【国家标准(GB)】 控制网络LONWORKS技术规范 第3部分：自由拓扑双绞线信道规范

ICS 25. 040
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z 20177.3—2006
控制网络LONWORKS技术规范
第3部分：自由拓扑双绞线信道规范Control network LONwORKS technology specification--Part 3 :Free-topology twisted-pair channel specification2006-05-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
CB/Z 20177.3—2006
1范围
2规范性引用文件：
3术语和缩略语·
4系统规范
4.1线缆
4.2拓扑：
线缆终结·
网段配置，
电源规范·
链路电源
供电要求
无源耦合电路
6“节卢规范
链路电源
6.2带电插拨
6.3与MAC子层的发送器/接收器接口·6.4阻抗
7通信参数
附录A（资料性附录）
环境规范
GB/Z 20177.3—2006
GB/Z20177总标题为控制网络LONWORKS技术规范》，日前包括以下4个部分：第1部分：协议规范：
第2部分：电为线信道规范；
第3部分：自由拓扑双绞线信道规范；一第4部分：基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范。本部分是GB/Z20177《控制网络LONWORKS技术规范》指导性技术文件的第3部分。本部分修改采用ANSI/CEA709.3自由拓扑双绞线信道规范》。本部分与ANSI/CEA709.3的主要差异如下：a）凡是出现ANSI/CEA709的地方都用GB/Z20177代替：b）凡是出现ANS1/CEA709.3的地方都用本部分代替；e）根据GB/T1.1进行缩辑性修改：在原标准第1章和第2章的基础上加以修改，作为引言部分。将原标准的后续章条号做了相应修改。本部分的附录A是资料性附录。
本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第四分技术委员会归口。本部分起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、西南大学、北京交通大学现代通信研究所、北京宽网社区数字化建设有限公司，威世达通信控制技术（北京）有限公司、埃施朗公司。本部分主要起草人：梅格、王春喜王玉敏、杨玉柱、刘枫.孙昕、史学玲、欧阳劲松、刘运基，戴恋、刘永生、李翘宇。
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控制网络LONWORKS技术规范》基于OSI参考模型（GB/T9387.11998），是-个7层模型。GB/Z20177控制网络LONWDRKS技术规范》由四个部分组成。第1部分：协议规范；
一第2部分：电力线信道规范：
一第3部分：自由拓扑双绞线信道规范；第1部分：基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范。第1部分是整个技术规范的核心，后三部分是第1部分的补充。GB/Z20177&控制网络LONWORKS技术规范》四个部分的关系见图1。本部分是GB/Z20177的第3部分：是控制网络中的自由拓扑双绞线信道规范。LONWORKS双绞线信支持自由拓扑连线，可以适合总线、星型，环型，或这些拓扑的任意组合。网络信道长度和所连节点的数日可以通过本部分的物理层中继器或GB/Z20177兼容路由器进行展。网络通信速率为78.125khit/s，节点可以使用本地供电或链路供电。通过使用一个可选的链路电源为网络上的节点提供直流供电，本部分白出拓扑信道在一个网段中支持多达128个节点。链路供电节点从网络上取电，供电和传送数据由同样的两根导线提供。本地供电节点从一个本地电源上取电。数据通过极性不敏感的差分曼彻斯特编码进行传送。第6、7层
第4层
第3层
第2层
第1层
装示层，应用是
GB/Z 20177. 1
会话层
传输层
认证服务器
事务控制子层
网络层
魅路总
MAC子房
物理层
控制网络
LONWORKS
技术规范
第1部分：
协设规范
GE/2Z20177.2控制网络EONWORKS技术规柜第2部分：电力费信道规范
GEIZ 20T7, 3控制网势 LONWORKS技术规范3部资：自讲拍扑双较缓疾道规疤图1
GB/2.20177四个部分的关系
CO/Z20177.4
控制网络
LONWORKS
技术规范
第4部分，
