BACnet

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과거 건물 자동화 시스템은 제조업체 고유의 비공개 통신 방식을 적용함으로써 해당 업체에서만 유지 보수가 가능하고, 통합 제어 환경을 구축하기가 어려웠다. 또한 냉난방기기 등의 주변기기를 제조하는 업체에서 제품 개발에 어려움을 겪는 경우가 빈번하였다. 그리하여 용이한 유지 보수 및, 설치 업체에 대한 종속 회피 등을 위해 표준화된 통신 방식의 필요성이 대두되어 왔다.

이러한 문제점을 해결하고, 빌딩 자동화 시스템을 사용자 중심의 기술로 발전시키기 위해서 1980년대 중반부터 빌딩 자동화 네트워크 통신프로토콜의 표준 제정에 대한 필요성이 제기되었으며, 1990년대 중반 ASHRAE(미국냉동공조학회)에 의해 BACnet 표준 프로토콜이 개발되었고, 2001년 ISO(International Standard Organization)는 빌딩 자동화 및 제어용 통신망 프로토콜로서 BACnet(Building Automation and Control network)을 채택하였다. 이보다 앞서 1999년에 이미 국내 KS 표준으로도 제정되었다. BACnet은 다양한 통신매체를 수용하기 위하여 데이터링크 계층 프로토콜로서 Ethernet, ARCnet, PTP, MS/TP, LonTalk, BACnet/IP 등 다양한 선택사항을 채택함으로써 네트워크의 확장성 및 유연성을 보장하고 있다.

BACnet 적용의 초창기에는 주로 관리 통신망 레벨에서 도입이 이루어 졌으며 하부 제어 통신망은 자사 고유 시스템을 채택하는 방식으로 주로 Workstaton 과 게이트웨이 개발에 편중되었지만 2000년대 초, 중반 이후부터 전문 기업 및 대형 기업을 중심으로 모든 네트워크에 BACnet을 채택하는 Native BACnet 시스템이 확산되고 있다.

BACnet은 건물 자동화 및 제어 네트워킹 프로토콜로서, 건물 제어 시스템을 위한 하나의 표준 제공을 위하여 만들어졌으며, 이러한 표준화 노력의 궁극적인 목적은 '상호운용성'에 있다. 상호운용성은 이종의 제어 시스템 장치들이 공통된 목적을 위하여 서로 연관 있는 정보의 디지털 교환을 통해 함께 작동되도록 하는 것을 의미한다.

상호운용성을 확보하기 위하여 BACnet 표준에서는 '적합성 등급' 과 '기능 그룹'을 정의하고 있으며 아래의 분야로 나누어진다.

BACnet 기능그룹 정의데이터공유Data Sharing: DS
경보 및 이벤트 관리Alarm and Event: AE
스케줄링Scheduling: SCHED
경향감시Trending: T
장치 및 통신망 관리Device Management: DM, 
Network Management: NM
적합성 등급을 위한 BACnet Device ProfileB-OWSBACnet 운영자 워크스테이션
B-BCBACnet 건물 제어기
B-AACBACnet 고기능 제어기
B-ASCBACnet 어플리케이션 전용 제어기
B-SABACnet 스마트 엑추에이터
B-SSBACnet 스마트 센서
B-GWBACnet 게이트웨이
B-OthBACnet 기타기기(라우터 등)
시스템 상호운용성을 보장하기 위하여 제품 공급자는 반드시 시스템의 모든 기기에 대하여 지정된 포맷의 PICS(Protocol Implementation Conformance Statement)를 제출하여야 한다. PICS에는 최소한 아래 항목에 준하는 BACnet 기능을 기술하여야 한다.
  • BACnet 표준응용서비스 목록 - 장치가 지원하는 Profile과 BACnet 표준 서비스 목록을 기술하여야 한다.
  • 지원되는 표준 객체 유형 - 장치가 지원하는 표준객체(Standard Object) 유형 목록을 기술하여야 한다. 또한 이 표에는 객체가 동적으로 생성 가능한지, 동적으로 삭제 가능한지, 선택적으로 지원되는 속성인지, 쓰기 가능한 속성인지를 함께 표시하여야 한다.
  • 선택 가능한 데이터링크 계층(하부 네트워크) 종류 - 장치가 지원하는 하부 네트워크의 종류(예 : Ethernet, MS/TP 등)를 기술하여야 한다.
  • 특수기능 - 장치가 특정기능을 수행하기 위해 BACnet 프로토콜을 벗어나는 예외기능을 기술하여야 한다.
  • 제한된 속성 범위 목록 - Object Name 및 설명과 같은 다양한 텍스트 속성에 대한 장치에서 허용된 문자의 수를 지시하여야 한다.
  • 이외에도 시스템 시공 시에 공급자는 시스템에 적용되는 구체적인 포인트 목록을 제공하여야 하며, 포인트 목록에는 아래 항목이 포함되어야 한다.

