UNIDADE 3.1 LONWORKS

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Redes de DISPOSITIVOS
LONWORKS
Prof. Ralf Moura, MSc
PMP, PRINCE2, COBIT, CTAL-TM, IS20F, ISFS, ITIL, MOF, CTFL, CPRE-FL, CCF, CI-SCS, MCP
• A LonWorks (Local Operating Network) foi criado pela Echelon
Corporation na década de 1990;
• A LonWorks fornece uma plataforma para comunicação entre 
dispositivos industriais. Porém é também aplicada a automação predial;
• O LonWorks implementa uma rede de dispositivos com a capacidade de 
comunicação entre eles, não necessitando de um dispositivo mestre para 
efetuar a comunicação.
• Cada dispositivo tem a capacidade de tomar decisões e se deve ou não enviar 
informação para a rede. (Acesso ao meio descentralizado)
• O LonWorks elegeu como o seu protocolo o LonTalk. 
• Este protocolo usa pacotes e suporta ligações ponto a ponto;
• O LonTalk é um protocolo publicado como norma EIA e segue o modelo OSI. 
Introdução
• A Echelon Corporation, baseada em Palo Alto, Califórnia foi fundada em 1988 pela 
Apple Computer e ROLM Corporation (A.C. Markkula and M.Kenneth Oshman, 
respectivamente).
Echelon Corporation
Redes LONWORKS trabalha com 
vários tipos de dispositivos
Dispositivos
• Em 1999 o protocolo de comunicações (conhecido então como LonTalk) foi 
submetido ao ANSI e este aceitou-o como um padrão para redes de controle 
(ANSI/CEA-709.1-B). 
• A comunicação sobre rede elétrica da empresa Echelon e sobre o par trançado 
que sinalizam a tecnologia também foram submetidos ao ANSI para a 
homologação e foram aceitos. 
• Desde então, ANSI/CEA-709.1 foi aceito como a base para sistemas de freios 
Eletropneumáticos para trens sob o numero de IEEE 1473-L , IFSF (controle 
europeu da estação de petróleo) e em 2005 como EN 14908 (padrão europeu 
da automatização de edifícios). 
• O protocolo é também uma derivação do padrão de BACnet ASHRAE/ANSI para 
a automatização de edifícios.
Introdução
• De acordo com estatísticas da Echelon Corporation, já existem 
aproximadamente 60 milhões de dispositivos instalados com a 
tecnologia Lonworks (não oficial). 
• Os fabricantes de uma variedade de áreas incluindo construção 
civil, transportes, utilidades, automação industrial, adotaram o 
LonWorks como padrão.
Introdução
• A tecnologia LonWorks possui um protocolo chamado LonTalk que 
implementa as sete camadas do modelo OSI - Modelo de Referência 
para Interconexão de Sistemas abertos e possui mecanismos que 
impedem a modificação acidental ou intencional de dados. 
• Inclui ainda, outras características tais como: funções de 
reconhecimento, comunicação, prioridade na transmissão, detecção 
de mensagens duplicadas, evitam colisões, retransmissão automática, 
detecção e correção de erros, padronização e identificação do tipo de 
dados.
• O protocolo prevê vários tipos de camadas físicas, por exemplo, as 
redes dedicadas por par trançado, fibra ótica e comunicação por linha 
de energia.
Visão Geral
• A plataforma de Lonworks usa um padrão de tunelamento de IP—
ANSI/CEA-852—para interligar dispositivos Lonworks a redes TCP/IP 
existentes e permitir a integração do Lonworks a rede TCP/IP e a internet.
• É um protocolo aberto que permite a qualquer companhia colocá-lo no 
processador que deseja. 
Visão Geral
• O protocolo Lontalk®, a base da comunicação em rede da 
tecnologia Lonworks, implementado sobre o modelo de 
referência OSI, trabalha com variáveis de rede endereçáveis, 
chamadas SNVT’s (Standard Network Variable Types) que são 
padronizadas por uma organização de nome LonMark, 
encarregada de fazer a auditoria dos produtos dos fabricantes 
de dispositivos que incluem a tecnologia embutida e querem ter 
esses produtos credenciados como interoperáveis.
Visão Geral
• Os principais elementos do LONWORKS são:
• Protocolo LONTalk (Implementado em um processador dedicado 
chamado NeuronChip);
• Utilização de transceptores;
• Administração e Software de aplicações.
Arquitetura
• Foi projetado para aplicações que envolvem sensoriamento, 
monitoração, controle e funções de identificação.
• É baseado no modelo de referência OSI e implementa todas 
as 7 camadas previstas pela ISO.
Protocolo LonTalk
• A maioria dos nós LON instalados estão em aplicações de automação predial e residencial.
• Existem estações baseadas no NeuronChip para:
• controle de lâmpadas e eletrodomésticos;
• termostatos e sistemas HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, ou calefação,
ventilação e ar condicionado);
• sensores de presença e segurança em geral;
• sensores de luminosidade ambiente;
• equipamentos de áudio e vídeo (por exemplo, Home Theaters);
• gerenciamento de energia;
• controle otimizado de elevadores;
• subsistemas de água e gás (válvulas, sensores de nível e outros componentes), etc.
