现场总线网络期末复习.doc

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2014~2015学年度第二学期期末复习

现场总线网络

题型：

填空、名词解释、简答、编写程序、阅读程序

第一章LonWorks技术概述

1、现场总线的概念（P2）

现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现串行、双向的数字通信系统，也被称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络，用于实现数据传输与信息交换。

2、工业总线的基本类型

传感器级总线（SensorBus）、设备级总线（DeviceBus）、现场总线（FieldBus）。

3、计算机总线的基本类型

数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。

4、现场总线的结构类型

星型、总线型。

5、现场总线系统的技术特点（P3）

（1）系统开放性。

（2）互可操作性与互用性。

（3）现场设备的智能化与功能自治性。

（4）系统的高度分散性。

（5）对现场环境的适应性。

6、现场总线的优点（P4）

（1）节省硬件数量与投资。

（2）节省安装费用。

（3）节省维护开销。

（4）用户具有高度的系统集成主动权。

（5）提高系统的准确性与可靠性。

7、LonWorks的地位

LonWorks是一个开放的总线平台技术，用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，并具有现场总线的一切特点。

8、LonWorks技术的组成

（1）神经元芯片。

（2）LonTalk协议。

（3）节点开发工具NodeBuilder、网络管理工具LonManager、节点网络安装工具LonBuilder、图形化工具LonMaker。

9、LonWorks技术的特点

（1）完全开放的技术。

（2）提出应用分布式智能设备组建控制网络，也支持主从式网络结构。

（3）支持多种通信介质和各种拓扑结构。

（4）拥有3个处理单元的神经元芯片（Neuron芯片）。

（5）LonTalk支持7层网络协议，提供了一个固化在神经元芯片的网络操作系统。

（6）预测性P－坚持CSMA。

（7）提供现成的网络管理工具、网络维护诊断工具、网络操作系统。

（8）支持面向对象的编程（网络变量NV）以及LonMark互操作协会的标准化工作。

10、LonWorks技术的核心

（1）核心元件——神经元芯片。

（2）核心协议——LonTalk协议。

11、楼宇自动化系统（BAS）的主流技术

在现场总线采用LonWorks技术，在管理层采用BACnet标准。

12、LonWorks的网络开放性

（1）提供OSI参考模型定义的全部七层服务。

（2）支持多种通信媒介。

（3）支持任意自由拓扑网络结构。

（4）实现真正的点对点通信。

第二章LonWorks硬/软件资源技术基础

13、神经元芯片的组成（P13~14）

神经元芯片内部的3个微处理器（CPU）分别是：

媒体访问（MAC）处理器、网络处理器（NET）和应用处理器（APP）。

MAC处理器用于完成开放式系统互连参考模型中的第一层和第二层的功能，实现介质访问和控制和处理。

NET处理器用于完成第三层至第六层的功能，包括处理网络变量、事务处理、背景诊断、软件定时器、路由、权限证实和网络管理等，并负责网络通信控制、发送和接受数据包等。

APP处理器实现网络协议第七层的功能，大部分应用程序的编程语言为NeuronC。

14、存储器

3120仅含有内部存储器，3150除含有内部存储器外，还可外接存储器。

Neuron芯片的内部存储器有三种，即EEPROM、静态RAM、ROM。

15、神经元芯片通信引脚的接口模式（P17）

单端模式、差分模式、专用模式。

在单端模式和差分模式下，编码方式采用差分曼彻斯特编码。

16、时钟系统（P18）

神经元芯片的正常工作频率范围是625kHz~10MHz（625kHz针对低压神经元芯片）。

17、WatchDog定时器（P18）

神经元芯片使用了3个WatchDog定时器（每个CPU一个）。

如果应用软件和系统没有定时地刷新这些WatchDog定时器，整个神经元芯片将自动复位。

18、睡眠/唤醒机制（P18）

神经元芯片可在软件控制下进入低功耗睡眠模式，此时关闭系统时钟和所有的定时/计数器，但仍保留系统所有的状态信息（包含片内RAM的内容）。

当以下任何一个输入跳变出现即可恢复正常操作。

19、服务引脚（P18）

服务引脚是神经元芯片里的一个重要的管脚，在节点的配置、安装和维护的时候都需要使用该管脚。

20、LonWorks技术的常用收发器

双绞线收发器、电源线收发器、电力线收发器、无线收发器、光纤收发器和智能收发器。

21、双绞线收发器的分类（P19）

直线驱动、EIA－485、变压器耦合。

22、变压器耦合接口的功能（P20）

变压器耦合接口能够满足系统的高性能、高共模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。

23、自由拓扑与总线拓扑的应用（P21）

（1）采用自由拓扑是以距离为代价的，总线连接2700m而其他连接方式只有500m。

（2）采用总线拓扑，节点和总线的距离不能超过1m，否则不是总线拓扑。

24、电力线收发器（P22）

（1）定义：

电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号或扩频信号，然后通过耦合器耦合到220V或其他交直流电力线上，甚至是没有电力的双绞线。

