4.3 控制类业务的标准化组织

该类标准化组织研究如何解决家中各种照明、安防、电器、基础设施之间的联网，以及相互间的自动控制。例如，日本的Echonet协会，旨在制定通过电力线和无线通信等通信技术来连接各种家电设备的标准，透过一套完备的家庭自动控制系统，提高生活品质，增加生活的方便性。消费电子总线（CEBus）是美国电气工业协会（EIA）的消费电子小组制定的家用消费产品的网络通信标准，它描述了家庭电子产品之间的一种通信和控制方法。

4.3.1 ECHONET

ECHONET（Energy Conservation and Homecare Network）协会是日本企业机构于1997年组建的专注于家庭监控应用的标准化组织。ECHONET的目标是制定开发标准化的家庭网络标准规范，并应用到家庭能源管理、居家医疗保健等方面。所以，ECHONET组织的家庭网络体系结构由ECHONET控制装置、ECHONET Router和ECHONET机器设备三部分构成。该协会的标准致力于采用无线或者电力线方式连接家庭中的空调、冰箱、照明器具、保安传感器和家庭医疗设备的网络。ECHONET的协议框架如图4-9所示。

ECHONET的几个组织成员推出了各自的产品，但产品间的兼容性较差，所以并没有取得理想的成绩。为了提高兼容性，Sanyo、Sharp、Toshiba和Mitsubishi Electric四个公司建立了一个计划，联合开发遵守ECHONET的最新标准ECHONET ver3.0技术规格的网络家电核心技术——iReady，确保不同品牌间的网络家电互连。

4.3.2 消费电子总线（CEBus）

美国电子工业协会（Electronics Industry Association，EIA）认为X-10家庭自动化控制规格并不能满足现代生活的需要，因而联合其国际著名的成员厂商，在1989年制定出另外一套家庭自动化控制规格的初步草案，并在1992年发布，命名为CEBus（Consumer Electronic Bus）。其目标是建立一个针对消费类电子产品的开放性协议，即：

（1）针对消费类电子产品开发一套通用的、廉价的、与制造厂家无关的通信方法。

（2）允许消费者以非常小的代价在系统中加入新的家电产品。

（3）满足对家庭自动控制的需要。

（4）减少家庭中消费类设备功能的冗余。

1994年，CEBus工业委员会（CEBus Industry Council，CIC）成立。CIC是一个非营利性组织，由生产制造CEBus兼容产品和提供相应服务的公司组成。其中许多成员为国际高知名度厂商，如Microsoft、IBM、Compaq、Corp、AT & T Bell Labs、Honeywell、Panasonic、Sony、Thomson、Leviton、Pacific Gas & Electric等公司。CIC负责监督市场、保证产品的互操作性，以及认定产品是否符合标准。

1997年，CEBus的EIA—600成为美国ANSI标准。2000年6月，美国Microsoft公司和CIC协会共同宣布支持基于CEBus的简单控制协议SCP（Simple Control Protocol），SCP将是未来Microsoft的UPnP协议的子集。

目前，国外开始生产基于CEBus智能家居产品的有GE—Smart公司，主要是灯光控制器、开关、插座和传感器等；Smart American公司的支持UPnP的家庭自动化产品控制器；Electronic Design Technology公司的灯光控制器和开关、多路开关、负载控制器及一些传感器等；Emerald Gateway International公司的DCS家庭系统，包括灯光和能源控制器、X-10到CEBus协议转换器，CEBus RS-232桥接器、CEBus LCD显示屏等。

CEBus采用了简化的OSI模型，分为物理层、数据链路层、网络层和应用层，参考图4-10。它使用七种不同的媒介：电力线、双绞线、同轴电缆、无线、红外线、光纤和AV线。不同的媒介能满足不同设备对通信量的要求。例如，对于低速的控制信号可以使用电力线和红外线，对于大量的和实时的视频数据信号可以使用同轴电缆或光纤，这样可以就使控制信号和数据信号分开，提高了通信的快速性和可靠性。CEBus是一个完全面向报文分组的对等网络，使用载波侦听多重访问和冲突检测协议（CSMA/CD）。符合CEBus规范的设备，相互之间可以无差错地收发信息，EIA—600中详细描述了这个规范。每个设备要想访问其他设备的资源，就必须有描述资源的语言。在CEBus中采用公共应用语言（Common Application Language，CAL）。通过CAL语言，设备之间可以相互访问，可以知道一个设备所有的资源、工作状态，还可以控制这个设备。CAL语言由美国许多公司参与制定，因而几乎所有的电器都可以由CAL语言来描述其资源。不同厂家的产品都能够理解CAL语言，从而可以相互控制或操作。鉴于CAL语言的特殊性和独立性，美国电子工业协会（EIA）已将其列为单独的标准EIA—721。

