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BACnet協(xié)議介紹與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

一、BACnet協(xié)議概述

BACnet協(xié)議(A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks)，是由美國(guó)采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）制定的一個(gè)樓宇自動(dòng)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件，BACnet協(xié)議最根本的目的是提供一種樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作的方法。BACnet協(xié)議并不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為是一種應(yīng)用層的協(xié)議，而是包含四個(gè)層次的簡(jiǎn)化分層體系結(jié)構(gòu)，這四層相當(dāng)于OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

BACnet中有很多專業(yè)術(shù)語(yǔ)，解釋如下：

1、服務(wù)原語(yǔ)

與ISO服務(wù)中的約定用法一致，BACnet中兩個(gè)對(duì)等應(yīng)用進(jìn)程間的信息交換，被表示成抽象服務(wù)原語(yǔ)的交換。這些服務(wù)原語(yǔ)用來(lái)傳遞一些特定的服務(wù)參數(shù)，本協(xié)議定義了四種服務(wù)原語(yǔ)：請(qǐng)求（request）、指示（indication）、響應(yīng)（response）和證實(shí)（confirm）。

同樣，本協(xié)議定義了下列幾種服務(wù)：

有證實(shí)（confirmed）服務(wù)：用CONF_SERV標(biāo)記，表示客戶方通過(guò)具體的服務(wù)請(qǐng)求實(shí)例向服務(wù)器方請(qǐng)求服務(wù)，服務(wù)器方通過(guò)響應(yīng)請(qǐng)求來(lái)為客戶方提供服務(wù)。存在客戶/服務(wù)器模型、區(qū)分“請(qǐng)求方BACnet用戶”和“響應(yīng)方BACnet用戶”等。

無(wú)證實(shí)（unconfirmed）服務(wù)：用UNCONF_SERV標(biāo)記，只有“發(fā)送方BACnet用戶”和“接收方BACnet用戶”的概念，不存在客戶/服務(wù)器模型，只有發(fā)送方和接收方，而不是請(qǐng)求-響應(yīng)對(duì)。

分段確認(rèn)（segment acknowledge）服務(wù)：用SEGMENT_ACK標(biāo)記，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)報(bào)文（長(zhǎng)度大于通信網(wǎng)絡(luò)、收/發(fā)設(shè)備所支持的長(zhǎng)度）的傳輸，BACnet采取了應(yīng)用層報(bào)文分段的機(jī)制來(lái)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分段。在BACnet中只有有證實(shí)請(qǐng)求（Confirmed-Request）和復(fù)雜確認(rèn)（Complex-ACK）報(bào)文可能需要分段，因此分段還是BACnet的一個(gè)可選特性。

另外，還有差錯(cuò)（ERROR）服務(wù)，拒絕（REJECT）服務(wù)，中止（ABORT）服務(wù)。

因此，根據(jù)不同的服務(wù)類型和原語(yǔ)類型，據(jù)有下表所示的服務(wù)原語(yǔ)。這些原語(yǔ)中的信息，由各種協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU：Protocol Data Unit）傳遞。

2、PDU類型

BACnet協(xié)議定義了七種不同的PDU，用以傳遞原語(yǔ)信息。

2.1 BACnet有證實(shí)請(qǐng)求PDU

用于傳送包含在有證實(shí)服務(wù)請(qǐng)求原語(yǔ)中的信息。

2.2 BACnet無(wú)證實(shí)請(qǐng)求PDU

用于傳送包含在無(wú)證實(shí)服務(wù)請(qǐng)求原語(yǔ)中的信息。

2.3 BACnet 簡(jiǎn)單確認(rèn)PDU

傳送包含在一個(gè)服務(wù)響應(yīng)原語(yǔ)中的信息，這個(gè)信息是服務(wù)請(qǐng)求已經(jīng)成功執(zhí)行。

2.4 BACnet復(fù)雜確認(rèn)PDU

用于傳送包含在一個(gè)服務(wù)響應(yīng)原語(yǔ)中的信息，這個(gè)信息除了包含服務(wù)請(qǐng)求已經(jīng)成功執(zhí)行之外，還有其它一些信息。

2.5 BACnet 分段確認(rèn)PDU

用于對(duì)收到一個(gè)或者多個(gè)PDU進(jìn)行確認(rèn)，這些PDU包含一個(gè)分段報(bào)文的分段。BACnet 分段確認(rèn)PDU也用于對(duì)分段報(bào)文的下一個(gè)或者幾個(gè)分段的請(qǐng)求。

2.6 BACnet差錯(cuò)PDU

用于傳送包含在一個(gè)服務(wù)響應(yīng)原語(yǔ)中的信息，這個(gè)信息指出前一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求完全失敗的原因。

