Talotekninen tiedonsiirto (LON)
Tuomas Koskenranta 39740N
Sisällysluettelo
BatiBus Ranskalainen kotiautomaatioprotokolla
BitBus Amerikkalainen kotiautomaatioprotokolla
CAB Canadian Automated Building Control
CAN Controller Area Network
CEBus Consumer Electronics Bus
CEN/TC247 Comité Européen de Normalisation/ Technical Comité 247
DEGW ETL Englantilainen konsulttitoimisto
DIN-Messbus Huotoasema-automaatioon Saksassa kehitetty protokolla
EHS European Home System
EIB European Installation Bus
FACN Facilities Automation Communication Network
FIP Factory Instrumentation Protocol
FND Firmenneutrales Datenübertragungsprotocol
HBS Home Bus System
Hermes Ruotsalainen kaukoluku protokolla
I/O Input/Output
IBI OPC Intelligent Building Institute, Open Protocols Council
Interbus-S Saksalainen teollisuusautomaatio protokolla
ISDN Integrated Services Digital Network
ISJ Ilmoituksen siirtojärjestelmä
LAN Local Area Network
LON Local Operating Network
LVIS Lämpö, vesi, ilma, sähkö
P-NET Tanskalainen teollisuusautomaatio protokolla
ProfiBus Process Field Bus
RAKLI Suomen rakennuttaja liitto ry
SaMBA Smart and Modular Building Automation
SP-50 ISA Field Bus Standard (Instrument Society of America)
TRON The Real Time Operating Nucleus
X-10 Amerikkalainen kotiautomaatio protokolla (Smart House)
X.25 Pakettiverkon synkroninen perusliitäntä
Tässä seminaariesitelmässä käydään aluksi läpi nykyaikaisten liikekiinteistöjen sisältämiä teknisiä järjestelmiä ja niiden toteutusta sekä arvioidaan järjestelmien erilaisia integrointitapoja. Sen jälkeen tutustutaan RAKLI:n talotekniseen tiedonsiirtoon soveltuvista protokollista tekemän selvityksen tuloksiin ja perehdytään tarkemmin RAKLI:n suosittelemaan LonWorks-teknologiaan. Lopuksi tutkitaan erilaisia käytännön soveltamismahdollisuuksia toimistorakennuksissa.
Rakennusautomaatio määritellään erilaisiksi automaattisiksi säätö-, valvonta-, ohjaus- ja hälytystoiminnoiksi, joiden avulla hallitaan kiinteistöjen LVIS-prosesseja. Tällä hetkellä eri valmistajilta hankittavat järjestelmät käyttävät omia tiedonsiirtoprotokolliaan, jotka ovat usein epästandardeja. Järjestelmien integrointi on näin ollen vaivalloista ja kallista puuhaa, eikä sitä ole juurikaan tehty.
Nykyisin käytettävät rakennusautomaatiojärjestelmät rakentuvat yleensä 3-4 hierarkisesta tasosta: hallintojärjestelmä-, valvomo-, alakeskus- ja kenttälaitetaso. Kahta eri tasoa yhdistää aina jokin tiedonsiirtoratkaisu. Hallintojärjestelmä toimii linkkinä kiinteistön muihin tietojärjestelmiin. Nykyisissä ratkaisuissa tämä linkki on usein toteutettu vielä manuaalisesti. Tässä verkossa siirretään raporttitietoja ja laskelmissa hyväksikäytettävää tietoa, jota on kerätty eri kiinteistöistä. Valvomotasolla järjestelmää ohjataan ja valvotaan yleensä PC-laitteiston avulla, johon on liitetty kirjoitin hälytystietojen tulostusta varten. Käyttöliittymät toteutetaan nykyään useimmiten Windows-pohjaisina graafisina liittyminä. Kullakin järjestelmällä on yleensä oma valvomolaitteistonsa. Alakeskuksien avulla hoidetaan säätö-, ohjaus- ja valvontaoperaatioita. Tyypilliseen alakeskukseen kuuluu 30-200 I/O-pistettä, joihin kenttälaitteet, kuten anturit, venttiilit ja pumput, liitetään. Seuraava kuva havainnollistaa tyypillisen rakennusautomaatiojärjestelmän hierarkista rakennetta nykyään. (Vehniä, Ari, 1995: 9-10).
