Strukturierung
BACnet definiert die folgende Strukturierung der Netzwerk-Topologie:
Legende
B | Bridge, z.B. IP-Router, LonWorks-Router |
R | Repeater, z.B. LonWorks physischer Repeater |
RT | BACnet Router, z. B. PXG3 |
½RT | Half-Router, z. B. PX..-T |
Internetzwerk
BACnet definiert als grösste Einheit das BACnet-Internetzwerk. Es besteht aus einem oder mehreren BACnet-Netzwerken. In einem BACnet-Internetzwerk existiert genau eine aktive Verbindung zwischen zwei beliebigen BACnet-Geräten.
Alle Busteilnehmer von ALN und MLN inklusive BACnet-Drittgeräte gehören zum BACnet-Internetzwerk. Die Geräte aus dem FLN gehören zum Desigo-System aber nicht zum BACnet-Internetzwerk, da sie nicht über BACnet kommunizieren.
Netzwerk
Desigo unterstützt LonTalk (BACnet/LonTalk), IP (BACnet/IP) oder MS/TP (BACnet MS/TP) als Transport-Protokoll. Werden unterschiedliche Transport-Protokolle eingesetzt, entstehen unterschiedliche, physikalische Netzwerke, die mit dem BACnet Router PXG3 verbunden werden müssen. BACnet-Router verbinden Netzwerke auf dem BACnet Network Layer und übertragen Meldungen anhand der BACnet-Netzwerknummer.
Wenn das Transport-Protokoll sich ändert, ändert sich auch das BACnet-Netzwerk, z. B. BACnet-Geräte, die LonTalk als Transport-Protokoll verwenden, befinden sich immer in einem anderen Netzwerk als Geräte, die IP als Transport-Protokoll verwenden. Dies gilt auch für PTP-Verbindungen.
Desigo-Geräte verwenden LonTalk (BACnet/LonTalk) oder IP (BACnet/IP) als Transport-Protokoll und MS/TP (BACnet MS/TP) zur Einbindung von Fremdgeräten. Werden unterschiedliche Transport-Protokolle eingesetzt, entstehen automatisch auch verschiedene BACnet-Netzwerke, die mit dem BACnet Router PXG3 verbunden werden müssen. Auf einem IP-Segment lassen sich mehrere BACnet-Internetzwerke bilden, indem unterschiedliche UDP-Portnummern verwendet werden.
Bei Desigo werden PTP-Verbindungen nur zwischen Bediengeräten und einem Netzwerk aufgebaut. Da PTP-Verbindungen an beiden Enden ein Netzwerk verlangen, bilden die Bediengeräte ein virtuelles Netzwerk nach.
Bei Desigo CC gibt es kein PTP.
Segment
Grössere Netzwerke werden aus Gründen von Sicherheit, Leistung, Ausdehnung und (beschränkten) Adressbereich für Netzteilnehmer strukturiert aufgebaut, d.h. in mehrere (logische) Netz-Segmente aufgeteilt. Die Segmente müssen dann jeweils mit Routern des entsprechenden Transport-Protokolls verbunden werden (z. B. LonWorks-Router, IP-Router).
Die Aufteilung eines BACnet/LonTalk-Netzwerks in mehrere LonWorks-Segmente (ALN) ist in den meisten Fällen nicht notwendig. Ist dies trotzdem der Fall, ist der Einsatz eines LonWorks-Routers wegen der eingeschränkten Länge der Datenpakete nicht möglich. Als Router auf dem ALN kann ein L-Switch (Loytec) eingesetzt werden.
BACnet-MS/TP-Netzwerke können nicht segmentiert werden, weil es keine Router gibt.
Bei BACnet/IP können mehrere IP-Segmente vorhanden sein, die mit IP-Routern verbunden sind. Da der IP-Router die Broadcast-Verteilung verhindert, muss die Verbindung mit dem BACnet Broadcast Management Device (BBMD) aktiviert werden.
Physikalisches Segment
(Kabel-)Netzwerke können physikalisch nicht beliebig ausgebaut werden. Je nach elektrischen Übertragungseigenschaften und darauf basierendem Data Link Layer müssen ab bestimmten Kabellängen Signalverstärker, d.h. Repeater dazwischengeschaltet werden. Damit wird das Netzwerk in mehrere physikalische Segmente aufgeteilt. Ein Repeater hat keinen Einfluss auf das Übertragungsprotokoll, sondern verbindet lediglich zwei physikalische Netzwerke elektrisch miteinander.
Die Aufteilung in mehrere physikalische Segmente kann in der LonWorks-Technologie notwendig sein.
Die physikalischen Segmente werden mit physikalischen oder logischen Repeatern verbunden. Wegen der begrenzten Bufferlänge der logischen Repeater dürfen auf dem ALN nur physikalische Repeater eingesetzt werden. Zwischen zwei beliebigen Knoten darf maximal ein physikalischer Repeater sein.
MS/TP wird auf Zwei-Draht-Kabeln nach der Spezifikation EIA-485/RS-485* übertragen. Die Länge eines physikalischen Segmentes kann bis zu 1200 m betragen und mit EIA-485-Repeatern verlängert werden.
