عندما يقوم المهندسون بتقييم حلول اتصالات إنترنت الأشياء الصناعية ، تهيمن عائلتين من البروتوكولات على القائمة المختصرة: لونوركس وBACnet. كلاهما نشأ من احتياجات أتمتة البناء، إلا أنهما يمثلان فلسفات مختلفة بشكل أساسي حول اتصالات الأجهزة وتكامل الأنظمة. توفر هذه المقارنة تحليلاً فنيًا على مستوى التطبيق حتى تتمكن من اتخاذ قرار مستنير بشأن البنية التحتية.
ما هو LonWorks وكيف يعمل؟
LonWorks عبارة عن منصة لشبكات نظير إلى نظير تم تطويرها في الأصل في أوائل التسعينيات لمعالجة الذكاء الموزع في أنظمة التحكم. ال بروتوكول لونوركس تمكن الأجهزة من الاتصال مباشرة دون الحاجة إلى وحدة تحكم مركزية للتوسط في كل معاملة.
العمارة الأساسية
تم تصميم بنية شبكة LonWorks حول مفهوم شريحة الخلايا العصبية - حيث يحتوي كل جهاز على ذكاء مدمج للمعالجة والاتصالات وإدارة الإدخال/الإخراج. حتى في حالة فشل نظام مضيف مركزي، تستمر الأجهزة الميدانية في تنفيذ المنطق المبرمج والتواصل من نظير إلى نظير. تتبع مجموعة البروتوكولات نموذج ISO/OSI المكون من سبع طبقات وتستخدم TP/FT-10 للتركيبات الزوجية المجدولة، مع دعم حامل خط الطاقة، والألياف الضوئية، والترددات اللاسلكية، ونفق IP. تصل معدلات البيانات الزوجية الملتوية إلى 78 كيلوبت في الثانية.
متغيرات الشبكة وقابلية التشغيل البيني
السمة المميزة لبروتوكول LonWorks هي استخدامه متغيرات الشبكة (NVs) - هياكل بيانات موحدة تحدد كيفية تبادل المعلومات بين أجهزة الاستشعار والمحركات وأجهزة التحكم. عندما ينشر مستشعر درجة الحرارة قراءته كمتغير شبكة، يمكن لأي وحدة تحكم متوافقة على نفس القناة الارتباط بهذا المتغير دون برمجة مخصصة - مما يجعل إمكانية التشغيل البيني متعدد البائعين ممكنة على مستوى الجهاز.
BACnet: معيار ASHRAE لأتمتة المباني
تم نشر BACnet (بناء شبكات الأتمتة والتحكم) بموجب معيار ASHRAE 135 في عام 1995 كمعيار مفتوح قائم على الإجماع تحكمه هيئة معايير بدلاً من نظام بيئي بائع واحد.
نموذج البيانات الموجهة للكائنات
تقوم BACnet ببناء جميع بيانات الجهاز ككائنات ذات خصائص محددة. يحتوي كائن الإدخال التناظري على خصائص القيمة الحالية والوحدات وأعلام الحالة. يمكن لأي نظام إدارة متوافق مع BACnet اكتشاف البيانات وقراءتها من أي جهاز متوافق دون تكوين مسبق. يحدد النموذج أكثر من 60 نوعًا من الكائنات تغطي الإدخال/الإخراج الفعلي، والجدولة، والاتجاهات، والإنذار.
خيارات الطبقة المادية
- باك نت/IP - الاختيار الحديث المهيمن، الذي يعمل عبر Ethernet القياسي وUDP/IP
- باك نت MS/TP - البروتوكول التسلسلي RS-485 لتمرير الرمز الرئيسي/التابع للأجهزة الميدانية
- باك نت/SC - أحدث إضافة باستخدام الاتصال المستند إلى WebSocket عبر TLS 1.3
تعتبر مناقشة BACnet MS/TP مقابل LonWorks أكثر أهمية على مستوى الناقل الميداني، حيث يتنافس كلاهما على أجهزة استشعار الأسلاك والمشغلات التي تخدم المناطق الفردية.
