（海思技術部供稿）
作為LonWorks技術中國領航企業，海思在全力研發Lonworks產品供應市場以滿足用戶需求的同時，向國內用戶介紹LonWorks技術的先進性，以及應用開發所需具備的基礎知識等方面，海思更是盡心盡力。下面向大家全面介紹LonWorks總線技術的核心，幫助大家認識LonWorks總線技術。
美國埃施朗公司上世紀九十年代研發、推出的LonWorks(Local Operating Network)總線技術是一個開放的、全分布式監控系統專用網絡平臺技術，以其獨特的特點已成為目前所有現有的現場總線網絡功能最為強大，市場效率最高的總線，其技術已被我國多部國家規范所采納。它使用了具有分布控制與通信聯網功能的大規模集成的神經元芯片構成各個智能監控節點，通過網絡收發器及網絡通信媒體將各節點構成全分布式局部操作網絡。
一.LonWorks網絡技木特點
1.智能節點作為現場總線網絡控制器；
2.多種網絡拓撲結構：總線形、星形、環形、自由形；
3.多種網絡系統結構：主從式、對等式及Client/ Server式；
4.多種傳輸媒體：雙絞線、動力電源線、無線、光纖、紅外、電話線等；
5.介質訪問方法：帶預測和優先級的P—堅持CSMA(Carrier Sense Multiple Access，載波監聽多路訪問)；
6.網絡通信協議：基于IS0/OSI七層參考模型的網絡通信協議——LonTalk通信協議，系統開放；
7.同異型網絡的互連方便。
二. LonWorks網絡的結構模型
LonWorks采用開放式ISO/OSI模型的全部七層通訊協議結構，具備了局域網的基本功能,與異型網的兼容性比任何現存的現場總線都好，被譽為通用控制網絡，它還提供了與LAN的接口，從而實現了二者的有機結合。
其各層功能如下表所示。
三.LonWorks的通訊介質訪問控制方式
當某一節點有信息要發送而試圖占用通道時，首先在一個固定的周期Beta l檢測通道是否處于網絡空閑。為了支持優先級，還要增加優先級時間片，優先級越高的所加的時間片就越少。隨后再根據網絡積壓參數BL產生一個隨機等待時間片w，按理拾到w之間的隨機數W=BL*16。當延時結束時，網絡仍空閑，節點以概率p=1/w發送報(如下圖)。
四.LonWorks網絡的技術組成
一個典型的現場控制節點主要包括以下幾部分功能模塊：應用CPU、I/O處理單元、通信處理器、收發器和電源。 LonWorks以Neuron神經元芯片為核心組成智能控制節點，典型使用神經元芯片的現場控制節點如下圖：
五.神經元芯片
Lonworks的核心是Neuron神經元芯片。它包括一套完整的通信協議，即LonTalk協議。使用CMOS CLSI技術高度集成，每個神經元芯片有唯一的48位ID地址，內部含有3個8位的CPU：第一個CPU為介質訪問控制處理器，處理LonTalk協議的第一層和第二層;Neuron芯片的編程語言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來的，并對ANSI C進行了刪減和增補。第二個CPU為網絡處理器，它實現LonTalk協議的第三層至第六層;第三個CPU為應用處理器，實現LonTalk協議的第七層，執行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調用的操作系統服務。所以這個芯片即是一個網絡通信處理器，又是一個應用程序處理器，實現了完整的Lonworks的LonTalk通信協議。
神經元芯片的結構框圖如下圖所示
六.LonWorks路由器
