＡＥ组织的ＢＡＣｎｅｔ　标准委员会（ＳＳＰＣ１３５）中的ＩＰ工作组制定了名为ＢＡＣｎｅｔ　／ＩＰ的扩展协议，作为附录Ｊ加在ＢＡＣｎｅｔ标准中。

　与附录Ｈ．３相比，ＢＡＣｎｅｔ　／ＩＰ有如下优点：　１．ＢＡＣｎｅｔ　／ＩＰ能更好地处理在ＩＰ网络上的ＢＡＣｎｅｔ　广播；　２．允许设备在ＩＰ互联网的任何地方连入系统；　３．支持“纯ＩＰ”的ＢＡＣｎｅｔ设备，所谓纯ＩＰ设备是指使用ＩＰ帧而不是ＢＡＣｎｅｔ帧来装载要传送的ＢＡＣｎｅｔ报文的单一控制器，从而有效地利用甚至是广域网作为ＢＡＣｎｅｔ局域网。

　附录Ｊ中采用了两种方法解决ＢＡＣｎｅｔ　信息广播的问题。

一种是采用多播的方式，多播是一种特殊的广播，它采用预留的ＩＰ地址范围（２２４．０．０．０－２３９．２２５．２２５．２２５）进行通讯，只有设定为接收多播信息的设备才能接收和处理信息。

然而，在多播被网管禁止时，就只能采用第二种方式——ＢＢＭＤ方式，它是ＢＡＣｎｅｔ　／ＩＰ广播管理设备的略写。

　ＢＢＭＤ工作方式与ＰＡＤ类似。

ＢＢＭＤ设备接收到需要在另一网络中广播的信息时，就将它直接送到另一网络上的ＢＢＭＤ，接收方ＢＢＭＤ再将信息在本地ＩＰ网络上广播。

无论是采用附录Ｈ．３方式还是附录Ｊ的方式，必须采取适当的措施，如子网划分等方式，避免产生“广播风暴”。

　　图２ 采用ＢＢＭＤ方式进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ集成的两个ＢＡＣｎｅｔ网络［４］　为了充分展示ＢＡＣｎｅｔ与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的这种无缝集成，北美的ＢＡＣｎｅｔ兴趣组织ＢＩＧ－ＮＡ开发了一个项目－开放的ＢＡＣｎｅｔ互操作广域网（ＯＢＩＷＡＮ），有兴趣者可以通过ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｉｇ－ｎａ．ｏｒｇ／访问该ＯＢＩＷＡＮ项目，得到一个直观的通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ监控ＢＡＣｎｅｔ设备的体验。

　四、与其它ＢＡ系统的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ集成方案的比较　这里我们不妨将ＢＡ领域中比较盛行的两种系统－ＢＡＣｎｅｔ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ及ＩＰ网络的集成方式做一个对比分析。

　首先，Ｌｏｎ设备只要想连接上以太网或ＩＰ网络，都需要经过ｉＬＯＮ实现；而对ＢＡＣｎｅｔ来说则可以不需要专门设备，因为ＢＡＣｎｅｔ设备本身可以支持以太网、ＩＰ网络（ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ设备）。

　ＬｏｎＷｏｒｋｓ实现与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接也要通过ｉＬＯＮ实现，ｉＬＯＮ作为一个隧道路由器（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｒｏｕｔｅｒ），在每一个与Ｌｏｎ网段连接的ＩＰ子网中都需要一个ｉＬＯＮ设备。

不幸的是隧道路由器有一些复杂的配置问题，需要专业人员的手工配置才能正常工作。

　ｉＬＯＮ采用的技术在ＢＡＣｎｅｔ中早得到了实现，与ＢＡＣｎｅｔ　Ａｎｎｅｘ　Ｈ中的技术一样。

而且ＢＡＣｎｅｔ的隧道路由器的操作在标准中明确定义了，从而允许不同厂家的隧道路由器之间能互操作；但ｉＬＯＮ的操作是专有的，没有标准化，这对Ｃｉｓｃｏ公司来说是一件好事，但对用户来说可不是一件好事。

　而ＢＡＣｎｅｔ为了彻底解决这些限制，采用了全新的ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ技术，这使得本征或纯的（ｎａｔｉｖｅ）ＢＡＣｎｅｔ设备不需要隧道路由器也可以在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ及ＩＰ网络上通信，在某些情况下需要采用ＢＡＣｎｅｔ广播管理设备（ＢＢＭＤ），同时也解决了自动绑定、发现设备的问题。

ＬＯＮ能通过专业安装人员手动配置克服这些问题，但由于现场情况不同难以做到统一通用的方法。

　五、ＢＡＣｎｅｔ与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ集成的应用前景 ＢＡＣｎｅｔ　系统连到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ后，就可以从世界上任何地方通过一个通用的浏览器方便地进行存取、监控，而不需要单独购买昂贵的操作终端软件。

其服务器端由ＢＡＣｎｅｔ　Ｗｅｂ服务器设备组成，这些设备以建筑物可视化图形显示和ＢＡＣｎｅｔ对象数据库的方式编程。

通过一个有Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ连接的机顶盒或工作站，敲入ＢＡＣｎｅｔ　系统的ＵＲＬ就可以浏览温度、设置点、报警或其它权限允许做的事。

为了掌握对象属性值，Ｗｅｂ服务器需要下载Ｊａｖａ小程序或其它可执行程序到浏览器端，提供一个更精巧的界面。

　ＢＡＣｎｅｔ　系统接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　的另一个好处是为服务提供商提供　ＢＡＣｎｅｔ　操作终端不能提供的数据处理服务。

已经有多家公司为不同的专用建筑控制系统提供能量报告服务，不久针对ＢＡＣｎｅｔ　系统的也会加入。

当前的能量报告服务数据是通过ＭＯＤＥＭ采集的，采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接后，将使数据的采集更加实时准确。

　ＢＡＣｎｅｔ　和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ连结还可以构建基于Ｗｅｂ的住户呼叫中心，在被允许的情况下，住户可以绕过建筑管理中心直接检查或操作供热、排气、空调、照明、安防等系统设备。

住户还可以以表单的形式提交故障报告、服务请求等到处理中心。

而这一切都是通过统一的浏览器实现的。

　六、结语　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在世界范围内得到了广泛的应用，ＩＰ技术成为通信网络的主流技术，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络建设也遍及世界上大部分国家和地区。