LonWorks vs BACnet: مقارنة فنية وجهاً لوجه
| السمة | LonWorks | BACnet |
|---|---|---|
| الجسم القياسي | آيزو/آي إي سي 14908 | آشري 135 / آيزو 16484-5 |
| طوبولوجيا الشبكة | شبكة مسطحة من نظير إلى نظير | العميل/الخادم والند للند |
| سرعة الحافلة الميدانية | 78 كيلوبت في الثانية (TP/FT-10) | 9.6 - 115.2 كيلوبت في الثانية (MS/TP) |
| خيار العمود الفقري | LonWorks عبر IP (نفق) | باك نت/IP (native UDP/IP) |
| نموذج البيانات | متغيرات الشبكة (SNVTs) | نموذج الكائن/الملكية |
| اكتشاف الجهاز | أداة إدارة الشبكة مطلوبة | بث من هو / أنا |
| الأمن | يعتمد على عزل الشبكة | باك نت/SC with TLS 1.3 |
| الحد الأقصى للعقد/القناة | 128 (TP/FT-10) | 127 درجة الماجستير (MS/TP) |
| طوبولوجيا الأسلاك | مجاني (حافلة، نجمة، حلقة، مختلط) | مطلوب سلسلة ديزي (MS/TP) |
| حالة الاستخدام النموذجية | العبور، إنارة الشوارع، قياس المرافق | HVAC، إدارة الطاقة، CAFM |
الطبقة المادية والأسلاك: الاعتبارات الميدانية
يستخدم كلا البروتوكولين أسلاكًا زوجية ملتوية على مستوى الناقل الميداني، لكن الاختلافات المعمارية تظهر تحت الغطاء.
- توصيلات طوبولوجية مجانية (حافلة، نجمة، حلقة)
- ما يصل إلى 500 متر إجمالي الأسلاك لكل قناة
- 128 عقدة لكل قناة
- 78 كيلوبت في الثانية، مستقلة عن القطبية
- الوصول التنبؤي المستمر لـ CSMA
- مطلوب طوبولوجيا سلسلة ديزي / الحافلة
- ما يصل إلى 1200 متر بسرعة 76.8 كيلوبت في الثانية
- 127 عقدة تابعة للسادة
- 9.6 إلى 115.2 كيلو بايت في الثانية قابلة للتحديد
- وصول لتمرير الرمز المميز، حساس للقطبية
يدعم LonWorks TP/FT-10 الأسلاك الهيكلية المجانية، وهي ذات قيمة في المشروعات التحديثية حيث لا تستطيع مسارات القناة دعم سلسلة ديزي. يتطلب BACnet MS/TP سلسلة ديزي حقيقية مع نهاية نهائية مناسبة، مما يزيد من العمالة في المباني حيث تكون الأسلاك التي يتم تشغيلها في المنزل أكثر طبيعية.
الأمن السيبراني: تمييز متزايد
ومع تقارب التكنولوجيا التشغيلية مع البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات، انتقل الأمن السيبراني من مجرد حاشية سفلية إلى معيار اختيار أساسي. التناقض بين lon vs bacnet في هذا البعد كبير.
أمن لونوركس
تعتمد عمليات نشر LonWorks التقليدية على العزل على مستوى الشبكة وآليات أمان IP الخارجية (شبكات VPN، وأنفاق TLS). لا يتضمن بروتوكول LonWorks الأساسي تشفيرًا على مستوى الرسالة أو مصادقة جهاز التشفير.
اتصال BACnet الآمن (BACnet/SC)
يستبدل ملحق BACnet/SC الخاص بـ ASHRAE محل BACnet/IP القائم على البث ببنية WebSocket المحورية باستخدام TLS 1.3، بما في ذلك:
- مصادقة الجهاز المتبادلة على أساس الشهادة
- البيانات المشفرة أثناء النقل (TLS 1.3)
- اتصالات WebSocket الصديقة لجدار الحماية (لا توجد عمليات بث UDP واردة)
- تكرار المحور الأساسي وتجاوز الفشل
يعتمد على عزل الشبكة والبنية التحتية الأمنية IP الخارجية. لا يوجد تشفير أصلي على مستوى الرسالة.