  • Proposed I/O Names - 시스템의 포인트들을 명확히 지칭하기 위하여 입출력 포인트의 이름 지정 방식이 규정되어야 한다.
  • BACnet 객체 설명-객체 설명에는 각 입출력 포인트에 대한 객체 ID 및 장치 ID를 포함하며 복수 공급자에 의한 시스템인 경우, 이러한 ID들의 중복이 없도록 특별한 주의가 요구된다. 또한 BACnet 표준에 따르지 않는 객체 및 속성은 그들의 구조 및 데이터 유형을 포함하여 기록되어야 한다.
BACnet은 개방형 통신망의 표준 규격으로서 누구나가 규격을 기반으로 하여 BACnet 기능이 탑재된 빌딩자동화 장비를 제조할 수 있다. 이러한 경우에 가장 중요시 고려하여야 할 사항은 서로 다른 업체에서 개발된 장비들간에 호환성 또는 상호 동작성을 어떻게 보장하느냐 하는 것이다. BACnet 장비를 제조하는 업체들로 구성된 협의회인 BMA에서는 이를 해결하기 위하여 BACnet Testing Laboratories(BTL)을 설립하였다. BTL의 주요 활동 목표는 (i) 빌딩자동화 장비의 BACnet 프로토콜 호환성 테스트를 수행하고, (ii) 호환성 테스트를 통과한 BACnet 제품의 리스트를 관리하며, (iii) BACnet 구현에 대한 guideline을 제시하는 것이다.

BACnet은 어느 시설의 특정한 필요를 최적의 비용 대비 성능으로 만족시킬 수 있도록 다양한 형태의 LAN 기술을 조합할 수 있는 유연성을 제공한다. 이러한 복수의 LAN 기술을 사용할 수 있다는 점은 기존 시스템의 구성요소들과의 하위 연동을 유지하면서 동시에 미래의 새로운 통신망 기술도 수용할 수 있게 한다.

BACnet LAN의 종류에는 Ethernet, ARCnet, LonTalk, MS/TP, PTP 가 있으며 1999년에 부속 표준으로 BACnet/IP가 추가되었다. 현재의 출시되는 신규시스템들은 저가의 MS/TP와 인터넷을 수용할 수 있는 BACnet/IP를 혼합하여 시스템을 구성하는 것이 대부분을 차지한다

마스터-슬레이브/토큰-패싱 프로토콜(MS/TP)은 저가의 건물 제어기의 요구조건을 만족시키기 위하여 ASHRAE에 의하여 만들어졌으며 BACnet에서만 사용된다. MS/TP 프로토콜은 EIA-485 신호 방식을 이용하여 구현되었다. MS/TP는 마스터-슬레이브 방식, 모든 노드가 동등한 토큰-패싱 방식 또는 이 두 가지가 조합된 방식으로 사용될 수 있다. 실질적인 문제에 있어서 전송 속도가 76 kbps로 제한되어 있다. 이론적으로는 고속이 가능하지만 신뢰성 있는 동작을 위하여 전용 칩을 필요로 한다. 고속을 위해서는 추가적인 복잡성과 비용의 상승 때문에 LonTalk 또는 ARCNET이 보다 현명한 선택이다.

MS/TP는 BACnet에 있어서 가장 저렴한 LAN 옵션이다. 이는 타이밍이나 송수신기 인터페이스를 위한 별도의 하드웨어 없이 표준 단일 마이크로프로세서로 구현될 수 있도록 설계되었다. 아래 표 는MS/TP의 주요 특징을 보여준다.

MS/TP 장점MS/TP 단점
- ANSI 표준
- 낮은 비용
- 단일 칩 마이크로프로세서에 구현 가능
- 정형화된 반응 특성
- 특별한 개발 도구 불필요
- 단일 전송매체
- 제한된 속도(9.6∼76 kbps)
MS/TP MAC 주소 할당방법

BACnet 시스템의 모든 장치들은 MAC(Media Access Control) 주소를 가져야 한다. 각각의 장치를 명확하게 구분하여 메시지를 배달하기 위하여 통신망 번호와 함께 MAC 주소를 결합하여 사용한다. Ethernet 통신망에서는 통신 칩이 제조될 때 고유한 MAC 주소가 되므로 추가적인 주소 설정이 필요하지 않다. 다른 BACnet LAN의 경우, MAC 주소가 각각의 설치에 대하여 고유하게 설정되어야 한다.

