核心提示：LonWorks網(wǎng)絡技術作為一種典型的控制網(wǎng)絡，其互操作性的實現(xiàn)獨具特色。網(wǎng)絡變量是LonWorks網(wǎng)絡技術專有的特征，了解網(wǎng)絡變量是如何定義、如何應用的對掌握LON控制網(wǎng)絡技術至關重要。
關鍵詞：LonWorks，網(wǎng)絡變量，LON節(jié)點，LonWorks產(chǎn)品，網(wǎng)絡管理工具，報文診斷，以太網(wǎng)適配器，LonTalk協(xié)議，現(xiàn)場總線
一、概述
LON控制網(wǎng)絡的互操作性體現(xiàn)在多個方面，網(wǎng)絡變量即是其中的一個重要方面。使用網(wǎng)絡變量是LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點間通訊的最簡單、最常用、最直接的方法。
網(wǎng)絡變量通過提供節(jié)點相互之間明確的網(wǎng)絡接口而極大地提高了節(jié)點產(chǎn)品的適應性，不同產(chǎn)品可以應用于同一個系統(tǒng)。網(wǎng)絡變量使得系統(tǒng)的組態(tài)編程和節(jié)點的安裝運行非常方便，并且能有效地節(jié)省用戶程序存儲空間，還可以將用戶從通訊程序的編寫中解放出來，專用于具體的應用。目前LonWorks應用在多數(shù)情況下均使用網(wǎng)絡變量。
二、LonWorks網(wǎng)絡變量定義
LonWorks現(xiàn)場總線提出了節(jié)點連接的“對象”概念，即網(wǎng)絡變量(NV-Network Variable)。一個網(wǎng)絡變量即是節(jié)點的一個對象，LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點之間的聯(lián)系主要是通過網(wǎng)絡變量的聯(lián)系實現(xiàn)的。
每個LonWorks節(jié)點可以定義62至4096個網(wǎng)絡變量。網(wǎng)絡變量可以定義為輸出或者輸入類型。當輸出網(wǎng)絡變量被節(jié)點應用賦值后，LonTalk協(xié)議將此修改后的新值自動加上地址信息，構成隱式報文，透明地傳遞到與之共享數(shù)據(jù)的其它節(jié)點(賦值給節(jié)點上的輸入網(wǎng)絡變量)，所以網(wǎng)絡變量又稱隱式消息。節(jié)點利用網(wǎng)絡變量進行隱式通訊時，報文的實際建造和發(fā)送發(fā)生在后臺，它包含3個層次的軟件：應用層、網(wǎng)絡層和介質訪問控制層(MAC)。這些軟件層與LonTalk協(xié)議相對應，并且由Neuron芯片上不同的處理器處理。
當一個節(jié)點向一個輸出網(wǎng)絡變量賦值時，實際上是應用程序向網(wǎng)絡變量寫入一個新值，然后調度程序構建一個網(wǎng)絡變量報文并傳送到網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層將地址信息加入該報文再傳送至MAC層。MAC層將更復雜的信息加入此報文，并通過物理通信通道發(fā)送該報文。接收節(jié)點接收到這個報文后，首先由MAC層使該報文生效，然后網(wǎng)絡層檢查包含在報文中的地址信息，看地址是否匹配。若匹配則將網(wǎng)絡變量信息傳給調度，再由調度程序允許應用程序使用新值；若地址不匹配則擯棄此報文。
三、LonWorks網(wǎng)絡變量的綁定方式
LonWorks節(jié)點網(wǎng)絡層和MAC層軟件存于LonWorks固件中，對于用戶而言是隱型的，節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信可以理解為應用層數(shù)據(jù)的通信。用戶應用程序無須考慮發(fā)送和接收問題，網(wǎng)絡變量的傳遞不經(jīng)過應用層，用戶所要做的僅僅是使用網(wǎng)絡變量綁定器連接需要共享數(shù)據(jù)的節(jié)點。各個應用節(jié)點可以獨立定義，然后通過簡單地連接或者斷開已存在的某些連接，構成新的LonWorks應用。這使得開發(fā)LonWorks網(wǎng)絡應用非常簡單，同時節(jié)省開發(fā)周期。