مستوى أمان البروتوكول الأصلينقل TLS 1.3، ومصادقة الشهادات المتبادلة، وجدار الحماية، وتكرار المحور.
مستوى أمان البروتوكول الأصليحيث يعمل كل بروتوكول بشكل أفضل
لا يوجد بروتوكول متفوق عالميًا. يؤثر سياق التطبيق والبنية الأساسية القديمة وخبرة الفريق وحجم المشروع على الاختيار الذي يوفر قيمة أفضل على المدى الطويل.
- التحكم في العبور والمسار - تعمل مرونة نظير إلى نظير على إبقاء الأنظمة قيد التشغيل عندما يتعذر الوصول إلى الإدارة المركزية
- شبكات إنارة الشوارع -- الأسلاك الهيكلية المجانية والتكلفة المنخفضة لكل عقدة جعلت LonWorks الخيار المفضل للتركيبات الخارجية
- مشاريع التحديثية - تعمل البنية المجانية على التخلص من إعادة توجيه الكابلات لتحقيق تخطيط سلسلة تعاقبية نظيف
- تكامل الحرم الجامعي متعدد البائعين - ربط متغير الشبكة يتيح مشاركة البيانات مباشرة دون الحاجة إلى برمجة مخصصة
- بناء تجاري جديد - يعمل BACnet/IP عبر شبكة Ethernet المثبتة بالفعل لتكنولوجيا المعلومات، مما يقلل من تكاليف الناقل الميداني المنفصل
- إدارة المرافق - يعمل نموذج الكائن الذي يصف نفسه وشهادة BTL على تبسيط تكامل CAFM
- بيئات أمنية عالية - تلبي BACnet/SC متطلبات الأمن السيبراني للرعاية الصحية والحكومة ومراكز البيانات
- التكامل متعدد الأنظمة -- نموذج كائن غني يتدرج بشكل أنيق عبر نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، والتحكم في الوصول، والحرائق، والطاقة
معايير التشغيل البيني وإصدار الشهادات
في بروتوكولات الاتصالات الصناعية، تعتبر برامج الاعتماد بمثابة أدلة هندسية، وليست ادعاءات تسويقية. يحتوي كلا البروتوكولين على عمليات رسمية للتحقق من التوافق مع البائعين المتعددين.
- تحت إدارة BACnet International
- يغطي BACnet/IP، MS/TP، BACnet/SC
- أكثر من 3000 نموذج من المنتجات المدرجة
- استنادًا إلى ملف التعريف: B-AAC، وB-SA، وB-BC، وما إلى ذلك.
- مطلوبة في معظم المواصفات الحكومية
- تحت إدارة LonMark International
- يغطي TP/FT-10، PL-20، قنوات IP
- شهادة وظيفية تعتمد على الملف الشخصي
- مطلوب الامتثال SNVT وSCPT
- قوية في أسواق العبور والمرافق
يقوم جهاز استشعار ووحدة تحكم معتمدان من LonMark من شركات مصنعة مختلفة بمشاركة البيانات عبر SNVTs المتوافقة دون الحاجة إلى برمجة مخصصة - وهو ما يعادل على مستوى المجال نموذج كائن BACnet الذي يصف نفسه بنفسه.
