52
зданий). Он разрабатывался комитетом ASHRAE в течение 8,5 лет. Первый
вариант был принят в 1995 году. В 2001 году была принята последняя
редакция стандарта.
BACnet представляет собой специализированный протокол передачи
данных для автоматизации зданий и управляющих сетей. Его главный
приоритет сосредоточен на уровне прикладной задачи.
Протоколом BACnet регламентируются:
параметры электрических сигналов;
система адресации;
способы сетевого доступа (Master-Slave, Peer-to-Peer);
процедуры проверки ошибок;
процедуры управления потоком (Flow control);
последовательность сообщений, система сегментации, наличие
контрольных точек;
формат представления (упаковки, шифрования);
формат сообщений.
Последовательность разработки протокола BACnet была следующей.
Вначале был определен вид или модель, по которой каждый
производитель может представить схему своего устройства. Следующим
этапом был задан стандарт «сообщений» или услуг, который использует
модель и выполняет другие общие функции. Затем было достигнуто
соглашение о том, что считать «0» и «1». Наконец, было принято соглашение
о том, какие использовать стандарты физических носителей, передачи
данных и сетей (LAN). Рассмотрим подробнее составляющие протокола [6].
1.4.7 Математическая модель
Каждый бесконечно малый участок длинной линии - dx можно
рассматривать как совокупность четырех элементов:
R
o
- удельное сопротивление прямого и обратного проводов;
L
o
- удельная индуктивность петли образованная прямым и
обратным проводом;
53
G
o
- удельная проводимость, утечка между проводами;
С
о
- удельная емкость между проводами.
Эти четыре составляющих называются первичными параметрами
длинной линии. Тогда длинную линию можно рассматривать как множество
соединенных в цепочку бесконечно малых элементов dx, каждый из которых
имеет сопротивление R
o
dx, индуктивность L
o
dx, проводимость G
o
dx,
емкость C
o
dx [9].
Эквивалентная схема описывается следующей системой уравнений:
(1.1)
Для описания процессов можно пользоваться так называемыми
телеграфными уравнениями.
(1.2)
Для длинной линии без потерь (R=0, G=0) система уравнений путем
повторного дифференцирования сводится к одномерным волновым
уравнениям относительно функций U(x,t) и I(x,t):
(1.3)
Собственные колебания в двухпроводной линии длины l:
(1.4)
54
Первый член полученного выражения описывает стоячую волну.
Второй и третий члены описывают бегущие волны, обусловленные выходом
энергии через границы линии. Таким образом, колебания в двухпроводной
линии, нагруженной на активное сопротивление, представляют собой
суперпозицию бегущих и стоячих волн. Если потери на границах малы
(R
1,2
<<ρ или R
1,2
>>ρ), то амплитуды бегущих волн будут меньше амплитуды
стоячей волны.
1.5 Анализ литературных источников и электронных ресурсов,
посвященных разработке проекта компьютерной сети
Основная цель дипломной работы – составить СКС на основе
протокола BACnet для здания. Данная СКС должна соответствовать
принятым международным стандартам (ANSI/TIA/EIA-568-A, ISO/IEC11801
и ISO16484-5), и обеспечивать передачу всех видов информации (данные,
голос, видео и т.д.) с учетом перспектив развития современных
информационных технологий. Кроме того СКС должна обеспечить
интеграцию и работоспособность всех элементов и систем.
В частности, на базе СКС развернута компьютерная и телефонная
сети, охранная и пожарная сигнализации, системы оповещения,
видеонаблюдения, контроля доступа, бесперебойного питания,
функционирующие согласно протоколу BACnet.
СКС устанавливается небольшом здании с размерами в плане 10х20 м.
Высота этажа составляет 3м. Толщина межэтажного перекрытия составляет
20 см. Во всех помещениях здания имеется подвесной потолок с высотой
свободного пространства 30 см. Стены помещений изготовлены из обычного
кирпича и покрыты штукатуркой, толщина которой составляет 1 см.