（2）优点：

利用已有的电力线进行数据通信，大大减少了通信中遇到的繁琐的布线。

（3）关键问题：

电力线间歇性噪声较大、信号衰减很快、线路阻抗也经常波动。

（4）LonWorks技术的改进

①每一个收发器包括一个数字信号处理器（DSP），完成数据的接收和发送。

②短报文纠错技术，使收发器能够根据纠错码，恢复错误报文。

③动态调整收发器灵敏度算法，根据电力线的噪声动态地改变收发器的灵敏度。

④三态电源放大/过滤合成器。

25、路由器的作用（P26）

（1）扩展通道的容量。

（2）连接不同的通信介质或波特率。

（3）提高LonWorks总线可靠性。

（4）全面提高网络性能。

26、路由器的常用路由算法（P27）

路由器有4种路由算法：

配置型路由器、学习型路由器、桥接器或中继器。

（1）配置型路由器和学习型路由器属于智能路由器，路由智能可以使它们根据目标地址有选择地转发报文。

①学习路由器可以用来监视网络的通信量、学习域/子网的网络拓扑关系，然后用其所学知识有选择性地确定数据包的路由。

但是，学习路由器不能学习组拓扑，因而不能传递使用组地址的数据包。

②配置路由器也是借助内部的路由表在通道间有选择地路由信息包。

与学习路由器不同的是，其内部的路由表是由网络管理器建立的。

网络管理器通过建立子网地址及组地址的路由表来优化网络的通信能力，使网络的通信量达到最佳。

（2）桥接器转发所有符合它的域的报文。

（3）中继器发送所有的报文。

27、网络接口的功能（P30）

（1）支持可下载的固件映像以使固件容易更新。

（2）有支持LNS应用程序的NSI固件。

28、LonWorks网络接口卡的分类（P30）

支持USB的U10/U20卡、半长的PCI卡（PCLTA－21）、TypeII型PC卡（PCC－10接口卡）。

29、LonTalk协议（P33~34）

LonTalk协议符合ISO/OSI参考模型的七层体系结构，含有物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

OSI层次

标准服务

LonWorks提供的服务

应用层（应用处理器）

网络应用

标准网络变量类型

表示层（网络处理器）

数据表示

网络变量，外部帧传送

会话层（网络处理器）

远程遥控动作

请求/响应，认证，网络管理

传送层（网络处理器）

端对端的可靠传输

应答，非应答，点对点，广播，认证等

网络层（网络处理器）

传输分组

地址，路由

数据

链路层

LLC子层（MAC处理器）

帧结构

帧结构，数据解码，CRC错误检查

MAC子层（MAC处理器）

介质访问

预测性P－坚持CSMA，

碰撞规避优先级，碰撞检测

物理层（MAC处理器）

电路连接

介质，电气接口

30、LonTalk协议的特点

（1）LonTalk协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。

（2）LonTalk协议应用可以运行在任何主处理器上。

主处理器（微控制器、微处理器、计算机）管理LonTalk协议的第6~7层并使用LonWorks网络接口管理第1~5层。

（3）LonTalk协议使用网络变量与其他节点通信。

网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。

网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。

（4）LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓扑等多种拓扑结构类型，极大地方便了控制网络的构建。

31、LonTalk物理层通信协议（P34~35）

LonTalk协议在物理层支持广泛的通信介质，这些介质可以是双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆、光纤，甚至是用户自己定义的通信介质。