*TIA-Standard (https://de.wikipedia.org/wiki/Telecommunications_Industry_Association): TIA-485-A Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (ANSI/TIA/EIA-485-A-98) (R2003)
Desigo Site
Eine Site ist eine unabhängige, in sich geschlossene logische Einheit des Gebäudeautomationssystems. Dieses Strukturierungsmittel ist nicht durch BACnet definiert und deshalb weitestgehend unabhängig von der BACnet-Netzwerktopologie. Die zu einer Site gehörenden BACnet-Geräte dürfen somit an einem beliebigen Ort innerhalb eines BACnet-Internetzwerks positioniert werden. Eine Site darf sich nicht über eine PTP-Verbindung erstrecken. Es wird nur innerhalb der Site kommuniziert, aber Daten können mit einem beliebigen Gerät des BACnet-Internetzwerks ausgetauscht werden.
Nur Automationsstationen (PXC/PXC3) und System-Controller LonWorks (PXC...D+PXX-L11/12) werden den Sites durch eine spezielle Strukturierung von Geräte-ID und Gerätename zugeordnet. Im Sinne einer Site sind diese Produkte Drittgeräte.
Protokoll-Layer-Modell
Desigo unterstützt:
- BACnet/IP
- BACnet/LonTalk (LonWorks-Technologie)
- BACnet/PTP
- BACnet MS/TP
- BACnet/IPv6 (nur via BACnet-Router PXG3)
BACnet direkt auf Ethernet, ZigBee oder ARCnet wird nicht unterstützt.
Applikationsschicht
In der Applikationsschicht sind Services, Objekte und deren Ausprägung definiert. Aus Netzwerksicht ist vor allem das Objekt Device relevant. Die Objekt-ID und der Objekt-Name des Objekts Geräts müssen innerhalb des BACnet-Internetzwerkes einmalig sein.
Geräte-ID
Die Geräte-ID ist die Objekt-ID des BACnet-Geräteobjekts.
Die Geräte-ID ist in folgende Kategorien eingeteilt:
Kategorie | Geräte-ID | Beschreibung | |||
---|---|---|---|---|---|
| Objekttyp | Objektinstanz |
| ||
2-Bit | 10-Bit | 10-Bit | |||
Nicht konfiguriert | DEVICE | 00 | 0000000000 0000000000 | Alle unkonfigurierten Geräte | |
Klasse A | DEVICE | 00 | xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx (1...1048576) | Drittgeräte | |
Klasse B1 | DEVICE | 01 |
| Gerätenummer | Stationäre Bediengeräte (Desigo CC) |
0000000000 | xxxxxxxxxx (1...999) | ||||
Klasse B2 | DEVICE | 01 |
| Gerätenummer | Mobile Bediengeräte/Tools (PXM30/40/50-E) |
0000000001 | xxxxxxxxxx (1...999) | ||||
Klasse B3 | DEVICE | 01 |
| Gerätenummer | Systemgeräte (BACnet-Router) |
0000000010 | xxxxxxxxxx (1...999) | ||||
Klasse C | DEVICE | 10 | Site-Nr. | Gerätenummer | Automationsstationen (PXC…) System-Controllers(PXC…) |
xxxxxxxxxx (1...999) | xxxxxxxxxx (1...999) | ||||
Klasse D | DEVICE | 11 | xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx (1...1048576) | Reserviert |
Gerätename
Der Gerätename ist der Objektname des BACnet-Geräteobjekts.
Richtlinien
Je nachdem, ob in Desigo mit TD (Technical Designation), UD (User Designation) oder FD (Free Designation) konfiguriert wird, sind unterschiedliche Regeln für den Objektnamen gültig:
- Die TD wird mit vordefinierten Teilnamen gebildet, getrennt mit Hochkomma ('), aus der die technische Hierarchie mit Anlage, Teilanlage, Aggregat und Komponente ersichtlich ist. Die TD wird ergänzt mit Site-Name und Anschlussname.
- Die Namen können aus Gross- und Kleinbuchstaben sowie den Ziffern 0...9 bestehen. Der Site-Name wird mit Doppelpunkt (:) und der Anschlussname mit Punkt (.) getrennt. Die maximale Länge beträgt 30 Zeichen.
- Die UD wird analog zur TD auch mit Teilnamen gebildet. Jedoch bestimmt der Nutzer die Teilnamen, die Struktur und die Trennzeichen selber. Die Namen bestehen aus Gross- und Kleinbuchstaben, den Ziffern 0...9 und Trennzeichen wie z. B. _-;=’ usw. Die maximale Länge (inklusive Site-Name und Anschlussname) ist 80 Zeichen.
- Die FD ist ein frei zu vergebender Name aus Buchstaben, Zahlen und wenigen Sonderzeichen, der neben der Eindeutigkeit innerhalb des Systems nur in der Länge beschränkt ist. Die maximale Länge ist 80 Zeichen, davon sind zehn Zeichen plus ein Trennzeichen für die Site-Namen reserviert.