透明地支持多種傳輸媒介是LonWorks技術中一項獨特功能，它使得開發者選擇最適合他們需求的傳輸媒介和通信方法。這種多介質的支持是通過路由器實現的。路由器能夠用于控制網絡交通和分割網絡，增加網絡吞吐量和容量。它使LonWorks總線突破了傳統現場總線的限制，使其通信不受通信介質、通信距離和通信速率的限制。
LonWorks路由器包括中繼器、橋接器等。
采用RTR-10路由器核心模塊構成的路由器框圖如下所示。
七.LonWorks 通信協議
LonWorks技術采用LonTalk通信協議，該協議為七層協議，通過網絡變量直接面向對象通信。該協議具有以下特點：
1.發送的報文都是很短的數據，一般是幾個字節到幾十個字節；
2.通信帶寬不高，一般從幾kb/s到20Mb/s；
3.網絡上各節點往往是低成本、低維護的單片機；
4.多節點；
5.多介質；
6.可靠性高；
7.實時性高。
LonTalk協議的網絡地址采用三層結構，即：域(Domain)、子網(Subnet)和節點(Node)。
域：為第一層結構，它保證在不同域中通信的彼此獨立性。
子網：為網絡地址結構的第二層，每一個域最多有255個子網，一個子網可以是一個或多個通道的邏輯分組。
節點：為網絡地址的第三層，每個子網最多可以有127個節點。
所以一個域最多可以有255×127=32385個節點。
八.LonWorks 收發器
LonWorks技術的一個重要特征是它支持多種介質通信。根據通信介質的不同，LonWorks技術可分為以下多種總線收發器：
1.雙絞線收發器
雙絞線是使用最為廣泛的一種介質，用于雙絞線介質的收發器主要以下三種：
A.直接驅動收發器
直接驅動是使用神經元芯片的通信端口作為收發器，同時加入電阻和瞬態抑制器作為電流限制和ESD保護 。
這種方式適合于網絡上的所有節點在同一個大設備中使用同一個電源。
B.EIA-485收發器
EIA-485接口是現場總線中常用的電氣接口，LonWorks同樣也支持該電氣接口。使用EIA-485共模電壓比直接驅動要好，但不如變壓器耦合驅動。
C.變壓器耦合驅動收發器
變壓器耦合驅動能滿足系統的高性能、高共模隔離要求，并具有噪聲隔離的作用 。目前相當多的網絡收發器采用變壓器耦合的方式。
D.電源線收發器
電源線是指通信線和電源線纜共用一對雙絞線。使用電源線的意義在于所有節點通過一個48V直流中央電源供電，這對于一些電力資源匱乏的地區具有非常重要的意義;同時采用通信線和電源線纜共用一對雙絞線可以節約一對雙絞線，也便于系統的安裝和維護。由于電源線收發器采用的是直流供電，可以和變壓器耦合的雙絞線直接連接。
E.電力線收發器
電力線接收器是將通信數據調制成載波信號或擴頻信號，然后通過耦合器耦合到220V或其他交直流電力線上，甚至是沒有電力的雙絞線。這種方式減少了施工布線等建設費用，是一種將神經元節點加入到電力線中簡單、有效的方法。
但該方法會遇到電力線通信的普遍問題——電力線間歇性噪聲大等問題，因此需要采用一定的技術加以解決。
5.其他收發器
除上述收發器外，LonWorks技術中還廣泛采用無線收發器、光纖收發器等，以滿足特殊情況需要。
九.LonWorks技術的應用
目前LonWorks技術己經被廣泛應用在智能大廈、家庭自動化、保安系統，辦公設備、運輸設備、工業過程控制等行業，成為發展最快的現場總線之一，尤其在建筑領域，該技術已成為國際公認的標準。
上圖所示的是兩級Lonworks網絡結構形式,一路是路由器，一路是智能節點，它將每一用戶設計為一個 Lonworks智能節點，由該智能節點對用戶內各部件進行實時監控，完成控制系統的大部分功能。
Lonworks 總線技術規定：一個Lonworks網絡最多可以有255個子網，而每個子網最多可以有127個節點。
在上述結構中，每127個節點需要一個路由器以支持更多的節點。所以Lonworks網絡其節點數最多可以達到 255 ×127= 32385。
