KONNEX网络架构...

KONNEX 网络架构

本文讲述了Konnex 系统的主要构成元素及其概念原理。对于初学者，本章内容可作为指导使其快速的掌握KNX 总线的规范，对于产品经理和研发工程师可进一步提高对系统的认识，同时让那些有KNX 基础系统经验的人更快获得新的技术和迎接更高的挑战。

KNX 网络

KNX 提供的楼宇控制技术是一种特殊的自动化过程控制技术，能直接满足家庭及楼宇的应用需要。KNX 的一个前提就是要提供一个分散而且是分布式的网络架构。

KNX 设备网络由三个用于家庭和楼宇自动化（EIB 欧洲总线安装系统, EHS 欧洲家庭系统, BatiBus）的系统组成，三个系统正式合并并且形成新的Konnex 协会统一规范，KNX 系统规范除了能为网络管理提供非常好的实时性服务以外还提供一套增强的服务和维修工具。

在Konnex 设备网络上，各种设备能灵活运用并形成真正意义上分布式应用。甚至在应用层面上的设备也能进行紧密的交互作用。这一切通过强大的带有标准输入和输出点的回路模块和功能模块以及模拟量逻辑通道来完成。

Konnex 有三种工作模式：S-Mode（系统模式）是中央化自由绑定和参数化形式（典型应用为基于个人电脑上的ETS 工具）；与其连接得为E-Mode（简单模式），E-Mode 架构遵循的是结构化绑定原理，通过简单操作实现而无需电脑工

具；最后完成整个体系的是A-Mode（自动模式），它面向消费者产品，诸如白色

家电（大型家用电器）和灰色家电等可即插即用的产品。三种配置模式共享实时交

互的网络，创建全面的、多领域的家庭及楼宇通讯系统。

除双绞线和电力线通讯介质外，Konnex 也能支持无线电通讯（频率868MHz）。KNX 对项目工程而言包含了方法及软件工具，例如，连接一系列独立设备并形成有功能化的安装，集成不同的KNX 通讯介质和配置模式，这在不同厂商的视窗化的工程工具软件（ETS）中得到充分体现。

对比一体化的模式，KNX 系统完全独立于任何微处理器平台或结构。厂商可以选择任何合适的工业标准的芯片，或者选择现有的KNX OEM解决方案，例如Bus Coupling Units，BIM’s，芯片集等等。KNX PROFILE 可在8 位的处理器上运行，也能运行在16 或者32 位的处理器上，甚至真正意义的个人电脑上。

综上所述，KNX 设备网络可以灵活地提供各种应用领域和安装的解决方案，此外，还能嵌入“服务网络”环境中（通常是基于运行IP 的宽带网络，互联网络协议），进一步的加强和平衡了智能化家居，办公楼或者商业环境的利益。为了满足这些需要，KNX 推出了KNX Anubis。

KNX 构架的组成单元

KNX 指定了许多机制和细节使网络正常运作，同时又让厂商灵活的选择最适合它

们市场的配置。下图显示了KNX 总体构架，重点突出了其灵活的开放的可选择

性。以下不是正式的协议描述，而是提供了可供选择的，能使系统运行的各种组成

部分。

作为KNX 的基本组成成分，我们发现其架构组织相当严密。

各种住宅及楼宇自动化任务的互交和分布应用模式是开发该系统的主要目

的。

配置及管理方法，可完成所有网络上的资源管理，允许逻辑连接或在不同点

上运行的分布式应用程序间的部分绑定。KNX 能把这些组织成一套全面的

配置模式。

作为一个通讯系统，包括物理通讯介质、通讯协议和相应的当各节点之间的

发生通讯堵塞时的响应模式；和作为分布式应用程序的主机一样，通讯系统

能从安装的管理和配置上满足所有网络通讯的要求，这部分是KNX 的通用

核心。

具体设备模型的有效实现和组合体现在实际产品和设备的开发中，这些产品

和设备在一次安装中完成装配和连接。

以下我们将讨论KNX 如何实现这些功能的。

应用，互动及绑定

KNX 应用概念的核心是采用了数据点(Datapoint) ：数据点代表了系统中的过程及控制变量。这些数据点可以是输入量、输出量、参数，诊断数据等，组对象及界面对象属性包括了这些数据点。