MS/TP를 사용하는 BACnet 기기의 유효한 MAC 주소는 0∼254(255는 주소의 브로드캐스트를 위해 예약되어 있다.)의 범위에 있어야 한다. 즉, 최대 255개의 MS/TP 장치가 동일한 통신망에서 사용될 수 있다. 여기에서 부가적인 제한이 있는데, 이는 주소 공간이 마스터 장치와 슬레이브 장치로 분할되어 있기 때문이다. 주소 128∼254는 슬레이브 장치를 위해 예약되어 있다. 그리고 주소 0∼127은 마스터와 슬레이브 모두에게 부여될 수 있는 유효한 주소이다. 특정한 건물에서 마스터에 실질적으로 할당되는 주소 범위는 장치 객체의 Max_Master 속성값에 의해서 결정된다.

MS/TP LAN은 단순 기능 제어기 또는 애플리케이션 전용 제어기에 사용되는 저가의 제어기를 연결하기 위하여 만들어졌다. 따라서 시스템의 다른 LAN과 연결되는 라우터가 한 개 이하가 되도록 백본LAN으로 사용되어서는 안 된다. 또한 라우터는 마스터이어야 하며 MS/TP 라우터의 주소를 0으로 지정하는 것을 권장한다.

주소 0∼127의 범위는 시스템의 필요에 따라 마스터와 슬레이브의 주소로 배분되어야 한다. 만일, Max_Master가 BACnet 서비스를 사용하여 기록 가능하다면 가장 작은 번지를 첫 번째로 지정하고Max_Master를 디폴트인 127로 설정하는 대신 실제로 사용된 가장 높은 주소로 지정하는 것이 편리하다. 이러한 설정은 통신망에 추가된 새로운 스테이션을 검색하는 데 있어서 시간을 줄일 수 있으며 통상적인 통신을 위한 대역폭 증가에 도움이 된다. 만일, 마스터 장치들이 추가로 통신망에 설치되면 각각의 마스터 장치에의 Max_Master값을 갱신할 필요가 있다.

BACnet은 인터넷 프로토콜(IP)을 사용하는 상호접속 통신망을 통해 메시지를 전달할 수 있는 방법을 제공한다. 이러한 기술을 사용하여 국가나 전세계를 포함하는 광역 BACnet 광역통신망을 구축할 수 있다.

BACnet의 추가표준으로 1999년 1월에 채택된 BACnet/IP의 경우, 개별적인 BACnet 기기 자체도 IP기능을 내장하게 되었다. 이로 인하여, 장치 사이의 직접적인 통신이 가능하게 되었다. 그러나 하나의 IP 서브넷에서 다른 서브넷으로 메시지를 브로드캐스트하는 경우에 문제가 발생하는데, 대부분의 IP 라우터가 이러한 메시지를 통과시키지 않기 때문이다. 이를 해결하기 위한 방법으로 BACnet/IP는 "BACnet Broadcast Management Device (BBMD)"라 불리는 장치의 사용을 규정하고 있다. BBMD는 IP망에서 메시지의 브로드캐스트 기능을 수행한다. 또한 BACnet/IP는 IP 라우터가 복수전송을 지원하는 경우, 브로드캐스트 메시지를 전파하기 위하여 IP 복수 전송이 어떻게 이용될 수 있는지를 규정하고 있다. 복수 전송이 지원된다면 BBMD가 필요 없게 된다.

BACnet/IP가 추가 제정되면서 BACnet의 Backbone 시스템은 대부분 BACnet/IP를 채택하고 있으며 일부 제어 네트워크에도 적용되고 있다.

2000년대 중반부터 지속적으로 빌딩제어용 통신망에 무선 네트워크에 대한 요구가 있어왔으며 현재 ZigBee 및 기타 무선네트워크를 BACnet 하부 LAN으로 사용하기 위해 표준을 개발 중이다. 이 중에 BACnet/ZigBee는 addendum 135q-2008로 제안되어 표준으로 채택되었다.

[자료출처 및 참고 사이트 ] http://www.bacnet.org/ , http://www.ashrae.org/

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