Introduzione alla tecnologia. LonWorks

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1 Introduzione alla tecnologia LonWorks

2 La tecnologia LonWorks viene sviluppata da Echelon a partire dal 1990 Echelon é quotata in borsa dal 1998 (asdaq:elo) > 4000 OEM nel mondo > 30 mio di nodi installati Diverse associazioni promuovono la tecnologia LonWorks (LonTech in CH, LO in Germania, LonUsers in Italia,...) Definizioni LonWorks LO LonTalk LS EIA EIA 852 ome generale che identifica la tecnologia Abbreviazione di Local Operating etwork Protocollo di comunicazione utilizzato dai vari dispositivi che costituiscono una rete LO Lonworks etwork Services Motore software sul quale si basano i moderni applicativi utilizzati per l installazione, la manutenzione e il monitoraggio delle reti LO Echelon ha pubblicato il protocollo LonTalk creando lo standard denominato ASI/EIA Lo standard che definisce l incapsulamento del protocollo LonTalk all interno del protocollo IP (LonWorks over IP)

3 Struttura di una rete LO

4 Struttura di una rete LO

5 Struttura di una rete LO R R Rpt

6 Struttura di una rete LO R R Rpt Subnet Subnet Subnet

7 Struttura di una rete LO Dominio R R Rpt Subnet Subnet Subnet

8 Struttura di una rete LO Domain PC con LS Server Interfaccia di rete (network interface) Configurazione e manutenzione rete LO SCADA Gateway. R R Rpt Subnet Subnet Subnet Limiti umero di nodi per subnet 127 umero di subnet per domain 255 umero di nodi per domain 127 * 255 = umero di channel per network nessun limite

9 Canali (s) 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 TP/LPT-10 Twisted pair con link power 78 kbps m (bus topology) 500 m (free topology) 2700 m (bus topology) 500 m (free topology) TP/XF-1250 Twisted pair 1.25Mbps 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

10 odi 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 LO in modo indipendente. Esistono 2 configurazioni di nodi: odi basati su euron Chip Si tratta della maggior parte dei nodi che compongono una rete LO. Utilizzano dei processori denominati euron Chip i quali vengono programmati in C e sono in grado di gestire più di 30 tipi di I/O odi MIP (Microprocessor Interface Program) Utilizzano un euron 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, )

11 Routers I routers sono dei dispositivi LonWorks che permettono di collegare tra di loro i vari canali che compongono una rete LO. 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, )

12 Protocollo LonTalk Il protocollo LonTalk é diventato lo standard denominato ASI/EIA Questo protocollo é implementato in tutti i dispositivi presenti su una rete LO 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

13 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. el 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. essun 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. essun 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.

14 Comunicazione tra nodi LonWorks Il passaggio di informazioni tra 2 nodi LonWorks può essere eseguito utilizzando i seguenti metodi: Variabili di rete (etwork 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.

15 Indirizzamento Il protocollo LonTalk, per accedere ad un nodo di una rete LO, prevede 4 tipi di indirizzamento: Indirizzo fisico Ogni nodo possiede un indirizzo fisico univoco (48 bits) denominato euron ID. Questo indirizzo é assegnato al momento della fabbricazione e non può essere modificato. Indirizzo logico del nodo (Device address) 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. ode ID Il ode ID definisce il singolo nodo all interno di un subnet. In un subnet possono essere definiti 127 nodi. Indirizzo di gruppo (Group address) 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. Broadcast 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).

16 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 (SVT Standard etwork Variables Types) Tipi di parametri di configurazione (SCPT Standard Configuration Property Types)

17 LS (LonWorks etwork Services) LS 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. LS si occupa della comunicazione con i vari dispositivi LO utilizzando apposite interfacce di rete (network interfaces) e fornisce un interfaccia SW tramite la quale applicazioni di produttori diversi possono interagire con la rete LO sottostante in modo semplice e ben definito. Rete IP PC Locale Client Application Client Application Client Application Tipi di etwork Interface PCI Databases... LS (LonWorks etwork Services) PC Remoto USB PCMCIA Seriale Remota (connessione IP) etwork Interface Rete LO

18 Applicazioni e Tools LonWorks Sviluppo odebuilder (Echelon) Resource editor (Echelon) Gestione rete LO (installazione e manutenzione) L220 (ewron System) LonMaker for Windows (Echelon) Analisi e diagnostica LPA Protocol Analyzer (Loytec) LonScanner (Echelon) LUtil (ewron System) Monitoraggio e interfaccia per SCADA LOPC Server (ewron System) DDE Server (Echelon)

19 Links utili Echelon Corporation Organizzazione LonMark EBV distributore in Europa dei prodotti Echelon

20 O.E. OmniBus Engineering SA Via Carvina 4, CH-6807 Taverne Tel Fax