#跟京A瞭解Niagara系列 39
BACnet 協議簡介
BACnet 的含義是 Building Automation and Control Networks，可見它是專門針對樓控行業定義的一個通訊協議。它是由美國暖通工程師協會（ASHRAE）開發的一種開放協議，於1995年發佈瞭第一個正式版本。協議中定義瞭物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。
協議棧各層級
但是隨著協議的推廣應用和發展，時至今日，物理層和鏈路層的一些協議逐漸被淡化和放棄瞭，目前比較常用的如下圖所示：
實際廣為使用的各層
本文及後續相關文章涉及的 BACnet 協議中的輪詢和 COV 等話題，都僅僅涉及應用層定義的特性。
BTL認證
BTL = BACnet Testing Laboratories (BTL) Certification programBACnet 作為一種開放標準協議，協議規約對任何人都是公開的（ASHRAE 官網的電子版規約居然是收費的，鄙視~），可以用自己的方式去實現符合該協議標準的產品。但實際上，任何一個聲稱支持 BACnet 的產品，在多大程度上“符合”標準，這就很難講瞭。有些產品可能為瞭某種便利，“故意”在標準的基礎上做瞭一些改動；也有些產品，可能是設計人員水平的問題，沒能做出完全符合協議標準的產品……所有這些都可能會給產品之間的互聯互通帶來或多或少的障礙。由此，“冠冕堂皇”的標準認證測試就隆重登場瞭。經過測試認證的產品，都是100%符合標準的。
這就像普通話標準一樣，標準發音就標在那裡，但在這片廣闊的熱土上，由於氣候地理因素，生活習慣差異，很多地方的很多人，仍然在堅持使用自己地區的方言。還有些人聽得懂普通話，但是說不好；也有些人大部分時間說的是普通話，但是針對某種特定生活場景的時候，會在標準普通話的句子裡加入方言詞，比如“雷猴 ~……”。在日常交流中都有這樣的感受：對某些方言，如天津話，東北話基本所有人都聽得懂，但是閩南話呢……；而一些夾雜方言的普通話，雖然某個詞沒聽懂，但是大體意思往往是能夠理解的……所以，100%標準化這個事情，有些時候是挺重要的，有些時候又沒那麼重要，it depends……
避免雞同鴨講
另外，需要註意的是，做這個認證測試需要到指定的機構去測，是收費的，一次沒過，下次去還要收錢；證書不是一直有效的，過瞭有效期再測的時候，要滿足“新版本”的標準，而不是用當年的舊版本……所以呢，帶這個圈圈標的產品，意味著可靠，也往往意味著——貴……
BACnet 協議中的一些關鍵詞
輪詢和 COV 中都會涉及到三個要素：客戶端發出的查詢/訂閱請求，目標對象（服務器的信息承載體），服務器發出的回復/通知。
BACnet Object （對象）
在 BACnet 協議中，Object（對象）是設備之間數據交互的載體，目前2020版本中總計定義瞭63個對象，樓控中較為常用的包括：
BACnet常用對象模型
BACnet 應用層對象模型和 Niagara 中的通用對象模型是高度相似的：對象模型是一種抽象的數據結構，針對某種類型的對象模型，BACnet 設備中可以有一個或多個它的實例，不同的實例通過 ID 號進行區分。每個對象由多個屬性構成的，屬性是信息存儲的基本單位。
BACnet Service （服務）
設備之間的數據交互一般都是通過請求（request）和應答（response）來完成，或者是通知（隻是單向發送，接收方無需回復）。BACnet 中定義瞭很多種 Service 來實現各種數據交互，分為幾大類：報警和事件通知，文件操作（讀/寫），對象操作（增/刪/改/查），設備設置（設備查找，初始化，時間同步）等。
BIBB（對象模型互操作服務集）
BIBB 是 BACnet Interoperability Building Blocks 的縮寫。BACnet 定義瞭若幹個這樣的集合，每組集合中定義瞭一個或多個 BACnet 服務。每個服務都涉及兩個設備：客戶端（請求服務者）和服務器（提供服務者）。其中有一個集合叫做 Data Sharing （數據共享操作服務集合），這裡面包含瞭輪詢（讀屬性）和 COV 相關的內容。也就是說，在 BACnet 看來，輪詢和 COV 都屬於數據共享操作服務的范疇。
Profiles （設備類型描述）
協議中根據應用場合定義瞭幾個大的設備分類，每個分類中又根據功能級別定義瞭不同小分類，跟樓控相關的大類包括：Operator Interface （工作站類）和Controllers （控制器類）。每個大類下面又根據功能的強弱分成幾個小類，不同類型的設備之間具體的功能差異要看每種設備所支持 BIBB。
>>>>工作站類中包括：
