BACnet协议的架构分为四个主要层次：应用层、网络层、数据链路层和物理层。应用层负责数据的高层处理，网络层管理数据传输的路径，数据链路层确保数据的正确传输，而物理层则涉及具体的传输介质。这种分层结构使得BACnet具有高度的灵活性和可扩展性，能够适应各种不同的网络环境。
BACnet协议的一个重要特点是其面向对象的特性。所有设备和服务都以对象的形式表示，每个对象包含一系列属性，这些属性描述了对象的特性和状态。例如，一个恒温器可以作为一个对象，其属性包括当前温度、设定温度等。这种对象模型简化了设备的互操作性，使得不同系统之间的数据交换更加直观和标准化。
在实际应用中，BACnet协议广泛应用于HVAC系统、照明控制、安全系统等领域。通过BACnet，这些系统可以实现集成管理，提高楼宇自动化水平。例如，当火灾报警系统检测到火情时，可以通过BACnet协议自动启动应急照明、关闭空调系统，并通知电梯降至安全楼层。
BACnet协议支持多种传输介质，包括以太网、IP隧道、RS-485等，这使得它在不同网络环境下都能稳定运行。特别是BACnet/IP，利用现有的IP网络基础设施，实现了更广泛的覆盖和应用。
尽管BACnet协议具有诸多优点，但其安全性问题也不容忽视。由于早期的协议设计中缺乏加密和身份验证机制，BACnet网络容易受到攻击。为此，后续版本中增加了安全层，采用DES加密等技术，提升了数据传输的安全性。
总体而言，BACnet协议作为楼宇自动化领域的核心标准，极大地促进了不同系统之间的互操作性，提高了楼宇管理的智能化水平。随着物联网技术的发展，BACnet协议的应用前景将更加广阔，但也需要不断改进和完善，以应对日益复杂的安全挑战。
BACnet 协议是由一个名为 ASHRAE（即美国供暖、制冷和空调工程师协会）的委员会于 1987 年开发的。该委员会的主要座右铭是制定一个协议，使来自不同制造商的系统能够以愉快的方式进行通信。所以这个协议是ASHRAE的注册品牌。自协议制定以来，它一直在随着开放协议程序而不断变化。欢迎所有有兴趣的人士免费参与。因此，本文概述了Bacnet 协议基础知识——使用应用程序。
什么是 BACnet 协议？
用于构建自动化控制网络的数据通信协议称为 BACnet 或楼宇自动化控制网络。该数据通信协议是 ISO 和 ANSI 标准，用于协作楼宇自动化设备之间的互操作性。Bacnet 协议包括一组用于管理计算机网络上的数据交换的规则，这些规则简单地涵盖了从使用何种类型的电缆到以正常方式形成特定命令或请求的所有规则。
为了实现广泛设备的互操作性，BACnet 规范包括三个主要部分一级、二级和三级。因此，主要部分定义了一种以正常方式表示任何类型的楼宇自动化设备的技术。
第二部分描述了可以通过计算机网络传输以检查和管理此类设备的消息。最后一部分描述了一组合适的 LAN，用于传送 BACnet 通信。
为什么需要 Bacnet 协议？
BACnet协议的重要性在于定义制造商可以执行的典型技术来构建可通过 BACnet 的其他组件和系统进行互操作的组件和系统。
它还指定了数据在网络上的表示方式以及用于将数据从 BACnet 的一个节点传输到另一节点的服务。它还具有识别网络和数据节点的消息。
BACnet 被建筑物所有者和系统规范者用作互操作系统规范的工具。该协议不会改变指示消费者需求的需要。因此，它仅提供一些一致的工具来帮助创建和规范可互操作的系统。
BACnet 协议用于所有类型的自动化楼宇系统。因此，在安全、消防、照明、电梯、HVAC 等不同类别中存在可互操作的产品。该协议通过简单地定义自动化设备的通用工作模型（一种用于定义自动化设备数据的技术）来简单地解决互操作性目标。包括一种用于解释协议的技术，单个设备可以利用该协议来询问另一个设备以执行某些首选操作。
Bacnet协议架构
BACnet 协议架构主要限于照明控制、HVAC 和网关。该协议强调轻量级和高效的通信，针对短消息、小型网络和互联网络进行了优化。