Características gerais
Topologias
T T
T
T
T
T
T
T
Arquitetura
Conexão física
Acesso ao meio
Endereçamento e
Roteamento
Serviço de mensagem
Gerenciamento
de Rede
Variáveis de Rede
Programa Neuron C
Meio Físico
7 Aplicação
6 Apresentação
5 Sessão
4 Transporte
3 Rede
2 Enlace de Dados
1 Física
Funcionamento
Os circuitos comunicam entre si enviando telegramas que contêm a direção do 
destinatário, informação para o routing, dados de controle assim como os dados 
da aplicação do utilizador e um checklist como código detector de erros. Todas as 
comunicações de dados são iniciadas num Neuron Chip.
Neuron Chip
• O Neuron Chip é um circuito integrado VLSI que 
possui:
• três processadores de 8 bits - dois deles especialmente 
criados para a execução do protocolo LonTalk, cabendo 
ao terceiro as aplicações do nó;
• memórias EEPROM, RAM e ROM;
• um transdutor para ligação ao meio físico de 
comunicação;
• hardware e software para construir dispositivos de 
controlo;
• 11 pinos de I/O;
• firmware LonWorks, incluindo o protocolo LonTalk e um 
sistema operacional de tempo real. 
Neuron Chip
• Tem um identificador único, o Neuron ID, que permite direccionar 
qualquer nodo de forma unívoca dentro de uma rede de controlo 
LonWorks. Este identificador, com 48 bits, é gravado na memória 
EEPROM durante o fabrico do circuito.
• Tem um modelo de comunicação que é independente do meio físico 
sobre o qual funciona, isto é, os dados podem transmitir-se sobre 
cabos de pares do tipo telefonico, correntes portadoras, fibra 
óptica, radiofrequência, infravermelhos e cabo coaxial, entre outros.
• O firmware que implementa o protocolo LonTalk, proporciona 
serviços de transporte e routing extremo a extremo. Está incluído 
um sistema operacional que executa e planifica a aplicação 
distribuída e que maneja as estruturas de dados que são 
comunicadas pelos nodos. 
• Quando baseada em rede dedicada, opera 
em 78kbit/s usando Manchester diferencial
• Existem transceivers para vários meios de 
comunicação e diferentes topologias de rede:
• FTT-10: meio tipo par trançado, taxa de transmissão de 
78Kbps, suporta 127 nós em um barramento de até 
2700m ou segmentos de até 500m com topologia estrela 
ou anel;
Camada Física
• LPT-10: meio tipo par trançado, taxa de transmissão de 78kbps, 
suporta opcionalmente 32 nós com consumo de 100mA ou 64 
nós com consumo de até 50mA, ou 128 nós com consumo de 
25mA cada. Barramento de 2200m ou segmentos de até 500m 
em estrla ou anel. (Alimentação e dados no mesmo grupo de 
fios).
• TPT/XF-78: par trançado, taxa de 78Kbps, barramento com 
2000m e 64 nós;
• TPT/XF-1250: Semelhante ao anterior, mas com taxa de 
transmissão de 1,25Mbps para distâncias de até 500m.
Camada Física
• PLT-10A: utiliza como meio físico a própria rede elétrica da casa ou 
prédio por meio da tecnologia spread spectrum;
• Spead Spectrum é uma técnica de transmissão de dados utilizadasem 
sistemas com elevados níveis de interferência, operando na faixa de 
freqüência de 100KHz até 450KHz com taxas de transmissão de até 
5,4Kbps.
Camada Física
• PLT-20: Idem ao anterior, porém com frequência de 125KHz a 140KHz com taxa de 
transmissão de 5,4Kbps.
• PLT-30: idem aos anteriores, mas com frequências de 9 a 95KHz e taxa de 2Kbps.
• RF-300: usa sinais de radio frequência de 300MHz e taxa de transmissão de 1200bps 
(redes sem fio);
• RF-450: idem ao anterior com 450MHz e taxa de 4800bps;
• RF-900: idem ao anterior com 900MHz e taxa de 39Kbps;
• IR: usa sinais em infravermelho, com taxa de 78Kbps;
• Fibra ótica: taxa de 1,25Mbps;
• Cabo Coaxial: taxa de 1,25Mbps.
Camada Física
• Na subcamada MAC é utilizado o protocolo 
CSMA preditivo p-persistente com detecção de 
colisão e atribuição de prioridade às 
mensagens;
• Este protocolo é preditivo, ou seja, prevê o 
tráfego de rede;
• Algoritmo de predição de colisão que permite a 
um canal elevar sua capacidade ao máximo;
• A camada LLC suporta somente serviços sem 
conexão e oferece funções de enquadramento 
e checagem com CRC;
Camada de Enlace
• O acesso ao canal implementado por este protocolo é o CSMA p –
persistente preditivo. 
• Como é típico neste tipo de acesso, utilizam-se slots, ou seja, os nós só 
tentam transmitir num determinado slot reduzindo desta forma a 
probabilidade de colisão. 
