زمانی که مهندسان ارزیابی می کنند راه حل های صنعتی ارتباطات اینترنت اشیا ، دو خانواده پروتکل بر فهرست نهایی غالب هستند: LonWorks و BACnet. هر دو از نیازهای اتوماسیون ساختمان پدید آمده اند، با این حال فلسفه های اساسی متفاوتی را در مورد ارتباط دستگاه و یکپارچه سازی سیستم نشان می دهند. این مقایسه یک تحلیل فنی و در سطح برنامه ارائه می دهد تا بتوانید یک تصمیم زیرساخت آگاهانه بگیرید.
LonWorks چیست و چگونه کار می کند؟
LonWorks یک پلت فرم شبکه همتا به همتا است که در ابتدا در اوایل دهه 1990 برای رسیدگی به اطلاعات توزیع شده در سیستم های کنترل توسعه یافت. را پروتکل LonWorks دستگاهها را قادر میسازد تا مستقیماً بدون نیاز به کنترلکننده مرکزی برای میانجیگری هر تراکنش، ارتباط برقرار کنند.
معماری هسته
معماری شبکه LonWorks حول یک مفهوم تراشه نورون ساخته شده است - هر دستگاه دارای هوش تعبیه شده برای پردازش، ارتباطات و مدیریت I/O است. حتی اگر یک سیستم میزبان مرکزی از کار بیفتد، دستگاههای میدانی به اجرای منطق برنامهریزیشده و ارتباط همتا به همتا ادامه میدهند. پشته پروتکل از مدل هفت لایه ISO/OSI پیروی می کند و از TP/FT-10 برای نصب جفت پیچ خورده، با پشتیبانی از حامل خط برق، فیبر نوری، RF و تونل IP استفاده می کند. نرخ داده جفت پیچ خورده به 78 کیلوبیت در ثانیه می رسد.
متغیرهای شبکه و قابلیت همکاری
یکی از ویژگی های تعیین کننده پروتکل LonWorks استفاده از آن است متغیرهای شبکه (NV) - ساختارهای داده استاندارد شده که نحوه تبادل اطلاعات حسگرها، محرکها و کنترلکنندهها را تعریف میکنند. هنگامی که یک سنسور دما قرائت خود را به عنوان یک متغیر شبکه منتشر میکند، هر کنترلکننده سازگار در همان کانال میتواند بدون برنامهنویسی سفارشی به آن متغیر متصل شود - قابلیت همکاری چند فروشنده را در سطح دستگاه امکانپذیر میکند.
BACnet: استاندارد ASHRAE برای اتوماسیون ساختمان
BACnet (شبکه های اتوماسیون و کنترل ساختمان) تحت استاندارد ASHRAE 135 در سال 1995 به عنوان یک استاندارد باز و اجماع محور که توسط یک بدنه استاندارد به جای یک اکوسیستم فروشنده منفرد اداره می شود منتشر شد.
مدل داده های شی گرا
BACnet تمام داده های دستگاه را به عنوان اشیایی با ویژگی های تعریف شده ساختار می دهد. یک شی ورودی آنالوگ دارای ویژگی هایی برای ارزش فعلی، واحدها و پرچم های وضعیت است. هر سیستم مدیریت سازگار با BACnet می تواند داده ها را از هر دستگاه سازگار بدون پیکربندی قبلی کشف و بخواند. این مدل بیش از 60 نوع شی را تعریف میکند که ورودی/خروجی فیزیکی، زمانبندی، روند و هشدار را پوشش میدهد.
گزینه های لایه فیزیکی
- BACnet/IP - انتخاب مدرن غالب، اجرا بر روی اترنت استاندارد و UDP/IP
- BACnet MS/TP - پروتکل سریال RS-485 رمز عبور master/slave برای دستگاه های میدانی
- BACnet/SC - جدیدترین افزوده با استفاده از ارتباطات مبتنی بر WebSocket از طریق TLS 1.3
بحث BACnet MS/TP در مقابل LonWorks در سطح فیلد باس بسیار مرتبط است، جایی که هر دو برای حسگرهای سیم کشی و محرک هایی که به مناطق جداگانه خدمت می کنند رقابت می کنند.