不同的通信介质支持不同的数据解码和编码方案。

常用的数据线使用曼彻斯特编码，无线采用频移键控（FSK），电力线使用扩频或者载波。

32、LonTalk协议链路层（P35~37）

LonTalk协议的链路层提供介质访问控制、帧传输、数据编码、CRC错误校验、冲突避免、冲突检测与优先级等机制。

将数据链路层分成两个子层：

逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。

MAC依赖于介质，而LLC与介质无关。

（1）MAC子层负责媒体访问，它使用OSI各层协议的标准接口和链路层的其他部分进行通信。

（2）LonTalk协议使用带预测的P－坚持CSMA。

（3）LonTalk协议的链路层在子网内，LPDU帧顺序的无响应传输。

它提供错误检测的能力，但不提供错误恢复能力，当一帧数据CRC校验错时，该帧将被丢掉。

33、LonTalk协议网络层

LonTalk地址唯一地确定一个LonTalk数据包的源节点和目标节点，路由器则利用这些地址在信道之间选择数据包的传输路径。

（1）域地址：

域是一个信道或多个信道上的节点的逻辑集合。

域地址用域标识符ID来表示，域标识符ID可以分为0、1、3或6个字节。

域标识符是唯一的。

（2）子网地址：

一个子网是同一域中节点的逻辑集合，是一个或多个通道的逻辑分组。

每一个子网最多可由127个节点，每一个域最多有255个子网。

（3）节点地址：

节点地址是节点被赋予的所属子网内的唯一的节点标识符。

节点的标识位有7位，一个子网最多有127个节点，一个域最多有255个子网，所以一个域最多有127×255=32385个节点。

（4）组地址：

组是一个域内节点的逻辑集合。

每一个组对于需应答服务的节点最多可包含64个，而对无应答服务的节点个数不限，一个节点最多属于15个组，一个域最多可以由256个组。

组地址的长度为1个字节。

（5）芯片地址（NeuronID）：

每一个神经元芯片有一个独一无二的48位ID地址，节点可以用NeuronID寻址。

34、LonTalk协议传输层

传输层是连接的，它提供一对一节点、一对多节点的可靠传输。

它管理报文执行的顺序，还增加了重复报文的检测。

35、LonTalk协议会话层

会话层主要提供了请求/响应的机制，它支持远程操作，一个客户端可以向远程服务器提供服务，并且收到远程服务器对该请求的确认。

36、LonTalk协议提供的报文服务

应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式、非应答方式。

37、LonTalk协议的表示层和应用层提供五类服务

网络变量、显示报文、网络管理、网络跟踪和外来帧传输。

第三章LonWorks设备开发

38、LonWorks设备组成

（1）设备：

每个挂在LonWorks网络上的节点亦称设备。

（2）设备硬件组成：

Neuron芯片、收发器、路由器、网络接口、网管、Web服务器等。

（3）设备软件组成

①Neuron芯片存储映像：

系统映像、设备应用映像、网络映像。

②设备接口软件：

网络变量、配置属性、功能块。

39、LonWorks节点的分类

LonWorks节点按其结构可以分为两种类型，一是以神经元芯片为核心的智能节点，一是采用MIP结构的智能节点。

40、LonWorks设备（P60~61）

（1）以神经元芯片为核心的控制设备。

（2）采用MIP（微处理器接口程序）结构的控制设备。

（3）ShortStack微服务器

ShortStack微服务器是一个固件产品，它包括ANSI/EIA709.1标准控制网络协议。

只需在其现有的设计上增加少量的应用代码和驱动，再加上ShortStack微服务器，便可将原有的产品变成LonWorks的网络产品，能够接入互联网络。

（4）路由器

通过路由器可以实现在同一网络中对多种媒体的支持。

路由器也能用于控制网络业务量，将网络分段，抑制从其他部分来的数据流量，从而增加网络的通信量。

LonWorks支持的路由器有4种，即中继器、网桥、学习路由器和配置路由器，后两者属于智能路由器。

41、LonWorks设备软件

（1）神经元芯片存储映像

1）系统映像：

系统映像包括LonTalk协议、NeuronC库函数和任务调度程序。

主要功能：

①LonTalk通信协议。

②事件驱动多任务调度程序。

③I/O驱动。

④支持网络变量。

⑤支持定义毫秒和秒级定时器对象。

⑥调用运行库中的函数可执行事件检查、管理I/O活动、通过网络发送/接收报文及控制神经元芯片功能等。

2）应用映像。

3）网络映像。

（2）设备接口软件

设备接口软件由功能块、网络变量和配置属性组成。

