4.3 控制類業務的標準化組織

該類標準化組織研究如何解決家中各種照明、安防、電器、基礎設施之間的聯網，以及相互間的自動控制。例如，日本的Echonet協會，旨在制定通過電力線和無線通信等通信技術來連接各種家電設備的標準，透過一套完備的家庭自動控制系統，提高生活品質，增加生活的方便性。消費電子總線（CEBus）是美國電氣工業協會（EIA）的消費電子小組制定的家用消費產品的網絡通信標準，它描述了家庭電子產品之間的一種通信和控制方法。

4.3.1 ECHONET

ECHONET（Energy Conservation and Homecare Network）協會是日本企業機構于1997年組建的專注于家庭監控應用的標準化組織。ECHONET的目標是制定開發標準化的家庭網絡標準規范，并應用到家庭能源管理、居家醫療保健等方面。所以，ECHONET組織的家庭網絡體系結構由ECHONET控制裝置、ECHONET Router和ECHONET機器設備三部分構成。該協會的標準致力于采用無線或者電力線方式連接家庭中的空調、冰箱、照明器具、保安傳感器和家庭醫療設備的網絡。ECHONET的協議框架如圖4-9所示。

ECHONET的幾個組織成員推出了各自的產品，但產品間的兼容性較差，所以并沒有取得理想的成績。為了提高兼容性，Sanyo、Sharp、Toshiba和Mitsubishi Electric四個公司建立了一個計劃，聯合開發遵守ECHONET的最新標準ECHONET ver3.0技術規格的網絡家電核心技術——iReady，確保不同品牌間的網絡家電互連。

4.3.2 消費電子總線（CEBus）

美國電子工業協會（Electronics Industry Association，EIA）認為X-10家庭自動化控制規格并不能滿足現代生活的需要，因而聯合其國際著名的成員廠商，在1989年制定出另外一套家庭自動化控制規格的初步草案，并在1992年發布，命名為CEBus（Consumer Electronic Bus）。其目標是建立一個針對消費類電子產品的開放性協議，即：

（1）針對消費類電子產品開發一套通用的、廉價的、與制造廠家無關的通信方法。

（2）允許消費者以非常小的代價在系統中加入新的家電產品。

（3）滿足對家庭自動控制的需要。

（4）減少家庭中消費類設備功能的冗余。

1994年，CEBus工業委員會（CEBus Industry Council，CIC）成立。CIC是一個非營利性組織，由生產制造CEBus兼容產品和提供相應服務的公司組成。其中許多成員為國際高知名度廠商，如Microsoft、IBM、Compaq、Corp、AT & T Bell Labs、Honeywell、Panasonic、Sony、Thomson、Leviton、Pacific Gas & Electric等公司。CIC負責監督市場、保證產品的互操作性，以及認定產品是否符合標準。

1997年，CEBus的EIA—600成為美國ANSI標準。2000年6月，美國Microsoft公司和CIC協會共同宣布支持基于CEBus的簡單控制協議SCP（Simple Control Protocol），SCP將是未來Microsoft的UPnP協議的子集。

目前，國外開始生產基于CEBus智能家居產品的有GE—Smart公司，主要是燈光控制器、開關、插座和傳感器等；Smart American公司的支持UPnP的家庭自動化產品控制器；Electronic Design Technology公司的燈光控制器和開關、多路開關、負載控制器及一些傳感器等；Emerald Gateway International公司的DCS家庭系統，包括燈光和能源控制器、X-10到CEBus協議轉換器，CEBus RS-232橋接器、CEBus LCD顯示屏等。

CEBus采用了簡化的OSI模型，分為物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，參考圖4-10。它使用七種不同的媒介：電力線、雙絞線、同軸電纜、無線、紅外線、光纖和AV線。不同的媒介能滿足不同設備對通信量的要求。例如，對于低速的控制信號可以使用電力線和紅外線，對于大量的和實時的視頻數據信號可以使用同軸電纜或光纖，這樣可以就使控制信號和數據信號分開，提高了通信的快速性和可靠性。CEBus是一個完全面向報文分組的對等網絡，使用載波偵聽多重訪問和沖突檢測協議（CSMA/CD）。符合CEBus規范的設備，相互之間可以無差錯地收發信息，EIA—600中詳細描述了這個規范。每個設備要想訪問其他設備的資源，就必須有描述資源的語言。在CEBus中采用公共應用語言（Common Application Language，CAL）。通過CAL語言，設備之間可以相互訪問，可以知道一個設備所有的資源、工作狀態，還可以控制這個設備。CAL語言由美國許多公司參與制定，因而幾乎所有的電器都可以由CAL語言來描述其資源。不同廠家的產品都能夠理解CAL語言，從而可以相互控制或操作。鑒于CAL語言的特殊性和獨立性，美國電子工業協會（EIA）已將其列為單獨的標準EIA—721。