LonWorks در مقابل BACnet: مقایسه فنی سر به سر
| صفت | LonWorks | BACnet |
|---|---|---|
| بدنه استاندارد | ISO/IEC 14908 | ASHRAE 135 / ISO 16484-5 |
| توپولوژی شبکه | مش مسطح همتا به همتا | مشتری/سرور و همتا به همتا |
| سرعت اتوبوس میدانی | 78 کیلوبیت در ثانیه (TP/FT-10) | 9.6 - 115.2 kbps (MS/TP) |
| گزینه ستون فقرات | LonWorks over IP (تونل زنی) | BACnet/IP (UDP/IP بومی) |
| مدل داده | متغیرهای شبکه (SNVT) | مدل شی/ویژگی |
| کشف دستگاه | ابزار مدیریت شبکه مورد نیاز است | پخش Who-Is / I-Am |
| امنیت | متکی بر جداسازی شبکه است | BACnet/SC با TLS 1.3 |
| حداکثر گره / کانال | 128 (TP/FT-10) | 127 کارشناسی ارشد (MS/TP) |
| توپولوژی سیم کشی | رایگان (اتوبوس، ستاره، حلقه، مختلط) | زنجیره دیزی مورد نیاز (MS/TP) |
| مورد استفاده معمولی | ترانزیت، روشنایی خیابان، کنتور برق | HVAC، مدیریت انرژی، CAFM |
لایه فیزیکی و سیم کشی: ملاحظات میدانی
هر دو پروتکل از سیمکشی زوج به هم تابیده در سطح گذرگاه میدان استفاده میکنند، اما تفاوتهای معماری در زیر هود ظاهر میشوند.
- سیم کشی توپولوژی رایگان (باس، ستاره، حلقه)
- تا 500 متر کل سیم در هر کانال
- 128 گره در هر کانال
- 78 کیلوبیت بر ثانیه، مستقل از قطبیت
- دسترسی CSMA پایدار p-پیش بینی
- توپولوژی دیزی زنجیره / اتوبوس مورد نیاز است
- تا 1200 متر با سرعت 76.8 کیلوبیت بر ثانیه
- 127 گره برده اصلی
- 9.6 تا 115.2 kbps قابل انتخاب است
- دسترسی رمز عبور، حساس به قطب
LonWorks TP/FT-10 از سیمکشی توپولوژی رایگان پشتیبانی میکند، که در پروژههای مقاومسازی که در آن مسیرهای مجرای نمیتوانند از زنجیرهای دیزی پشتیبانی کنند، ارزشمند است. BACnet MS/TP نیاز به یک زنجیر دیزی واقعی با پایان مناسب دارد که باعث افزایش کار در ساختمان هایی می شود که سیم کشی خانگی طبیعی تر است.
امنیت سایبری: تمایز رو به رشد
از آنجایی که فناوری عملیاتی با زیرساخت های فناوری اطلاعات همگرا می شود، امنیت سایبری از یک پاورقی به یک معیار انتخاب اولیه منتقل شده است. تضاد بین lon و bacnet در این بعد قابل توجه است.
امنیت LonWorks
استقرارهای سنتی LonWorks بر جداسازی در سطح شبکه و مکانیسمهای امنیتی IP خارجی (VPN، تونلهای TLS) تکیه دارند. پروتکل اصلی LonWorks به طور بومی شامل رمزگذاری در سطح پیام یا احراز هویت دستگاه رمزنگاری نمی شود.
اتصال امن BACnet (BACnet/SC)
ضمیمه BACnet/SC ASHRAE با استفاده از TLS 1.3، BACnet/IP مبتنی بر پخش را با معماری WebSocket هاب و اسپیک جایگزین میکند، از جمله:
- احراز هویت دستگاه مبتنی بر گواهی متقابل
- داده های رمزگذاری شده در حال انتقال (TLS 1.3)
- اتصالات WebSocket مناسب فایروال (بدون پخش UDP ورودی)
- افزونگی هاب اولیه و خرابی
متکی بر جداسازی شبکه و زیرساخت امنیتی IP خارجی است. هیچ رمزگذاری در سطح پیام بومی وجود ندارد.