Kuva 1. Rakennusautomaatiojärjestelmän verkot ja toiminnalliset tasot
Todellisissa järjestelmissä väylästö on usein toteutettu yhdistämällä eri tasojen toiminnat. Esim. kaukovalvonta ja kiinteistötaso on usein yhdistetty, mikä vaatii kiinteistön ja kaukovalvomon väliseltä siirtoyhteydeltä siirtokapasiteettia ja luotettavuutta.
Kulunvalvontajärjestelmä kuuluu nykyaikaisen toimisto- ja teollisuusrakennuksen perusvarustukseen. Kulunvalvontatekniikka on Suomessa maailman huippuluokkaa. Nykyaikaiset järjestelmät käsittävät seuraavia osajärjestelmiä: kulunvalvonta (ovivalvonta ja lukituksen ohjaus), tunkeutumisilmaisu, työajan- ja vaiheenseuranta, infopalvelu (puhelinvaihteessa), ruokailun seuranta, vieraskirja, kuvarekisteri ja henkilörekisteri. Uusimmista järjestelmistä voidaankin käyttää nimitystä monivalvontajärjestelmät. Nykyaikaiset kulunvalvontajärjestelmät vaativat koko rakennuksen kattavaa tiedonsiirtoverkkoa, jonka tiedonsiirtokapasiteetin täytyy olla kohtuullinen ja johon eri käyttäjillä tulee olla tietyillä käyttöoikeuksilla varustettu käyttäjäliittymä. Käyttäjäliittymät toteutetaan nykyään yleensä lähiverkon kautta.
Palohälytysjärjestelmiä on markkinoilla monen tasoisia, mutta ne vaativat kaikki sisäasiainministeriön pelastusosaston hyväksynnän. Määräykset vaativat järjestelmältä hyväksytyn ilmoituskeskuksen, joka ilmoittaa sen toimintaa vaarantavista vioista, ja kaksi toisistaan riippumatonta virtalähdettä sekä hälyttimet, jotka on pystyttävä havaitsemaan kaikkialla kiinteistössä. Lisäksi järjestelmään kuuluu erityyppisiä ilmaisimia ja paloilmoituspainikkeita, jotka kytketään keskuksen silmukoihin, ja liitäntämahdollisuus aluehälytyskeskukseen. (Vehniä, Ari, 1995: 15-21).
Rikosilmoitusjärjestelmien tehtävänä on todeta henkilöön tai omaisuuteen kohdistuva vaara ja antaa hälytys. Järjestelmissä käytössä olevat valvontatavat voidaan jakaa seuraavasti: kehä-, kuori-, tila-, kohde- ja ryöstövalvonta. Rikosilmoitinjärjestelmä muistuttaa rakenteeltaan palohälytysjärjestelmää, sillä siinäkin ilmaisimet ovat suljetuissa virtapiireissä eli silmukoissa. Silmukassa tapahtuvat muutokset aktivoivat järjestelmän ilmoitinkeskuksen, joka suorittaa paikallishälytyksen ja kaukohälytyksen ilmoituksen siirtojärjestelmän kautta esim. vartiointiliikkeelle.