通讯系统及协议提供了一组简化的指令集来读写数据点值，深层次的应用语义被映射到数据格式和绑定上，使KNX 最终实现数据驱动。

为了实现互动，数据点必须标准化数据点类型，这些数据点类型将被分成不同功能块。这些功能块和数据点类型与应用场合有关，但有些是常用的数据功能（例如日期和时间）。

数据点可以通过单点或多点传送机制访问，这样有利于消除通讯和应用程序之间的相互影响并且使得系统集成更加容易。

通过网络逻辑地连接各种应用（数据点），KNX 有3 种的绑定方式：自由式绑定，结构化绑定和标记化绑定。以下描述了这些不同的寻址方法。

基本配置设计

大体来说，对于一个安装应该有两个层面上的配置，首先是第一层，即网络拓扑和独立的节点或设备。

从某种意义上来说，第一层是前提，在配置分布应用程序前，例如定义绑定和参数。

系统配置由设备的现场操作（通过设备上按钮，设备盘，或者就地连接的配置工具）和总线上的网络通讯管理（点对点或主从方式）来完成。

KNX 配置模式包括：

选择确定的配置和绑定方案
映射到特定的寻址方案
完成所有这些所需的管理程序和匹配相应的系统资源

有些模式需要更主动的总线上的管理，而其他模式可以通过本地配置实现

网络管理和资源

为了适应系统所有现行配置的需要，和维持多种设备系统上的统一性，KNX 为网络管理配备了强大的工具包。一旦设备获得安装后，用户可以在整个生命周期中更好的使用这些设备：例如初期安装，带多种模式的集成，后期系统诊断和维护，以及系统扩充和重新配置。

KNX 的网络管理指定了一系列机制通过网络去发现，设定或找回配置的数据。为了实现所有KNX 网络设备间的完整交互，KNX 的网络管理设定了程序（读取不同网络资源上各设备的数据），以及这些数据的标识符，格式。这些网络资源可以是地址，通讯参数，应用参数或者复杂的数据例如绑定表甚至是可执行应用文件。网络管理主要利用应用层提供的服务。每个使用固定配置模式的设备必须执行相关规范所定义的服务和资源。

为了管理设备，这些服务在程序所规定的范围实行。不同的配置模式运行不同的程

序。KNX 支持广泛的解决方案，从集中控制、主从方式到完全点对点本地配置模

式。

但是，不管用何种方法，机制和资源还是不够。可靠的网络管理必须遵守一致的规则，这些规则包括验证机制在系统架构中综合的实现。例如，有些规则决定着绑定数据点时地址码的选择。

现在，我们把注意力放到通讯系统为应用程序交换和管理信息的采用的方法，从物理数据传输介质开始。

物理层面通讯

KNX 系统为生产商的不同市场需要和习惯提供了多种选择，例如可选择不同物理层或它们的任意结合。应用现有的路由器，联网技术，多媒体技术和多用户配置。不同的通讯协议：

