LonWorks - OmniBus Engineering SA

Introduzione alla tecnologia
LonWorks
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

La tecnologia LonWorks viene sviluppata da Echelon a partire dal 1990
Echelon é quotata in borsa dal 1998 (Nasdaq:ELON)
> 4000 OEM nel mondo
> 30 mio di nodi installati
Diverse associazioni promuovono la tecnologia LonWorks (LonTech in CH, LNO in Germania,
LonUsers in Italia, ...)
Definizioni
LonWorks
Nome generale che identifica la tecnologia
LON
Abbreviazione di Local Operating Network
LonTalk
Protocollo di comunicazione utilizzato dai vari dispositivi che costituiscono una rete LON
LNS
Lonworks Network Services
Motore software sul quale si basano i moderni applicativi utilizzati per
l’installazione, la manutenzione e il monitoraggio delle reti LON
EIA 709.1
Echelon ha pubblicato il protocollo LonTalk creando lo standard denominato
ANSI/EIA 709.1
EIA 852
Lo standard che definisce l’incapsulamento del protocollo LonTalk all’interno del
protocollo IP (LonWorks over IP)
Struttura di una rete LON
Channel
Channel
Channel
Struttura di una rete LON
N
N
N
Channel
N
N
N
N
N
N
Channel
Channel
Struttura di una rete LON
N
N
N
Channel
R
N
N
N
Channel
R
N
N
N
Channel
Rpt
N
N
N
Channel
R
N
N
N
Channel
Subnet
R
N
N
N
Subnet
Rpt
Channel
Subnet
Struttura di una rete LON
Struttura di una rete LON
N
N
N
Channel
R
N
N
N
Channel
Subnet
R
N
N
N
Subnet
Rpt
Channel
Subnet
Dominio
Struttura di una rete LON
N
Interfaccia di rete
(network interface)
N
Channel
R
N
PC con LNS Server
Configurazione e manutenzione rete LON
SCADA
Gateway
….
N
N
Channel
Subnet
R
Subnet
N
N
Channel
Rpt
N




N
Subnet
Domain
Limiti

Numero di nodi per subnet

127

Numero di subnet per domain

255

Numero di nodi per domain

127 * 255 = 32385

Numero di channel per network

nessun limite
Canali (Channels)
Un canale o channel é un media fisico di trasmissione (cavo twisted pair, power line, fibra ottica, …) al
quale i nodi Lonworks sono collegati .
È possibile utilizzare diversi tipi di canale in quanto il protocollo LonTalk é indipendente dal media di
trasmissione.
Ogni tipo di canale possiede delle caratteristiche differenti per quanto concerne il numero massimo di nodi
che possono essere collegati, velocità di trasmissione (bit rate), lunghezza, …
Tipo di canale
Media di trasmissione
Bit Rate
Max nodi
Lunghezza massima
TP/FT-10
Twisted pair
78 kbps
64
2700 m (bus topology)
500 m (free topology)
TP/LPT-10
Twisted pair
con link power
78 kbps
127
2700 m (bus topology)
500 m (free topology)
TP/XF-1250
Twisted pair
1.25Mbps
64
125 m (bus topology)
PL-20
Power line
5.4 kbps
In funzione della topologia
Fino a 5 km
IP-10
Rete IP
Definito dalla rete IP
254
Definito dalla rete IP
Nodi Lonworks
I nodi Lonworks sono dei dispositivi intelligenti muniti di microprocessore nel quale é stato implementato il
protocollo LonTalk ed un’applicazione in grado di gestire gli I/O del modulo e di comunicare con gli altri nodi
della rete LON in modo indipendente.
Esistono 2 configurazioni di nodi:
 Nodi basati su Neuron Chip
Si tratta della maggior parte dei nodi che compongono una rete LON.
Utilizzano dei processori denominati Neuron Chip i quali vengono programmati in C e sono in grado di
gestire più di 30 tipi di I/O
 Nodi MIP (Microprocessor Interface Program)
Utilizzano un Neuron Chip come co-processore di comunicazione collegato ad un secondo
processore host. Questi nodi vengono utilizzati nei casi in cui é richiesta una maggiore potenza di calcolo
(gateways, controllers, …)
Routers
I routers sono dei dispositivi LonWorks che permettono di collegare tra di loro i vari canali che
compongono una rete LON.
Le funzioni principali di questi apparecchi possono essere riassunte in 3 punti:

Ottimizzazione del traffico di pacchetti LonTalk sulla rete.
Viene eseguito un filtro dei pacchetti in modo che non vengano propagati in zone dove non é
necessario  Segmentazione della rete (miglior utilizzo della larghezza di banda)

Estensione dei limiti fisici di un canale
Permettono di estendere la lunghezza di un media di trasmissione rigenerando il segnale.
Questa funzione può essere assolta anche da dispositivi denominati Repeater.