Videovalvontajärjestelmät ovat yleistyneet viime aikoina, koska videotekniikka on kehittynyt ja hinnat laskeneet huomattavasti. Valvontajärjestelmät jaetaan yleensä alue-, tila- ja prosessivalvontaan. Näiden laitteistojen avulla on mahdollista valvoa tehokkaasti suurempaakin aluetta vähemmällä henkilökunnalla. Lisäksi esimerkiksi sairaaloissa on käytössä erityissovelluksia liittyen leikkaussaliopetukseen ja mikroskopiaan. Videojärjestelmät vaativat nykyisistä järjestelmistä eniten tiedonsiirtokapasiteettia ja niissä käytetäänkin yleensä 75 ohmin koaksiaalikaapelia, vaikka videokuvan siirto onkin mahdollista tavallista puhelinparikaapelia pitkin. Sairaaloissa on videojärjestelmien lisäksi käytössä myös henkilöiden turvajärjestelmiä, joilla potilaat voivat kutsua hoitajaa ja henkilökunta voi ilmoittaa päällekarkauksesta vahtimestarille tai vartiointiliikkeelle. (Vehniä, Ari, 1995: 21-31).
Ilmoituksen siirto poikkeaa normaalista datasiirrosta siten, että tietojen määrä on vähäinen, mutta tietojen on ehdottomasti saavuttava perille nopeasti ja ilman virheitä. Sen avulla siirretään pääasiassa erilaisia hälytys- ja valvontatietoja. Jos järjestelmää käytetään paloilmoitusten siirtoon on sen täytettävä edellämainitut Sisäasiainministeriön määräykset. Rikosilmoitusten osalta sen taas on täytettävä vahinkovakuutusyhtiöiden vaatimukset. Lisäksi järjestelmän on tietysti täytettävä sähköturvallisuus- ja puhelinverkon rakennemääräykset.
Ilmoituksen siirtojärjestelmä voidaan toteuttaa käytännössä kolmella tavalla: vuokraparilla, robottipuhelimella tai varsinaisena ilmoituksen siirtojärjestelmänä, joka perustuu puhelinlinjan monikäyttöön. Vuokraparien saatavuus vaihtelee alueittain ja kiinteiden linjojen vuokrat ovat yleensä korkeita (n. 500 mk/kk). Robottipuhelin on selvästi yleisin ratkaisu siitäkin huolimatta, että sitä on helppo hämätä yksinkertaisesti soittamalla siihen. Varsinaisissa ilmoituksen siirtojärjestelmissä ilmoitusdata koodataan normaalin puhekaistan yläpuolelle n. 4700 Hz:iin, mikä mahdollistaa linjan samanaikaisen puhekäytön. (Vehniä, Ari, 1995: 32-34).
Edelläkuvattujen rakennusautomaatio-, turvallisuus- ja kulunvalvontajärjestelmien integrointiin on kiinteistön omistajille ja käyttäjille suunnatun selvityksen mukaan tarvetta. RAKLI:n teettämässä rakennusten tietojärjestelmiä koskevassa esiselvityksessä kartoitettiin integrointitarvetta myös puhelin-, antenni-, äänentoisto-, merkinanto- ja atk-järjestelmien osalta. Tärkeimmiksi integrointikohteiksi tutkimuksessa nousivat seuraavat viisi järjestelmäparia:
1. Eri merkkiset rakennusautomaatiojärjestelmät keskenään lähinnä ala-asema- tai valvomotasolla.
2. Rakennusautomaatio- ja rikosilmoitusjärjestelmät keskenään ensisijaisesti ala- asematasolla.
3. Kulunvalvonta- ja rikosilmoitusjärjestelmät keskenään päätelaitetasolla (esim.
kortinlukija).
4. Kulunvalvonta-, rikosilmoitus- ja kamerajärjestelmät ala-asematasolla.
5. Rakennusautomaatio- ja paloilmoitusjärjestelmät valvomotasolla.
Kuten edellä jo käy ilmi voidaan järjestelmien integrointi suorittaa monella eri tasolla. Ylin ja samalla yleisin integroinnin hierarkiataso on valvomoiden yhdistäminen toisiinsa. Tämä voi tapahtua yhteisen standardiprotokollan tai yhteisen tietokannan avulla. Alla oleva kuva havainnollistaa valvomotason integrointia, jossa järjestelmillä on yhteinen tietokanta.