各种设备通过CAL语言交换信息，每个设备有自己的地址，设备的资源有唯一的名称，设备之间可以相互对话。实际上，CAL语言是独立于网络协议的，可以在不同的网络上实现。CAL语言定义了设备之间交换信息的语法，而另一个规范——Home PNP（家庭即插即用）规范应用这个语法组成统一的信息交换和控制命令。它定义了一些公共的信息格式，典型的信息如室主是否在室内，以便保安系统、照明系统等调整自己的工作状态。另外，为简化用户设备的安装，它提供设备安装工具，实现“即插即用”。

从技术上考虑，CEBus有以下优势：

（1）网络拓扑结构简单。它可以用于分布式的或者集中式的家庭控制，而不需要一个集中的控制器。CEBus中的每个节点的地位是平等的，因此不需要一个主控设备，但是可以通过绑定来联系不同的节点，使整个家电系统成为一个智能的整体。

（2）简单性。安装简单的CEBus产品，不需要用户进行专门的训练。利用即插即用规范，甚至可以不用用户干预。

（3）廉价。对于原有的产品只要稍加改造，不会增加很多成本，就能够使其成为CEBus兼容型产品。

（4）具有多个传输媒体。CEBus目前定义了七种传输媒体，它们大部分利用了原有的走线，而不需要另外布线，因而对于现有住宅的改造非常方便，而且也能满足不同设备对通信量的要求。

（5）响应迅速。CEBus的数据包有三种优先级，可以满足不同信息对时间的要求。

（6）公平性。任何一个设备都不会长时间占有通信媒介，它对于多重访问的竞争的解决方法是CSMA/CD，也就是说有冲突检测和冲突解决措施。

（7）安全性。在设备的交互语言——公共应用语言中，对保安设备的控制有加密算法，只有授权的设备才能访问这些保安设备。

4.3.3 欧洲安装总线（EIB）

EIB系统是European Installation Bus的简称，在亚洲则称其为Electrical Installation Bus，即电气安装总线。EIB系统是电气布线领域使用范围最广的行业规范和产品标准。为了便于统一智能安装系统标准的推广，1990年5月8日由包括ABB、Siemens等在内的7家电气公司联合在比利时布鲁塞尔成立了EIBA（European Installation Bus Association）。从1990年至今，EIBA在欧洲已经设有超过50家培训中心，超过140个厂商生产EIB产品，超过5000种被认可的产品，有近7万个项目采用EIB系统，3万多用户接受了系统培训。EIB标准的制定不但提高了人类的生活水准，更标志着多家产品的兼容性，以及新旧产品的兼容性，使用户在使用中方便无比。

随着EIB技术不断向前发展，1999年Konnex协会成立，取代了原来的EIBA，同时EIB协议也发展成为KNX协议。KNX协议在保持了EIB优良特性的同时，广泛吸取其他协议的优点，代表了新一代家庭楼宇自动化系统的发展方向。目前KNX/EIB已经被批准成为欧洲标准（CENELEC EN 50090和CEN EN 13321—1）、国际标准（ISO/IEC 14543—3）、中国标准（GB/Z 20965）、美国标准（ANSI/ASHRAE 135），因此KNX/EIB是唯一的全球性的住宅和楼宇控制标准。

作为全球性的标准，KNX/EIB技术给各种各样的楼宇建筑的电气管理带来方便，通过一条总线即可管理各种类型的系统，如开关负载、环境控制系统、安防监控等。KNX/EIB总线能够安装在许多大型建筑中，如营业场所、学校、医院、工厂、办公大楼和私人别墅等。KNX/EIB系统主要用来监视和管理各种设备的功能和进程，包括照明、窗帘、暖气、通风、空调、负荷管理、信令、监测和报警等。