各種設備通過CAL語言交換信息，每個設備有自己的地址，設備的資源有唯一的名稱，設備之間可以相互對話。實際上，CAL語言是獨立于網絡協議的，可以在不同的網絡上實現。CAL語言定義了設備之間交換信息的語法，而另一個規范——Home PNP（家庭即插即用）規范應用這個語法組成統一的信息交換和控制命令。它定義了一些公共的信息格式，典型的信息如室主是否在室內，以便保安系統、照明系統等調整自己的工作狀態。另外，為簡化用戶設備的安裝，它提供設備安裝工具，實現“即插即用”。

從技術上考慮，CEBus有以下優勢：

（1）網絡拓撲結構簡單。它可以用于分布式的或者集中式的家庭控制，而不需要一個集中的控制器。CEBus中的每個節點的地位是平等的，因此不需要一個主控設備，但是可以通過綁定來聯系不同的節點，使整個家電系統成為一個智能的整體。

（2）簡單性。安裝簡單的CEBus產品，不需要用戶進行專門的訓練。利用即插即用規范，甚至可以不用用戶干預。

（3）廉價。對于原有的產品只要稍加改造，不會增加很多成本，就能夠使其成為CEBus兼容型產品。

（4）具有多個傳輸媒體。CEBus目前定義了七種傳輸媒體，它們大部分利用了原有的走線，而不需要另外布線，因而對于現有住宅的改造非常方便，而且也能滿足不同設備對通信量的要求。

（5）響應迅速。CEBus的數據包有三種優先級，可以滿足不同信息對時間的要求。

（6）公平性。任何一個設備都不會長時間占有通信媒介，它對于多重訪問的競爭的解決方法是CSMA/CD，也就是說有沖突檢測和沖突解決措施。

（7）安全性。在設備的交互語言——公共應用語言中，對保安設備的控制有加密算法，只有授權的設備才能訪問這些保安設備。

4.3.3 歐洲安裝總線（EIB）

EIB系統是European Installation Bus的簡稱，在亞洲則稱其為Electrical Installation Bus，即電氣安裝總線。EIB系統是電氣布線領域使用范圍最廣的行業規范和產品標準。為了便于統一智能安裝系統標準的推廣，1990年5月8日由包括ABB、Siemens等在內的7家電氣公司聯合在比利時布魯塞爾成立了EIBA（European Installation Bus Association）。從1990年至今，EIBA在歐洲已經設有超過50家培訓中心，超過140個廠商生產EIB產品，超過5000種被認可的產品，有近7萬個項目采用EIB系統，3萬多用戶接受了系統培訓。EIB標準的制定不但提高了人類的生活水準，更標志著多家產品的兼容性，以及新舊產品的兼容性，使用戶在使用中方便無比。

隨著EIB技術不斷向前發展，1999年Konnex協會成立，取代了原來的EIBA，同時EIB協議也發展成為KNX協議。KNX協議在保持了EIB優良特性的同時，廣泛吸取其他協議的優點，代表了新一代家庭樓宇自動化系統的發展方向。目前KNX/EIB已經被批準成為歐洲標準（CENELEC EN 50090和CEN EN 13321—1）、國際標準（ISO/IEC 14543—3）、中國標準（GB/Z 20965）、美國標準（ANSI/ASHRAE 135），因此KNX/EIB是唯一的全球性的住宅和樓宇控制標準。

作為全球性的標準，KNX/EIB技術給各種各樣的樓宇建筑的電氣管理帶來方便，通過一條總線即可管理各種類型的系統，如開關負載、環境控制系統、安防監控等。KNX/EIB總線能夠安裝在許多大型建筑中，如營業場所、學校、醫院、工廠、辦公大樓和私人別墅等。KNX/EIB系統主要用來監視和管理各種設備的功能和進程，包括照明、窗簾、暖氣、通風、空調、負荷管理、信令、監測和報警等。