Kuva 2. Valvomotason integraatio (Vehniä, Ari, 1995: 41)
Seuraava integraatiotaso on alakeskustaso. Tämä olisi hyvä integrointitaso monessa tapauksessa, koska alakeskukset sisältävät kaiken tarvittavan älykkyyden. Ongelmana ovat valmistajakohtaiset suljetut väyläratkaisut. Protokollamuuntimiin perustuva integrointi ei yleensä ole käytännössä kilpailukykyinen ratkaisu, sillä jo kolmen valmistajan alakeskusten integrointi vaatii kuusi räätälöityä protokollamuunninta. Alin mahdollinen hierarkiataso, jolla integrointi voi tapahtua on kenttätaso. Seuraava kuva havainnollistaa kenttätason integrointia, jossa rakennusautomaatiojärjestelmän alakeskukseen on liitetty valaistuksen ja lukituksen pisteitä. (Vehniä, Ari, 1995: 37-42).
Kuva 3. Kenttätasolla tapahtuva suora kaapelointi (Vehniä, Ari, 1995: 41)
Järjestelmien integraation ei tarvitse tapahtua vain jollain tietyllä hierarkiatasolla, vaan sitä voidaan tehdä yhdistelemällä eri tasojen integrointia sopivasti.
Prosessori- ja muistitekniikan kehitys on mahdollistanut rakennusautomaatio- järjestelmissäkin entistä suuremman hajautuksen (vrt. tietokoneet). Näin on tullut mahdolliseksi vähentää järjestelmien hierarkiatasoja ja siirtää muisti- ja prosessointikapasiteettia lähemmäksi kenttälaitteita ja jopa kenttälaitteisiin. Tämä voi kuulostaa aluksi ristiriitaiselta tavoitteelta integroinnin kanssa, mutta itse asiassa hajautus on laajamittaisen integroinnin edellytys.
Ensimmäisellä karsintakierroksella karsittiin suurin osa protokollista. Karsiutuneiden joukossa olivat mm. seuraavat: DIN-Messbus, HBS, CEBus, X-10, BitBus, Interbus-S, P-NET, FACN, CAB, Hermes, TRON, CAN ja SP-50. Syinä tuotteiden karsiutumiseen olivat mm. seuraavat seikat: sopimattomuus rakennusautomaatioon, keskeneräisyys, avoimuuden puute, standardoimattomuus sekä se, että tuote ei ole mukana Eurooppalaisessa standardointikeskustelussa. Toiselle kierrokselle jäivät jäljelle seuraavassa taulukossa esiintyvät protokollat. Siinä on esitetty muutamia perustietoja kustakin protokollasta. (Hyvärinen, Juhani, 1995: 69-71).
Taulukko 1. Protokollien ominaisuuksia
Proto-k Koti-m Asemia/ Segmentin Nopeus OSI- Siirtotien Osoite-
olla aa segm. pituus [kbit/s] kerrokse varaus avaruus
t
BACnet USA 32 1200 m 1,2- CSMA, token ei
10000 1,2,3,7 rajoitett
u
BatiBus Ranska 72 1000 m 4,8 1,2,7 CSMA/CA käyt.
1000
EHS Ranska 12 - 128 150-1200m 1,1 - 64 1,2,3,7 CSMA/CD ei
rajoitett
u
EIB Belgia 64 700 m 9,6 1,2,3,4, CSMA/CA 11520
7
FIP Ranska 256 2000 m 31,2- 1,2,7 muunn. token 256
1000
FND Saksa Point-to- - - 7 - 256
p.
