LON Technology

Die LON-Technologie basiert auf folgenden grundlegenden Erkenntnissen: Technologische Fortschritte ermöglichen immer kleinere und gleichzeitig intelligentere Komponenten und Steuerungen, die fast überall eingesetzt werden können. Eine zentrale Steuerung ist nicht mehr erforderlich. Immer komplexere Anforderungen an Steuerungs- und Überwachungsfunktionen müssen in Unterobjekte unterteilt werden, damit Transparenz und Variationsspielraum erhalten bleiben. Verteilte Intelligenz fördert diesen Zusammenbruch. Steigender Kostendruck erfordert standardisierte und modulare Systeme, die schnell und einfach gebaut, erweitert oder modifiziert werden können und auf vorhandenen Infrastrukturen basieren. Dadurch zeichnen sich LON-Netzwerke dadurch aus, dass ihre Funktionen nicht zentral gesteuert werden, sondern jeder verteilte Knoten über frei programmierbare Intelligenz verfügt. Die dezentrale Steuerung hält das Gesamtsystem modular und flexibel. Sensor- und Steuertelegramme werden in Topologien jeder Art und mit den unterschiedlichsten Medien übertragen. Ihre Status- und Befehlsinformationen können Aktionen an jedem Ort und bei jedem Teilnehmer innerhalb des LON-Netzwerks auslösen. Im Bereich der Gebäudeautomation können beispielsweise Zutrittskontrollen, Heizungs- und Beleuchtungssysteme über LON kommunizieren. Interdependenzen zwischen den einzelnen Gewerken können berücksichtigt werden.

Um einen wirtschaftlichen und standardisierten Einsatz zu erreichen, entwarf Echelon den Neuron®-Kern. Der Name Neuron wurde gewählt, um auf die Ähnlichkeiten zwischen der richtigen Netzwerksteuerungsimplementierung und dem menschlichen Gehirn hinzuweisen. Es gibt keinen zentralen Kontrollpunkt im Gehirn. Millionen von Neuronen sind miteinander vernetzt, wobei jedes über zahlreiche Wege Informationen für andere bereitstellt. Jedes Neuron ist in der Regel einer bestimmten Funktion gewidmet, aber der Verlust eines einzelnen ist nicht unbedingt einflusslos auf die Gesamtleistung des Netzwerks.
Der Neuron-Kern ist als eigenständige Komponente namens Neuron Chip erhältlich. Um die Gerätekosten weiter zu senken, bietet Echelon auch Neuron-Kerne in Kombination mit Kommunikationstransceivern an, die als Smart Transceiver bezeichnet werden.
Für den Entwickler und den Integrator liegt die Schönheit des Neuron-Kerns und der Smart Transceiver in ihrer Vollständigkeit. Das integrierte Kommunikationsprotokoll und die Prozessoren machen keine Entwicklung oder Programmierung in diesen Bereichen erforderlich. Die Smart Transceiver machen die Entwicklung oder Integration eines Kommunikationstransceivers überflüssig. Der Neuron-Kern stellt die Schichten 2 bis 6 des ISO/OSI-Referenzmodells eines Kommunikationsprotokolls bereit, und der Smart Transceiver fügt Layer 1 hinzu. Der Gerätehersteller muss nur die Programmieren der Anwendungsschicht bereitstellen, und der Netzwerkintegrator stellt die Konfiguration für eine bestimmte Netzwerkinstallation bereit. Dies standardisiert die Implementierung und macht Entwicklung und Konfiguration einfach und schnell.
Die meisten LONWORKS-Geräte nutzen die Funktionen des Neuron-Kerns und nutzen ihn als Steuerprozessor. Der Neuron-Kern ist eine Halbleiterkomponente, die speziell für die Bereitstellung von Intelligenz und Netzwerkfunktionen für kostengünstige Steuerungsgeräte entwickelt wurde. Der Neuron-Kern umfasst bis zu vier Prozessoren, die sowohl Kommunikations- als auch Anwendungsverarbeitungsfunktionen bieten. Zwei Prozessoren führen die Layer 2 bis 6 Implementierung des ISO/IEC 14908-1 Protokolls aus, und der dritte führt Layer 7 und den Anwendungscode aus. LONWORKS 2.0 Neuron-Kerne fügen einen vierten Prozessor für die Interrupt-Verarbeitung hinzu. Der Gerätehersteller stellt Anwendungscode für die Ausführung auf dem Neuron-Kern und I/O-Geräten bereit, die mit dem Neuron-Kern verbunden werden sollen.
Der Neuron-Kern ist ein System-on-a-Chip mit mehreren Prozessoren, Speicher sowie Kommunikations- und E/A-Subsystemen. Zum Zeitpunkt der Herstellung erhält jeder Neuron-Kern einen permanenten 48-Bit-Code, der als Neuron-ID bezeichnet wird. Eine große Familie von Neuron Chips ist mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Speichertyp und Kapazität sowie Schnittstellen verfügbar. Seit Anfang 2009 wurden rund 30 Millionen Neuron-Kerne ausgeliefert.
Für den Neuron-Kern steht ein komplettes Betriebssystem mit implementierung des ISO/IEC 14908-1-Protokolls, der neuron-Firmware, zur Verfügung.

