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基于BACnet与IPv6的智能楼宇组网设计与研究

作　者: 郑翔
导　师: 张珣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 智能楼宇 BACnet IPv6 BACnet路由器 Linux
分类号: TU855
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


智能楼宇如今已经从单一的楼宇自控系统向高度集成的楼控设备、多种底层局域网技术并存的智能楼宇自控网络发展，而其中以IP互联网作为智能楼宇自控网络底层网络是最为热门的研究方向。在当前存在的智能楼宇自控网络通信协议中，BACnet协议是最具有发展潜力和广泛应用的开放性楼宇自控网络数据通信协议之一。BACnet协议制定了BACnet/IP标准以支持BACnet与IPv4网络，但随着IPv4网络地址资源匮乏等一系列问题的出现，IPv6网络正在逐渐产生重要的作用，但是目前BACnet并没有制定相应的BACnet/IPv6标准。本文着重研究了BACnet与IPv6的互连问题，同时也针对连接BACnet/IPv4与BACnet/IPv6网络进行了分析。论文首先介绍了BACnet/IPv4通信模型，对BACnet协议向IPv6扩展的机制进行了深入分析，提出了一种BACnet/IPv6通信模型。该模型主要建立在BACnet/IPv4的BVLL协议层上，将IPv4网络中的广播相应的替换为IPv6中的组播。在BACnet/IPv6协议栈的实现上，采用了开源BACnet Protocol Stack工程作为代码基础，并对其在支持IPv6方面进行了扩充。同时，论文针对BACnet协议通过IP互联网进行通信的方式作出了较为详细的研究。主要包括BACnet与IPv4网络互连的BACnet/IP PAD与BACnet/IPv4技术；在BACnet与IPv6网络互连部分则论述了BACnet/IPv6技术，以及通过IPv6over IPv4隧道连接BACnet/IPv6设备的方法。此后，本文提出利用BACnet路由器互连BACnet/IPv4与BACnet/IPv6网络架构。在路由器的硬件设计上选用了ARM9系列TQ2440开发板作为硬件平台，并对其扩展了网络接口；而在软件设计上则使用嵌入式Linux操作系统作为软件系统平台，以BACnet Protocol Stack作为BACnet协议栈平台，在此基础上设计了一种基于双网卡端口、多线程的BACnet路由器。最后本文通过系统测试分别对BACnet Protocol Stack以及设计的BACnet/IPv6通信模型的正确性进行了验证，同时也对BACnet/IPv4与BACnet/IPv6互连网络的互通性进行了通信测试。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 论文的研究背景  10-11
    1.1.1 智能楼宇及其发展  10-11
    1.1.2 BACnet 楼宇自控网络协议与 IPv6 网络  11
  1.2 国内外的研究现状与论文的立题意义  11-13
    1.2.1 BACnet 的发展和研究现状  11-12
    1.2.2 BACnet/IPv6 在国内外研究状况  12-13
    1.2.3 论文的立题意义  13
  1.3 主要研究内容、创新点与结构安排  13-16
    1.3.1 本文创新点与重难点分析  13-14
    1.3.2 主要工作内容  14
    1.3.3 本文的结构安排  14-16
第2章 BACNET 网络层规程与 BACNET 路由器  16-24
  2.1 BACNET 协议的体系结构  16-19
    2.1.1 OSI 模型与 BACnet 体系  16-17
    2.1.2 BACnet 的物理层与数据链路层  17-18
    2.1.3 BACnet 的应用层  18-19
  2.2 BACNET 网络层功能及对网络层说明  19
    2.2.1 BACnet 网络层功能  19
    2.2.2 BACnet 网络层与 OSI 网络层的区别  19
  2.3 BACNET 网络层 PDU 结构与运行规程  19-21
    2.3.1 网络层 PDU 结构  19-20
    2.3.2 网络层协议运行规程  20-21
  2.4 BACNET 路由器  21-24
    2.4.1 BACnet 路由器规程  22-23
    2.4.2 BACnet 路由表  23-24
第3章 BACNET/IPV4 与 BACNET/IPV6 网络互连的实现  24-40
  3.1 BACNET 与 IP 网络互连  24
  3.2 BACNET 与 IPV4 网络互连技术  24-31
    3.2.1 B/IP PAD 技术  24-26
    3.2.2 BACnet/IPv4 技术  26-29