Kategorie | Gerätename | Beschreibung |
---|---|---|
Nicht konfiguriert | ““ | Leerstring für unkonfigurierte Geräte |
Klasse A |
| Keine Vorschriften |
Klasse B1 |
| Aussagekräftiger Text für den Benutzer (dieser Text wird als Referenz für Alarmempfänger angegeben) |
Klasse B2 | Modellname + Geräte-ID | Modellname + “ “ + 8 Zeichen Geräte-ID (in Hexadezimal). Der Gerätename für temporäre Geräte wird automatisch bestimmt. |
Klasse B3 |
| Max. 25 Zeichen |
Klasse C | Site-Name + Automationsstation-Name | Site-Name + “:“ + Automationsstation-Name |
Beispiele aus der Topologie des Kapitelanfangs:
Kategorie | Site-Nr. | Gerätenummer | Geräte-ID | Site-Name | Gerätename | Gerätename |
---|---|---|---|---|---|---|
A | – | 1 | 0x02000001 | – | Dritte 1 | Dritte 1 |
B1 | – | 1 | 0x02100001 | – | Desigo CC 1 | Desigo CC 1 |
B2 | – | 15 | 0x02100401 | – | – | PXM20TMP0210040f |
C | 1 | 1 | 0x02200401 | Cham | PXC #1 | Cham:PXC #1 |
C | 1 | 2 | 0x02200402 | Cham | PXC #2 | Cham:PXC #2 |
C | 1 | 3 | 0x02200403 | Cham | PXC... #1 | Cham:PXC... #1 |
C | 2 | 1 | 0x02200801 | Zug | PXC #1 | Zug:PXC #1 |
C | 2 | 2 | 0x02200802 | Zug | PXC... #1 | Zug:PXC... #1 |
C | 3 | 1 | 0x02200C02 | Baar | PXC #1 | Baar:PXC #1 |
BACnet-Geräteparameter
Die BACnet-Geräteparameter werden bei der Inbetriebnahme ins Gerät geschrieben. Zu diesen Parametern gehören folgende Werte:
Bezeichnung | Beschreibung | |
---|---|---|
Max. APDU-Länge akzeptiert | Grösste unterstützte Applikationsmeldungslänge (Application Protocol Data Unit) des Geräts. Diese Länge ist abhängig vom jeweiligen Transportmedium und der Pufferkapazität des Geräts. Die APDU-Länge muss immer kleiner sein als die kleinste NPDU-Länge (Network Protocol Data Unit) zwischen den verschiedenen Busteilnehmern. | |
Beispiel | Es gibt zwei IP-Netzwerke, die via PTP verbunden sind. Die beiden IP-Busteilnehmer könnten eine maximale APDU-Länge von 1476 Octets haben. Da jedoch die maximale NPDU-Länge von PTP 500 Octets ist, muss die maximale APDU-Länge bei beiden Geräten auf 480 Octets gesetzt werden. | |
Werte für LonTalk | Bereich: | 50/128/206 Octets |
Vorgabewert: | 206 Octets | |
Werte für MS/TP | Bereich: | 50/128/206/480 Octets |
Vorgabewert: | 480 Octets | |
Werte für IP (gleich für IPv6)
APDU-Segment-Timeout | Bereich: | 50/128/206/480/1024/1476 Octets |
Vorgabewert: | 1476 Octets | |
Timeout eines APDU-Segments (= Teil einer APDU). Dieser Wert muss für das ganze Internetzwerk gleich sein. | ||
Bereich: | 1000...5000 ms | |
Vorgabewert: | 2000 ms | |
APDU-Timeout | Timeout einer bestätigten Meldung. Dieser Wert muss für das ganze Internetzwerk gleich sein. | |
Bereich: | 1000...5000 ms | |
Vorgabewert: | 3000 ms | |
Anzahl der APDU-Wiederholungen | Anzahl der Wiederholungen bei einem APDU- oder APDU-Segment-Timeout. Dieser Wert muss für das ganze Internetzwerk gleich sein. | |
Bereich: | 1...5 | |
Vorgabewert: | 3 |
Fenstergrösse
Um grosse Datenpakete effizienter übermitteln zu können, erlaubt BACnet das Windowing. Das heisst, ein Datenempfänger quittiert nicht jeden segmentierten Teil eines Datenpakets einzeln, sondern immer eine bestimmte Anzahl Segmente zusammen, ein Window.
Desigo-Definitionen
Der Wert der Window-Size ist bei allen Desigo-Geräten fest auf vier gesetzt, d.h., bei segmentierten Meldungen wird nur jedes vierte Segment bestätigt.
Netzwerk-Layer
Die wichtigste Information der Netzwerkschicht ist die Netzwerknummer des BACnet-Netzwerks.
Netzwerknummer
Die Netzwerknummer ist die eindeutige Bezeichnung des BACnet-Netzwerks. Es gibt stationäre und temporäre Netzwerke:
- Stationäre Netzwerke werden bei der Inbetriebnahme definiert und bleiben unverändert.
- Temporäre Netzwerke entstehen, wenn ein Tool (z. B. XWP/ABT) sich über PTP in ein Netzwerk einwählt.