Topologien von LON-Netzwerken müssen keiner bestimmten Struktur folgen. Stern-, Ring-, Baum- oder klassische Linienstrukturen können frei gewählt werden. In der Praxis führt dies häufig zu freien Topologien, die auf bestehenden Strukturen in Gebäuden oder Einrichtungen basieren. Für die Segmentierung solcher freien Topologien können Router verwendet werden, um den Datenaustausch zu steuern.

Die LON-Technologie ist auch bei der Wahl der Netzwerkverkabelung äußerst flexibel. So stehen heute fast alle Übertragungswege zur Verfügung:

• Twisted-Pair-Kabel
• Radio
• Infrarot
• Glasfaser
• COAX-Kabel
• 230 V Netzteil (Powerline)

Wachsende Bedeutung hat das 230-Volt-Stromnetz. Denn hier kann ein LON-Netzwerk ohne zusätzliche Verkabelung aufgebaut werden. Die Kommunikation erfolgt dann über die verfügbaren CENELEC-Frequenzbänder C oder A. Für die Frequenzmodulation stehen die Transceiver PLT-22 oder PLT 30 zur Verfügung. Beim PLT-22 werden Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 4,8 kbps im CENELEC Band C erreicht.

Ein LON-Netzwerk besteht aus bis zu 32.000 intelligenten Netzwerkknoten, die unabhängig von der Vielzahl möglicher Funktionen über LonTalk kommunizieren. LonTalk ist ein Protokoll, das von Echelon entwickelt wurde. Es navigiert die Meldungen der Sensoren und Aktoren durch das Netzwerk mit einer Übertragungsrate von bis zu 1,25 Mbit / s. Zeitkritische Nachrichten haben Vorrang. Eine sichere Übertragung wird unter anderem durch End-to-End-Steuerung und Bestätigungen gewährleistet. Wenn diese nicht eintreffen, wird die Nachricht wiederholt, bis alle Empfänger geantwortet haben.

Neben der Bussicherheit legt dieses System auch Wert auf die Aufzeichnung von Ereignissen und deren Bewertung. Ereignisse können z.B. mit einem Zeitstempel miteinander verknüpft werden, sie können wiederum zur Steuerung von Ausgängen oder zur Zuordnung zu Ausgabetexten wie Warninformationen, Alarm- oder Meldungstexten verwendet werden.

Dank dieser dezentralen Intelligenz können kleinere und größere LON-Netzwerke kostengünstig ohne Hostcomputer oder SPSen (zur zentralen Aufzeichnung und Auswertung) betrieben werden. Für Steuerungs- und Überwachungsaufgaben ist kein Hostcomputer erforderlich.

Ohne weiterverarbeitung der LON-Bussignale können Leitungen von bis zu 2 Kilometern bedient werden. Bei der Verwendung von physischen Sternkupplungen beträgt die Reichweite der einzelnen Stirnlinien maximal 1,3 Kilometer. Darüber hinaus kann die Struktur des Busnetzes durch Repeater, Router oder Gateways erweitert werden, so dass eine nahezu unbegrenzte Länge erreicht werden kann.

Für die Gebäudeautomation bietet LON ein flexibles Feldbussystem mit dezentraler Logik, das große Reichweiten mit einer Vielzahl von Medien bei hoher Sicherheit erreichen kann. Durch den modularen Aufbau ist die Inbetriebnahme sowie der Umbau und Ausbau des Netzes immer flexibel und ohne großen Aufwand möglich.