    3.2.3 基于 BACnet/IPv4 的 BACnet 网络拓扑结构  29-31
  3.3 BACNET 与 IPV6 网络的互连  31-36
    3.3.1 IPv6 技术与 IPv6 地址  31
    3.3.2 BACnet/IPv6 的研究进展  31-34
    3.3.3 本文设计的 BACnet/IPv6 通信模型  34-35
    3.3.4 基于 BACnet/IPv6 的 BACnet 网络拓扑结构  35-36
  3.4 BACNET/IPV4 与 BACNET/IPV6 网络互连  36-37
    3.4.1 IPv6 over IPv4 隧道技术在 BACnet/IPv4-v6 网络中的应用  36-37
    3.4.2 基于 BACnet 路由器的 BACnet/IPv4-v6 拓扑结构  37
  3.5 BACNET/IPV4-BACNET/IPV6 路由器  37-40
    3.5.1 常见 IP 路由器的设计结构  37-38
    3.5.2 BACnet/IPv4-BACnet/IPv6 路由器的设计思路  38-40
第4章 BACNET/IPV4-BACNET/IPV6 路由器软件设计  40-59
  4.1 嵌入式 LINUX 系统与 IPV4/IPV6 网络协议栈  40-45
    4.1.1 嵌入式 Linux 系统介绍  40-41
    4.1.2 Linux 下添加对 IPv6 协议栈的支持  41-42
    4.1.3 Linux 下网络编程  42-43
    4.1.4 Linux 下 IPv4 与 IPv6 的 UDP 广播与组播编程  43-45
  4.2 在 LINUX 中配置多网卡  45-48
    4.2.1 网卡的概念及作用  45-46
    4.2.2 Linux 系统中添加网卡  46-47
    4.2.3 Linux 系统中网卡配置  47-48
  4.3 扩展 BACNET PROTOCOL STACK 协议栈对 IPV6 的支持  48-53
    4.3.1 开源 BACnet 协议栈 BACnet Protocol Stack  48-50
    4.3.2 BACnet/IPv4 在 BACnet Protocol Stack 工程中的实现流程  50-52
    4.3.3 在 BACnet Protocol Stack 工程中添加对 BACnet/IPv6 的支持  52-53
  4.4 路由器的软件实现  53-58
    4.4.1 路由器代码结构分析  53-56
    4.4.2 BACnet 路由器端口与路由表实现  56
    4.4.3 BACnet 网络层协议报文的处理  56-58
  4.5 BACNET 路由器 HTTP 服务  58-59
第5章 BACNET/IPV4-BACNET/IPV6 路由器硬件设计  59-65
  5.1 S3C2440A 处理器与硬件开发板  59-60
    5.1.1 TQ2440 开发板  59-60
    5.1.2 ARM9 系列处理器 S3C2440A  60
  5.2 DM9000 以太网芯片介绍及模块设计  60-62
    5.2.1 DM9000 以太网芯片介绍  60-61
    5.2.2 DM9000 模块接口电路设计  61-62
  5.3 ENC28J60 以太网芯片介绍及模块设计  62-64
    5.3.1 ENC28J60 以太网芯片介绍  62-63
    5.3.2 ENC28J60 模块接口电路设计  63-64
  5.4 路由器的实物图  64-65
第6章 系统测试  65-73
  6.1 BACNET/IPV4 及 BACNET/IPV6 协议栈测试  65-69
    6.1.1 协议栈测试环境及方案  65
    6.1.2 Wireshark 测试工具介绍  65-66
    6.1.3 BACnet/IPv4 协议报文验证  66-67
    6.1.4 BACnet/IPv6 协议报文验证  67-69
  6.2 BACNET/IPV4-BACNET/IPV6 路由器功能测试  69-71
    6.2.1 BACnet 路由器测试环境及方案  69
    6.2.2 路由器的功能性测试  69-70
    6.2.3 路由器的 Http 服务测试  70-71
  6.3 系统组网测试  71-73
第7章 总结与展望  73-75
  7.1 总结  73
  7.2 展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
附录  79

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 机电设备 > 建筑物的电气化、自动化装置
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