Bacnet协议架构
BACnet协议架构是一个与OSI模型的4层相匹配的折叠架构。BACnet架构中的四层主要包括应用层、网络层、数据链路层和物理层。尽管如此，只有网络层和应用层只是 BACnet。
上述架构是BACnet协议栈，它包括不同的层，如图所示。该协议是 OSI 堆栈的折叠版本。不使用传输层和会话层。应用层承担了这两层的功能。
BACnet物理层
BACnet的上层不依赖于物理层。因此BACnet的物理层使得BACnet可以在不同的网络上执行。BACnet 的物理层已指定为 ARCNET、以太网、IP 隧道、BACnet/IP、RS-232、RS485 和 Lonworks/LonTalk。RS232 用于点对点通信。RS485 支持最多 32 个节点，76Kbps 传输距离可达 1200 m。
BACnet协议链路层
BACnet 协议直接通过 LonTalk 或 IEEE802.2 链路层实现。因此它指定了 RS232 连接的点对点 (PTP) 数据链路层。它指定用于 RS-485 连接的 MS/TP 数据链路层。该标准仅指定了 BVLL（BACnet 虚拟链路层），它规定了在此链路层通过 BACnet 设备所需的所有服务。
IP BACnet 虚拟链路层将所需的控制数据封装在 BACnet 虚拟链路控制信息的标头中。由于采用IP、BVLL和BACnet协议，设备可以直接通过IP网络进行通信，而不需要任何路由器设备。
BACnet 协议利用 BBMD（BACnet 广播管理设备）概念，执行首选链路层所需的广播。因此，BACnet广播消息变为基于IP的广播或多播消息。
BACnet网络层
该层仅指定路由所需的网络地址。BACnet网络至少包括一个或多个网段，一旦它们利用类似的LAN技术，这些网段就通过网桥连接。如果它们使用各种 LAN 协议，则它们通过路由器连接。
应用层
BACnet 没有分离表示层和应用层。因此，它负责通常与会话层和传输层连接的可靠性和排序或分段机制。BACnet 包括用于交换服务原语的对象等设备，这些服务原语使用 ASN.1 语法进行描述并使用 ASN.1 BER 进行序列化。
BACnet安全层
BACnet 安全的概念可以很容易地理解，举个例子，当 BACnet 设备 A 向密钥服务器请求会话密钥以通过设备 B 建立安全通信时，该密钥会传输到设备 A 和设备 B通过称为“SKab”的密钥服务器。BACnet协议使用56位DES加密。
Bacnet 协议如何工作？
BACnet 是一种典型的电子通信协议，允许不同类型制造商的楼宇自动化以及火灾报警、HVAC 和周边安全等监控系统相互通信。该协议几乎可以与任何普通数据协议一起使用，包括 TCP/IP。
BACnet 协议支持全面的 BMS（楼宇管理系统）开发，允许操作员在单个应用程序中构建、观察和控制不同的楼宇系统。该协议还用于扩展可以执行的自动化的灵活性和范围。例如，可以设置自动化系统，一旦消防系统发现火灾，系统就会向后续系统发送命令。
- 到电梯的控制系统立即将所有电梯发送到底层。
- 向建筑物的寻呼系统发送可听语音信号，通知建筑物内的居住者在何处检测到火灾以及如何离开建筑物。
- 从建筑物的音频或视频系统到会议室电视显示屏上的闪现消息。
- 电话系统接口，用于通过短信向建筑物的设施和工程团队发送警报。
使用BACnet协议，所有数据都以对象的形式表示。因此，每个对象都表示有关设备或组件的数据。像对象一样表示信息简单地提供了可以形成最新对象的好处，否则可以基于用户的要求修改现有对象。
对象表示物理信息（物理输入、输出）和非物理信息（软件/计算）。值得注意的是，每个对象可能表示信息的单个部分，否则表示执行相同且精确功能的一组信息。
BACnet对象
BACnet对象是一个允许通信以及与i/ps、o/ps、软件和计算相关的一组数据被执行的概念。BACnet 对象可以以不同的方式显示自身，例如单点、逻辑组、程序逻辑、时间表和历史数据。