سطح امنیت پروتکل بومیحمل و نقل TLS 1.3، احراز هویت گواهی متقابل، فایروال دوستانه، افزونگی هاب.
سطح امنیت پروتکل بومیجایی که هر پروتکل بهترین عملکرد را دارد
هیچ یک از پروتکل ها برتری جهانی ندارند. زمینه برنامه، زیرساخت قدیمی، تخصص تیم و مقیاس پروژه همگی بر انتخاب ارزش بلندمدت بهتر تأثیر میگذارند.
- کنترل حمل و نقل و کنار مسیر - انعطافپذیری همتا به همتا باعث میشود سیستمها در زمانی که مدیریت مرکزی غیرقابل دسترس باشد، کار کنند
- شبکه های روشنایی خیابان - سیم کشی با توپولوژی آزاد و هزینه کم برای هر گره، LonWorks را به انتخاب ترجیحی برای نصب در فضای باز تبدیل کرده است.
- پروژه های مقاوم سازی - توپولوژی رایگان کابلهای مسیریابی مجدد را حذف میکند تا به طرحبندی زنجیرهای تمیز دست یابد
- ادغام پردیس چند فروشنده -- اتصال متغیر شبکه امکان اشتراک گذاری مستقیم داده ها را بدون برنامه نویسی سفارشی فراهم می کند
- ساخت و ساز تجاری جدید - BACnet/IP از طریق اترنت که قبلاً برای فناوری اطلاعات نصب شده است اجرا می شود و هزینه های فیلد باس جداگانه را حذف می کند
- مدیریت تاسیسات - مدل شی خود توصیف و گواهی BTL ادغام CAFM را ساده می کند
- محیط های با امنیت بالا - BACnet/SC الزامات امنیت سایبری مراقبت های بهداشتی، دولت و مراکز داده را برآورده می کند
- ادغام چند سیستمی - مدل اشیاء غنی به زیبایی در سراسر HVAC، کنترل دسترسی، آتش و انرژی مقیاس میشود
استانداردهای همکاری و گواهینامه
در پروتکل های ارتباطی صنعتی، برنامه های صدور گواهینامه شواهد مهندسی هستند، نه ادعاهای بازاریابی. هر دو پروتکل دارای فرآیندهای رسمی برای تأیید سازگاری چند فروشنده هستند.
- مدیریت شده توسط BACnet International
- BACnet/IP، MS/TP، BACnet/SC را پوشش می دهد
- بیش از 3000 مدل محصول لیست شده
- مبتنی بر نمایه: B-AAC، B-SA، B-BC، و غیره.
- در اکثر مشخصات دولتی مورد نیاز است
- توسط LonMark International مدیریت می شود
- کانال های TP/FT-10، PL-20، IP را پوشش می دهد
- گواهینامه مبتنی بر پروفایل عملکردی
- انطباق SNVT و SCPT مورد نیاز است
- در بازارهای ترانزیت و خدمات عمومی قوی است
یک حسگر و کنترل کننده دارای گواهی LonMark از تولیدکنندگان مختلف، داده ها را از طریق SNVT های سازگار بدون برنامه نویسی سفارشی به اشتراک می گذارد - معادل سطح میدان مدل شی خود توصیف کننده BACnet.