2.7 BACnet拒絕PDU

用于對(duì)一個(gè)有證實(shí)請(qǐng)求PDU的拒絕接收，其原因是這個(gè)被拒絕的PDU具有句法結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤或者其它的協(xié)議錯(cuò)誤，使得不能對(duì)這個(gè)PDU進(jìn)行解讀，或者不能夠提供請(qǐng)求的服務(wù)。只能對(duì)有證實(shí)請(qǐng)求PDU進(jìn)行拒絕。

2.8 BACnet 中止PDU

用于結(jié)束兩個(gè)對(duì)等實(shí)體之間的事務(wù)處理。

3 服務(wù)選擇

BACnet定義了以下幾類可選擇的服務(wù)，用于兩個(gè)對(duì)等實(shí)體之間的交互。

3.1 文件訪問(wèn)服務(wù)

定義一組訪問(wèn)和操作在BACnet設(shè)備中的文件的服務(wù)。文件只是一個(gè)抽象的概念,表示一個(gè)任意長(zhǎng)度和意義的字節(jié)集合的網(wǎng)絡(luò)可見(jiàn)形式。

基本讀文件（AtomicReadFile）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用基本讀文件服務(wù)對(duì)某個(gè)文件進(jìn)行一個(gè)“打開(kāi)－讀出－關(guān)閉”的操作。

基本寫(xiě)文件（AtomicWriteFile）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用基本寫(xiě)文件服務(wù)對(duì)某個(gè)字節(jié)流進(jìn)行一個(gè)“打開(kāi)－寫(xiě)入－關(guān)閉”的操作，將它寫(xiě)入到文件的某個(gè)位置。

3.2 對(duì)象訪問(wèn)服務(wù)

定義九個(gè)應(yīng)用服務(wù)，這些服務(wù)共同提供一組訪問(wèn)和操作BACnet對(duì)象的方法。

添加列表元素（AddListElement）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用添加列表元素服務(wù)向一個(gè)具有列表的對(duì)象的屬性添加一個(gè)或者多個(gè)列表元素。

刪除列表元素（RemoveListElement）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用刪除列表元素服務(wù)從一個(gè)具有列表的對(duì)象的屬性中刪除一個(gè)或者多個(gè)列表元素。

創(chuàng)建對(duì)象（CreateObject）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用創(chuàng)建對(duì)象服務(wù)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的新實(shí)例。

刪除對(duì)象（DeleteObject）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用刪除對(duì)象服務(wù)刪除一個(gè)已有的對(duì)象。

讀屬性（ReadProperty）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用讀屬性服務(wù)請(qǐng)求一個(gè)BACnet對(duì)象的一個(gè)屬性值。

條件讀屬性（ReadPropertyConditional）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用條件讀屬性服務(wù)請(qǐng)求那些滿足一個(gè)選擇準(zhǔn)則列表的所有BACnet對(duì)象的對(duì)象標(biāo)識(shí)符和0個(gè)或者多個(gè)特定屬性的值。

讀多個(gè)屬性（ReadPropertyMultiple）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用讀多個(gè)屬性服務(wù)請(qǐng)求一個(gè)或者多個(gè)BACnet對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)特定屬性的值。

寫(xiě)屬性（WriteProperty）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用寫(xiě)屬性服務(wù)修改一個(gè)BACnet對(duì)象的一個(gè)屬性值。

寫(xiě)多個(gè)屬性（WritePropertyMultiple）服務(wù)：一個(gè)客戶端的BACnet用戶使用寫(xiě)多個(gè)屬性服務(wù)修改一個(gè)或者多個(gè)BACnet對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)特定屬性的值。

3.3 遠(yuǎn)程設(shè)備管理服務(wù)

定義一組遠(yuǎn)程設(shè)備管理服務(wù)。

設(shè)備通信控制（DeviceCommunicationControl）服務(wù)。

有證實(shí)專有傳輸（ConfirmedPrivateTransfer）服務(wù)。

無(wú)證實(shí)專有傳輸（UnconfirmedPrivateTransfer）服務(wù)。

重新初始化設(shè)備（ReinitializeDevice）服務(wù)。

有證實(shí)文本報(bào)文（ConfirmedTextMessage）服務(wù)。

無(wú)證實(shí)文本報(bào)文（UnconfirmedTextMessage）服務(wù)。

時(shí)間同步（TimeSynchronization）服務(wù)。

3.4 Who-Has和I-Have服務(wù)

一個(gè)發(fā)送的BACnet用戶使用Who-Has服務(wù)確定一些其它BACnet設(shè)備的設(shè)備對(duì)象標(biāo)識(shí)符和網(wǎng)絡(luò)地址，設(shè)備使用I-Hava服務(wù)響應(yīng)Who-Has服務(wù)請(qǐng)求，或者通告自己有一個(gè)具有給定的對(duì)象名稱屬性或者對(duì)象標(biāo)識(shí)符屬性的對(duì)象。