TP0，沿用BatiBUS 的协议， TP1, EIB 的基本通讯协议，两者都使用双绞

线在SELV 网络中通讯。主要的特点是：一对线路同时实现数据和电力传输

（设备耗电量小，可以通过总线传输电力），协议使用异步数据传输及半双

工通讯。TP0 数据传输率是2400 比特/秒而TP1 数据传输率是9600 比特/

秒。

两种协议执行CSMA/CA 避免冲突。可使用任何形式的网络拓扑结构（线

形、星形、树形.。。。）或混合使用。

来自EIB 的PL110 协议和来自EHS 的PL132 协议，能够实现在电力网上的

通讯。主要特点是：频率切换信号传输，异步数据包传送及半双工通讯。两

者的不同点在于它们的主频（110kHZ 和132kHZ），它们的解码过程，以

及数据传送率（PL 110 = 1200 比特/秒；PL 132 = 2400 比特/秒）。

两个协议都执行CSMA，都符合EN50065-1 标准（区分在频率波段中有和

没有标准的访问协议）

RF，以及IR 被指定在无线电频率上的通讯方法，或者通过红外线通讯。

在设备网络层以上，KNX 对例如以太网（IEEE 802.2），蓝牙，WiFi/无线

局域网（IEEE802.11），”Fire Wire”（IEEE 1394）等技术提供统一的服务

和集成解决方案。

通用核心及信息协议

通讯系统为了满足应用模型、配置和网络管理的需要。在物理层及数据连路层之

上，所有的KNX 网络设备共享一个通用核心模型。为了达到这些要求，包含了与

OSI 7 层模型兼容的通讯系统。

数据连路层概要，在数据连路层以上的每个媒介，提供了访问控制和逻辑连

接控制。

网络层提供对数据报的确认，还对帧数量进行控制。网络层还对节点提供

了路由的功能。

传送层实现了4 种点之间的通讯方式：一对多(多点传输)、一对所有(广播方

式)、点对点单向、点对点双向。对于无限制的模式，传送层将网络多点传

送的地址与内部地址分开。

会话层和表现层没有使用。

应用层为应用过程提供了多种应用服务的“工具包”。每种服务取决于数据

传送层的通讯方法。与点对点通讯和广播相关的服务主要应用于网络管理，

而与多点传送相关的服务主要应用于运行时间的操作。

需要注意的是KNX 没有固定的微处理器。另外，KNX 覆盖了大范围的配置和设备

样式，准确的需求将指导在系统框架中实现目标和选择相应的配置模式。在这样的

环境下，KNX 的开发者鼓励寻求满足需求最理想的方案。KNX 的消息帧和消息包格式也反映出同样的通讯结构.

资源

KNX 的网络管理包括了分配资源的程序，而通用核心对此提供了一整套的服务。

由于这些资源对整个系统的运行相当重要，对此应更加关注。

记住它们可以实现以下功能：

带有地址、查找功能、参数信息的系统资源可以帮助不同层面的通讯系统执

行各项系统任务。

例如，自由组群通讯或独立点的寻址方法—独立地址和地址表。在系统资源

中，我们还可以找到“发现”信息，也就是可以允许网络上的任意一点拥有

获取其他应用设备或其他点的信息。（这样做的优点无疑可以使配置控制器

或工具软件，如ETS，与网络之间实现充分的交互。）

应用程序由参数操控。

现有的规范不仅对每种资源在系统中的角色，还对资源的标示符、格式及解码方法

提供了详细的描述。资源是一整套的数据元素。

有些不同的格式也许是为了一些特定的抽象的资源而定义，这样可以实现更简单的

或更高级的功能。

需要指出的是，KNX 界面对象提供了一个强大的，独立于各种安装的构架去运用

各种资源，而其中的独立的要素可以用数据点来模拟。界面对象及其与数据点的关

系由以下描述。

无论如何，在规范中定义的所有的标示符和格式都应被理解为网络的界面，也就

是说这未必是设备内存的映射。

设备模型

最终，一个KNX 系统的安装都包含一些连接到总线或网络的设备。我们到现在所讨论的要点都要通过设备来实现。所有这些都依靠运用系统资源，执行协议的许多设备构成的逻辑点结构。各类模型依照不同的功能、管理特色及配置模式而不同；还依照它们在网络中所扮演的不同角色，如典型的应用（末端）设备、主控制器、路由器、网关等。

KNX 还标准化了一些特定的通用设备模型，例如主要与ETS 和可下载应用程序配

合使用的总线连接器( Bus Coupling Units) 或总线接口单元( Bus Interface

Modules)。还专为这类特别的平台定义了辅助的应用程序接口API（Application

Programming Interface），例如通讯对象模型，外部信息接口（External Message Interface）。与这些配置模型的特点一起，设备的模型在系统架构中被定义。

设备识别

为了完善基本的操作系统，提供了一些验证机制：