基于阴过技
术在IP道
上传擀控制
网络协议的规范
１范围
控制网络LONWORKS技术规范
第3部分：自由拓扑双绞线信道规范GB/Z20177.3—2006
GB/Z20177的本部分规定了自由拓扑双绞线信道规范。这种类型的信道支持在多个节点间的78.125 kbit/s的通信速率,其中每个节点由·-个收发器、一个协议处理器，一个应用处理器、一个电源改应用电路构成。
本部分规定了物理层(OSI的第一层），包括与媒体访问控制(MAC)层的接口，以及与媒体的接口。出其他层控制的对物理层操作的参数也在此作详细说明。本部分适用于自动化控制系统及产品的设计、制造，架贼、安装和维护等。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/220177的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用丁本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是香可使用这些文件的最新版本：凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/T 9387.1—1998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：基本模型(idt ISO/[EC7498-1:1994)
电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验（idt[EC61000-4-1:1995）GB/T17626.21998
GB/T 17626.3--1998电磁兼容试验和测技术射频电磁场辐射抗扰度试验（idt IEC61000-4-3:1995)
GB/T17626.4—1998电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（id1.[EC)61000-4-4;1995)
GB/T17626.5—1999
IEC 61000-4-5: 1995)
电磁兼容验和测卧技术浪涌（冲击）抗扰度试验（idlGB/T503112000建筑及建筑群综合布线系统工设计规范GB/Z20177.1—2006控制网络LONWORKS技术规范第1部分：协议规范GB/Z20177.2—2006控制网络LONWORKS技术规范第2部分：电力线信道规范
GB/Z20177.4—2006控制网络LONWORKS技术规范第4部分：基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范
IEC11801:2000信息技术用户综合布线ANSI/T1A/EIA568-A：1995商业楼宇电信线缆标准3术语和缩略语
GB/Z20177.1,GB/Z20177.2和GB/Z20177.4确定的术语和缩略语适用于本部分。4系统规范
本章规定了所使用的线缆的类型、总线拓扑或自由拓扑结构所使用的终端器、链路供电及本地供电模式下最大的节点数目和通信距离，以及可以从链路供电线路中引出的最大稳态电源。1
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4.1线缆
线缆应该遵循ANSIEIA/TIA568A五类线要求，使用24AWG非屏蔽双绞线。对于完整的规范，参照ANSI/TIA/EIA-568-A：1995商业楼宇电信线缆标准。4.2拓扑
4.2.1自由或总线拓扑
网络可以使用单端终结的自由拓扑或双端终结的总线拓扑。4.2.2中继器
两个网段可以通过一个信道物理层中继器进行连接。在一个网络中的任何两个节点间不能使用多丁。个的物理层中继器。物理层中继不应该用于互相连接构成一个环路。每个物理层中继器的端口应孩满足在 6.2,6.3. 2和 6.4 中所描述的规范。通过中继器的延时不能超过36 μsa
4.3线缆丝结
4.3.1自由拓扑网段
自由拓扑网段使用单端终端器。如果该网段是本地供电，应该使用如图 2的阻穿网络，R,一52.3(1+1%）M.1/8W。终端器可以暨于该网段的任何位置。如果该网段使用链路供电，终端器将由链路电源提供，见图6。链路电源和终器可以置于网段的任何位。4. 3.2总线拓扑网段
总线拓扑网段应该使用两个终端器，位于总线的两端。如果该网般是本地供电，疫该使用图2所示的阻容网络，R，=105(1一1%）n，1/8W，在总线的每端各~个。如果该网段是链路电源供电，链路电源应提供一端终结，见图6。另，个继器是一个阻容网络，如图2所示，K，=105（1十1%）n，1/8 w.