3.5 Who-Is和I-Am服務(wù)

一個(gè)發(fā)送方BACnet用戶使用Who-Is服務(wù)確定在同一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的其它BACnet設(shè)備的設(shè)備對(duì)象標(biāo)識(shí)符和網(wǎng)絡(luò)地址，Who-Is服務(wù)是一個(gè)無(wú)證實(shí)服務(wù)。I-Am服務(wù)也是一個(gè)無(wú)證實(shí)的服務(wù)，這個(gè)服務(wù)用于響應(yīng)Who-Is服務(wù)請(qǐng)求。

3.6 虛擬終端服務(wù)

略。

4 對(duì)象

對(duì)象是對(duì)現(xiàn)實(shí)設(shè)備中某一特征的抽象。

4.1 模擬輸入對(duì)象類型（Analog Input Object Type）

模擬輸入對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示一個(gè)模擬輸入的外部可見(jiàn)一致性代碼。

4.2 模擬輸出對(duì)象類型（Analog Output Object Type）

模擬輸出對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示一個(gè)模擬輸出的外部可見(jiàn)一致性代碼。

4.3 模擬值對(duì)象類型（Analog Value Object Type）

模擬值對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示一個(gè)模擬值的外部可見(jiàn)一致性代碼。BACnet設(shè)備的一個(gè)“模擬值”是駐留在這個(gè)設(shè)備的內(nèi)存中的一個(gè)控制系統(tǒng)參數(shù)。

4.4 二進(jìn)制輸入對(duì)象類型（Binary Input Object Type）

二進(jìn)制輸入對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的屬性表示二進(jìn)制輸入的外部可見(jiàn)一致性代碼?！岸M(jìn)制輸入”是物理設(shè)備或硬件的輸入，該輸入只存在兩種狀態(tài)，即“活動(dòng)（ACTIVE）”狀態(tài)和“非活動(dòng)（INACTIVE）”狀態(tài)。二進(jìn)制輸入的主要用途是指明機(jī)械設(shè)備狀態(tài)，如：風(fēng)機(jī)或水泵是否運(yùn)行?；顒?dòng)表示設(shè)備開(kāi)或運(yùn)轉(zhuǎn)，非活動(dòng)表示設(shè)備關(guān)或未運(yùn)行。

4.5 二進(jìn)制輸出對(duì)象類型（Binary Output Object Type）

二進(jìn)制輸出對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的屬性表示二進(jìn)制輸出的外部可見(jiàn)一致性代碼?！岸M(jìn)制輸出”是物理設(shè)備或硬件的輸出，該輸出只存在兩種狀態(tài)，即“活動(dòng)”狀態(tài)和“非活動(dòng)”狀態(tài)。二進(jìn)制輸出的主要用途是切換機(jī)械設(shè)備狀態(tài)，如：風(fēng)機(jī)或水泵的開(kāi)和關(guān)。活動(dòng)表示設(shè)備開(kāi)或運(yùn)轉(zhuǎn)，非活動(dòng)表示設(shè)備關(guān)或未運(yùn)行。

4.6 二進(jìn)制值對(duì)象類型（Binary Value Object Type）

二進(jìn)制值對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的屬性表示二進(jìn)制值的外部可見(jiàn)一致性代碼?！岸M(jìn)制值”是駐留在BACnet設(shè)備內(nèi)存中的控制系統(tǒng)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)只存在兩種狀態(tài)即：“活動(dòng)”狀態(tài)和“非活動(dòng)”狀態(tài)。

4.7 日期表對(duì)象類型（Calendar Object Type）

日期表對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，用于描述日期列表，例如，“節(jié)假日”、“特別日”或簡(jiǎn)單的日期列表。

4.8 命令對(duì)象類型（Command Object Type）

命令對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性反映了多操作命令過(guò)程的外部可見(jiàn)一致性代碼。命令對(duì)象的作用是，根據(jù)寫(xiě)入到命令對(duì)象自己的當(dāng)前值屬性中的“操作代碼（action code）”，向一組對(duì)象屬性寫(xiě)入一組值。無(wú)論何時(shí)，只要命令對(duì)象的當(dāng)前值屬性被寫(xiě)入，就會(huì)觸發(fā)命令對(duì)象采取一組改變其它對(duì)象的屬性值的操作。

4.9 設(shè)備對(duì)象類型（Device Object Type）

設(shè)備對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示BACnet設(shè)備的外部可見(jiàn)一致性代碼。每個(gè)BACnet設(shè)備有且只有一個(gè)設(shè)備對(duì)象。每個(gè)設(shè)備對(duì)象由它的對(duì)象標(biāo)識(shí)符屬性確定，該屬性在BACnet設(shè)備中乃至整個(gè)BACnet互聯(lián)網(wǎng)中都是唯一的。

