专利名称：开放式楼宇自控网络协议转化装置及转化方法
技术领域：
本发明涉及一种开放式BACnet转化装置及转化方法，可应用在以BACnet Ethernet通讯协议为主要通讯协议的网络设备上，将其转换为BACnet IP通讯协议，从而 为BACnet Ethernet通讯协议设备带来更大的应用和开发价值。
背景技术：
自上世纪80年代出现第一幢智能建筑以来，智能建筑就在世界各国得到了迅猛 发展。经过20多年的实践和探索，智能建筑的功能不断补充和完善，实现技术不断更新和 成熟。随着现代信息技术的发展，智能建筑系统仍将不断采用最新技术进行系统集成。楼 宇自控网络协议 BACnet (Building Automation and Control Networks)是针对楼宇自控 领域的标准，制定这个标准的目的是为了使不同生产商提供的控制设备能够互操作，也使 业主不再依赖特定的私有技术。放眼世界，纵观全球智能建筑产业的发展趋势，在所有的智 能建筑集成技术中，BACnet标准以其先进的技术、完善的体系结构和开放的理念迅速得到 了广泛的推广和应用，并正式成为建筑智能化系统领域中的唯一 ISO标准(ISO 16484-5)。 从BACnet标准的应用趋势来看，BACnet标准必将给智能建筑产业带来深刻的革命。BACnet是基于四层折叠式结构的，结构中的四层对应于图1中的物理层、数据链 路层、网络层和应用层。应用层和网络层也在BACnet标准中被定义。BACnet对应于OSI的 数据链路层和物理层提供五种选择，其中选择1是由IS08802 Type 1定义的逻辑连接控制 协义，与IS08802媒体访问控制MAC和物理层协议组合一起。IS08802 Type 1只提供未知 的无连接服务，ISO 8802是熟知的Ethernet协议的国际标准版本。虽然IS08802 Ethernet协议的字节报文较短，通讯效率较高，但是在计算机软件 上的实现需要单独驱动程序才能支持，这就为BACnet Ethernet网络设备的应用带来了极 大的不便，即必须用BACnet Ethernet网络设备配套的软件，或者掌握较复杂的Ethernet 协议的驱动技术。而且即使掌握了驱动技术，由于基于这种驱动技术开发出的软件在运行 时必须带有这种驱动文件，也为软件的可复制性和可应用性带来很大的限制。随着通讯网络的发展，IP通讯协议得到越来越多的应用，结果在BACnet通讯协议 中特别为BACnet在IP协议上的实现增加了一个附录说明，使得BACnet IP通讯协议也成 为了国际标准。由于BACnet IP通讯协议采用的是UDP方式通讯，一般的程序开发软件可利用 计算机操作系统自带的winsockAPI动态链接库就可以实现BACnet IP通讯，从而达到和 BACnet IP网络设备进行互相操作的目的。基于BACnet IP通讯协议开发出的软件无需除 winsockAPI动态链接库以外的驱动文件，可以方便的复制和传播，可以极大地提高BACnet IP网络设备的价值。基于以上的技术分析，如果能够把采用BACnet Ethernet的网络设备通过一个 BACnet IP转换器，转化为BACnet IP的网络设备，它就可以和更多的采用BACnet IP协议 的软件进行通信，从而打破一定的封闭性，带来更大的应用和开发价值。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的就是提供一种开放式BACnet转化装置及转化方法，当接 收到BACnet IP报文时，该装置将其转换成BACnet Ethernet报文在网络上再次发送；而当 接收到BACnet Ethernet报文时，该装置将其转换成BACnet IP报文在网络上再次发送。本发明采用的技术解决方案为一种开放式楼宇自控网络协议转化装置，包括控制单元，用于对收到的BACnet IP通信协议的报文进行报文解析和重新封装，改 装成BACnet Ethernet通信协议的报文，并且对收到BACnet Ethernet通信协议的报文进 行解析和重新封装，改装成BACnet IP通信协议的报文；网络接口单元，用于控制单元与通讯网络之间的通讯，该网络接口单元与所述控 制单元连接；工作电源，用于向控制单元、网络接口单元供电；控制单元的软件系统架构上采用了嵌入式操作系统ucOSII，即将嵌入式操作系统 ucOSII连同BACnet转化程序一同编译下载到控制单元，以实现可同时侦听和处理BACnet IP通讯协议帧和BACnet Ethernet通讯协议帧的功能。