إطار اختيار البروتوكول
| معيار القرار | اختر LonWorks إذا... | اختر BACnet إذا... |
|---|---|---|
| طوبولوجيا الشبكة | هناك حاجة إلى توجيه الأسلاك مجانًا؛ تخطيطات النجمة/الحلقة لا يمكن تجنبها | البنية التحتية لشبكة إيثرنت موجودة بالفعل |
| الرقابة الإشرافية | يجب أن تعمل الأجهزة بشكل مستقل دون توفر الخادم | الإدارة المركزية والاتجاه هي المتطلبات الأساسية |
| الأمن السيبراني | عزل الشبكة مقبول؛ سياسة تكنولوجيا المعلومات المرنة | مطلوب مصادقة الشهادة والنقل المشفر |
| قاعدة مثبتة | توسيع حرم LonWorks الحالي أو تركيب النقل | Greenfield أو استبدال الطبقة الإشرافية المتقادمة |
| نطاق التكامل | إن قابلية التشغيل البيني للأقران على المستوى الميداني هي الحاجة الأساسية | يتطلب الوصول إلى أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) المتعددة تكامل طاقة الحرائق |
| مسار السوق | قوي في العبور والمرافق والأسواق الخارجية | تزايد؛ المهيمنة في المباني التجارية والبناء الجديد |
المسار المستقبلي: تطور البروتوكول وإنترنت الأشياء الصناعي
كلا البروتوكولين يتكيفان مع الحديث حلول اتصالات إنترنت الأشياء الصناعية المتطلبات، ولكن مساراتها تختلف بشكل كبير.
BACnet نحو تقارب تكنولوجيا المعلومات
BACnet/SC هي أوضح إشارة لاتجاه BACnet. من خلال استبدال UDP للبث باتصالات WebSocket الموثقة، يصبح البروتوكول مواطنًا من الدرجة الأولى على شبكات تكنولوجيا المعلومات الخاصة بالشركة، حيث يجتاز جدران الحماية ويتكامل مع الأنظمة الأساسية السحابية دون حلول VPN. تواصل ASHRAE تطوير الامتدادات لتحليلات الحافة وتكامل REST API. إن ظهور Project Haystack وBrick Schema كطبقات نمذجة دلالية فوق BACnet يمكّن من إجراء تحليلات تعتمد على الذكاء الاصطناعي وتحسين البناء الآلي.
LonWorks في عصر الملكية الفكرية
لقد تكيفت LonWorks من خلال معيار ISO/IEC 14908-4 لـ LonWorks عبر IP، مما يسمح لقنوات LonWorks بمشاركة البنية التحتية الأساسية لـ IP. في معاقلها التقليدية - النقل العام، وإنارة الشوارع، وقياس المرافق - تواصل LonWorks رؤية منشآت جديدة حيث تكون المرونة من نظير إلى نظير أمرًا ضروريًا. تعتبر البنى الهجينة، حيث يخدم LonWorks طبقة الجهاز الميداني ويخدم BACnet/IP الطبقة الإشرافية، شائعة في الحرم الجامعي الكبير. تترجم بوابات البروتوكول بين متغيرات شبكة LonWorks وكائنات BACnet، مما يحافظ على استثمار رأس المال في البنية التحتية الحالية لـ LonWorks.
الأسئلة المتداولة
س1: ما هو LonWorks وكيف يختلف عن BACnet في جوهره؟
LonWorks عبارة عن منصة شبكة تحكم موزعة من نظير إلى نظير تم توحيدها وفقًا لمعايير ISO/IEC 14908. يتم توزيع الذكاء عبر جميع العقد باستخدام شرائح الخلايا العصبية، مما يسمح للأجهزة بالاتصال بدون وحدة تحكم مركزية. تم توحيد BACnet بموجب ASHRAE 135، باستخدام نموذج بيانات الكائن/الملكية الذي يدعم الطبقات المادية MS/TP وBACnet/IP. تؤكد LonWorks على الاستقلالية الموزعة على مستوى الميدان؛ تؤكد BACnet على تبادل البيانات الموحد مع التكامل الإشرافي القوي.
السؤال الثاني: هل لا تزال LonWorks ذات صلة بمشاريع إنترنت الأشياء الصناعية الجديدة اليوم؟
نعم، في مجالات تطبيقية محددة. يظل LonWorks هو البروتوكول الرائد في أنظمة السكك الحديدية وأنظمة النقل العام وشبكات إنارة الشوارع وتطبيقات قياس المرافق حيث تكون المرونة من نظير إلى نظير والأسلاك ذات البنية الحرة أكثر أهمية. في أتمتة المباني التجارية، تحولت التركيبات الجديدة إلى حد كبير إلى BACnet، لكن LonWorks تحتفظ بقاعدة مثبتة عالمية كبيرة لا تزال تتم صيانتها وتوسيعها وتكاملها عبر البوابات.