В ходе работы рассмотрено несколько вариантов архитектуры
структурированной кабельной системы, и выбран вариант оптимальный по
55
стоимости и наиболее удобный с точки зрения последующего
администрирования.
Произведен выбор оборудования, расходных материалов,
программного обеспечения, а также экономический расчет и обоснование
всей работы.
Созданная СКС обеспечивает функционирование ЛВС и телефонной
сети здания, то есть на каждом рабочем месте монтируется информационная
розетка с двумя розеточными модулями. Подсистема рабочего места состоит
из необходимого количества универсальных портов RJ-45 и соединительных
кабелей для подключения оконечного оборудования.
1.5.1 Структура СКС
1.5.1.1 Функциональные элементы
Обобщенная кабельная система включает в себя следующие
функциональные элементы:
главный Распределительный Пункт (ГРП);
магистральный кабель территории;
распределительный Пункт Здания (РПЗ);
магистральный кабель здания;
распределительный Пункт Этажа (РПЭ);
горизонтальный кабель;
точка перехода (ТП) ;
телекоммуникационный Разъем (ТР).
Группы этих элементов объединяются в кабельные подсистемы.
1.5.1.2 Кабельные подсистемы
Обобщенная кабельная подсистема состоит из трех кабельных
подсистем [4]:
магистральная подсистема территории;
магистральная подсистема здания;
горизонтальная подсистема.
56
Объединение трех кабельных подсистем формирует структуру
обобщенной сети.
Магистральная кабельная система территории располагается от
главного распределительного пункта до распределительных пунктов здания,
обычно расположенных в разных зданиях. Система состоит из:
магистральных кабелей территории, механического окончания кабелей,
кроссовых соединений в главном распределительном пункте.
Магистральная кабельная система здания располагается от
распределительного пункта здания до распределительных пунктов этажа.
Система состоит из: магистральных кабелей здания, механического
окончания кабелей, кроссовых соединений в распределительном пункте
здания [5].
Горизонтальная кабельная подсистема располагается от
распределительного пункта этажа до телекоммуникационных разъемов на
рабочих местах. Горизонтальная подсистема включает горизонтальные
кабели, механические разъемы в РП этажа, коммутационные соединения в
РП этажа и телекоммуникационные разъемы. Обобщенная кабельная система
показана на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Обобщенная кабельная система
Кабельная система рабочего места соединяет телекоммуникационный
разъем рабочего места с терминальным оборудованием. Кабели этой системы
57
не входят в круг требований стандарта, хотя стандарт специфицирует их
предельную длину и рабочие характеристики.
1.5.2 Общая структура СКС
Обобщенная кабельная система имеет структуру иерархической
звезды. Количество и тип подсистем, включенных в систему, зависит от
географии и размеров территории предприятия АО «МСК Энерго» , а также
от стратегии пользователя. Например, для территории, включающей только
одно здание, центральной точкой является распределительный пункт здания,
и отпадает необходимость в магистральной подсистеме территории.
Для некоторых прикладных систем дополнительные соединения
между распределительными пунктами здания и этажа допустимы и
желательны. Кабели магистральной подсистемы здания могут обеспечивать
такие соединения.
1.5.2.1 Размещение распределительных пунктов
Распределительные пункты размещаются в шкафах оборудования или
помещениях оборудования. На рисунке 1.6 показано типичное размещение
функциональных элементов.
Рисунок 1.6 – Типичное размещение функциональных элементов
1.5.2.2 Интерфейсные места кабельной системы
Интерфейсные места обобщенной кабельной системы размещаются на
концах каждой подсистемы [6]. В этих точках возможно подключение
58
оборудования прикладных систем. На рисунке 1.7 изображены
потенциальные места распределительных пунктов для подключения
оборудования.
Рисунок 1.7 – Места для подключения оборудования
К распределительному пункту подключен кабель связи с внешними
службами, для подключения оборудования используется как соединение
через кросс, так и непосредственное соединение [7].