Bereich/Wert | Beschreibung | |
---|---|---|
0 | Reserviert für Anwendungsfälle, bei denen sich nur ein BACnet-Netzwerk in einem BACnet-Internetzwerk befindet, d.h. es sind keine BACnet-Router vorhanden. | |
1...65280 | Netzwerknummern für stationäre BACnet-Netzwerke. Die Netzwerknummer kann innerhalb dieses Bereichs frei vergeben werden. Es wird empfohlen Kategorien zu bilden, z. B.: | |
| BACnet/LonTalk-Netzwerke via Half Router und BACnet-MS/TP-Netzwerke: | 1...99 |
| BACnet/IP-Netzwerk (gemeinsames Netzwerk): | 100 |
| Desigo CC oder XWP/ABT über BACnet/PTP verbunden: | 1000...1099 |
65281...65534 | Reserviert für temporäre BACnet-Netzwerke. Wird in Desigo noch nicht verwendet. |
Router-Parameter
Die Router-Parameter werden bei der Inbetriebnahme in den BACnet-Router geschrieben. Pro Port (logischer Anschluss ans Netzwerk) sind folgende Angaben notwendig:
Bezeichnung | Beschreibung | |
---|---|---|
Netzwerknummer | Netzwerknummer des direkt anliegenden BACnet-Netzwerks. | |
Max. NPDU-Länge | Grösste unterstützte Meldungslänge in diesem Netzwerk. Dieser Wert ist vom jeweiligen Transportmedium abhängig. | |
Werte für LonTalk: | Bereich: | 50/228 |
Vorgabe: | 228 | |
Werte für MS/TP | Bereich: | 50/228/501 |
Vorgabe: | 501 | |
Werte für IP (gleich für IPv6): | Bereich: | 50/228/501/1497 |
Vorgabe: | 1497 | |
Werte für PTP: | Bereich: | 50/228/501 |
Vorgabe: | 228 bei LonTalk |
Hop-Counter
Jede BACnet-Meldung, die in ein anderes BACnet-Netzwerk geroutet wird, besitzt einen Hop Counter. Dieser Zähler wird beim Passieren des BACnet-Routers dekrementiert. Steht der Zähler auf 0, wird die entsprechende Meldung nicht mehr weitergeleitet. Dies verhindert endlos zirkulierende Meldungen.
Desigo-Definitionen
Bei Desigo wird der Hop Counter fest mit 5 initialisiert. Das heisst, eine Meldung kann maximal vier BACnet-Router passieren.
Data Link Layer LonTalk
Der Data Link Layer LonTalk wird von der Automationsstation PX sowie von den Bedienungen und Tools unterstützt.
LonTalk ist das Kommunikationsprotokoll der LonWorks-Technologie.
Adressierung in der LonWorks-Technologie
Die physikalische Adresse eines LonWorks-Geräts ist die Neuron-ID. Dies ist ein 48Bit (6 Octets) einmaliger Bezeichner, der jedem Neuron-Chip bei der Produktion zugeordnet wird.
Logische Adresse: Die logische LonTalk-Adresse wird während der netzwerkseitigen Inbetriebnahme in den LonWorks-Knoten geschrieben.
Domänen-ID: Die Domänen-ID ist die oberste Einheit bei der LonWorks-Adressierung. Daten können nur innerhalb einer Domain ausgetauscht werden. Für eine Inter-Domain-Kommunikation muss ein Gateway eingesetzt werden. Die Domänen-ID kann 0, 1, 3 oder 6 Octets lang sein. Innerhalb einer Domäne können bis 255 Subnets vorhanden sein.
Das Subnet ist eine logische Sammlung von maximal 127 Knoten innerhalb einer Domäne. Mit BACnet-Routern kann der Busverkehr innerhalb von Subnetzen lokal gehalten werden. Subnetze dürfen nie über Router hinweg definiert werden.
Einmaliger Bezeichner innerhalb des Subnetzes. Durch Subnetz-ID und Node-ID kann jeder Knoten innerhalb einer Domain eindeutig adressiert werden.
Die Gruppenadresse ist eine Adressierungsart. Die Gruppenadresse wird bei BACnet nicht verwendet.
Auf dem ALN gelten für Desigo folgende Regeln:
Bezeichnung | Werte/Bereich | Beschreibung |
---|---|---|
Domänen-ID | 0x49h (73) | Standardmässig ist die Domänen-ID ein Octet lang und hat den Wert 0x49h (73). |
Subnetz-ID | 1…255 | Die Subnetz-ID wird von eins an fortlaufend vergeben. Sobald ein Subnetz voll ist (keine freie Knoten-ID), wird die Subnetz-ID erhöht. |
Knoten-ID | 1…100 | Dieser Bereich ist für Automationsstationen (PXC), System-Controller (PXC...,) und Systemgeräte (BACnet Router) bestimmt. |
101…120 | Bediengeräte und Desigo CC sind diesem Bereich zugeordnet. | |
121…127 | In diesem Bereich suchen sich temporäre Bediengeräte und Tools XWP/ABT eine freie Knoten-ID. |
Data Link Layer IP
Bei BACnet auf IP kommt ein zusätzlicher Layer hinzu, der BVLL (BACnet Virtual Link Layer). Dieser Layer sendet Broadcast-Meldungen über IP-Router.
Unterhalb des BVLL setzt BACnet auf UDP (User Datagram Protocol) auf. UDP unter¬stützt im Gegensatz zu TCP (Transmission Control Protocol) Broadcast-Meldungen. Die Verbindungsüberwachung (Aufgabe von TCP) wird im Application Layer gelöst.