100F50V
4.4网段配置
100 μF,≥50V
图 2 终端器
一个木部分信道可以支持128个链路供电节点或64个本地供电节点，其展大比特位差错率为1/100000。如果满足下面的条件（见式（1))，两种类型的节点在同一网段应该都可以被支持：（1×链路供电节点数日）+（2×本地供电节点数日）≤128表1表示对于总线拓扑网段的殿火总线长度。1）
表2列出了节点间的最大距离和自由拓扑网段的网线的轻大长度。节点间的距离以及节点和链路电源的距离不能超过节点间的最大距离。如果存在多个路径，比如一个环型拓扑结构，那么应该计算的是最长的路径。线的最大长度是连接到该网络段的所有线的长度。表1总线拓扑距离规范
总线最大长度
分支最大长度
节点同的最大距离
4.5电源规范
表2自由拓扑距离规范
线的最大总长度
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一个网段上所有节点所提取的稳态功率不超过36.5W。对于每个分支，每个节点的距离乘以每个节点的功耗的总和不应超过一个常数，见式2)：Pi×di+Pz xa +Ps Xd, +$CXa
式中：
一个常数，取决于线型，考虑到制造中的公差和其变化因素（线的温度除外），C-1.9x10 w-m;
P一一节点功率,也就是节点“\从网络中提取的最大稳态功率,单位为瓦特(W);d;一一节点距离，也就是从链路电源开始到节点的距离，单位为米(m);-1/(1-i-0. 003 93×(t - 25℃)),t为线的平均温度。5链路电源
链路电源供电的节点从网络上取电。传递数据的两根导线同时提供电源。5.1电源
链路电源由一个无源耦合器与一个具有特殊属性的供电电源组合而成。为了实现正常的系统操作，对手该电源有一是的要求，包括它的启动行为，容许真接短接它的输出端，和输出电压调节。下面给出合器的电路图。耦合/供电电源组合的框图如图3所示。任何与图6中的供电需求及耦合方式不同的电源设计都是允诈的，只要该链路电源设计在电气上是等效的。电源
输入一
图3链路电源
帮合器
电压入+
电压入一
网络+
在链路电源满负荷运行的条件下,链路电源的差分直流输出电压应该是 41. 0 V~42. 4 V。在正常(非故障)条件下，链路电源应该将输山电压“中心\作为大地，分别在\网络”端和\网络一\端产生十21 V和一21 V输出。在将输出端持续直接短接后，链路电源应该可以恢复，并且适当地重新启动网络。
如果耦合器没有通过电源接地，需要接人一个参考地的接线端。5.2供电要求
供电要求兜图4和图5。www.bzxz.net
如果没有指明其他要求，表3中的电源供电规范对下而条件的所有组合都应该可以满足：连接了特殊指定的帮合电路：
线输人电压超出了按规范规定的满量程；网络输出负载=0A(d.c.)~1.5A(d.c.)。3
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辅入线电压和指示器
輪出电压
输出电压校雅响应
输出婆考
输出纹波电压
（差分）
炎峰噪声
（差分）
输出共筷噪声
连续輪出电流能力
输出启动同隔行为
短路轮出保护
允许单点故障
表3供电要求
·在\A\端测t（见图3）
在*B\端测址(塞见图 3)
·在“”端测
·负载以50%步幅更改
，在“端
·不详接揭合龟路
·“猫排
·在“B\端测
·50 MHz带宽
·在\B\端对大地泌过
在\\端测
，以输出知路或过流故状态启动饮复
在“”端测非
在征何时间同期内输出龄持续
任何单个组件出烯(断路或短接)在“B\端址
应用环境所需的线电压，输人电源能要指示灯,[.EI)或其他等效指示器
直流42.4V最大
直流42.08V最小
输出电压必须在步辅更改的1 ms内恢复到圾终值的1路范围内
「对大堆浮动
考图？
400 mV培-烯镇最大
100 mV峰-年值最大
0~直流 1. 或减
参考图5
按照“出底动间行为”热随，出错后必筑恢复“电压入+”
F电压人 --\42. 4 V
:\电压人+\到地142.4
电沃入-\到地|≤42.4V
不允许的纹波综级
免许的蚊波等级
纹波频率 / Hz
图 4 供电电源输出纹波电压的要求10
自动时间/ms
手允许的
充许的
图5供电启动间隔行为
平均电范片A
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注1：启动时间定义为供电电源以给定的平均输出电流将网络电压从0V充电到直流42所用的时间，注2：平均电流是供电电阅在将网络从0V充电到直流42V时可用的平均输出电统：一且输出电压达到42V输出电疏境小要达到 1. 5 A。
5.3无源耦合电路
可以采用图6所示的电路，或者任何具有相同性能的其他电路。表4列出图6中所对应的元器件单。
PRPOPLOD11
124002(4x)
电压人
电入·
124148
IN41484
1N4002[4-)
注，自由拓扑时，S1闭合。
总线拓扑时，81打开，
图6耦合器电路图
闻络+
本IN5401
本R4o
网路一
接竭子
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节点规范
链路电源
C1.C2.C5.C6
表 4辑合电路元器件清单
铝电解电容47μF.±20%.63V
陶瓷电容 0.1μF.100 V.Z5U绝缘或更好二极管1N5401.3A.100 V
二极管，1N4148或等效元件
D4, 105. 136, 07, D8. D9, D10, D11D12
二极管,1N4002.1 A.100 V
绿色LED
电感+3. 0 mH.铁氧体磁芯.1. 5 A,RIC≤0. 36 n接线端子.双端，所接受导线尺寸为（0,5mm~2.a5mm）10.0km.±1%.1/4w
54. 9 n,±1%.1/4 w
110 n.±1%.1/4 w
3.9 kn.±5%.1 w
开关,单刀单掷并关或等效
链路单元负载(LPU1)定义为从网络中提取285 mW的电能。一个节点可能消耗多个链路单元负载。一个网络上最多允许128个链路单元负载。链路电源供电节点应该符合表5的要求。表5链路电源要求
每个链路单元负较的最大充电行储盘网络上电后在网络电压大于 26 V之后-应用链路电源的节点电源供电的最小延时
节点正常工作时网络的直流电压使节点应用电源关闭的阀值电压(低于该电压时节点应用电溉关闭)6.2带电插拨
把一个节点接人一个供电的网络中，该节点应保持不会产生硬件故障并可成功启动。6.3与MAC子层的发送器/接收器接口单位
物理层按照 GB/2 20177. 1 的 6. 3,6. 4 和 6. 5 所定义的服务接口与 MAC 子层接口交互。图 7 表示物理层协议数据单元(PPDU)，1
Bitsyne
ByteSync
前最码
AltPath
Delte_Bl.