چارچوب انتخاب پروتکل
| معیار تصمیم گیری | LonWorks را انتخاب کنید اگر... | BACnet را انتخاب کنید اگر... |
|---|---|---|
| توپولوژی شبکه | نیاز به سیم کشی رایگان طرح بندی ستاره/حلقه اجتناب ناپذیر است | زیرساخت اترنت در حال حاضر موجود است |
| کنترل نظارتی | دستگاه ها باید به طور مستقل و بدون در دسترس بودن سرور کار کنند | مدیریت متمرکز و روند، الزامات اولیه هستند |
| امنیت سایبری | جداسازی شبکه قابل قبول است. خط مشی فناوری اطلاعات انعطاف پذیر | احراز هویت گواهی و حمل و نقل رمزگذاری شده مورد نیاز است |
| پایه نصب شده | گسترش یک محوطه LonWorks موجود یا نصب ترانزیت | Greenfield یا جایگزینی لایه نظارتی پیری |
| محدوده یکپارچه سازی | قابلیت همکاری همتا در سطح میدانی نیاز اولیه است | ادغام انرژی آتش سوزی دسترسی چند سیستمی HVAC مورد نیاز است |
| مسیر بازار | در بازارهای حمل و نقل، ابزار و بازارهای بیرونی قوی است | در حال رشد؛ در ساختمان های تجاری و ساخت و سازهای جدید غالب است |
مسیر آینده: تکامل پروتکل و اینترنت اشیاء صنعتی
هر دو پروتکل با مدرن سازگار هستند راه حل های صنعتی ارتباطات اینترنت اشیا الزامات، اما مسیر آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.
BACnet به سمت همگرایی فناوری اطلاعات
BACnet/SC واضح ترین سیگنال جهت BACnet است. با جایگزینی UDP پخش با اتصالات WebSocket احراز هویت شده، این پروتکل به شهروند درجه یک در شبکههای فناوری اطلاعات شرکت تبدیل میشود، از فایروالها عبور میکند و با پلتفرمهای ابری بدون راهحلهای VPN یکپارچه میشود. ASHRAE به توسعه برنامه های افزودنی برای تجزیه و تحلیل لبه و ادغام REST API ادامه می دهد. ظهور Project Haystack و Brick Schema به عنوان لایههای مدلسازی معنایی در بالای BACnet، تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی و بهینهسازی ساختمان خودکار را امکانپذیر میسازد.
LonWorks در عصر IP
LonWorks از طریق استاندارد ISO/IEC 14908-4 برای LonWorks over IP تطبیق داده است و به کانال های LonWorks اجازه می دهد زیرساخت ستون فقرات IP را به اشتراک بگذارند. LonWorks در سنگرهای سنتی خود - حمل و نقل، روشنایی خیابان، و اندازهگیری شهری - همچنان شاهد تاسیسات جدیدی است که در آن انعطافپذیری همتا به همتا ضروری است. معماریهای ترکیبی، که در آن LonWorks به لایه دستگاه میدانی و BACnet/IP به لایه نظارتی سرویس میدهد، در پردیسهای بزرگ رایج هستند. دروازه های پروتکل بین متغیرهای شبکه LonWorks و اشیاء BACnet ترجمه می شوند و سرمایه گذاری در زیرساخت LonWorks موجود را حفظ می کنند.
سوالات متداول
Q1: LonWorks چیست و چه تفاوتی با BACnet در هسته خود دارد؟
LonWorks یک پلت فرم شبکه کنترل توزیع شده همتا به همتا است که به عنوان ISO/IEC 14908 استاندارد شده است. هوش با استفاده از تراشه های نورون در تمام گره ها توزیع می شود و به دستگاه ها اجازه می دهد بدون کنترل کننده مرکزی ارتباط برقرار کنند. BACnet تحت ASHRAE 135 استاندارد شده است، با استفاده از یک مدل داده شی/ویژگی که از لایه های فیزیکی MS/TP و BACnet/IP پشتیبانی می کند. LonWorks بر استقلال توزیع شده در سطح میدانی تأکید دارد. BACnet بر تبادل استاندارد داده با یکپارچگی نظارتی قوی تأکید دارد.
Q2: آیا LonWorks هنوز در پروژه های صنعتی IoT جدید امروزی مرتبط است؟
بله، در حوزه های کاربردی خاص. LonWorks پروتکل پیشرو در سیستمهای راهآهن و حملونقل کنار مسیر، شبکههای روشنایی خیابانها و برنامههای اندازهگیری ابزار است که در آنها انعطافپذیری همتا به همتا و سیمکشی توپولوژی آزاد بیشترین اهمیت را دارد. در اتوماسیون ساختمان های تجاری، تاسیسات جدید تا حد زیادی به BACnet منتقل شده اند، اما LonWorks یک پایگاه نصب شده جهانی قابل توجهی را حفظ می کند که همچنان از طریق دروازه ها حفظ، گسترش و یکپارچه می شود.
