楼宇自动化与控制网络通信协议研究

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BACnet(Buliding Automation Control network)标准是智能楼宇控制领域中唯一的ISO(国际标准化组织)标准,目前该标准主要基于有线通信。如何针对不同应用场景高效传输与控制是智能楼宇通信协议研究的核心。本文主要基于BACnet标准协议,针对多种典型场景进行研究,并设计不同拓扑架构以及进行仿真分析。首先,本文根据现代智能楼宇的需求,阐述了智能楼宇系统通信协议的国内外研究进展。文章中介绍了BACnet标准的发展以及所运用到的数据通信传输技术,讨论了多种工业实时以太网总线,并分析了国内外的智能楼宇有线传输的发展现状。其次,本文探讨了BACnet通信网络和协议的相关技术。文中首先对BACnet标准进行概述,并对多种传输技术进行分析,阐明了研究有线通信的重要性,然后对多种工业以太网总线进行分析,包括Ether CAT,PROFINET,Ethernet/IP等,指出了它们所存在的优势和不足,并对它们进行了相关比较。然后,本文分析了基于BACnet标准的以太网通信协议,探讨了BACnet标准在有线场景中的应用,通过设计线型网络拓扑,环型网络拓扑和树型网络拓扑对场景应用进行研究,最后基于IEEE 802.3以太网传输协议,设计了不同的拓扑网络帧结构。接着,本文根据智能楼宇的线型拓扑网络的两种突发高速宽带传输业务,设计了静态时隙与动态时隙分配结合的方案,并基于不同的数据帧结构对两种传输业务进行了性能分析。针对帧同步定时偏差,本文提出了在节点间加入保护间隔的方案,并对节点的数据传输错误率进行了仿真分析。仿真结果表明,方案在不同数据帧结构下可以满足突发高速宽带传输业务的需求,改变动态时隙分配可以优化整个网络的性能。最后,本文对智能楼宇的非线性拓扑网络进行了研究和比较,首先说明了系统中产生网络延迟的原因,然后对环型拓扑网络架构和树型拓扑网络架构进行了帧结构的设计。接着本文计算了不同拓扑网络的最小周期时间,并通过Matlab仿真,对拓扑网络的延迟和最小周期时间进行了分析。从仿真结果可以看出,环型拓扑在传输数据时,网络性能更加稳定,而树型拓扑的优势在于对系统网络的调节能力要优于环型拓扑,并且两种非线型拓扑在不同帧结构下能够满足传输业务的需求。