網(wǎng)絡變量可以是整數(shù)、布爾數(shù)或字符串等，用戶可以完全自由地在應用程序中定義各種類型的網(wǎng)絡變量。只有數(shù)據(jù)類型相同的網(wǎng)絡變量之間才能建立輸入和輸出的連接。為增加網(wǎng)絡的互操作性，LonTalk協(xié)議預先定義了標準網(wǎng)絡變量(SNVT)。目前已經(jīng)定義的標準網(wǎng)絡變量有200種以上，覆蓋了各種應用領域，用戶應盡量選用標準網(wǎng)絡變量以利于互操作。
網(wǎng)絡變量的連接由網(wǎng)管工具的綁定器來實現(xiàn)。該綁定器可以是LonBuilder網(wǎng)管工具中的一部分，也可以是LonMaker安裝工具或其它網(wǎng)絡管理工具的一部分。綁定器首先辨別節(jié)點輸入、輸出網(wǎng)絡變量的類型，然后找到具有共享網(wǎng)絡變量的所有節(jié)點，再對這些節(jié)點的相應網(wǎng)絡變量的網(wǎng)絡變量配置表及地址表進行修改，即確定信息流的正確流向，從而完成網(wǎng)絡變量的綁定。
四、LonWorks網(wǎng)絡管理工具的應用
設計網(wǎng)絡管理工具的軟硬件架構，不僅需要考慮基本的功能需求，還應易于實現(xiàn)且費用低廉。一般計算機與LonWorks網(wǎng)絡的連接可以通過多種途徑實現(xiàn)：ISA卡、PCI卡、PC卡(PCMCIA卡)、RS232串行口、RS485串行口、USB口、以太網(wǎng)口等。
以太網(wǎng)通訊速率高，LON網(wǎng)絡以太網(wǎng)適配器在工業(yè)測控網(wǎng)絡中應用前景廣闊。LON控制網(wǎng)絡以太網(wǎng)適配器作為網(wǎng)絡管理工具，一般僅在網(wǎng)絡需要配置時、配置需要改變時、或者節(jié)點發(fā)生故障時，才與網(wǎng)絡進行通訊。在系統(tǒng)正常工作之后，網(wǎng)管工具可以從系統(tǒng)中摘除，而不影響系統(tǒng)的運行及性能。
LON網(wǎng)絡RS232適配器、LON網(wǎng)絡RS485適配器、LON網(wǎng)絡USB適配器等網(wǎng)管工具，同樣能完成網(wǎng)管工具的所有功能。主機通過串口發(fā)送指令到適配器，觸發(fā)其網(wǎng)管內核的相應網(wǎng)管功能，然后由適配器將網(wǎng)管報文發(fā)送至LonWorks網(wǎng)絡；從LonWorks網(wǎng)絡返回的信息，再由適配器通過串口傳回主機。
五、LonWorks網(wǎng)絡管理與報文診斷
LonWorks網(wǎng)絡管理工具中的網(wǎng)管內核利用網(wǎng)絡管理與報文診斷實現(xiàn)。LonTalk協(xié)議預先定義了47種網(wǎng)絡管理及診斷消息類型，能夠實現(xiàn)完善的網(wǎng)絡管理與診斷服務，用于節(jié)點的安裝配置、軟件的下載及網(wǎng)絡的診斷等。利用這些消息報文，可以較為容易地開發(fā)出適用于中小系統(tǒng)的LonWorks網(wǎng)絡管理軟件，實現(xiàn)諸如搜索與查詢網(wǎng)絡節(jié)點、查詢設置節(jié)點狀態(tài)、查詢設置節(jié)點地址表信息及網(wǎng)絡變量配置表信息、查詢設置節(jié)點域地址、查詢節(jié)點的網(wǎng)絡變量值、綁定網(wǎng)絡變量等各項網(wǎng)絡管理功能。
利用網(wǎng)絡管理和報文診斷實現(xiàn)的網(wǎng)絡管理診斷工具，不僅易于開發(fā)，節(jié)省開發(fā)時間和成本，并且能較好地融合不同生產(chǎn)廠商的不同產(chǎn)品。這些網(wǎng)絡管理與診斷報文的接收過程無需經(jīng)過節(jié)點應用層，響應報文的構建同樣在網(wǎng)絡層實現(xiàn)。這一方面提高了報文響應速度，另一方面使得不同廠商產(chǎn)品融匯于一個系統(tǒng)時，能夠對其進行統(tǒng)一管理。不管節(jié)點產(chǎn)品的具體應用代碼和應用領域，只要是LonWorks節(jié)點，都能響應網(wǎng)絡管理和診斷報文。