ElB協議從本質上遵循計算機網絡領域的OSI模型，提供了OSI模型所定義的全部七層服務（定義和使用其中5層），這是其之所以具有開放性、兼容性、靈活性的基礎。

物理層支持的介質包括雙絞線、電力線、無線和紅外線。EIB在傳輸速度、脈沖發生和接收方面，設計成為使總線不需要終端阻抗就可以任意拓撲。最大傳輸速率為9600bps。但是，電力線傳輸在中國應用條件欠佳，所以包括ABB、Siemens在內的EIBA成員廠商都不推薦基于電力線的應用。

EIB雙絞線總線拓撲結構成本較低，并能保證比較高的抗干擾強度，控制邏輯0的位級別沖突檢測，提高傳輸的可靠性，每個雙絞線物理段可長達1000m。為了保證在Powerline 230V/1400V的供電線路上進行可靠的數據傳輸，采用了擴展頻移鍵控技術，通過相應數量的匹配篩選，保證輸電線上組地址和指令傳輸的完整性和可靠性，在裝修改造工程中比較經濟，最大傳輸距離為600m。

EIB無線傳輸由不同載波頻率作為物理區分，在無法使用其他通信介質時提供解決方案。傳感器和執行器之間不用鋪設總線電纜，傳感器可以用蓄電池工作，充分體現出移動性和便捷安裝的特點和優勢（如安裝在玻璃上）。無線電系統組件特別適于建筑物改建、裝修、擴建、苛刻的安裝電氣環境等，具有獨特的優越性。

在EIB系統數據鏈路層，采用二進制數據結合起始和結束標志位組成數據報文格式。EIB為了系統優化、載荷控制和預防信息域的沖突，規定了帶有沖突預防的載波偵聽多路存取（CSMA/CD）以控制數據鏈路，使在多個總線設備同時發送報文時不會發生沖突和報文丟失的現象，而且報文發送的先后次序符合嚴格的優先級策略。網絡層通過網絡協議控制信息（NPCI）控制跳躍數，決定EIB總線最大的邏輯拓撲網段之間的間隔，其中耦合器在邏輯上是屬于網絡層的設備。

傳輸層的邏輯通信關系包括一對多無連接（多終點組傳輸）、一對多無連接（廣播）、一對一無連接、一對一連接，提供了地址與內部抽象表達之間的映射——通信訪問標識符。

應用層行使EIB網絡用戶/服務器管理的APT（應用程序接口）功能，對通信對象組內部請求（或共享變量）分配通信訪問標識符，以完成收發（多對一、多對多）功能。

4.3.4 控制類總線的標準

1.國際標準IEC 61158

IEC著手起草現場總線標準，于1998制定了工業控制系統用現場總線（Fieldbus for Use in Industrial Control System）國際標準IEC 61158。在標準制定過程中，由于世界各國工業自動化公司已有不同的現場總線產品，以及已存在多種現場總線書面協議，因此各國意見相差甚遠，工作進展十分緩慢。IEC 61158是制定時間最長、投票次數最多、意見分歧最大的國際標準之一。到目前為止，IEC 61158共有3個不同的版本。