Sämtliche Medien, z.B. Ethernet, die von IP als Physical Layer unterstützt werden, stehen zur Verfügung.
Für detaillierte Informationen zu IPv6 Data Link Layer siehe Ethernet-, TCP/IP-, MS/TP- und BACnet-Grundlagen (CM110666).
IP-Adressen
Für stationäre und temporäre Bediengeräte kann die IP-Adresse mittels DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) automatisch gesetzt werden, sofern ein DHCP-Server im Netzwerk vorhanden ist. Bei Automationsstationen und BACnet-Routern wird der Einsatz von DHCP nicht empfohlen. Für IPv6 wird DHCPv6 derzeit nicht unterstützt.
Bei Geräten mit integrierter BBMD-Funktionalität ist DHCP nicht erlaubt.
Die IP-Adressen müssen mit den IT-Verantwortlichen abgesprochen sein.
Für private Netzwerke definiert RFC1918 drei spezifische Adressbereiche. IP-Adressen in diesen Bereichen werden nicht geroutet:
10.0.0.0 - 10.255.255.255 Subnetz-Maske:
172.16.0.0 - 172.31.255.255 Subnet-Maske:
192.168.0.0 - 192.168.255.255 Subnet-Maske:
Für IPv6 sind IP-Adressen und die privaten Adressbereiche anders definiert. Siehe Ethernet-, TCP/IP-, MS/TP- und BACnet-Grundlagen (CM110666).
IP-Adresse: Host-Adresse des Netzwerkteilnehmers.
Subnetz-Maske: Subnet-Maske des IP-Segments, in der sich das Gerät befindet. Dieser Wert muss mit den übrigen IP-Geräten abgestimmt sein.
Anhand der Subnetz-Maske und der Ziel-IP-Adresse kann das absendende IP-Gerät entscheiden, ob das Paket direkt dem Zielgerät zugestellt werden kann oder via Standard-Gateway weitergeleitet werden muss. Die Subnetz-Maske und Ziel-IP-Adresse geben das übermittelnde IP-Gerät frei für die Entscheidung, ob das Datenpaket direkt ans Zielgerät geliefert wercen kann oder ob es an das Standard-Gateway weitergeleitet werden muss.
Für Ipv6 entspricht die Subnetz-Maske dem Netzwerk-Präfix. Siehe Ethernet-, TCP/IP-, MS/TP- und BACnet-Grundlagen (CM110666).
Standard-Gateway: IP-Adresse des IP-Routers. Dieser Wert ist relevant, wenn über IP-Segmente hinaus kommuniziert wird.
UDP Port-Nummer
Damit BACnet/IP UDP nutzen kann, muss eine UDP Port-Nummer definiert werden. Nur Geräte mit gleicher UDP Port-Nummer können miteinander kommunizieren.
Port-Nummern werden von der IANA (Internet Assigned Numbers Authority) in folgende Klassen eingeteilt:
- Durch IANA fest zugewiesene Port-Nummern (0… 1023)
- Registrierte Port-Nummer: Bei IANA registrierte Nummern (1024…48151)
- Dynamic and/or Private Ports Dynamisch vergebene oder privat genutzte Port-Nummern (49152…65535)
Für BACnet ist bei der IANA die Port-Nummer 47808 (0xBAC0) registriert.
Befinden sich auf einem IP-Netzwerk mehrere BACnet-Internetzwerke, können diese durch unterschiedliche Port-Nummern getrennt werden. Die Verwendung mehrerer Internetzwerke ist sinnvoll bei sehr grossen Mengengerüsten, bei Migrationen und um Anlagenteile mit unterschiedlichen Verfügbarkeitsansprüchen zu kapseln. Da Desigo CC mit mehreren Internetzwerken gleichzeitig kommunizieren kann, wird die Bedienung nicht einschränkt.
Bei der IANA ist jedoch nur eine Port-Nummer für BACnet reserviert. Werden zusätzliche UDP Port-Nummern benötigt, wird empfohlen, 47809 bis 47823 (0xBAC1…0xBACF) zu verwenden. Dies entspricht nicht den Vorschriften von IANA. Dieser Bereich ist für zukünftige Anwendungen reserviert und sollte nicht benutzt werden. Die Chance, dass jedoch diese Ports anderweitig benutzt werden, ist sehr klein. Im Bereich der dynamischen oder privaten Ports sollte keine Port-Nummer gewählt werden, um Konflikte zu vermeiden. Siehe https://www.iana.org/assignments/port-numbers.