س3: ما هو الفرق العملي بين BACnet MS/TP وLonWorks على مستوى الناقل الميداني؟
يعمل كلاهما على أسلاك زوجية ملتوية، لكن BACnet MS/TP يستخدم RS-485 مع إمكانية الوصول لتمرير الرمز الذي يتطلب طوبولوجيا سلسلة تعاقبية صارمة وأسلاك صحيحة للقطبية. يستخدم LonWorks TP/FT-10 الوصول التنبؤي إلى CSMA ويدعم الأسلاك ذات الهيكل الحر في أي مجموعة من قطاعات الناقل والنجمة والحلقة. يدعم BACnet MS/TP تشغيل الكابلات الأطول (حتى 1200 متر) بينما يقتصر LonWorks TP/FT-10 على 500 متر لكل قناة. المقايضة هي طول تشغيل الكابل مقابل مرونة الأسلاك.
س4: هل يمكن أن يتواجد LonWorks وBACnet في نفس المبنى أو الحرم الجامعي؟
نعم، وهذا هو نمط النشر الشائع. تترجم بوابات البروتوكول بين متغيرات شبكة LonWorks وكائنات BACnet، مما يسمح لأجهزة LonWorks الميدانية الحالية بالاندماج في أنظمة BACnet الإشرافية. في الحرم الجامعي الكبير، قد تخدم LonWorks طبقة الأجهزة الميدانية بينما توفر BACnet/IP طبقة التكامل الإشرافي والمؤسسي، مما يحافظ على استثمار رأس المال في البنية التحتية LonWorks الحالية مع تمكين منصات إدارة المرافق الحديثة.
س5: ما وجه المقارنة بين الأمن السيبراني بين البروتوكولين؟
تتمتع BACnet بميزة واضحة من خلال BACnet/SC، الذي يوفر تشفير النقل TLS 1.3 والمصادقة المتبادلة القائمة على الشهادات. لا تتضمن LonWorks التقليدية أمانًا أصليًا على مستوى الرسالة وتعتمد على عزل الشبكة وآليات أمان IP الخارجية. بالنسبة للمشاريع ذات متطلبات الأمن السيبراني الرسمية - مرافق الرعاية الصحية أو الحكومة أو القطاع المالي - يعد BACnet/SC هو الخيار الأقوى دون الحاجة إلى بنية تحتية أمنية إضافية.
س6: ما هي أنواع متغيرات الشبكة القياسية (SNVTs) في LonWorks؟
SNVTs (أنواع متغيرات الشبكة القياسية) هي تنسيقات بنية بيانات محددة مسبقًا ومحددة بواسطة LonMark International للاستخدام في اتصالات LonWorks. يحدد كل SNVT تنسيق البيانات وقياسها ووحدات القياس أو الأمر - على سبيل المثال، درجة الحرارة بالدرجات المئوية أو الإضاءة باللوكس. يمكن ربط الأجهزة التي تستخدم SNVTs المتوافقة معًا لتبادل البيانات دون برمجة مخصصة، مما يتيح إمكانية التشغيل البيني متعدد البائعين على المستوى الميداني.
س7: ما هو البروتوكول الذي يتمتع بنظام بيئي أقوى للأجهزة الجديدة؟
تمتلك BACnet حاليًا نظامًا بيئيًا أوسع وأكثر نشاطًا في مجال تقديم الأجهزة الجديدة، لا سيما في وحدات التحكم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وأتمتة الغرف، وقياس الطاقة. تسرد قاعدة بيانات BTL ما يزيد عن 3000 منتج، وتشتمل جميع منصات برامج إدارة المباني الرئيسية تقريبًا على اتصال BACnet/IP أصلي. تمتلك LonWorks نظامًا بيئيًا قويًا في تطبيقات النقل والمرافق، لكن إدخال الأجهزة الجديدة في فئات المباني التجارية تباطأ مقارنةً بـ BACnet.