ElB协议从本质上遵循计算机网络领域的OSI模型，提供了OSI模型所定义的全部七层服务（定义和使用其中5层），这是其之所以具有开放性、兼容性、灵活性的基础。

物理层支持的介质包括双绞线、电力线、无线和红外线。EIB在传输速度、脉冲发生和接收方面，设计成为使总线不需要终端阻抗就可以任意拓扑。最大传输速率为9600bps。但是，电力线传输在中国应用条件欠佳，所以包括ABB、Siemens在内的EIBA成员厂商都不推荐基于电力线的应用。

EIB双绞线总线拓扑结构成本较低，并能保证比较高的抗干扰强度，控制逻辑0的位级别冲突检测，提高传输的可靠性，每个双绞线物理段可长达1000m。为了保证在Powerline 230V/1400V的供电线路上进行可靠的数据传输，采用了扩展频移键控技术，通过相应数量的匹配筛选，保证输电线上组地址和指令传输的完整性和可靠性，在装修改造工程中比较经济，最大传输距离为600m。

EIB无线传输由不同载波频率作为物理区分，在无法使用其他通信介质时提供解决方案。传感器和执行器之间不用铺设总线电缆，传感器可以用蓄电池工作，充分体现出移动性和便捷安装的特点和优势（如安装在玻璃上）。无线电系统组件特别适于建筑物改建、装修、扩建、苛刻的安装电气环境等，具有独特的优越性。

在EIB系统数据链路层，采用二进制数据结合起始和结束标志位组成数据报文格式。EIB为了系统优化、载荷控制和预防信息域的冲突，规定了带有冲突预防的载波侦听多路存取（CSMA/CD）以控制数据链路，使在多个总线设备同时发送报文时不会发生冲突和报文丢失的现象，而且报文发送的先后次序符合严格的优先级策略。网络层通过网络协议控制信息（NPCI）控制跳跃数，决定EIB总线最大的逻辑拓扑网段之间的间隔，其中耦合器在逻辑上是属于网络层的设备。

传输层的逻辑通信关系包括一对多无连接（多终点组传输）、一对多无连接（广播）、一对一无连接、一对一连接，提供了地址与内部抽象表达之间的映射——通信访问标识符。

应用层行使EIB网络用户/服务器管理的APT（应用程序接口）功能，对通信对象组内部请求（或共享变量）分配通信访问标识符，以完成收发（多对一、多对多）功能。

4.3.4 控制类总线的标准

1.国际标准IEC 61158

IEC着手起草现场总线标准，于1998制定了工业控制系统用现场总线（Fieldbus for Use in Industrial Control System）国际标准IEC 61158。在标准制定过程中，由于世界各国工业自动化公司已有不同的现场总线产品，以及已存在多种现场总线书面协议，因此各国意见相差甚远，工作进展十分缓慢。IEC 61158是制定时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。到目前为止，IEC 61158共有3个不同的版本。

