Local Operating Network
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Local Operating Network (LON) ist ein Feldbus, welcher vorrangig in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt wird. Dieser Feldbus wurde von der US-amerikanischen Firma Echelon Corporation um das Jahr 1990 entwickelt. Die LON Technologie – mit ANSI/EIA-709.x und EIA-852 standardisiert sowie als EN14908 in das europäische Normenwerk übernommen – ermöglicht den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten von verschiedensten Herstellern und unabhängig von den Anwendungen.
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[Bearbeiten] Konzept
Der ursprüngliche Kerngedanke des LON Feldbussystems war die dezentrale Automatisierung in flachen, d.h nicht oder nur wenig vertikal unterteilten, Systemen. Im LON kommunizieren Geräte (in der Terminologie Knoten bzw. engl. Nodes genannt) über einen Bus miteinander. Der gedankliche Ansatz der dezentralen Automatisierung mit LON sieht eine Unterteilung der Nodes in Sensoren, Aktoren und Controller vor. Nur lokal benötigte Informationen sollen dabei möglichst an "Ort und Stelle" verarbeitet werden. Dieses Konzept steht im Gegensatz zu hierarchisch orientierten Systemen, in welchen ein übergeordneter Rechner (in der Regel eine Speicherprogrammierbare Steuerung - Direct Digital Control - Station) alle Daten einsammelt.
[Bearbeiten] Hardware
Hardwareseitiges Kernstück dieses Feldbussystems ist der Neuron (Chip). Der Neuron-Chip enthält drei 8 Bit Prozessoren (CPUs): Die Media Access CPU kontrolliert die physikalische Verbindung zum Netzwerk. Die Network-CPU ist für die Kodierung und Dekodierung der Netzwerknachrichten verantwortlich. Auf der Application CPU läuft die vom Anwender programmierte Software, welche die eigentliche "Intelligenz" eines Knotens repräsentiert. Jeder Neuron-Chip enthält eine weltweit einmalige, 48 Bit lange ID-Nummer (die Neuron-ID), mit deren Hilfe jeder Bus-Knoten im Netz eindeutig identifizierbar ist. Der Neuron-Chip wurde zunächst sowohl von der Firma Motorola als auch von der Firma Toshiba hergestellt. Anfang 2001 stellte Motorola allerdings die Produktion des Neuron-Chips ein. Neu hinzu kamen Cypress und Echelon. Inzwischen sind auch Lösungen verfügbar, bei denen der LON-Protokollstack auf anderen Prozessoren (z.B. ARM7) läuft.
Das Kommunikationsprotokoll dieses Feldbusses wird als LonTalk-Protokoll bezeichnet. Das LonTalk-Protokoll definiert die Schichten 2 bis 7 des OSI-Referenz-Modells. Für die physikalische Schicht (Schicht 1 des OSI-Modells) stehen verschiedene Transceiver zur Verfügung, wie zum Beispiel leitungsgebundene Übertragung, Funk, Glasfaser aber auch Powerline-Kommunikation.
Die Datenkodierung auf der physikalischen Schicht kann direkt durch den Neuron-Chip oder durch den Transceiver selbst gesteuert werden. Für die direkte Steuerung bietet das LonTalk-Protokoll die Betriebsart Direct Mode. Die Kodierung der Daten erfolgt im Manchester Code. Als Zugriffsverfahren wird ein modifiziertes p-persistentes CSMA mit optionaler Kollisionserkennung eingesetzt, wobei die Möglichkeit besteht einzelne Nachrichten zu priorisieren. Im Special Purpose Mode können Transceiver mit eigener Signalverarbeitung angesteuert werden. In diesem Mode übernimmt der Transceiver selbst die Steuerung des Medienzugriffs. Grundsätzlich ist dieses Feldbussystem ein Multimastersystem.