一种开放式楼宇自控网络协议转化方法，该方法首先将嵌入式操作系统ucOSII 连同BACnet转化程序一同编译下载到控制单元，以实现可同时侦听和处理BACnet IP通讯 协议帧和BACnet Ethernet通讯协议帧的功能；再将采用BACnet IP通信协议的软件或设 备发送的报文，通过报文解析和重新封装，改装成BACnet Ethernet通信协议的报文重新发 送到网络上，使其到达BACnet Ethernet网络设备，并且在接收到BACnet Ethernet网络设 备的回应后，对其进行解析和重新封装，改装成BACnet IP通信协议的报文重新发送到网络 上，使其到达BACnet IP的软件或设备，从而实现两种BACnet通信协议之间的互相通信和 操作。本发明的优点在于无需和原有BACnet IP或BACnet Ethernet网络设备有任何直 接的物理联接，只需和其通过交换机联在同一个局域网络内即可。
图1是BACnet的四层折叠式结构图；图2是本发明的电路框图；图3是BACnet IP通信协议的报文结构图；图4是BACnet Ethernet通信协议的报文结构图； 图5是BACnet IP通信协议报文转化为BACnet Ethernet通信协议报文的解析和 封装过程图；图6是BACnet Ethernet通信协议报文转化为BACnet IP通信协议报文的解析和 封装过程图。
具体实施例方式本发明涉及一种开放式BACnet转化装置及方法。
如图2所示，本发明装置包括控制单元、网络接口单元、工作电源，网络接口单元 与控制单元连接，工作电源向控制单元、网络接口单元供电。控制单元可通过微处理电路Im3s6911+电路而实现。网络接口单元可为RJ45标 准网络接口。工作电源是将输入的交流电进行整流滤波而向其它单元输出。由于本发明要同时与两种不同的BACnet通讯协议的软件或设备进行通讯，所以 需要多任务功能来达到同时通讯的目的。为实现多任务功能，本发明的软件系统架构上采 用了嵌入式操作系统ucOSII，即将嵌入式操作系统ucOSII连同BACnet转化程序一同编译 下载到控制单元，实现了可同时侦听和处理BACnet IP通讯协议帧和BACnet Ethernet通 讯协议帧的功能。图3是BACnet IP通信协议的报文结构图。其中APDU为应用层报文；NPDU为 网络层报文；BVLL为BACnet虚拟逻辑链路层；UDP为用户数据包协议；IP为Internet Protocol (网络之间互连的协议)；物理层报文为具体硬件收发内容。图4是BACnet Ethernet通信协议的报文结构图。其中APDU为应用层报文；NPDU 为网络层报文；NPCI为网络层报文头(控制信息)；LPDU为数据链路层报文；LLC为逻辑链 路控制；X82X82X03为服务访问点信息；物理层报文为具体硬件收发字节内容。本发明将采用BACnet IP通信协议的软件或设备发送的报文，通过报文解析和 重新封装，改装成BACnet Ethernet通信协议的报文重新发送到网络上，使其到达BACnet Ethernet网络设备，并且在接收到BACnet Ethernet网络设备的回应后，对其进行解析和 重新封装，改装成BACnet IP通信协议的报文重新发送到网络上，使其到达BACnet IP的软 件或设备，从而实现两种BACnet通信协议之间的互相通信和操作。下面具体说明如何解析和重新封装。BACnet IP通信协议报文转化为BACnet Ethernet通信协议报文的解析和封装过 程见图5。解析步骤第一步解析出BACnet IP通信协议报文中的IP头部中的设备IP地址并存储，作 为将来发送设备的IP地址；第二步解析出UDP头部中的port端口号并存储，作为将来发送设备的port端口 号；第三步解析出BVLL头部中的广播/单播信息和实际内容报文长度及内容信息。封装步骤第一步在实际内容信息报文前端封装服务访问点信息“X82X82X03”字节内容；第二步根据实际内容报文长度重新计算LLC长度值并在“X82X82X03”前端封装， 形成LPDU报文；第三步根据BVLL头部中广播/单播信息，封装具体的设备硬件MAC地址，形成最 终实际物理硬件收发报文内容。BACnet Ethernet通信协议报文转化为BACnet IP通信协议报文的解析和封装过 程见图6。解析步骤第一步解析出BACnet Ethernet通信协议报文中MAC地址中的广播/单播信息；
第二步解析出LLC长度中的长度值；第三步移除服务访问点信息“X82X82X03”字节内容。封装步骤第一步根据解析出的广播/单播信息确定BVLL头部中的所需广播/单播字节内 容；第二步根据LLC长度中长度值重新计算BVLL中所需长度值并在实际内容报文前 端封装BVLL头部，形成BVLL报文；第三步根据预先存储的port端口号，在BVLL前端封装UDP头部，形成UDP报文；第四步根据预先存储的IP地址，在UDP头部前端封装IP头部，形成IP报文；第五步在IP头部前端封装IP对应的设备MAC地址，形成最终实际物理硬件收发 报文内容。