BACnet Broadcast Management Device (BBMD)
Ein BBMD wird benötigt, sobald IP-Router in einem BACnet-Netzwerk vorkommen. IP-Router begrenzen Broadcast-Meldungen auf das lokale IP-Segment, d.h. sie lassen keine Broadcast-Meldungen passieren. Um trotzdem BACnet Broadcast-Meldungen über IP-Segmente hinweg zu verteilen, wird in den entsprechenden IP-Segmenten ein BBMD benötigt. Empfängt ein BBMD eine Broadcast-Meldung (z. B. innerhalb des lokalen IP-Segments) leitet es diese Meldung Unicast allen anderen BBMDs weiter. Diese übertragen die empfangene Meldung wiederum in ihren eigenen lokalen IP-Segmenten. BACnet spricht hier von einer Two-Hop-Verteilung:
- Ein BBMD sendet eine Unicast-Meldung zu allen anderen BBMDs
- Diese verteilen die Meldung an alle BACnet-Geräte im lokalen IP-Segment
Alternativ gibt es die One-Hop-Verteilung, die durch Direct Broadcasts realisiert wird. In diesem Fall sendet das BBMD einen Direct Broadcast in alle abgesetzten IP-Segmente. Dieser Broadcast wird von allen IP-Busteilnehmern im entsprechenden Segment empfangen. Nicht alle IP Router unterstützen Direct Broadcasts.
Für IPv6 (BVLLv6) wird nur Two-Hop-BBMD unterstützt. Broadcasts werden mit IPv6 Mutlicasts umgesetzt. Siehe Ethernet-, TCP/IP-, MS/TP- und BACnet-Grundlagen (CM110666).
BBMDs stellen die Verteilung von Broadcast-Meldungen in einem BACnet-Netzwerk sicher. Sie werden pro BACnet-Netzwerk gruppiert. In einem IP-Segment darf max. ein BBMD vorhanden sein.
Das BACnet-Netzwerk #100 wird durch IP-Router getrennt. Das Internet enthält auch IP-Router. Deshalb befinden sich vor und nach der Internet-Cloud unterschiedliche Segmente. Damit BACnet Broadcast-Meldungen in allen IP-Segmenten verfügbar sind, werden BBMDs benötigt.
BBMD-Parameter
Die BBMD-Parameter werden bei der Inbetriebnahme in das BBMD oder (für Desigo) in den BACnet-Router geschrieben. Pro BBMD im BACnet-Netzwerk sind folgende Angaben erforderlich:
Bezeichnung | Beschreibung |
---|---|
IP-Adresse | IP-Adresse des BBMDs. |
UDP-Port | UDP Port-Nummer des BBMDs. |
Broadcast Mask | Soll das BBMD für Direct Broadcast (One-Hop-Verteilung) konfiguriert werden , muss hier die Subnet-Maske des BBMDs angegeben werden. Weil aber nicht alle IP-Router diesen Mechanismus unterstützen, wird Direct Broadcast standardmässig nicht unterstützt. Die Two-Hop-Verteilung hingegen ist immer möglich. Hier ist die Broadcast-Maske auf 255.255.255.255 gesetzt. Wird bei IPv6 nicht benötigt |
Foreign Device
Ein Foreign Device (Fremdgerät) ist ein (abgesetztes) BACnet-Gerät in einem entfernten IP-Segment mit anderer Subnet-Maske als das BACnet-Netzwerk. Das Foreign Device muss sich bei einem BBMD registrieren, um Unicast- und Broadcast-Meldungen ins BACnet-Netzwerk senden und empfangen zu können. Die Anmeldung bei einem BBMD erfolgt mit einem Eintrag in dessen Foreign-Device-Table (FDT). Die Registrierung muss periodisch erneuert werden.
Das Foreign Device sendet keine Broadcast-Meldungen ab, sondern übergibt die Nachrichten als Unicast dem BBMD zur Verteilung im BACnet-Netzwerk. Umgekehrt sendet das BBMD seinerseits empfangene Broadcast-Meldungen im BACnet-Netzwerk als Unicast an alle Foreign Devices seiner FDT weiter.
Im Desigo System lassen sich Desigo CC, XWP/ABT und PXM30/40/50-E als Foreign Devices betreiben. Für IPv6 werden Foreign Devices nicht unterstützt.
Beispiele aus der Desigo-Topologie
- IP-Segment 1: Desigo CC 1 muss nicht als Foreign Device konfiguriert werden, da in diesem IP-Segment ein BBMD vorhanden ist.
- IP-Segment 2: Desigo CC 3 muss nicht als Foreign Device konfiguriert werden, da in diesem IP-Segment ein BBMD vorhanden ist.
- IP-Segment 3: In diesem Segment ist nur Desigo CC 2 vorhanden. Damit Desigo CC 2 Broadcast-Meldungen empfangen und verschicken kann, muss es sich als Foreign Device bei einem BBMD eintragen. Es spielt keine Rolle, bei welchem BBMD es sich einträgt.
Foreign Device-Parameter
Funktioniert ein BACnet-Gerät als Foreign Device, müssen IP-Adresse und UDP Port-Nummer des BBMD angegeben werden.
Bezeichnung | Beschreibung |
---|---|
IP-Adresse des BBMD | IP-Adresse des BBMDs, bei dem sich das Foreign Device einträgt. |
UDP-Port des BBMD | UDP-Port-Nummer des BBMDs, bei dem sich das Foreign Device einträgt. Standardmässig wird 0xBAC0 verwendet. |
Das Registrierungsintervall (Time-To-Live) ist bei Desigo Produkten auf 300 Sekunden eingestellt (= 5 Minuten).