• Em carga reduzida são utilizados 16 slots, originando atrasos superiores 
no acesso. 
• Quando a carga é elevada utilizam-se 16*n slot s, originando atrasos 
menores no acesso e diminuindo a probabilidade de colisão. 
• O valor de n é permanentemente atualizado, o nó que transmite indica 
quantas respostas ou confirmações espera, assim os nós de recepção 
incrementam n e no fim de cada ciclo decrementam n.
Camada de Enlace
• O protocolo permite estabelecer prioridades ao 
nível do nó, ou seja, todas as mensagens que saem desse nó 
tem a mesma prioridade. 
• Podem existir casos de exceção em que as mensagens têm 
outra prioridade. 
• A prioridade varia entre 0 e 127, cada uma destas só pode ser 
atribuída a um nó por canal. 
• Normalmente reserva-se a prioridade 1 para o nó de gestão 
de rede. 
Camada de Enlace
• LonWorks oferece uma série de elementos de 
interconexão de sub-redes LON, incluindo roteadores 
(Por exemplo; RTR-10) e pontes;
•Uma rede LON pode ser composta por várias sub-
redes com meios físicos diversos com até 32385 nós.
Camada de Rede
Camada de Rede
i.LON 100
i.LON 1000
i.LON 10
• De modo a conseguir uma rápida implantação deste protocolo no 
mercado, a empresa responsável pelo desenvolvimento deste (Echelon) 
concebeu um microprocessador específico designado por Neuron Chip.
• Este microprocessador implementa em "firmware" o protocolo de 
comunicação, o que evita a necessidade de desenvolvimentos ou 
programação nesta área a quem queira desenvolver dispositivos para este 
tipo de redes. 
• O Neuron Chip providencia as seis primeiras camadas do modelo OSI, 
bastando para isso desenvolver a camada de aplicação, o que obriga a uma 
normalização dos dispositivos de diferentes fabricantes e permite um 
desenvolvimento mais fácil e rápido de aplicações. 
Camadas Superiores
• O Neuron Chip é basicamente um sistema num integrado, visto que este é 
constituído por 3 microprocessadores, memória RAM (Random Access 
Memory) e ROM (Read Only Memory), módulo de comunicação e portas de 
entrada e saída. 
• A memória ROM contém um sistema operacional, o protocolo de 
comunicação LonTalk e funções de acesso às portas. 
Camadas Superiores
• Acknowledged (ACKD): define que a mensagem enviada para um nó ou para um grupo de nós irá receber 
obrigatoriamente uma confirmação de cada um dos nós intervenientes.
• Se por alguma razão uma das confirmações não chegar ao nó emissor, este ao fim de um tempo de espera repetirá a 
mensagem. 
• Este procedimento efetua-se um determinado número de vezes. O LonTalk permite que o tempo de espera e o 
número de repetições seja configurado. 
• Request/response (REQUEST): funciona de forma análoga ao anterior exceto que em vez de ficar à espera 
de confirmações fica à espera de respostas dos nós.
• Unacknowledged repeated (UNACK_RPT): é utilizado quando se pretende enviar mensagens para um 
grande grupo de nós. 
• Se esta mensagem obrigasse os nós receptores a enviar uma resposta isso poderia saturar a rede. 
• A mensagem é enviada um número definido de vezes, aumentando assim as probabilidades de todos os nós 
receberem a mensagem; 
• Unacknowledged (UNACK): Envia uma única vez a mensagem e não fica à espera de confirmação nem de 
resposta da parte do receptor. 
Tipos de Mensagens
Tipos de Mensagens
• O protocolo LonTalk providencia um serviço de autenticação de mensagens. 
• Este serviço é útil para prevenir o acesso de nós não autorizados. 
• Este serviço de autenticação é definido por uma chave de 48bits definida nos nós no momento 
da instalação dos mesmos. 
• O serviço processa-se da seguinte forma: 
• o emissor ao enviar uma mensagem autenticada é desafiado pelo receptor a responder a um 
desafio. 
• O emissor processa esse desafio e encaminha-o para o receptor. 
• Por sua vez este processa o desafio feito e compara-o com a resposta do desafio.
• Se a resposta do desafio estiver correta o receptor processa o pedido, caso contrário ignora-o.
Camadas Superiores - Segurança
• É uma parte formal do protocolo LonTalk que permite apoio a serviços de 
administração;
• Define uma forma hierárquica de gerência;
• Os nós respondem a solicitações de dados para gerenciamento;
• ICELAN-G é um exemplo de software de administração de rede gráfico 
para apoiar produtos LONWORKS.
Camadas Superiores - Administração 
de cadeia
• www.lonmark.org
• www.echelon.com
• Redes Industriais Aplicações em Sistemas Digitais de Controle Distibuído. – Pedro Urbano Braga e 
Alburqueque (ISBN: 978-85-99823-11-8)
• Sistemas Distribuídos e Redes de computadores para controle e Automação Industrial – Prof. Dr. Marcelo 
Ricardo Stemmer.
Bibliografia
LONWORKS