1）IEC 61158第1版

最初是以基金會現場總線FF（Foundation Fieldbus）協議為基礎制定的，包括以下幾個部分。

IEC 61158—1，現場總線第1部分：總則（Introductory Guide）。

IEC 61158—2，現場總線第2部分：物理層規范（Physical Layer Specification）。

IEC 61158—3，現場總線第3部分：數據鏈路服務定義（Data Link Service Definition）。

IEC 61158—4，現場總線第4部分：數據鏈路協議規范（Data Link Protocol Specification）。

IEC 61158—5，現場總線第5部分：應用層規范（Application Layer Specification）。

IEC 61158—6，現場總線第6部分：應用層協議規范（Application Layer Protocol Specification）。

IEC 61158—7，現場總線第7部分：系統管理（System Management）。

2）IEC 61158第2版

IEC 61158第2版（ED2.0）包括以下幾個部分。

IEC 61158—（2000—08），工業控制系統用現場總線標準第2部分：物理層規范與服務定義。

IEC 61158—3（2000—01），測量與控制用數字式數據通信系統——工業控制系統用現場總線第3部分：數據鏈路服務定義。

IEC 61158—4（2000—01），測量與控制用數字式數據通信系統——工業控制系統用現場總線第4部分：數據鏈路協議規范。

IEC 61158—5（2000—01），測量與控制用數字式數據通信系統——工業控制系統用現場總線第5部分：應用層服務定義，

IEC 61158—6（2000—01），測量與控制用數字式數據通信系統——工業控制系統用現場總線第6部分：應用層協議規范。

進入IEC 61158第2版的現場總線有以下8種類型（TyPe）。

①IEC 61158技術規范（即FF H1）。

②ControlNet（美國羅克韋爾公司支持）。

③Profibus（德國西門子公司支持）。

④P-Net（丹麥Process Dat公司支持）。

⑤FFHSE（美國費希爾-羅斯蒙特支持）。

⑥SwiftNet（美國波音公司支持）。

⑦Work1FIP（法國阿爾斯通公司支持）。

⑧Interbus（德國菲尼克斯公司支持）。

其中，①即為第1版的IEC 61158—3、IEC 61158—6；②～⑧的格式與①的格式相同。也就是說，第2版的IEC 61158現場總線標準并不是以上8種現場總線協議的合訂本，而是將每種現場總線協議打散，將其相應的內容分布于上面的IEC 61158—2和IEC 61158—6中。

3）IEC 61158第3版

IEC 61158第3版（ED3.0）也包括IEC 61158—2至IEC 61158—6這幾部分，IEC 61158—3至IEC 61158—6的標題與第2版對應部分的標題相同。

IEC 61158—2，測量與控制用數字式數據通信系統——工業控制系統用現場總線第2部分：物理層規范。

IEC 61158第3版規定了10種類型的網絡協議。

2.IEC 62026

IEC 62026是由IEC制定的，它涉及的是用于低壓開關設備和控制設備的現場總線，即設備層現場總線，包括以下幾部分。

IEC 620261（2000—07），低壓開關設備和控制設備控制器設備接口（CDIs：Controller Device Interface）第1部分：總則（General Rules）。

IEC 620262（2000—07），低壓開關設備和控制設備控制器設備接口第2部分：執行器傳感器接口（Actuator Sensor interface，AS-i）。

IEC 620263（2000—07），低壓開關設備和控制設備控制器設備接口第3部分：DeviceNet。

IEC 620265（2000—07），低壓開關設備和控制設備控制器設備接口第5部分：智能分布系統（Smart Distributed System，SDS）。

IEC 620266（2001—11），低壓開關設備和控制設備控制器設備接口第6部分：Seriplex（Se-rial Multiplexed Control Bus，串行多路控制總線）。

其中，AS-i是由德國倍加福（PEPPERL FUCHS）等公司推出的；DeviceNet SDS是由原AB公司（現在的羅克韋爾自動化公司）、美國霍尼韋爾（Honeywell）公司推出的。

IEC 620261～IEC 620263和IEC 620265于2000年7月作為正式國際標準出版，其形成歷史是相同的，只是個別的具體時間稍有差別。IEC 620266于2001年11月作為正式國際標準出版。IEC 62026目前為第1版。IEC 62026曾有過IEC 620264，其標題為：IEC 620264用于低壓開關設備和控制設備的控制電路設備和開關元件（Control circuit device and switching elements）第4部分：LonTalk。

3.ISO11898標準

ISO 11898（1993）是德國BOSCH公司專為汽車監測和控制而設計的車內高速通信總線標準。遵照ISO 7498規定的OSI參考模型，以分層層次形式描述CAN的一般結構，包括CAN物理層和數據鏈路層的詳細技術規范，規定裝備有CAN的道路交通工具電子控制單元之間以125Kbps～1Mbps傳送速率進行數字信息交換的各種特性。

CAN技術規范版本2.0是由Philips Semiconductors于1991年9月制定并發布的，包括2.OA和2.0B兩部分。2.0A描述在CAN技術規范版本1.2中定義的CAN的報文格式；2.0B描述標準的和擴展的兩種報文格式。

4.ISO 11519標準

ISO 11519—1（1994），道路交通工具——低速串行數據通信第1部分：總則與定義（General and definitions）。

ISO 11519—2，道路交通工具——低速串行數據通信第2部分：低速控制器局域網（CAN）。

ISO 11519—3（1994），道路交通工具——低速串行數據通信第3部分：交通工具局域網（VAN）。

其中，ISO 11519—2和ISO 11519—3均于1995年進行了增補。

ISO 11519—1用于道路交通工具的速率不大于125Kbps的低速串行數據通信的一般性定義描述，規定了用于道路交通工具上不同類型電子模塊之間進行信息傳送的通信網絡的一般結構及數據鏈路層和物理層的主要內容。ISO 11519—2和ISO 11519—3分別說明用于道路交通工具的速率不大于125Kbps的CAN和VAN通信網絡的數據鏈路層和物理層，規定了其網絡的一般結構。