1）IEC 61158第1版

最初是以基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）协议为基础制定的，包括以下几个部分。

IEC 61158—1，现场总线第1部分：总则（Introductory Guide）。

IEC 61158—2，现场总线第2部分：物理层规范（Physical Layer Specification）。

IEC 61158—3，现场总线第3部分：数据链路服务定义（Data Link Service Definition）。

IEC 61158—4，现场总线第4部分：数据链路协议规范（Data Link Protocol Specification）。

IEC 61158—5，现场总线第5部分：应用层规范（Application Layer Specification）。

IEC 61158—6，现场总线第6部分：应用层协议规范（Application Layer Protocol Specification）。

IEC 61158—7，现场总线第7部分：系统管理（System Management）。

2）IEC 61158第2版

IEC 61158第2版（ED2.0）包括以下几个部分。

IEC 61158—（2000—08），工业控制系统用现场总线标准第2部分：物理层规范与服务定义。

IEC 61158—3（2000—01），测量与控制用数字式数据通信系统——工业控制系统用现场总线第3部分：数据链路服务定义。

IEC 61158—4（2000—01），测量与控制用数字式数据通信系统——工业控制系统用现场总线第4部分：数据链路协议规范。

IEC 61158—5（2000—01），测量与控制用数字式数据通信系统——工业控制系统用现场总线第5部分：应用层服务定义，

IEC 61158—6（2000—01），测量与控制用数字式数据通信系统——工业控制系统用现场总线第6部分：应用层协议规范。

进入IEC 61158第2版的现场总线有以下8种类型（TyPe）。

①IEC 61158技术规范（即FF H1）。

②ControlNet（美国罗克韦尔公司支持）。

③Profibus（德国西门子公司支持）。

④P-Net（丹麦Process Dat公司支持）。

⑤FFHSE（美国费希尔-罗斯蒙特支持）。

⑥SwiftNet（美国波音公司支持）。

⑦Work1FIP（法国阿尔斯通公司支持）。

⑧Interbus（德国菲尼克斯公司支持）。

其中，①即为第1版的IEC 61158—3、IEC 61158—6；②～⑧的格式与①的格式相同。也就是说，第2版的IEC 61158现场总线标准并不是以上8种现场总线协议的合订本，而是将每种现场总线协议打散，将其相应的内容分布于上面的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这几部分，IEC 61158—3至IEC 61158—6的标题与第2版对应部分的标题相同。

IEC 61158—2，测量与控制用数字式数据通信系统——工业控制系统用现场总线第2部分：物理层规范。

IEC 61158第3版规定了10种类型的网络协议。

2.IEC 62026

IEC 62026是由IEC制定的，它涉及的是用于低压开关设备和控制设备的现场总线，即设备层现场总线，包括以下几部分。

IEC 620261（2000—07），低压开关设备和控制设备控制器设备接口（CDIs：Controller Device Interface）第1部分：总则（General Rules）。

IEC 620262（2000—07），低压开关设备和控制设备控制器设备接口第2部分：执行器传感器接口（Actuator Sensor interface，AS-i）。

IEC 620263（2000—07），低压开关设备和控制设备控制器设备接口第3部分：DeviceNet。

IEC 620265（2000—07），低压开关设备和控制设备控制器设备接口第5部分：智能分布系统（Smart Distributed System，SDS）。

IEC 620266（2001—11），低压开关设备和控制设备控制器设备接口第6部分：Seriplex（Se-rial Multiplexed Control Bus，串行多路控制总线）。

其中，AS-i是由德国倍加福（PEPPERL FUCHS）等公司推出的；DeviceNet SDS是由原AB公司（现在的罗克韦尔自动化公司）、美国霍尼韦尔（Honeywell）公司推出的。

IEC 620261～IEC 620263和IEC 620265于2000年7月作为正式国际标准出版，其形成历史是相同的，只是个别的具体时间稍有差别。IEC 620266于2001年11月作为正式国际标准出版。IEC 62026目前为第1版。IEC 62026曾有过IEC 620264，其标题为：IEC 620264用于低压开关设备和控制设备的控制电路设备和开关元件（Control circuit device and switching elements）第4部分：LonTalk。

3.ISO11898标准

ISO 11898（1993）是德国BOSCH公司专为汽车监测和控制而设计的车内高速通信总线标准。遵照ISO 7498规定的OSI参考模型，以分层层次形式描述CAN的一般结构，包括CAN物理层和数据链路层的详细技术规范，规定装备有CAN的道路交通工具电子控制单元之间以125Kbps～1Mbps传送速率进行数字信息交换的各种特性。

CAN技术规范版本2.0是由Philips Semiconductors于1991年9月制定并发布的，包括2.OA和2.0B两部分。2.0A描述在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN的报文格式；2.0B描述标准的和扩展的两种报文格式。

4.ISO 11519标准

ISO 11519—1（1994），道路交通工具——低速串行数据通信第1部分：总则与定义（General and definitions）。

ISO 11519—2，道路交通工具——低速串行数据通信第2部分：低速控制器局域网（CAN）。

ISO 11519—3（1994），道路交通工具——低速串行数据通信第3部分：交通工具局域网（VAN）。

其中，ISO 11519—2和ISO 11519—3均于1995年进行了增补。

ISO 11519—1用于道路交通工具的速率不大于125Kbps的低速串行数据通信的一般性定义描述，规定了用于道路交通工具上不同类型电子模块之间进行信息传送的通信网络的一般结构及数据链路层和物理层的主要内容。ISO 11519—2和ISO 11519—3分别说明用于道路交通工具的速率不大于125Kbps的CAN和VAN通信网络的数据链路层和物理层，规定了其网络的一般结构。