網(wǎng)絡管理和診斷報文的傳輸服務可以是請求／響應模式，對于無需返回數(shù)據(jù)的報文，也可使用確認、非確認或重發(fā)服務。
構造網(wǎng)絡變量的監(jiān)視器時用到的網(wǎng)管報文主要是網(wǎng)絡變量取出(Network Variable Fetch)管理報文。而實現(xiàn)網(wǎng)絡變量綁定器則需要更新網(wǎng)絡變量配置(Update Net Variable Config)和更新地址(Update Address)網(wǎng)絡管理報文。
六、網(wǎng)絡變量綁定器的實現(xiàn)方式
網(wǎng)絡變量綁定器的內核構建主要是利用更新網(wǎng)絡變量配置(Update Net Variable Contig)和更新地址(Update Address)這兩種網(wǎng)絡管理報文。
上層軟件需要一個用于維護網(wǎng)絡上節(jié)點信息的數(shù)據(jù)庫LM—MDB。其中的網(wǎng)絡變量連接表(nvlkinfo)包括了網(wǎng)絡變量連接使用的所有信息：網(wǎng)絡變量連接索引、名稱、節(jié)點地址、網(wǎng)絡變量索引、網(wǎng)絡變量選擇器、地址表索引、地址類型、組大小、網(wǎng)絡變量域地址等基本信息。
網(wǎng)絡變量的連接定義為一個輸出網(wǎng)絡變量與一個或多個輸入網(wǎng)絡變量的集合。一個網(wǎng)絡變量在nvlkinfo表中占據(jù)一個記錄單元，記錄字段描述了該網(wǎng)絡變量的詳盡信息。連接成功后，該次連接的所有網(wǎng)絡變量信息追加人nvlkinfo表。連接前需要進行約束關系檢查，即檢查nvlkinfo表中的網(wǎng)絡變量是否與新連接的網(wǎng)絡變量存在連接沖突。如果存在連接沖突則報告錯誤并終止網(wǎng)絡變量的綁定過程。
節(jié)點間網(wǎng)絡變量的綁定過程即是網(wǎng)絡變量配置表和地址表信息的設置過程。網(wǎng)絡變量配置表主要設置網(wǎng)絡變量選擇器的值，以及網(wǎng)絡變量優(yōu)先級、方向、使用的服務類型、是否是自綁定網(wǎng)絡變量、是否需要認證、使用的地址表索引等。地址表主要設置地址類型、組大小、節(jié)點ID或組成員ID、節(jié)點子網(wǎng)或組ID、各種定時器值及重發(fā)次數(shù)等。這些信息的確定需要結合nvlkinfo表進行，以免發(fā)生選擇器重復等錯誤。
七、如何實現(xiàn)對網(wǎng)絡變量的監(jiān)視
LonWorks節(jié)點的固定只讀數(shù)據(jù)結構(read-0nly-data)中有一個單元nv-fixed，是nv-fixed-strnct類型指針。該指針指向節(jié)點第一個網(wǎng)絡變量固定結構，此結構包括網(wǎng)絡變量字節(jié)長度及網(wǎng)絡變量在內存中的地址信息。用戶可以通過此地址間接得到網(wǎng)絡變量的數(shù)值。但更簡單直接的方法是：用戶使用網(wǎng)絡變量存取報文(Network Variable Fetch)讀取網(wǎng)絡上任何一個節(jié)點的任何網(wǎng)絡變量。
所有LonWorks節(jié)點均有一個外部接口文件(XIF文件)。XIF文件中明確了節(jié)點網(wǎng)絡變量及顯式報文標簽的所有信息。對于網(wǎng)絡變量，這些信息包括名稱、索引、數(shù)組大小、是否可綁定、方向、服務類型、認證、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)類型、元素數(shù)目及各元素的詳細信息等。通過此信息可以對取回的網(wǎng)絡變量字節(jié)數(shù)組進行轉換，從而得到網(wǎng)絡變量的具體工程值。
除使用網(wǎng)絡管理報文實現(xiàn)網(wǎng)絡變量監(jiān)視器外，用戶還可以通過網(wǎng)絡變量類型報文實現(xiàn)此功能，前提是用戶需要明確該節(jié)點的網(wǎng)絡變量配置表中的網(wǎng)絡變量選擇器值，這種方法的使用需要更多的了解神經(jīng)元芯片的低層知識。