LON USA 32 - 64 500-2000m 2,4 - 2 - 7 CSMA ennust. 32385
1250
ProfiBu Saksa 32 1200 m 9,6 - 500 1,2,7 token + 127
s pollaus
Selvityksen toisessa vaiheessa yllä olevia protokollia vertailtiin tarkemmin käyttäen apuna mm. seuraavien tahojen suorittamia tutkimuksia: CEN/TC247, DEGW ETL ja IBI OPC. Hallinnon tason verkossa välitetään tietoa suurissa erissä, mutta tiedon ei tarvitse olla reaaliaikaista. Karsituista ehdokkaista hallinnon verkoksi sopivat BACnet ja FND. BACnet on näistä vaihtoehdoista selvästi parempi vaihtoehto. Siinä verkkoon liittyvät laitteet mallinnetaan objekteina (object), jotka koostuvat joukosta ominaisuuksia (properties). Fyysiseksi tiedonsiirtomediaksi on määritelty mm. IEEE 802.3 sekä RS232 ja RS485 liityntärajapintoihin perustuvat ratkaisut. BACnet on hyväksytty melko laajasti, kun FND:n hyväksyntä taas rajoittuu vain Saksaan. FND poikkeaa kaikista muista taulukon protokollista myös siinä, että se on nk. isäntä-renkijärjestelmä.
Automaatiotason verkoksi sopivat parhaiten FIP, Profibus ja Bacnet. FIP ja Profibus on kehitetty alunperin teollisuuden kenttäväyliksi, mutta ne sopisivat myös rakennusautomaatiojärjestelmien automaatioväyliksi. Tilanne teollisuuden kenttäväylien standardoinnissa ei kuitenkaan ole vielä selkiintynyt, joten automaatioväylään ei selvityksessä oteta selvää kantaa. Mikäli hallinnon tasolla käytetään BACnet:iä, on se myös erittäin varteenotettava vaihtoehto automaatioväyläksi. (Hyvärinen, Juhani, 1995: 72-77).
Kenttäväylän erityispiirteenä on reaaliaikaisuusvaatimus. Kenttäväyläksi taulukon protokollista sopivat BatiBus, EIB, EHS ja LON. Näistä selvästi pisimmälle kehitetty tuote on LON, joka on amerikkalaisen Echelonin kehittämä. BatiBus on myös valmis tuote, jolla on kohtuulliset markkinat etenkin Ranskassa - Merlin Gerin-yhtiön kotimaassa. BatiBus samoin kuin EIB häviävät kuitenkin tiedonsiirtokapasiteetissa, joustavuudessa ja kehitystyökaluissa LON:lle. Kummankin tiedonsiirtomedia on kierretty parikaapeli. EIB on Siemensin kehittämä puoliavoin ratkaisu. EHS puolestaan on täysin avoin standardi ja se on tarkoitettu pääasiassa kotiautomaation tiedonsiirtoratkaisuksi. Se soveltuu parhaiten kodinkoneiden ja viihde-elektroniikan alueille, mutta ei ole vielä kypsä tuote. Siinä samoin kun LON:ssa on lukuisa joukko siirtomediavaihtoehtoja. CENLEC:in Home and Building Electronic Systems -komitean tavoitteena on yhdistää kolme eurooppalaista standardia (BatiBus, EIB ja EHS). Tämä yhdistelmä kulkee nimellä HBES, mutta standardointityön hitaan etenemisen perusteella vaikuttaa siltä, että se valmistuu liian myöhään. (Hyvärinen, Juhani, 1995: 77-85).
Tutkimuksen alkuperäiseen tavoitteeseen ei päästy sikäli, että alussa tehty hierarkiajako osoittautui liian jyrkäksi ja automaatiotasolle ei lopulta annettu mitään suositusta. Selvityksessä arvioidaan, että automaatiotaso on usein mahdollista jättää kokonaan pois ja hoitaa sen tehtävät puoliksi kenttätason ja hallintotason protokollien avulla. Suositeltavimmiksi protokolliksi selvityksessä valittiin hallinnon tasolle BACnet ja kenttätasolle LON. LON tukee myös BACnet:iä, joten näiden yhdistelmä on epäilemättä varteenotettava rarkaisuvaihtoehto. Tämän työn loppuosassa perehdytään LonWorks-teknologiaan, josta on kehittymässä kovaa vauhtia uusi de facto-standardi Euroopassakin. LON on valittu myös RAKLI:n SaMBA-projektin tiedonsiirtoprotokollaksi. (Hyvärinen, Juhani, 1995: 86-91).