Data Link Layer PTP
Der Data Link Layer PTP wird beim Fernzugriff über Telefonleitungen angewendet. Im Gegensatz zu LonTalk und IP können mit PTP keine Netzwerke realisiert werden. Die PTP-Verbindung besteht immer zwischen zwei Half Router und zwischen unterschiedlichen BACnet-Netzwerken. Auf den beiden Seiten der PTP-Verbindung können auch mehrere BACnet-Netzwerke vorhanden sein. Zwischen zwei beliebigen BACnet-Netzwerken oder zwischen beliebigen BACnet-Geräten darf nur eine aktive Kommunikationsverbindung bestehen.
Die Half Router-Funktionalität ist in der Desigo CC, XWP/ABT und PX umgesetzt.
PTP-Verbindungen sind nur zwischen Desigo CC, XWP/ABT und PX möglich. PTP-Verbindungen zwischen zwei PX sind nicht erlaubt.
PX-Geräte, die via PTP erreichbar sind, gehören immer zu einer separaten Site. Bezogen auf die Topologie am Anfang des Kapitels darf die Site Baar nicht mit der Site Zug oder Cham zusammengelegt werden. Pro Site können mehrere PXs als Half Router eingesetzt werden. Beim Verbindungsaufbau wird jeweils die Verbindung mit der besten Performance gewählt. Redundante Verbindungen, d.h. gleichzeitig mehrere aktive Verbindungen in ein bestimmtes BACnet-Netzwerk sind nicht erlaubt.
Bei Desigo CC wird für jeden Data Link Layer-Typ ein eigenes, unabhängiges, internes BACnet-Internetzwerk erstellt. Somit ist ein Routing bei zwischen LonTalk, IP oder PTP nicht möglich.
Pro Half Router sind folgende Parameter erforderlich:
Bezeichnung | Beschreibung |
---|---|
Lokale Netzwerknummer | Die BACnet-Netzwerknummer, zu der der Half Router gehört. PX-seitig (als der eine Half Router) ist die lokale Netzwerknummer gleich der eigenen Netzwerknummer. Bei Desigo CC (als der andere Half Router) gilt folgendes: Desigo CC unterstützt drei verschiedenen Data Link Layer (IP, LonTalk und PTP). Diese werden intern als unabhängige BACnet-Internetzwerke verwaltet. Das heisst, es ist kein Routing zwischen den einzelnen Data Link Layer möglich. Dadurch kann die lokale Netzwerknummer unabhängig von den Netzwerken an IP und/oder LonTalk vergeben werden. Die lokale Netzwerknummer muss jedoch innerhalb aller möglichen Netzwerke, die via PTP-Verbindung von Desigo CC aus erreicht werden, einmalig sein. Empfehlung: Verfügt Desigo CC über einen zusätzlichen Data Link Layer (IP und/oder LonTalk) soll die lokale Netzwerknummer von diesem Netzwerk übernommen werden (Beispiel vom Kapitelanfang: Für Desigo CC 2 soll die lokale Netzwerknummer vom BACnet-Netzwerk #4 übernommen werden). Bei Desigo CC mit nur PTP-Verbindungen, soll die lokale Netzwerknummer im Bereich von 1000 bis 1099 liegen (Beispiel: Desigo CC 3 -> #1000). |
COM-Parameter | Beim PX Half Router muss angegeben werden, an welcher COM-Schnittstelle ein Modem bzw. ein Null-Modem angeschlossen ist. |
Modem-Parameter | Die Modem-Parameter enthalten die individuellen Einstellungen für die entsprechenden Modem-Typen. Für den PX Half Router stehen vordefinierte Parametersätze zur Verfügung. |
Für jede PTP-Verbindung, die vom PX-Half Router ausgeht, sind folgende Parameter erforderlich:
Bezeichnung | Beschreibung | |
---|---|---|
Abgesetzte Netzwerknummer | Mit dieser Netzwerknummer wird das BACnet-Netzwerk bestimmt, in dem sich das abgesetzte Partnergerät befindet. Dies entspricht in Desigo der lokalen Netzwerknummer von Desigo CC. | |
Abgesetzter Bereichsname | Der Remote Area Name bezeichnet eine über Peer-to-Peer abgesetzte Netzwerknummer des Netzwerks, in dem sich Desigo CC befindet. | |
Telefonnummer | Telefonnummer, über die das abgesetzte Desigo CC erreichbar ist. | |
Leistungsindex | Der Performance Index bezeichnet die Qualität der Router-Datenverbindung. Wenn mehrere PX-Half-Router in einer PX-Site zur Verfügung stehen und eine Verbindung zu einem abgesetzten Netzwerk aufgebaut werden soll, wird dazu der Router mit dem besten Performance Index ausgewählt. Falls keine Verbindung zustande kommt, übernimmt automatisch der Router mit dem nächst besseren Performance Index den Verbindungsaufbau. | |
Bereich: 0...255 | (0= beste / 255 = schlechteste Verbindung) |
Bei Desigo CC muss für jede PTP-Verbindung nur die Telefonnummer definiert werden.
Data Link Layer MS/TP
Der Data Link Layer Multidrop/Serial Token Passing MS/TP ist eine weitere Protokollvariante für BACnet. Desigo unterstützt diese Variante über einen spezifischen Router, der BACnet MS/TP mit BACnet/IP verbindet.