第2岸部
物理层协议数据单元
6.3.1树格式
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与图7所示的物理层协议数据单元的格式相：致，发送器将按照图8在该媒体中生成一个比特流。“T\是位周期，等于1/（比特率)。数据
I+,++,1,i,+,+.+\+。1。
Bin yae
黄置码
Data+16bitCRC
图8持合本部分的发送翼的顿楷式3
Liune-Code Beta1 Beta 2
Vialarore
发送器应该使用差分曼彻斯特编码来对数据和时钟信息编码。这种模式是为了间步接收时钟，在每个位周期的开始提供了-个跃迁（被称为时钟跃迁)。0/1数据是由在时钟获迁中间是否出现第二次跃迁（被称为数据跃迁)来指明的。时钟跃迁在每个位调期的开始发生。因此，数据包的最后一个有效的位设有一个下降时钟沿。因而，在传输开始时极性是任意的。发送器在数据包的开始会发出一个前置码，以允许其他节点同步它们的接收器时钟。前置码出下面的部分构成：位同步字段和字节同步字段。位同步字段是一系列的差分受御斯特编码“1”。节同步字段是一个单比特位差分曼彻斯特编码“(*,用于标志前置码的结策利由数据链路层/媒体访问了层提交到物理层的LPDU/MPDU的首学节的开始。发送器以强制违反差分曼御斯特行编码的方法终结数据包，即.它将保持数据输出足够长的时间内不跃迁，使得接收器识别出元效的位码。对于接收器而言，这表示数据包的结束。准确地说，在数据包传翰结束时，在最后一个时钟跃延之后，发送波形至少要保持3个持位周期内没有跃迁（最后·个数据联迁除外）。
数据包之间的空闲周期包括Heta1和Beta 2时间片。对于Beta1和Bel.a2的定义，见GB/Z201771。MAC子层产尘这些周期的定时。对于信道的定时值在第7章中进行了规定。6.3.2发送波形
前留码、数据和时钟的差分蔓彻斯特缩码应与图 9和图10 的波形相-→致。发送器最大振幅(U,）在进人直接连接到收发器輪出端的52.3处，在任何制造产生的变化和任何运行条件下，应该在0.425V~0.900V之间，
从最后个时钟嵌迁并始·经过一个8比特位的时间后，保持在传输网络上的净电乐不会大于在峰值情况下传送半个比特位时间的任一假性脉冲所产生的电压。从发送器输人启动发送到网络开始传输，延时不应超过1.125比特位时间。120%
GU % -
一贤一
- 60% -
8.89.610.411.212.012.8
时间/ μ
图9理想的发送波形-零比特位
GB/Z 20177.3-2006
—100%
时间2
图10理想的发送波形-1比特位
10.411.212.012.8
直接接人收发器输出端的52.3的整端器的电压频谱，在任何制造产生的变化和任何运行条件下，应满足图11中最严格的要求。用干评估电压频谱的随机比特位模式应由CRC多项式X\+X'+x+x1+1产生，其中f=78.125kH2
-15 dB
-15 dB
频率到达峰值时最大电压频谱
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