LonWorks-teknologiaa voidaan soveltaa mitä erilaisimmissa ohjausverkoissa. Verkon koko voi vaihdella kahdesta laitteesta aina kymmeniin tuhansiin ohjattaviin laitteisiin. Sovelluskohteet voivat vaihdella tavarataloista bensa-asemiin, lentokoneista juniin, fuusiolasereista kolikkoautomaatteihin ja omakotitaloista pilvenpiirtäjiin. Samaa teknologiaa voidaan siis käyttää mitä erilaisimpiin tarkoituksiin. Jatkossa keskitytään talotekniikan sovelluksiin. (Echelonin WWW-sivut).
LonWorks-teknologian avulla pyritään välttämään lähiverkkojen keskittyneisyyden aiheuttamat ongelmat eli pyritään tiedonhallinnan hajautukseen. Teknologia sallii tiedonkäsittelyn hajauttamisen keskuskoneilta (prosessiasemat ja valvomoasemat) solmuille, joihin on kytketty yksi tai useampia kytkimiä, antureita ja toimilaitteita. Solmut voivat itsenäisesti suorittaa annettua valvonta-, säätö-, ohjaus-, tiedotus- yms. toimintaa kulloinkin voimassa olevien ehtojen mukaan. Ne valvovat myös omaa tilaansa ja suoriutuvat tilapäisten häiriöiden aiheuttamista tietovirheistä. Itsenäiset solmut kootaan toimivaksi järjestelmäksi seuraavasti: valitaan tehtäviin soveltuvat tuotteet (kaapeli, sovittimet), määritetään solmujen toiminnat ja keskinäiset ohjaussuhteet sekä integroidaan eri tekniset järjestelmät samaan LON-väylään. Näin rakennettua järjestelmää voidaan helposti muuttaa kulloisiakin käyttötarpeita vastaavaksi. Muutokset tehdään pääasiassa laitteita lisäämällä, poistamalla tai vaihtamalla sekä suorittamalla tarvittava uudelleenohjelmointi. (Rakennuttaja 1/1995, 18-19).
LON-verkko koostuu kahdesta tai useammasta solmusta, jotka kommunikoivat yhden tai useamman siirtomedian yli. Siirtotienä voidaan käyttää kierrettyä parikaapelia, sähköverkkoa, valokuitua, koaksiaalikaapelia, radio- tai infrapunalinkkejä. Kommunikoinnissa käytetään siirtomediasta riippumatonta LonTalk-protokollaa, josta kerrotaan seuraavassa kohdassa enemmän.
Fyysisen rajapinnan neuron-piirin ja LON-verkon välille muodostaa LonWorks -lähetin-vastaanotin (transceiver). Solmun ydin on erityisesti sitä varten kehitetty mikropiiri muisteineen eli neuron-piiri. Se sisältää sisäänrakennettuna LonTalk-protokollan, käyttöjärjestelmän, muistin, funktiokirjaston ja I/O -toiminnot. Neuron-piiri koostuu kolmesta mikrosuorittimesta, joista kaksi on LonTalk-protokollan prosessointiin (media access control, general protocol services) ja kolmas käyttäjäsovellusta varten. Suorittimien välinen kommunikointi tapahtuu yhteisen muistialueen kautta. Tällä hetkellä neuroneita on markkinoilla kahta päätyyppiä: 3120 ja 3150, joista ensimmäisestä on olemassa useampia versioita. Jälkimmäinen poikkeaa edellisestä siten, että siinä on liitäntämahdollisuus ulkopuoliselle lisämuistille. Neuroneita valmistavat tällä hetkellä Motorola ja Toshiba. Echelon etsii lisäksi eurooppalaista valmistajaa parhaillaan. Solmun rakenne on esitetty kuvassa 1. (Echelonin ja Eurolonin WWW-sivut).
