一、概述
人們常常弄不清楚LonWorks技術、Bacnet協議之間有什么不同，也就不清楚海思LonWorks產品與BACnet產品究竟分別用在哪些場合。本文詳細介紹ＢＡＣｎｅｔ，給大家作個科普。
隨著計算機、通信、控制和圖形顯示技術即４Ｃ技術的快速發展和全球對信息高速公路的大力建設，智能建筑，這個數字化、網絡化和信息化的結合產物開始進入人們的視野。然而，如今智能建筑內各種控制功能變得愈發強大而復雜，致使不同廠商生產的設備使用于同一建筑物內。制定一個開放的、統一的通信協議標準，并形成即插即用的環境，就成為十分迫切需要解決的問題。這就是Bacnet協議誕生的出發點。
二、什么是ＢＡＣｎｅｔ協議
樓宇自動控制網絡數據通信協議（BACnet協議）由美國供熱、制冷與空調工程師協會組織的標準項目委員會１３５Ｐ于１９９５年６月正式通過制定。標準編號為ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ
Ｓｔａｎｄａｒｄ ｌ３５－１９９５，同年１２月正式成為美國國家標準，并得到歐盟標準委員會的承認，成為歐盟標準草案。２０００年１月ＩＳＯ組織ＴＣ２０５委員會的１５個國家（中國、法國、日本、英國、美國等）的代表一致通過決議，將ＢＡＣｎｅｔ作為“委員會草案”進行廣泛評議，適當修改后列為“國際標準化草案”，最后成為國際標準。
一般樓宇自控設備從功能上講分為兩部分：一部分專門處理設備的控制功能；另一部分專門處理設備的數據通信功能。而ＢＡＣｎｅｔ就是要建立一種統一的數據通信標準，使得設備可以互操作。ＢＡＣｎｅｔ協議只是規定了設備之間通信的規則，并不涉及實現細節。
ＢＡＣｎｅｔ協議模型為：
（１）所有的網絡設備，除基于ＭＳ／ＴＰ協議的以外，都是完全對等的（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ）；
（２）每個設備都是一個“對象”的實體，每個對象用其“屬性”描述，并提供了在網絡中識別和訪問設備的方法；設備相互通信是通過讀／寫某些設備對象的屬性，以及利用協議提供的“服務”完成；
（３）設備的完善性（Ｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｉｏｎ），即其實現服務請求或理解對象類型種類的能力，由設備的“一致性類別”（Ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｃｌａｓｓ）所反映。
三、ＢＡＣｎｅｔ的體系結構
Bacnet建立在包含四個層次的簡化分層體系結構上。這四層相當于OSI模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，如圖1所示。Bacnet標準定義了自己的應用層和簡單的網絡層。對于其數據鏈路層和物理層，提供了以下五種選擇方案。
圖1 BACnet的體系結構層次圖
ＢＡＣｎｅｔ協議從硬／軟件實現、數據傳輸速率、系統兼容和網絡應用等幾方面考慮，目前支持五種組合類型的數據鏈路／物理層規范。其中主從／令牌傳遞（ＭＳ／ＴＰ）協議是專門針對樓宇自控設備設計的數據鏈路規范。ＢＡＣｎｅｔ在物理介質上，支持雙絞線、同軸電纜和光纜。在拓撲結構上，支持星型和總線拓撲。
ＢＡＣｎｅｔ沒有嚴格規定網絡拓撲結構，如圖２所示。其中：網段（Ｓｅｇｍｅｎｔ）是多個物理網段通過中繼器（Ｒ）連接形成的段落區間；網絡是多個網段通過網橋（Ｂ）連接而成的，每個網絡都形成一個ＭＡＣ地址域；ＢＡＣｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡是將使用不同局域網技術的多個網絡用路由器（ＲＴ）互聯起來形成的網際網。
在ＢＡＣｎｅｔ拓撲中設備之間只存在一條邏輯通路，無需廣域網的最優路由算法；其次，ＢＡＣｎｅｔ具有單一的局部地址空間，所以ＢＡＣｎｅｔ參照ＯＳＩ模型制定了簡化的網絡層協議，向應用層提供不確認無連接的數據單元傳送服務。每個ＢＡＣｎｅｔ設備都被一個網絡號碼和一個ＭＡＣ地址唯一確定。
網絡層通過“路由器”實現兩個或多個異類ＢＡＣｎｅｔ局域網（不同的數鏈層）的連接，并通過協議報文進行“路由器”的自動配置、路由表維護和擁塞控制。ＢＡＣｎｅｔ路由器與每個網絡的連接處稱為一個“端口”。路由表中包含端口的下列項目：（１）端口所連接網絡的ＭＡＣ地址和網絡號；（２）端口可到達網絡的網絡號列表及與這些網絡的連接狀態。圖２中，“１／２
ＲＴ”是半路由器，由ＰＴＰ連接形成一個完整的ＢＡＣｎｅｔ路由器，即ＢＡＣｎｅｔ網際網將廣域網技術向應用層屏蔽。
ＢＡＣｎｅｔ應用層即ＢＡＣｎｅｔ應用實體，通過ＡＰＩ（應用編程接口）為上層應用程序服務，并與對等應用層實體通信。應用實體由兩部分組成：用戶單元和應用服務單元（ＡＳＥ）。ＡＳＥ是一組特定內容的應用服務。而用戶單元支持本地ＡＰＩ、保存事務處理上下文信息、產生請求ＩＤ、記錄ＩＤ對應的應用服務響應、維護超時重傳機制所需的計數器以及將設備行為要求映射為對象。
ＢＡＣｎｅｔ應用層提供證實和非證實兩種類型的服務。ＢＡＣｎｅｔ定義了四種服務原語：請求、指示、響應和證實，它們通過應用層協議數據單元（ＡＰＤＵ）傳遞。由于ＢＡＣｎｅｔ建立在無連接的通信模式上，所以ＯＳＩ模型提供端到端服務的傳輸層部分簡化功能也由應用層實現，分別為：可靠的端到端傳輸和差錯校驗；報文分段和流量控制；報文重組和序列控制。