权利要求
1.一种开放式楼宇自控网络协议转化装置，其特征在于包括控制单元，用于对收到的BACnet IP通信协议的报文进行报文解析和重新封装，改装成 BACnet Khernet通信协议的报文，并且对收到BACnet Khernet通信协议的报文进行解析 和重新封装，改装成BACnet IP通信协议的报文；网络接口单元，用于控制单元与通讯网络之间的通讯，该网络接口单元与所述控制单 元连接；工作电源，用于向控制单元、网络接口单元供电；控制单元的软件系统架构上采用了嵌入式操作系统ucOSII，即将嵌入式操作系统 ucOSII连同BACnet转化程序一同编译下载到控制单元，以实现可同时侦听和处理BACnet IP通讯协议帧和BACnet Ethernet通讯协议帧的功能。
2.如权利要求1所述的开放式楼宇自控网络协议转化装置，其特征在于 所述控制单元为微处理电路Im3s6911+电路。
3.如权利要求1所述的开放式楼宇自控网络协议转化装置，其特征在于 所述网络接口单元为RJ45标准网络接口。
4.一种开放式楼宇自控网络协议转化方法，其特征在于包括步骤1)将嵌入式操作系统ucOSII连同BACnet转化程序一同编译下载到控制单元，以实现 可同时侦听和处理BACnet IP通讯协议帧和BACnet Ethernet通讯协议帧的功能；2)将采用BACnetIP通信协议的软件或设备发送的报文，通过报文解析和重新封装， 改装成BACnet Ethernet通信协议的报文重新发送到网络上，使其到达BACnet Ethernet 网络设备，并且在接收到BACnet Ethernet网络设备的回应后，对其进行解析和重新封装， 改装成BACnet IP通信协议的报文重新发送到网络上，使其到达BACnet IP的软件或设备， 从而实现两种BACnet通信协议之间的互相通信和操作。
5.如权利要求4所述的开放式楼宇自控网络协议转化方法，其特征在于所述将BACnet IP通信协议报文转化为BACnet Ethernet通信协议报文的解析过程为解析出BACnet IP通信协议报文中的IP头部中的设备IP地址并存储，作为将来发送 设备的IP地址；解析出UDP头部中的port端口号并存储，作为将来发送设备的port端口号； 解析出BVLL头部中的广播/单播信息和实际内容报文长度及内容信息， 封装步骤为在实际内容信息报文前端封装服务访问点信息“X82X82X03 ”字节内容；根据实际内容报文长度重新计算LLC长度值并在“X82X82X03”前端封装，形成LPDU报文；根据BVLL头部中广播/单播信息，封装具体的设备硬件MAC地址，形成最终实际物理 硬件收发报文内容。
6.如权利要求4所述的开放式楼宇自控网络协议转化方法，其特征在于所述将BACnet Ethernet通信协议报文转化为BACnet IP通信协议报文的解析的过程为解析出BACnet Ethernet通信协议报文中MAC地址中的广播/单播信息；度值；移除服务访问点信息“X82X82X03”字节内容，封装步骤为根据解析出的广播/单播信息确定BVLL头部中的所需广播/单播字节内容； 根据LLC长度中长度值重新计算BVLL中所需长度值并在实际内容报文前端封装BVLL 头部，形成BVLL报文；根据预先存储的port端口号，在BVLL前端封装UDP头部，形成UDP报文； 根据预先存储的IP地址，在UDP头部前端封装IP头部，形成IP报文； 在IP头部前端封装IP对应的设备MAC地址，形成最终实际物理硬件收发报文内容。
全文摘要
本发明公开了一种适用于BACnet IP网络设备和BACnet Ethernet网络设备相互转化的装置及转化方法，包括以太网网络接口单元、控制单元、工作电源。工作电源与网络接口单元、控制单元分别连接，并向其提供工作电源；控制单元对BACnet IP报文和BACnet Ethernet报文进行解析并重新封装；网络接口单元连接于控制单元，接收控制单元发送的报文数据并将其转发到以太网网络上。本发明使用方便、能耗低，可应用在以BACnet Ethernet通讯协议为主要通讯协议的网络设备上，将其转换为BACnet IP通讯协议，从而为BACnet Ethernet通讯协议设备带来更大的应用和开发价值。
文档编号H04L29/06GK102075529SQ20101062112
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者施方, 李春旺, 田沛哲 申请人:北京联合大学生物化学工程学院