Расстояние от внешних служб до главного распределительного пункта
имеет решающее значение. Характеристики кабеля между двумя точками
тщательно продуманы и реализованы со стороны пользовательских
приложений.
1.5.3 Объекты BACnet
Каждый объект в сети BACnet характеризуется набором «свойств»,
которые описывают его поведение или управляют его работой. На рисунке
1.8 представлен пример объекта, который соответствует измеряемой в
помещении температуре.
BACnet определяет набор стандартных объектов. В примере на
рисунке 1.8 параметр тип объекта (Object_Type) идентифицирует его как
стандартный объект Analog Input.
59
Рисунок 1.8 – Пример объекта BACnet
На рисунке 1.9 представлен набор основных стандартных объектов
BACnet (не всех). Предполагается, что в дальнейшем будут появляться новые
стандартные объекты. Кроме того, стандартом оговорено допущение на
использование разработчиками своих собственных объектов, а также
способы взаимодействия с ними со стороны устройств сторонних
производителей.
Рисунок 1.9 – Пример объекта BACnet
Любое устройство в сети BACnet описывается в виде набора
стандартных объектов. Причем количество одинаковых объектов,
составляющих устройство, не ограничено.
На рисунке 1.10 представлен пример устройства, которое состоит из
набора следующих объектов: устройство (DEVICE), цикл (LOOP),
расписание (SHEDULE), группа (GROUP), аналоговое значение (AV),
двоичный ввод (BI), двоичный вывод (BI), аналоговый ввод (BO) и
аналоговый вывод (AO). На практике устройство обычно состоит из
нескольких объектов «аналоговый ввод», нескольких объектов «двоичный
ввод» и т. д.
60
Рисунок 1.10 – Пример модели физического устройства при описании
с помощью стандартных объектов BACnet
Стандартом BACnet заданы следующие классы прикладных задач,
которые выполняют устройства:
тревоги и события;
доступ к файлам;
доступ к объектам;
управление удаленным устройством;
виртуальный терминал.
Эти классы прикладных задач описаны набором услуг (Services),
которые выполняются определенным классом задач. Например, для класса
прикладных задач «доступ к объекту» заданы следующие услуги:
ReadProperty;
CreateObject;
ReadPropertyConditional;
DeleteObject;
ReadPropertyMultiple;
AddListElement;
WriteProperty;
RemoveListElement;
WritePropertyMultiple.
61
Эта подробная регламентация позволяет представить все
многообразие устройств и решаемых ими задач в сети BACnet.
1.5.4 Транспортный уровень BACnet
Помимо прикладного уровня протокол BACnet описывает возможные
опции локальной сети. Первоначально протокол допускал использование
следующих сетевых технологий:
Ethernet;
ARCNET;
Master-Slave/Token Passing (MS/TP);
Point-to-Point (PTP);
LonTalk.
Эти опции обеспечивают различные характеристики сети, покрывая
специфические потребности конкретных приложений. В таблице
представлены некоторые характеристики этих сетей.
Кроме того, последнее дополнение к протоколу 135a определяет
понятие виртуальной сети – «Virtual LAN», которое дает возможность
использовать такие сети, как TCP/IP, ATM и т. д.
В случае когда приложение использует лишь один тип «родной»
локальной сети BACnet, каждое устройство любого производителя может
напрямую обращаться к другому устройству произвольного изготовителя.
Таким образом, этот тип LAN предусматривает прямую связь устройство-к-
устройству.
Если приложение представляет собой объединение различных
«родных» LAN, то связь устройств, находящихся в разных сетях,
осуществляется через маршрутизаторы. Маршрутизаторы всего лишь
переупаковывают сообщения BACnet в соответствии с определенным
стандартом данной сети.
Для связи с частными сетями требуется наличие специализированных
шлюзов, которые при переупаковке сообщений BACnet должны, кроме того,
осуществлять их «перевод» на язык соответствующего частного протокола.