第四章LonWorks网络设计

42、LonWorks网络的体系结构

（1）控制网络技术发展。

（2）网络拓扑结构。

（3）LonWorks系统结构。

（4）逻辑拓扑结构。

43、控制网络技术的发展

第一代：

集中式 第二代：

集散式 第三代：

分布式

44、网络拓扑结构

（1）总线形

1）优点：

①线缆总长度短，布线容易。

②可靠性高。

③易于扩充。

2）缺点：

①故障诊断困难。

②故障隔离困难。

③所有节点设备必须是智能的。

④网络信息流量有限。

（2）星形

1）优点：

①维护管理容易。

②重新配置灵活。

③故障隔离与检测容易。

④易于连接成其他拓扑结构。

2）缺点：

①安装工作量大。

②依赖于中心节点。

（3）环形

1）优点：

①线缆总长度短。

②适用于光纤。

2）缺点：

①节点问题导致全系统故障。

②故障诊断困难。

③不易重新配置。

④对通信协议机制要求高。

⑤网络信息流量受限。

（4）自由拓扑

1）优点：

①没有主干。

②布线自由。

③路径多，可靠性高。

2）缺点：

①同等条件下，降低了可靠通信距离。

②路径多，可能产生不同传播延时，破坏信息包。

45、LonWorks系统结构

（1）基本结构。

（2）含嵌入式节点管理器的基本系统。

（3）PC网络管理器的基本系统。

（4）简单的客户/服务器结构。

（5）在现场外管理的客户/服务器结构。

46、LonWorks网络组件的选择

（1）安装方案和网络工具的选择。

（2）网络基本设备的选择。

（3）通信媒体的选择。

（4）LonWorks节点的选择。

在LonWorks网络系统中，硬件设计、软件设计和网络设计是完全独立的，各个节点的不同功能和编程与网络的结构特性无关。

47、LonWorks网络安装内容

（1）应用传输媒体将所有的网络节点在网络上连接起来。

（2）应用网络配置工具软件将各个网络节点在逻辑上连接起来。

48、安装方案的确定

（1）网络设计需求分析：

定义网络需求、规划网络结构。

（2）网络创建：

LonMaker视图、LNS网络数据库。

（3）网络安装方案：

设计安装、现场安装。

49、网络工具选择

网络工具位于网络操作系统的上层，用于网络设计、安装、配置、监测、监控、诊断和软件维护。

网络工具有如下三类：

（1）网络集成工具：

为设计、配置、安装和维护网络提供基本服务。

（2）网络诊断工具：

监测、分析和诊断网络流量。

（3）HMI开发工具：

创建人机界面的开发工具。

50、网络接口选择

（1）USB网络接口卡。

（2）PCI网络接口卡。

（3）PC卡。

（4）i.LON接口。

51、通信媒体选择

（1）信道特性

①媒体类型：

专用/共享。

②线缆类型：

标准/特殊。

③拓扑结构：

总线、自由拓扑。

④最大传输距离。

⑤最大可连接的节点数量。

⑥每秒钟可传输的最大数据包数目。

⑦终结方式。

（2）信道规则

①采用认证线缆。

②自由拓扑采用单终结器，总线拓扑使用两个终结器。

③总线拓扑分支长度不大于3米，总线最大距离小于600米。

④自由拓扑接点最大距离不大于250米，线缆总长小于450米。

⑤一个信道最多可以支持128个链路供电节点或者64个本地供电接点，组合方式时，需满足：

链路供电节点数目＋2×本地供电节点≤128。

（3）常用的信道类型

LonTalk协议设计上独立于介质，LonWorks系统可以在任何物理传输介质（电力线、双绞线、无线、红外、光纤、LonWorks/IP）上通信。

52、节点应用程序的内容

（1）处理本地I/O事件。

（2）管理本地事件。

（3）处理和响应网络事件。

（4）自文档。

（5）自标识。

53、网络的安装配置

（1）布线与供电。

（2）准备通信媒体。

（3）安装基础设备。

（4）安装应用设备。

（5）连接设备与媒体。

54、安装基础设备

路由器、物理层中继器、终结器、网络接口、电源、防雷保护设备。

55、网络编程

（1）外部接口

（2）配置节点与对象。

（3）连接网络变量。

（4）报文服务。

（5）优先级服务。

（6）鉴别服务。

56、LonWorks节点文件

文件类型

文件扩展名

用途

NeuronROM应用映像

.NRI

供片外PROM或Flash存储器编程用

NeuronEEPROM/Flash应用映像

.NEI，.NFI

供片外或片上EEPROM或Flash编程用

可下载的应用映像

.NXE，.APB

供网络工具经网络下载应用程序用

设备接口

.XIF，.XFB，.XFO

供网络工具定义设备模板用

57、节点的外部接口

（1）节点的基本信息。