BACnet 对象既是物理的又是非物理的。例如，恒温器被视为一个物理概念，而 HVAC 系统被视为输出设备。非物理概念的最佳示例是软件形式的 HVAC 维护计划。
所有 BACnet 对象都包含信息交换和命令的不同属性。这些属性以包含两列的表格格式表示。第一列包括属性的名称，第二列提供属性的值。在第二列中，信息可以以可写/只读格式存在。
建筑物内传感器二进制输入的 BACnet 对象示例如下所示。
| 对象名称 | 空间温度 |
| 对象类型 | 二进制输入 |
| 目前价值 | 11001 |
| 状态标志 | 正常，运行中 |
| 高限额 | 11110 |
| 下限 | 11011 |
在上表中，前四个属性是 BACnet 标准所必需的，而后两个属性只是被视为可选。因此，这些可选对象是开发人员经常需要的，但是，这些对象应该符合 BACnet 的标准。该示例将简单地显示对象的一些属性。在现实生活中，特别是在楼宇自动化设置中，对象内会存在不同的属性。大多数专家和消息来源指出，楼宇自动化系统中使用了 23 个标准 BACnet 对象。因此，标准对象按照 BACnet 标准运行。
23 个标准 BACnet 对象是二进制 i/p、二进制 o/p、二进制值、模拟 i/p、模拟 o/p、模拟值、平均、生命安全区、生命安全点、多状态 i/p、多状态o/p、多状态值、循环、日历、通知类、命令、文件、程序、时间表、趋势日志、组、事件注册和设备。
一旦一组对象执行特定功能，它就被称为 BACnet 设备。所有这些对象都应包括标识符、数据类型和附加信息，例如只读、通过其他设备修改的信息等等。
不同种类
下面讨论不同类型的 BACnet 协议。
BACnet/IP
这通常用于现有的 VLAN 和 WAN 网络。因此设备可以直接连接到集线器或以太网交换机。这种 LAN 是高性能且快速的类型，但成本非常高。BACnet/IP 利用 UDP/IP 来实现与现有 IP 基础设施的兼容性。一旦 BACnet/IP 与多个 IP 子网一起使用，则需要称为 BBMD（BACnet 广播管理设备）的额外设备功能来处理子网间 BACnet 的广播消息。
BACnet MS/TP
这种 LAN 使用 EIA-485 双绞线发送长达 4k 英尺的信号。因此，它是一种非常著名的 BACnet LAN 类型，用于单一控制器以及特定于应用程序的控制器。这个BACnet MS/TP并不贵。
BACnet ISO 8802-3（以太网）
BACnet 直接与以太网8802-3 网络一起使用，尽管仅限于不使用 IP 路由器的单个物理基础设施，但在速度和成本方面与 BACnet/IP 类似。
ARCNET 上的 BACnet
该BACnet是MAC类型，包括EIA-485以上的2.5Mbs同轴电缆和156Kbs两种形式。此 BACnet 由有限数量的 ARCNET 供应商支持。
BACnet 点对点
该 BACnet 点对点仅通过拨号电话网络使用。通常，因此直接 EIA-232 连接不再用于直接以太网连接。
基于 LonTalk 外部帧的 BACnet
该 BACnet 只是允许 LonTalk 的传输组件承载 BACnet 消息。但是，这两个协议不可互操作。
基于 ZigBee 的 BACnet
一般来说，该 MAC 是与成本较低的设备一起使用的无线网状网络。因此，它通常用作 ZigBee 设备的网关，而不是像本机 BACnet 传输那样。
Bacnet 到 Modbus 转换器
Protocon-P3 网关是一款 BACnet 到 Modbus 转换器，用于设计不同应用中的自动化系统，例如 HVAC、访问控制、照明控制和火灾探测系统及其相关设备。Protocon-P3 网关将此类 BACnet 系统和设备与基于 Modbus RTU 协议和 Modbus TCP/IP 的 Modbus 管理系统相结合。
