BACnet互联网在智能建筑设备自动化系统中的应用

尽管BACnet具有四种局域网的速度，且其拓扑性能及价格也不一样，但它们可以通过路由器构成BACnet互联网。

1.BACnet的网络拓扑结构

按照局域网拓扑的观点，每个BACnet设备与电气介质相连构成一个BACnet网段，一个BACnet网段可以由一个物理网段或多个通过中继器连接的物理网段构成；一个BACnet由一个BACnet网段或多个通过网桥相连的BACnet网段组成；每个BACnet局域网都形成一个媒体访问控制地址域（MAC Address Domain）。使用不同局域网技术，将多个BACnet局域网用BACnet路由器互连起来，便形成一个BACnet互联网。

2.BACnet与Internet的连接方式

目前，Internet是世界上最大的互连网络，其应用已渗透到各个领域，由于IP是Internet的基础，因而Internet也称为“IP网络”。BACnet作为智能建筑楼宇自控领域的网络系统，IP技术是其不可缺少的重要内容。

一旦建立基于Internet的BACnet或与Internet建立连接，就可以充分利用Inter-net功能对智能建筑管理系统进行管理。例如，可以利用Internet浏览器（Browser）随时随地访问智能建筑管理系统；可以将物业管理委托给专业管理公司，不断对智能建筑中的楼宇设备运行状况进行评估和合理配置，优化能源消耗，最大限度地提高楼宇设备运行效益等。

具体而言，BACnet和Internet的连接有两种：一种方式是利用Internet连接多个楼宇自控网络，实现楼宇自控网络间的通信和信息共享，这种应用方式相当于其数据链路层的PTP连接，并且可以取代PTP连接；另一种方式是，利用IP技术直接建立BACnet，将Internet作为控制系统的低层控制网络（Infranet），在这种方式下，IP网络相当于BACnet的“局域网”，并且建立在IP网络上的BACnet仍然是一个BACnet，是BACnet互联网中的一个子网。

3.BACnet互联网的关键技术

对于BACnet互联网，实现IP协议与BACnet协议的相互转化是关键。为了能够使网络正常通信，BACnet中需要一个能够同时理解IP协议和BACnet协议的特殊设备，这个设备将BACnet报文封装到一个IP帧中，从而使IP网络可以正常传输该报文，在目的节点，同样的设备将来自BACnet的IP帧拆装出BACnet报文。

ASHRAE推出《BACnet数据通信协议》的附件H和J，为应用Internet实现BACnet的互连奠定了基础。目前，BACnet与IP互连技术主要有B/IP PAD和BACnet/IP。

（1）B/IP PAD技术BACnet/Internet协议包封装/拆装设备（BACnet/Internet Protocol Packet-Assembler-Disassemblers，B/IP PAD）技术也称为“隧道”技术，就是将BACnet协议包在进入IP网络时先封装在IP包中，后在IP网络中传输。当封装BACnet协议包的IP包到达目的地址时，将IP包进行拆装，分离出其中的BACnet协议包。这种连接犹如在IP网络中开通了一条“隧道”，BACnet协议包从隧道的一端传输到另一端。在“隧道”两端进行协议包封装和拆装的网络设备，通常称为“协议包封装/拆装设备（PAD）”。“隧道”技术是一种较为常用的异构网络互连技术，可以实现任意异构网络的互连。(www.xing528.com)

图6-3为用一个IP网络连接多个BACnet的示意图。在B/IP PAD技术中，PAD既是一个IP节点，也是一个BACnet设备节点。当BACnet1上的A节点需要向BACnet 2上的B节点发送BACnet协议包时，BACnet协议包首先传输给该网络上的PAD。当PAD接收到BACnet协议包时，就检查网终协议控制信息（NPCI）中的最终目的网络号（DNET）域。如果存在Dnet，则根据内部配置的“路由表”，找出目标BACnet 2中PAD的IP地址和第一个IP路由器的地址，并将BACnet协议包封装成IP用户数据报（UDP），然后转发到第一个IP路由器上。封装BACnet协议包的IP用户数据报一旦进入IP网络，则由IP网络进行路由，并转发到与目标BACnet 2直接连接的IP路由器，后由该IP路由器转发到目标网络PAD。当目标网络PAD接到UDP后，就进行拆装，分离出封装的BACnet协议包，最后转发到BACnet 2中的B节点，从而完成不同BACnet上两个设备间的信息传输。

图6-3 B/IP PAD连接示意图

使用B/IP PAD技术的好处是，在将数据包发往远程目的地之前，PAD可以修改数据包，为此最常见的方法就是对数据包加密，从而形成一个安全的网络。

（2）BACnet/IP技术B/IP PAD技术是所有异构网络互连均可采用的互连技术，因而B/IP PAD技术是一种相对成熟的BACnet与Internet互连技术，但该技术缺少灵活性，当网络配置改变时，所有PAD设备的路由信息或表均必须修改，以维护路由信息的正确性；而且通过Internet向BACnet动态增加BACnet设备时，较为困难，开销也较大。然而，PAD路由信息的修改或维护很难制定成标准协议，从而给网络运行和管理带来了极大的挑战。

针对B/IP PAD的主要缺点，BACnet标准委员会（SSPC-135）的IP工作组开发了一个更具扩展性和灵活性的BACnet互连协议。该互连协议是基于IP的BACnet协议，简称为“BACnet/IP”标准。

BACnet/IP网络由一个或多个IP子网组成。例如，图6-4所示为两个IP子网络组成一个BACnet/IP网络的示意图。该图与图6-3相比，单从形式上看，网络的物理拓扑结构完全相同，只是将PAD设备换成了，BACnet广播管理设备（BACnet Broadcast Management Device，BBMD），并增加了一个称为“外部BACnet设备（Foreign BACnet Device）”的BACnet设备，但在内涵上是完全不同的。首先，图6-4中的BACnet设备均为IP节点，任意两个设备均可以直接进行“一对一”通信，不需要经过封装和拆装处理；其次，图6-4中的两个物理网段，虽然具有不同的IP子网络号，但这两个IP子网络组成一个BACnet，并只有一个BACnet标识号，而图6-3中的两个物理网段分别为两个BACnet，并具有不同的BACnet标识号。

图6-4 BACnet/IP连接示意图

BACnet/IP直接支持基于IP的BACnet设备，用IP帧接收和发送BACnet报文，可以在IP网络上有效地进行BACnet广播，并允许在IP网络的任意位置动态地增加或减少BACnet设备。另外，BACnet/IP定义的扩展机制，可以将BACnet标准扩展到其他通信协议标准，如ATM（异步传输模式）、SONET（同步光纤网络）、IPv6（网际协议第6版）等，甚至可以扩展到未来出现的通信协议之上。