Aus logischer Sicht kommunizieren die Knoten über Kommunikationsobjekte miteinander, sogenannter (NV oder Network Variables). Damit Knoten verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können, werden so genannte SNVTs (Standard Network Variable Types) definiert. Das sind Datentypen aus Anwendersicht, z.B. den Typ SNVT_temp_p, welcher eine Temperatur verkörpert. Die Organisation, welche das vorantreibt ist die LonMark Association.
[Bearbeiten] Software
Softwareseitig werden Knoten mit Applikationen für Standardaufgaben oder frei programmierbare Systeme eingesetzt. Für die Applikationen mit Standardaufgaben werden die Netzwerkschnittstelle und - soweit notwendig - auch die Aufgaben in LonMark standardisiert bzw. empfohlen. Die Aufgaben werden in LonMark Objekten - auch als Funktionsprofile (functional profiles) bezeichnet - gegliedert. Beispiele sind das Lamp Actuator, das Switch und das Constant Light Controller Objekt. Freie Programmierung erfolgt z. T. über Neuron C (z.B. mit dem NodeBuilder der Firma Echelon), eine ANSI C Erweiterung oder über grafische Programmierung (z. B. mit dem Programmiersystem IPOCS der Firma SysMik).
Für die Festlegung der Kommunikation zwischen den Geräten (das "Binding"), die Inbetriebnahme und die Verwaltung in LON Netzen werden Netzwerkmanagementtools eingesetzt. Für den physikalischen Zugriff auf die LON Netze werden Netzwerkschnittstellen verschiedener Arten eingesetzt, u.a. PC Einsteckkarten.
Für die softwaretechnische Verwaltung der Informationen hat sich die LNS Architektur (LonWorks Network Services) durchgesetzt, eine Client / Server - Architektur mit integrierter Datenbank. Die Anbindung an die Gebäudeleittechnik (GLT) - oder in der allgemeinen Sprechweise der Automatisierer an SCADA Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) existieren die Schnittstellen, wie sie dem Stand der Technik entsprechen, z. B. über OPC (OLE for Process Control).
Ein entscheidender Vorteil der LON-Technologie ist die Offenheit, die es gestattet, Controller von unterschiedlichen Herstellern innerhalb einer Applikation einzusetzen. Zur Parametrierung der Geräte und zur Erstellung der Bindings stehen diverse LNS-Netzwerkmanagementools von verschiedenen Herstellern (z.B. LonMaker for Windows von Echelon oder NL220 von Newron Systems) zur Verfügung. Sie unterscheiden sich sowohl durch die Art der grafischen Darstellung des LON Netzes als auch durch den Umfang der angebotenen Management Services.
Bei der Verwendung der LNS Architektur der Fa. Echelon müssen für jeden in das Netzwerk eingebundenen Knoten einmalig Lizenzgebühren (Credits) gezahlt werden. Dadurch ergibt sich wiederum eine Abhängigkeit von der Fa. Echelon.
Daher nutzen einige Hersteller den LON Bus für die reine physikalische Schicht (Schicht 1 des OSI-Modells) und setzen auf den höheren OSI Schichten aus Kostengründen auf ihre eigenen Protokolle. Per Software können diese Controller dann jedoch, wenn es gewünscht ist, auch den LON Standard unterstützen.
Aufgrund dieser unbefriedigenden Situation entstand in der Vergangenheit ein weiterer Standard zur herstellerunabhängigen Kommunikation auf Controllerebene (BACnet).
In Deutschland ist eine Nutzerorganisation für LON aktiv, die LonMark Deutschland, (ehemals LON Nutzer Organisation LNO). Fast alle bekannten Hersteller von LON Geräten und anerkannte Spezialisten auf diesem Gebiet sind in der LonMark Deutschland aufgeführt.
[Bearbeiten] Frameworks
- OSGi - Middleware-Standard (Java-Framework) für die Einbindung von LON in Service-Gateways
[Bearbeiten] Siehe auch
- Feldbus
- Profibus
- CAN
- Local Control Network
- OPC
- BACnet
- EIB bzw. KNX
- Gebäudeleittechnik
- Intelligentes Haus