- 跨系統工作站：B-XAWS（Cross-Domain Advanced Workstation），可以兼容樓控和門禁的工作站。
- 高級工作站：B-AWS（Advanced Operator Workstation），供工作人員監控整個BACnet系統，以及修改系統設備參數。
- 普通工作站：B-OWS（Operator Workstation），其功能弱於高級工作站，用於系統的監控及一些最基本的操作。
- 操作顯示設備：B-OD （Operator Display），適用於某些人機交互界面設備。
工作站類中每個子類對應的 BIBB 如下表：
控制器類中包括：
- 樓宇級控制器，B-BC（Building Controller），可編程，可執行比較復雜的控制任務。大多數支持 BACnet 協議的智能網關屬於此類設備。
- 高級應用程序控制器，B-AAC（Advanced Application Controller），它的功能弱於 BC，可以執行某些特定的比較復雜的應用程序。
- 特定應用程序控制器，B-ASC（Application Specific Controller），它的功能弱於 AAC，隻能執行一些有限的應用程序。
- 智能執行器，B-SA（Smart Actuator），一般不支持應用程序下載，隻用於響應某些特定服務請求。
- 智能傳感器，B-SS（Smart Sensor），一般不支持應用程序下載，隻用於響應某些特定服務請求。
控制器類中每個子類對應的 BIBB 如下表：
BACnet 協議中的輪詢
所謂輪詢，是由客戶端周期性發起的，對服務器中某個或者某些信息的查詢；服務器接收到查詢請求後，做出應答。
ReadProperty Service（讀取單一屬性值）
讀取設備中指定對象（實例）中的某一個屬性值。
請求
1）目標對象ID號（Object ID ）；
2）目標屬性ID號（Property ID）；
3）數組索引（Property Array Index），如果要讀取的屬性值是一個數組的話，此參數給出數組的索引。
應答
1）目標對象ID號（Object ID ）；
2）目標屬性ID號（Property ID）；
3）數組索引（Property Array Index）；
4）目標屬性值的當前值（Property Value）。
ReadPropertyMultiple Service（讀取多個屬性值）
讀取設備中某幾個對象實例中的屬性值。相比於 Modbus 協議中的讀連續寄存器（03/04命令），這個讀多個屬性服務更加靈活，它可以讀取任意（非連續）對象的屬性值。
請求
請求中需要給出一個參數列表，列表中每個元素中包含三個參數，這三個參數與 ReadProperty 中是一樣的。
應答
回應的內容也是一個列表，列表中包含若幹個元素，元素個數與請求個數相匹配。每個元素中包含四個參數，與 ReadProperty 中應答的參數含義相同。
這個一次性讀取多個屬性的服務，看起來很“豐滿”，尤其是對請求方來說，但在互聯系統的實際使用中，可能會很“骨感”，考慮下面的情況：
設備 A 向設備 B 提出三個問題（請求三個數據），分別是：
1. 流浪地球的導演是誰？
2. 《狂飆》中大嫂、孟鈺和高啟蘭的扮演者分別是誰？
3. 背誦《嶽陽樓記》全文。
問題1和2的答案很短，可以很容易放在一個數據包中回復。而問題3的答案很長，超出瞭應用層數據包(APDU)允許的最大長度。作為 B 設備來說，有兩種可能的回答，一是將答案分成多個數據包（Segmentation）回復，前提是 B 設備支持分包數據發送；另外一種就是不支持分包發送的話，就隻能回復：答案太長，無法回答瞭。
作為 A 設備來說，收到 B 的答復：第一種情況下，接收多個應答消息包之後再做組合就可以瞭；而第二種情況，就比較復雜瞭，它需要 A 比較“智能地”嘗試換一種問法，以保證 B 的答案可以容納在一個完整的數據包中，比如這樣問：背誦《嶽陽樓記》的第一段……。這無疑就增加瞭 A 設備的設計復雜度，而且遇到這樣的情況，雙方可能需要多次協商才能完成數據的成功傳輸，反而因此浪費瞭時間……
不同類型的設備中對輪詢的支持情況
工作站類中的幾種設備，對讀屬性服務的支持，都是雙向的（服務器+客戶端） —— 既可以發起讀其他設備的請求，也可以響應來自其他設備的讀請求。
控制器類中的幾種設備，隻有 B-BC 既可以讀取其他設備又能夠響應來自其他設備的讀請求。其他幾個類型的控制器僅僅能夠響應其他設備的讀取請求就可以瞭。
霍尼（Tridium）和江森幾款BTL認證產品中所支持的輪詢服務的對比
在 B-OWS 和 B-BC 級別的控制器上，兩傢的控制器都是嚴格按照協議標準實現瞭（DS-RP-A,B 和 DS-RPM-A,B）。但是在 B-ASC 這個級別上所選的兩款控制器，兩傢都超出瞭協議規定的范圍。