4.10 事件登記對(duì)象類型（Event Enrollment Object Type）

事件登記對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，表示BACnet系統(tǒng)內(nèi)管理事件的信息。“事件”是指滿足預(yù)先規(guī)定條件的所有對(duì)象的任何屬性值的變化。事件登記對(duì)象主要用于定義一個(gè)事件和提供在事件發(fā)生與通告消息向一個(gè)或多個(gè)接收者進(jìn)行傳輸這兩者之間的聯(lián)系。

1.4.11 文件對(duì)象類型（File Object Type）

文件對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，用于定義可以通過(guò)文件服務(wù)（見(jiàn)第14節(jié)）訪問(wèn)的數(shù)據(jù)文件的屬性。

4.12 組對(duì)象類型（Group Object Type）

組對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示一個(gè)其它對(duì)象的集合以及這些對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)屬性。組對(duì)象提供一種快速的方式，可以一次確定組的成員，從而簡(jiǎn)化BACnet設(shè)備間的信息交換。一個(gè)組對(duì)象可以是任何對(duì)象類型的組合。

4.13 環(huán)對(duì)象類型（Loop Object Type）

環(huán)對(duì)象類型定義為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，其屬性表示任何形式的反饋控制環(huán)路的外部可見(jiàn)一致性代碼。環(huán)對(duì)象通過(guò)提供三個(gè)獨(dú)立的無(wú)單位增益常數(shù)，可以具有廣泛的適用性。每個(gè)增益常數(shù)由控制算法具休確定，如何使用不同的算法確定增益常數(shù)的方法，由生產(chǎn)商自行確定。

4.14 多態(tài)輸入對(duì)象類型（Multi-state Input Object Type）

多態(tài)輸入對(duì)象類型定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的當(dāng)前值屬性表示對(duì)象駐留的BACnet設(shè)備內(nèi)算法處理的結(jié)果。

4.15 多態(tài)輸出對(duì)象類型（Multi-state Output Object Type）

多態(tài)輸出對(duì)象類型定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的屬性表示這個(gè)對(duì)象駐留的BACnet設(shè)備內(nèi)的處理程序或一個(gè)或多個(gè)物理輸出的期望狀態(tài)。

4.16 通告類對(duì)象類型（Notification Class Object Type）

通告類對(duì)象類型定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，表示在BACnet系統(tǒng)內(nèi)事件通告發(fā)布所需的信息。

4.17 程序?qū)ο箢愋停≒rogram Object Type）

程序?qū)ο箢愋投x了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，它的屬性表示應(yīng)用程序的外部可視一致性代碼。在本協(xié)議中，應(yīng)用程序是指對(duì)一個(gè)在BACnet設(shè)備中的處理過(guò)程的抽象表示，這個(gè)處理過(guò)程執(zhí)行一個(gè)指令集，對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)集合進(jìn)行操作。

4.18 時(shí)間表對(duì)象類型（Schedule Object Type）

時(shí)間表對(duì)象類型定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，用于描述一個(gè)周期性的時(shí)間表。這個(gè)時(shí)間表中確定了某事件在一個(gè)日期范圍內(nèi)可能重復(fù)發(fā)生，同時(shí)表示有些日期是事件不發(fā)生的日期。

5 屬性

上述各對(duì)象除了有公有的屬性外，還有自己私有的屬性。

常用的公有屬性有：

對(duì)象名稱(Object_Name)

對(duì)象類型 (Object_Type)

當(dāng)前值 (Present_Value)

描述(Description)

通常對(duì)象名稱由對(duì)象類型和對(duì)象實(shí)例一起標(biāo)識(shí)。需注意，當(dāng)前值屬性并不一定為實(shí)數(shù)，可以為BOOL型、INT型等。

二、TCP/IP組網(wǎng)布署

每個(gè)設(shè)備有一個(gè)唯一的設(shè)備地址，在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，就是IP地址。在設(shè)備不是一個(gè)BACnet路由器的情況下，設(shè)備不知道或不需要知道他們BACnet網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。一個(gè)或多個(gè)子網(wǎng)可以有相同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。

1 BBMD結(jié)構(gòu)

為了確保廣播消息不會(huì)在所有子網(wǎng)中路由，引入了BACnet廣播管理設(shè)備(BACnet Broadcast Management Device,BBMD)。很多功能，比如動(dòng)態(tài)name綁定、值改變通知都會(huì)廣播，通過(guò)BBMD把這些消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)中。

1.1 樹(shù)形結(jié)構(gòu)