knx-eib通信协议的实时性分析与改进

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1、KNX/EIB通信协议的实时性分析与改进KNX/EiB通信协议的实时性分析与改进引言.L.　　随着楼宇智能化应用越来越普及,产生了许多楼宇智能化通信协议，其中KNX/EIB(Konnex/ElectricalInstallationBus)通信协议应用最为广泛。KNX/EIB通信协议是唯一一个开放式并经过认证的标准,2006年成为国际标准ISO/IEC145433，并于2007年正式成为中国国家标准GB/Z209652007［1］。　　在家庭或者楼宇智能环境中，对通信协议实时性传输的要求非常高。每个数据命令的发送执行都有一个期限，如果超过这个期限，将会有新的随机数据命令产生，前一条

2、命令可能就已经失效了。换句话说，一条数据命令必须在要求的时间内得到执行，同时还要求每条数据命令的传输时延要稳定。KNX/EIB通信协议采用了无线通信常采用的带冲突避免的载波侦听多路存取(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance,CSMA/CA)［2］防冲突机制来解决KNX/EIB网络的冲突问题，但CSMA/CA机制导致数据命令帧传输时延抖动非常大。比如调光命令，调光命令由两条数据命令组成，两条数据命令的产生是随机的，采用CSMA/CS算法机制可能会使这两条数据命令发送的延迟时间不同，造成调光无法准确执行；再比如，在总线不繁忙时，一个开灯数

3、据命令或许可以很快地得到发送执行，但是当总线繁忙时，数据命令可能为了避免冲突，回避高优先级或者同优先级优势数据命令的发送，造成很长的传输时延。这种情况在楼宇智能环境下是不能容忍的，而且可能会因此造成严重的误操作。这也使网络的实时性降低。　　本文针对KNX/EIB通信协议在双绞线(Tainline)上构成一个域(area)，15个域又通过域耦合器(areacoupler)连接到骨干线(backboneline)上组成整个网络［3］。　一般情况下，每个BCU被安装进系统时被分配一个独一无二的独立地址(IndividualAddress,IADRS)。KNX可以通过组地址(GroupAddr

4、ess,GADRS)对BCU进行无限制分组。所有BCU可以通过发送组播式数据命令帧来进行参.L.数共享，甚至可以进行按位读写。　　　　　　KNX/EiB数据帧格式如图2所示。Octet0中包含了数据命令帧控制信息，其中数据命令帧优先级就包含在其中。Octet1和Octet2为数据命令帧发送源地址，其为BCU的IADRS。　　　　　　1.2KNX/EIB防冲突机制分析及其对实时性的影响　　根据KNX/EIB标准(KNX/EIBS)，若一个BCU已经开　　始发送信号，则系统禁止其他BCU占用信道。当多个BCU　　　　同时向总线上发送数据时，根据CSMA/CA算法，BCU要检查　　　　每个比

5、特,如果物理层显示总线繁忙或者正在发生碰撞，则低优先级数据命令帧需要立刻停止传送，高优先权数据命令帧开始传送数据，高优先级数据命令帧传送完成后，低优先级数据命令帧重新开始传输判定。KNX/EIB通信协议中，传输数据的优先级分为四级：系统最高级(systempriority)、报警级别(urgentpriority)、普通级别(normalpriority)和低级(lo.unsignedshortAddr;　　unsignedcharPriority_TR;　　}　　.L.　　程序后　　　　　　其中Addr参数是用来存储申请通信授权的从模块的IADRS；而Priority_TR是用来调度从

6、模块的通信申请并进行排序，其初始值为256。　　　　主模块与从模块都需要一个定时器，用来解决总线出现故障时的程序死锁。　　3.2调度程序的调度算法　　调度算法的目的是对主模块中存储列表Panding_Req_List上的i(i=1,2,)个通信申请进行排序，使得各个从模块获取通信信道的机会均等，使最大通信延迟时间得到确定。　　调度程序的伪代码如下：　　程序前　　　　　　Ifi≤1then　　按照先入先出原则，进行调度　　elsEifi≥2then　　按照Panding_Req_List中参数Priority_TR，由小到大进行调度　　IfPanding

7、_Req_List中参数Priority_TR存在相等的then　　按照Panding_Req_List中参数Adrr,由大到小进行调度　　　　endif　　Endif　　　　　　程序后　　　　　　设置IADRS值大的BCU的优先级高是为了减少劣势数据命令帧的等待时间，以及减少劣势数据帧在总线与优势数据帧发生竞争的几率，使各个从模块之间的传输延迟尽量平均。　　当有一个申请被执行，该申