Conversione del tipo di media di trasmissione
Permettono di convertire il media di trasmissione e di conseguenza anche la velocità.
Questo permette di avere delle dorsali principali o backbone (sui quali normalmente non
sono collegati nodi LonWorks) che utilizzano dei media di trasmissione con un’elevata larghezza di
banda (reti IP, fibra ottica, …)
Protocollo LonTalk
Il protocollo LonTalk é diventato lo standard denominato ANSI/EIA 709.1
Questo protocollo é implementato in tutti i dispositivi presenti su una rete LON permettendo loro lo
scambio reciproco di informazioni .
Le caratteristiche principali di questo protocollo sono:

supporto di media di trasmissione diversi

supporto di più canali di comunicazione (interconnessi mediante routers)

implementazione di tutti i livelli del modello OSI
Dettagli sul protocollo LonTalk
Il protocollo LonTalk mette a disposizione 4 tipi di servizi per la gestione dei messaggi:

Acknowledged
Il mittente invia il messaggio ad un destinatario o ad un gruppo di destinatari.
Ogni destinatario risponde al mittente con un messaggio di acknowledge positivo o negativo.
Nel secondo caso, il messaggio originale viene ripetuto per un numero di volte configurabile.

Unacknowledged
Il mittente invia il messaggio ad un destinatario o ad un gruppo di destinatari.
Nessun messaggio di acknowledge é richiesto.

Unacknowledged repeated
Il mittente invia il messaggio ad un destinatario o ad un gruppo di destinatari ripetendolo per un
numero di volte configurabile.
Nessun messaggio di acknowledge é richiesto.

Request / Response
Il mittente invia il messaggio ad un destinatario o ad un gruppo di destinatari e attende che questi
rispondano con un nuovo messaggio che può contenere dei dati.
Se nessuna risposta é ricevuta entro un determinato tempo, il messaggio originale viene ripetuto.
Comunicazione tra nodi LonWorks
Il passaggio di informazioni tra 2 nodi LonWorks può essere eseguito utilizzando i seguenti metodi:

Variabili di rete (Network Variables)
Le variabili di rete sono degli oggetti appartenenti ad un nodo che possono essere connesse con altre
variabili di rete appartenenti ad altri nodi.
Queste variabili definiscono gli ingressi e le uscite di un nodo dal punto di vista della rete.
Ogni variabile é contraddistinta da una direzione (input o output) e dal tipo, che definisce in modo
preciso il formato dei dati che contiene (massimo 31 bytes).
È possibile connettere unicamente variabili dello stesso tipo e di direzione opposta.
Quando l’applicazione di un nodo scrive un variabile di output,
il nuovo valore viene propagato sulla rete (utilizzando uno dei
4 servizi visti precedentemente) fino ai nodi con una variabile
di input connessa alla variabile di output modificata.
Alla ricezione del nuovo valore, questi nodi eseguono l’operazione
definita dall’applicazione.

Messaggi espliciti (Explicit Messages)
I messaggi espliciti, al contrario delle variabili di rete non definiscono un formato preciso dei dati.
L’interpretazione dei dati é lasciato all’applicazione. Questi messaggi possono contenere un massimo
di 228 bytes.
Ogni messaggio é contraddistinto da un codice. Alcuni codici sono utilizzati per implementare i
messaggi detti di « network management » utilizzati per la configurazione, la programmazione e la
diagnostica dei nodi.
Indirizzamento
Il protocollo LonTalk, per accedere ad un nodo di una rete LON, prevede 4 tipi di indirizzamento:

Indirizzo fisico

Indirizzo logico del nodo (Device address)
Ogni nodo possiede un indirizzo fisico univoco (48 bits) denominato Neuron ID. Questo indirizzo é assegnato al
momento della fabbricazione e non può essere modificato.
Durante la fase di installazione, ad ogni nodo viene assegnato un indirizzo logico.
Questo tipo di indirizzamento é gerarchico ed é utilizzato nella maggior parte delle situazioni in quanto, al contrario
dell’indirizzo fisico, permette di eseguire un routing dei pacchetti LonTalk.
L’indirizzo logico é suddiviso in 3 livelli:
 Domain ID
Un dominio (domain) definisce un insieme di nodi che possono interagire tra di loro.
I nodi devono appartenere allo stesso domain per potersi scambiare delle informazioni.
Un nodo può appartenere ad un massimo di 2 domains.
 Subnet ID
Ogni subnet definisce un sottoinsieme di nodi appartenenti ad un domain.
Il subnet ID ha una notevole importanza per il routing dei pacchetti LonTalk nelle reti di grandi
dimensioni. In un domain possono essere definiti 255 subnets.
 Node ID
Il Node ID definisce il singolo nodo all’interno di un subnet. In un subnet possono essere
definiti 127 nodi.

Indirizzo di gruppo (Group address)

Broadcast
Un gruppo rappresenta un insieme di nodi appartenenti ad un dominio senza tener conto del loro subnet ID. L’utilizzo
di questo indirizzamento per raggiungere tutti i nodi appartenenti ad un gruppo permette di ottimizzare il traffico
sulla rete.
Un messaggio di broadcast raggiunge tutti i nodi di un subnet (nel caso di un Subnet Broadcast) o di un dominio
(nel caso di un Domain Broadcast).
Standard LonMark
L’associazione LonMark é stata costituita per promuovere la tecnologia LonWorks rendendo semplice
l’integrazione di prodotti di fabbricanti diversi.
Questo concetto é stato denominato interoperabilità.
L’organizzazione LonMark si occupa di definire delle linee guida (LonMark interoperability guidelines) per lo
sviluppo e l’integrazione dei prodotti LonWorks. Le società affiliate a questa organizzazione partecipano
attivamente alla definizione delle linee guida portando così l’esperienza dei vari settori in cui vengono
utilizzati i prodotti.
LonMark rilascia il marchio “LonMark certified” ai prodotti che superano i test di certificazione.
Le linee guida definite da LonMark specificano essenzialmente i concetti seguenti:

Profili funzionali (Functional Profiles)

Tipi di variabili di rete (SNVT – Standard Network Variables Types)

Tipi di parametri di configurazione (SCPT – Standard Configuration Property Types)
LNS (LonWorks Network Services)
LNS é un sistema operativo di rete (multi-client network operating system) sviluppato da Echelon per
l’ambiente Windows che fornisce i servizi necessari all’installazione, la manutenzione ed il monitoraggio di
una rete LonWorks.
LNS si occupa della comunicazione con i vari dispositivi LON utilizzando apposite interfacce di rete
(network interfaces) e fornisce un’interfaccia SW tramite la quale applicazioni di produttori diversi possono
interagire con la rete LON sottostante in modo semplice e ben definito.
Rete IP
PC Locale
Client
Application
Client
Application
PC Remoto
Databases
...
Client
Application
LNS
(LonWorks Network Services)
Network Interface
Rete LON
Tipi di Network Interface

PCI

USB

PCMCIA

Seriale

Remota (connessione IP)
Applicazioni e Tools LonWorks

Sviluppo
 NodeBuilder (Echelon)
 Resource editor (Echelon)

Gestione rete LON (installazione e manutenzione)
 NL220 (Newron System)
 LonMaker for Windows (Echelon)

Analisi e diagnostica
 LPA Protocol Analyzer (Loytec)
 LonScanner (Echelon)
 NLUtil (Newron System)

Monitoraggio e interfaccia per SCADA
 NLOPC Server (Newron System)
 DDE Server (Echelon)
Links utili
 Echelon Corporation
www.echelon.com
 Organizzazione LonMark
www.lonmark.org
 EBV – distributore in Europa dei prodotti Echelon
www.ebv.com
O.E. OmniBus Engineering SA
Via Carvina 4, CH-6807 Taverne
www.oeomnibus.ch
[email protected]
Tel. +41 91 9309520 – Fax. +41 91 9309521