MS/TP basiert auf dem physikalischen Layer EIA-485/RS-485 und unterstützt Baudraten bis 76.8 kbps. Pro MS/TP-Segment können (theoretisch, abhängig von ihrer Lasteinheit) bis zu 256 Geräte angeschlossen werden.
MS/TP-Geräte adressieren
Jedes Gerät besitzt eine eindeutige MAC-Adresse. Die MAC-Adresse ist ein Octet lang und folgendermassen definiert:
- 0-127 reserviert für Manager-Geräte
- 0-254 vorgesehen für Subordinate-Geräte
- 255 reserviert für Broadcast-Meldungen
Die MAC-Adresse kann über DIP-Schalter (Hardware-mässig) oder entsprechende Konfigurations-Tools (Software-mässig) pro Gerät eingestellt werden.
Strukturierung
MS/TP wird auf zwei-adrigen-Kabeln nach der Spezifikation EIA-485/RS-485 übertragen. Die maximale Länge eines Segments kann bis zu 1200 Meter betragen. 64 Geräte sind auf einem Segment erlaubt.
Verschiedene Segmente können über Repeater zu einem grösseren EIA-485-Netzwerk zusammengeschlossen werden. Dabei müssen die speziellen elektrischer Eigenschaften wie Polarität, gemeinsame Signalerde, Abschlusswiderstände usw. berücksichtigt werden. Die tatsächlich mögliche maximale Netzwerkgrösse und die maximale Übertragungsrate sind stark vom Aufbau des Netzwerks abhängig. Vorteilhaft ist der Aufbau in Kettenform (Daisy Chain).
Aufgrund der relativ diffizilen elektrischen Bedingungen der EIA-485-Verdrahtung, sowie der beschränkten Datenübertragungskapazitäten wird empfohlen, BACnet MS/TP nur für Geräte einzusetzen, die geringe Datenmengen haben und geographisch weit abgesetzt installiert sind.
Bei Geräten mit grösseren Datenmengen bzw. kürzeren Distanzen zu einer Desigo Automationsstation sollte die Integration in Desigo vorzugsweise über TX-Open oder PX-Open erfolgen.
Systemgeräte
PXG3 ist ein BACnet-Router, der zwischen BACnet-Netzwerken BACnet-Telegramme zwischen verschiedenen Data Link Layern routet. Er ist in zwei Ausführungen erhältlich:
- (Dreieck-Router) Simultanes Routen zwischen Ethernet/IP, LonTalk und MS/TP
- Routen zwischen Ethernet/IP und MS/TP
Siehe BACnet-Router für BACnet/Ethernet/IP, BACnet/LonTalk, BACnet MS/TP PXG3.L, PXG3.M (CM1N9270).
Ein einzelner BACnet IPv6 Data Link kann beim Router als Option dazu genommen werden. Damit wird der PXG3.M zum Dreieck-Router oder der PXG3.L zum Viereck-Router. Der Router kann entweder mit XWP oder über den eingebauten Webserver konfiguriert werden.
BACnet-Adresse
Mit der BACnet-Adresse lässt sich jedes BACnet-Gerät im BACnet-Internetzwerk ansprechen.
Die BAC-Adresse wird durch die BACnet-Norm definiert und umfasst folgende Elemente:
Bezeichnung | Beschreibung | |
---|---|---|
Netzwerknummer | Netzwerknummer des BACnet-Netzwerks, in dem das Gerät platziert ist. Die Netzwerknummer muss nur bei Geräten mit BACnet Router-Funktionalität (inklusive Half Router) parametriert werden und gilt implizit für alle BACnet-Geräte im BACnet-Netzwerk. | |
BACnet MAC-Adresse | Transportprotokoll-spezifische Adresse. Diese wird bei der Inbetriebnahme in das Gerät geschrieben. BACnet MAC-Adresse für: | |
LonTalk: | 2 Octets, Subnetz-ID und Knoten-ID | |
IP: | 6 Octets, IP-Adresse und UDP-Port | |
IPv6: | 3 Octets als virtuelle MAC-Adresse (VMAC) | |
MS/TP: | 1 Octet, MAC-Adresse (Manager 0-127, Subordinate 0-254, Broadcast 255) |
BACnet-Geräteadresse
Jedes BACnet-Gerät hat eine Geräteadresse. Diese Adresse wird bei der netzwerkseitigen Inbetriebnahme ins Gerät geschrieben. Die BACnet-Geräteadresse ist innerhalb des BACnet-Internetzwerks eindeutig. BACnet-Geräteadresse ist eine Siemens-interne Bezeichnung und kein offizieller Begriff.
Bezeichnung | Beschreibung |
---|---|
Geräte-ID | Objekt-Bezeichner des BACnet-Geräteobjekts. Die Geräte-ID ist innerhalb des BACnet-Internetzwerks eindeutig. |
Gerätename | Objektname des BACnet-Geräteobjekts. Der Gerätename ist innerhalb des BACnet-Internetzwerks eindeutig. |
Für Informationen zur direkten Adressierung von BACnet-Referenzen zu Objekten in anderen Netzwerken und Medien, siehe Desigo Ethernet, TCP/IP, MS/TP und BACnet (CM110666).