四、ＢＡＣｎｅｔ的對象、服務和功能組
ＢＡＣｎｅｔ采用面向對象技術，借此提供一種表示樓宇自控設備的標準。在ＢＡＣｎｅｔ中，對象就是在網絡設備之間傳輸的一組數據結構，網絡設備通過讀取、修改封裝在應用層ＡＰＤＵ中的對象數據結構，實現互操作。ＢＡＣｎｅｔ目前定義了１８個對象，如表１所示，每個對象都必須有三個屬性：對象標志符（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、對象名稱（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｎａｍｅ）和對象類型（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｔｙｐｅ）。其中，對象標志符用來唯一標識對象；ＢＡＣｎｅｔ設備可以通過廣播自身包含的某個對象的對象名稱，與包含相關對象的設備建立聯系。ＢＡＣｎｅｔ協議要求每個設備都要包含“設備對象”，通過對其屬性的讀取可以讓網絡獲得設備的全部信息。
表1 BACnet對象
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對 象 名 稱 |
應 用 舉 例 |
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01 |
模擬輸入Analog Input |
模擬傳感器輸入如機械開關On/Off輸入 |
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02 |
模擬輸出Analog Output |
模擬控制量輸出 |
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03 |
模擬值Analog Value |
模擬控制設備參數如設備閥值 |
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04 |
數字輸入Binary Input |
數字傳感器輸入如電子開關On/Off輸入 |
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05 |
數字輸出Binary Output |
繼電器輸出 |
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06 |
數字值Binary Value |
數字控制系統參數 |
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07 |
命令Command |
向多設備多對象寫多值如日期設置 |
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08 |
日歷表Calender |
程序定義的事件執行日期列表 |
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09 |
時間表Schedule |
周期操作時間表 |
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10 |
事件登記Event Enrollment |
描述錯誤狀態事件如輸入值超界或報警事件。通知一個設備對象，也可通過“通知類”對象通知多設備對象 |
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11 |
文件File |
允許訪問（讀/寫）設備支持的數據文件 |
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12 |
組Group |
提供單一操作下訪問多對象多屬性 |
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13 |
環Loop |
提供訪問一個“控制環”的標準化操作 |
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14 |
多態輸入Multi-state Output |
表述多狀態處理程序的狀況，如制冷設備開、關和除霜循環 |
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15 |
多態輸出Multi-state Output |
表述多狀態處理程序的期望狀態，如制冷設備開始冷卻、除霜的時間 |
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16 |
通知類Notification Class |
包含一個設備列表，配合“事件登記”對象將報警報文發送給多設備 |
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17 |
程序Program |
允許設備應用程序開始和停止、裝載和卸載，并報告程序當前狀態 |