（2）LonMark对象的列表。

（3）网络变量和报文标签的描述。

（4）配置属性的说明。

（5）自文档。

58、节点的基本信息

（1）硬件信息：

芯片类型、收发器参数、缓冲区配置、地址表项。

（2）软件信息：

程序ID、网络变量的数目、节点自文档。

59、配置属性（CP）

配置属性定义了节点的行为，储存在节点的非易失性存储器中。

CP可以应用到整个节点、一个或多个对象，或者一个或多个网络变量。

CP分为：

标准配置属性、用户自定义配置属性。

60、NeuronID的获取

（1）按服务按钮。

（2）读取产品上的ID标签。

（3）用LNS的find命令去发现。

61、分配配置属性

（1）标准配置属性类型通过提供一个处理大量配置数据的已定义的机制使互操作简易化。

（2）LonMark协议定义了160多种标准配置属性。

（3）使用标准配置属性可以简化LonMark兼容节点的配置。

62、分配配置属性的组成

（1）心跳间隔：

在符合安全要求的情况下增加心跳发送时间间隔。

（2）最大接收时间：

取心跳间隔的四倍。

（3）时限阈值：

两次更新之间最小的时间间隔。

（4）最小差值：

在满足传感器、控制器功能动态要求的情况下，增加最小差值、采样间隔等配置属性值。

63、网络变量

（1）可定义为输入或输出类型。

（2）基于Neuron节点可定义62个，基于非Neuron节点可定义4096个。

（3）实现节点间通信、数据共享。

（4）由LonTalk协议实现，亦称为隐式报文。

（5）类型相同的网络变量才能建立I/O连接。

（6）不用考虑消息的发送及接收，简化编程，缩短开发周期。

64、连接网络变量

（1）对于标准网络变量，网络变量必须是同一类型。

（2）对于用户自定义网络变量，网络变量必须是同一类型，且具有相同的长度。

65、报文编码的类型

（1）确认方式。

（2）请求/响应方式。

（3）非确认方式。

（4）非确认重发方式。

66、鉴别和优先级的使用

（1）鉴别所用报文数目为普通事务的两倍，鉴别不可以应用非确认或者重复更新。

（2）优先级时间段对每个报文的发出需额外附加一定的时间。

（3）限制优先权和鉴别报文服务。

67、节点连接资源

（1）地址表表项。

（2）网络变量别名。

68、网络节点的启动

（1）启动需要设备的物理标识。

（2）用设备的NeuronID唯一标识一个设备。

（3）NeuronID有48位，通常用12位16进制数表示，由制造商掩膜在芯片上。

（4）NeuronID可以通过按ServicePin，也可以手工输入，或者通过网络管理工具自动获取。

（5）启动方式可以分为离网启动和在网启动。

（6）推荐采用离网启动方式，可以防止每次更改被立即传递，起到保护设备的作用。

（7）启动时，按照数据的流向分别使节点在线。

69、启动顺序的规则

（1）路由器必须按逻辑拓扑的顺序启动。

（2）要启动节点，信道中的路由器必须先启动。

（3）理想情况下，启动是设过程中的最后一步。

70、自安装节点的启动

自安装节点包含代码以执行本地的自我管理，通过库函数来配置节点的网络映像，无需通过网络安装工具的下载即可正常工作，从而实现“即插即用”。

71、网络的测试与认证

（1）检查LonWorks网络问题的第一步是检查供电电源和网络线缆接线安装是否正确。

（2）测试验证安装的节点主要涉及：

节点功能的正确性、通信是否良好（响应时间是否符合要求）、异常情况处理是否恰当（部分掉电、掉电再上电能否立即正常工作）。

（3）验证是否符合相关规范及各种法规。

72、网络优化的目的

（1）缩短响应时间。

（2）提高紧急情况处理能力。

（3）提供可扩展性。

（4）降低成本。

73、网络优化的内容

（1）配置属性值。

（2）网络变量的连接。

（3）寻址模式，资源分配。

（4）鉴别及优先权的使用。

74、网络维护

网络维护包括维护和修理两个方面。

（1）维护主要是在系统正常运行的状况下，增加删除设备以及改变网络变量和显式报文的内部连接。

（2）修理是一个错误设备的检测和替换的过程。

（3）网络维护包括三个方面：

更新节点、替换节点、备份数据库。

75、维护LNS服务器

主要任务包括：

备份数据库、恢复数据库。

第五章LonWorks编程语言

76、基于NeuronC的灯光照明控制节点应用程序编写

（1）编程要求

①定义一个自动重新启动的定时器，实现定时64s；每当定时时间到时，检查输入引脚的状态，根据控制方式与输入引脚控制左右灯的开关。

②当输入照度值改变时，检查控制方式，如果为1，在照度值大于设定的上限时，关闭左右灯，在照度值小于设定的下限时，打开左右灯。

③根据网络变量nvi_DO1_c与nvi_DO2_c的值，控制相