Bacnet 到 Modbus 转换器的主要功能包括以下内容。
- 它包括一个带有 LED 的前面板，用于指示快速诊断
- 基于 Windows 的配置实用程序。
- 它支持多达 100 个连接 TCP 主/从或 Modbus RTU 的 BACnet 设备。
- 它能够连接多达 5K 个映射点。
- 它支持 COV 位打包功能。
Bacnet 协议与 Modbus
Bacnet 协议和 Modbus 之间的区别包括以下内容。
| BACnet协议 | MODBUS |
| 它是由 ASHRAE 开发的。 | 它是由Modicon公司开发的。 |
| Bacnet 用于跨设备通信。 | Modbus 用于设备之间的通信。 |
| 其传输方式有：IP、以太网、Zigbee 和 MS/TP。 | 其传输方式有：ASCII、RTU 和 TCP/IP。 |
| 其标准是；ANSI/ASHRAE 标准 185；ISO-16484-5；ISO-16484-6。 | 其标准是；IEC 61158。 |
| 它用于不同的市场，如工业、能源管理、运输、楼宇自动化、监管、健康和安全。 | 它用于不同的市场，如照明、生命安全、访问控制、暖通空调、运输和维护。 |
| 网络接口：现有的 LAN 和 LAN 基础设施。 | 网络接口：传统串行和以太网协议。 |
| 示例：储罐液位测量。锅炉控制。 | 示例：风扇计划、发送状态警报和请求温度读数等任务。 |
优点
Bacnet 协议的优点包括以下几点。
- BACnet 协议专为楼宇自动化和控制网络而设计。
- 它不依赖于当前的 LAN 或 WAN 技术。
- 它是美国国家标准和欧洲预标准。
- 它可以完全扩展，从小型单一建筑应用到通用设备网络。
- BACnet 的实施者可以安全地包含非标准扩展和增强功能，而不会影响现有的互操作性。
- 它被美国和欧洲最著名的消防公司采用。
- 它得到了 Dunham-Bush、Carrier、McQuay、York & Trane 等不同冷水机制造商的支持。
- 在实际的楼宇控制应用中，该协议有着良好的记录。
缺点
Bacnet 协议的缺点包括以下几点。
BACnet 协议的主要缺点是合规性问题。因此，由于这个问题，BTL（BACnet测试实验室）在2000年被引入。BTL是合规性和独立的测试组织。这样做的主要目的是测试BACnet的产品以验证其是否符合标准。一旦获得批准；该产品将获得BTL标志。
该协议中广泛发现的问题或有价值的攻击是：缺乏欺骗和身份验证、DoS 攻击、固定的网络连接以及缺乏设备上的加密和写入访问。
应用领域
Bacnet 协议的使用包括以下内容。
- BACnet 用于 HVAC 应用、消防控制、照明控制、安全、警报以及与公用事业公司的接口。
- 该协议专为楼宇自动化和控制应用而设计。
- 该协议用于提供机制，特别是为自动化设备提供用于交换数据的机制，而不管它们执行的特定建筑服务如何。
- 该协议可供数字控制器、计算机和特定应用的单一控制器使用，具有同等效果。
- BACnet协议最初是为了开发楼宇自动化设备之间的互操作性而开发的；然而，它的数据描述以及灵活的架构将使其能够在广泛的控制应用中工作。
- 这是一个面向对象的协议，因此用于表示网络可访问的控制设备。
因此，这是Bacnet 协议的概述——与应用程序一起工作。这是用于构建自动化以及连接不同系统的最佳协议。因此，Bacnet协议在物联网技术中有着广阔的前景，将会得到突飞猛进的发展。从可扩展性的角度来看，该协议也提供了一个很好的解决方案。考虑到应用程序的关键性和需求，必须考虑到安全性，并且开发时必须考虑到安全性。考虑到标准的缺乏，必须定义正确的标准供供应商遵循和执行。
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