Q3: تفاوت عملی بین BACnet MS/TP در مقابل LonWorks در سطح گذرگاه میدان چیست؟
هر دو بر روی سیمکشی جفت تابیده کار میکنند، اما BACnet MS/TP از RS-485 با دسترسی رمز عبوری استفاده میکند که به توپولوژی زنجیرهای دقیق و سیمکشی با قطبیت صحیح نیاز دارد. LonWorks TP/FT-10 از دسترسی پیش بینی کننده CSMA استفاده می کند و از سیم کشی توپولوژی آزاد در هر ترکیبی از بخش های باس، ستاره و حلقه پشتیبانی می کند. BACnet MS/TP از کابل های طولانی تر (تا 1200 متر) پشتیبانی می کند در حالی که LonWorks TP/FT-10 به 500 متر در هر کانال محدود شده است. تعادل طول کابل در مقابل انعطاف پذیری سیم کشی است.
Q4: آیا LonWorks و BACnet می توانند در یک ساختمان یا پردیس همزیستی داشته باشند؟
بله، و این یک الگوی استقرار رایج است. دروازههای پروتکل بین متغیرهای شبکه LonWorks و اشیاء BACnet ترجمه میشوند و به دستگاههای LonWorks موجود اجازه میدهند تا در سیستمهای نظارتی BACnet ادغام شوند. در پردیسهای بزرگ، LonWorks ممکن است به لایه دستگاه صحرایی خدمت کند در حالی که BACnet/IP لایه نظارتی و یکپارچهسازی سازمانی را فراهم میکند و سرمایهگذاری سرمایه در زیرساخت LonWorks موجود را حفظ میکند و در عین حال پلتفرمهای مدیریت تسهیلات مدرن را فعال میکند.
Q5: امنیت سایبری چگونه بین این دو پروتکل مقایسه می شود؟
BACnet از طریق BACnet/SC، که رمزگذاری انتقال TLS 1.3 و احراز هویت مبتنی بر گواهی متقابل را فراهم میکند، مزیت آشکاری دارد. LonWorks سنتی شامل امنیت در سطح پیام بومی نمی شود و بر جداسازی شبکه و مکانیسم های امنیتی IP خارجی متکی است. برای پروژههایی با الزامات رسمی امنیت سایبری - مراقبتهای بهداشتی، دولتی یا امکانات بخش مالی - BACnet/SC بدون نیاز به زیرساختهای امنیتی اضافی، انتخاب قویتری است.
Q6: انواع متغیرهای شبکه استاندارد (SNVT) در LonWorks چیست؟
SNVT ها (انواع متغیر شبکه استاندارد) فرمت های ساختار داده از پیش تعریف شده ای هستند که توسط LonMark International برای استفاده در ارتباطات LonWorks تعریف شده اند. هر SNVT فرمت داده، مقیاس بندی، و واحدهای اندازه گیری یا فرمان را مشخص می کند - به عنوان مثال، دما بر حسب درجه سانتیگراد یا روشنایی بر حسب لوکس. دستگاههایی که از SNVTهای سازگار استفاده میکنند، میتوانند برای تبادل دادهها بدون برنامهنویسی سفارشی به یکدیگر متصل شوند و قابلیت همکاری چند فروشنده را در سطح میدانی ممکن میسازد.
Q7: کدام پروتکل اکوسیستم قوی تری برای دستگاه های جدید دارد؟
BACnet در حال حاضر دارای یک اکوسیستم گسترده تر و فعال تر برای معرفی دستگاه های جدید، به ویژه در کنترل کننده های HVAC، اتوماسیون اتاق، و اندازه گیری انرژی است. پایگاه داده BTL بیش از 3000 محصول را فهرست می کند و تقریباً تمام پلت فرم های نرم افزار مدیریت ساختمان اصلی شامل اتصال BACnet/IP بومی هستند. LonWorks دارای اکوسیستم قوی در حمل و نقل و برنامه های کاربردی است، اما معرفی دستگاه های جدید در دسته های ساختمان های تجاری نسبت به BACnet کند شده است.