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18 |
設備Device |
其屬性表示設備支持的對象和服務以及設備商和固件版本等信息 |
在ＢＡＣｎｅｔ中，把對象的方法稱為服務，對象及其屬性提供了對一個樓宇自控設備“網絡可見信息”的抽象描述，而服務提供了如何訪問和操作這些信息的命令和方法。ＢＡＣｎｅｔ設備通過在網絡中傳遞服務請求和服務應答報文實現服務。ＢＡＣｎｅｔ定義了３５種服務，并將其劃分為６個類別：
（１）報警與事件服務（Ａｌａｒｍ ａｎｄ Ｅｖｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含８種服務處理環境狀態的變化，提供了ＢＡＣｎｅｔ設備預設的請求值改變通告、請求報警或事件狀態摘要、發送報警或事件通知、收到報警通知確認等方法；
（２）文件訪問服務（Ｆｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含２種服務，提供讀寫文件的方法，包括上／下載控制程序和數據庫的能力；
（３）對象訪問服務（Ｏｂｊｅｃｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含９種服務，提供了讀、修改和寫屬性值以及增刪對象的方法；
（４）遠程設備管理服務（Ｒｅｍｏｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含１１種服務，提供對ＢＡＣｎｅｔ設備進行維護和故障檢測的工具、方法；
（５）虛擬終端服務（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含３種服務，提供了一種面向字符的數據雙向交換機制，使其他具有專有特性的樓宇自控設備成為一個ＢＡＣｎｅｔ虛擬終端并使ＢＡＣｎｅｔ網絡能對其進行重構；
（６）網絡安全服務（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）包含２種服務，提供對等實體驗證、數據源驗證、操作者驗證和數據加密等功能。
ＢＡＣｎｅｔ功能組規定了實現特定控制功能所需的對象和服務的組合。ＢＡＣｎｅｔ已定義了１３個功能組，包括時鐘功能組、事件響應功能組、文件功能組、虛擬終端功能組、設備通信功能組等。
五、ＢＡＣｎｅｔ設備級別和設備等級說明
在實際的樓宇自動化系統中，沒有必要也不可能所有的設備都支持、包含上述所有的對象和服務。因此，ＢＡＣｎｅｔ定義了６個一致性類別（設備級別）。一致性類別的分級編號為１～６，最低級別是類別ｌ。每個類別都規定了設備要實現的最小服務子集，且包含低級別的所有服務。
為了幫助用戶和工程人員確定不同ＢＡＣｎｅｔ設備之間的互操作性，需要廠商為每個設備提供標準格式文件以標識設備中己實現的ＢＡＣｎｅｔ標準的內容，即文件需包括設備符合ＢＡＣｎｅｔ等級的說明。這個文件就是ＰＩＣＳ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ），它包括：
（１）標識廠商和描述設備的基本信息；
（２）設備符合ＢＡＣｎｅｔ的級別；
（３）設備所支持的功能組；
（４）設備所支持的基于標準或專有的服務，設備啟動或響應服務請求的能力；
（５）設備所支持的基于標準或專有的對象類型及其屬性描述；
（６）設備支持的數據鏈路技術；
（７）設備支持的分段請求和響應。
六、 ＢＡＣｎｅｔ的互聯網擴展
目前，ＢＡＣｎｅｔ標準使用兩種技術實現與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的互聯。第一種技術附件Ｈ中稱之為“隧道”技術，并將其設備稱之為分組封裝／拆裝設備，簡稱ＰＡＤ。其作用就像一個網關／路由器，這在圖２中兩個半路由器連接廣域網形成一個完全的ＢＡＣｎｅｔ路由器有所體現。第二種技術附件Ｊ中稱之為ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ，設備直接封裝ＩＰ幀／包在ＢＡＣｎｅｔ網絡和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上傳輸。
ＰＡＤ將ＢＡＣｎｅｔ報文數據封裝在ＩＰ協議數據包內傳輸，在目的ＢＡＣｎｅｔ網絡解封。因此每個連接Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＢＡＣｎｅｔ網絡都要配置ＰＡＤ網關／路由器。它可以是一個單獨的設備，也可以是某種樓宇控制設備功能的一部分。
ＡＳＨＲＡＥ于１９９９年１月正式發布附件Ｊ并成為美國國家標準。它規范了支持ＴＣＰ／ＩＰ的設備組建ＢＡＣｎｅｔ網絡的技術，并稱之為ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ網絡，簡稱Ｂ／ＩＰ，是一個或多個ＩＰ子網組成的集合，整體具有單獨的ＢＡＣｎｅｔ網絡號。ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ網絡報文在網絡層是ＩＰ包，在傳輸層是ＵＤＰ數據報，從而實現與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＴＣＰ／ＩＰ協議的融合。