Kuva 4. Solmun rakenne (Rakennuttaja 1/1995, 20)
Neuron-piirin ohjaamana laitteet toimivat sekä itsenäisinä että halutulla tavalla toisilleen tietoa lähettävinä ja vastaanottavina yksikköinä ilman minkäänlaista keskusyksikköäkin. Toimintaa voidaan helposti muuttaa solmun muistissa olevaa ohjelmaa muuttamalla. Solmun ohjelmointi tapahtuu LON-verkkoon kytketyn PC:n avulla. Käytettävä ohjelmointikieli on LonWorksiin kuuluva Neuron C, joka on laajennettu versio ANSI C -kielestä. Laajennukset määrittelevät mm. uuden "when"-käskyn, 37 uutta datatyyppiä, 35 I/O-objektia ja kaksi ajastinobjektia (Rakennuttaja 1/1995, 19). Ohjelmointiin on saatavissa myös Windows-pohjaista softaa, jonka avulla voidaan luoda graafisesti koodia kääntäjää hyväksikäyttäen. Nämä ohjelmointityökalut toimivat hyvin pienissä kohteissa. Suuremmissa kohteissa ongelmana on ollut ohjelmoinnin hitaus, mikä johtuu siitä, että solmut täytyy ohjelmoida yksi kerrallaan. Echelonilla on kuitenkin kehitteillä rinnakkaisen ohjelmoinnin mahdollistava työkalu (Sygel, Kristoffer, esitelmä).
Varsinaisen LON-verkon rakentamisessa käytetään samantyyppisiä osia kuin muissakin lähiverkoissa. Verkkoon on saatavissa toistimia, siltoja, reitittimiä ja erilaisia rajapintoja. Verkon fyysinen rakenne voi olla vapaa, väylä, rengas, tähti tai näiden yhdistelmä. Verkon nopeus vaihtelee käytetyn median ja rakenteen mukaan. Hitain verkko muodostuu sähköverkosta (rakenne vapaa), jossa käytetään hajaspektri- tai kapeakaistatekniikkaa. Tällöin verkon nopeusvaihtoehdot ovat 2, 5 ja 10 kbit/s. Verkon hitaus rajoittaa sähköverkon käyttökohteiksi pienimmät rakennukset ja isomman rakennuksen osat. Käyttämällä parikaapelia ja verkon fyysisen rakenteen ollessa vapaa päästään 78 kbit/s nopeuteen. Kun verkon rakenne muutetaan väyläksi, mahdollistuu 1,25 Mbit/s nopeus. Tällöin väylän maksimipituudeksi tulee 500 metriä. Tällä nopeudella voidaan toteuttaa jo monimutkaisia ohjausverkkoja, koska tiedonsiirtotarve solmujen välillä ei yleensä ole kovin suuri. Käyttämällä siltoja tai reitittimiä yhdistämään aliverkkoja on mahdollista rakentaa hyvinkin laajoja verkkokokonaisuuksia. Tällöin osoitteistus tapahtuu hierarkkisesti alueittain ns. domain-osoitteiden avulla. (Echelonin ja Eurolonin WWW-sivut).
Eniten moitteita koko LonWorks-teknologiaa kohtaan on aiheuttanut se, että LonTalk-protokolla ei ole avoin ISO:n OSI:n tarkoittamassa mielessä. Se on julkinen, muttei avoin sikäli, että muut valmistajat eivät saa modifioida protokollakerrosten sisältöä. Näin Echelon pyrkii varmistamaan eri valmistajien tuotteiden täydellisen yhteensopivuuden. Protokollaa ei myydä softana, vaan se on neuron-piirissä sisäänrakennettuna. Näin vältytään eri valmistajien ja asentajien tekemiltä modifioinneilta, jotka helposti vaikeuttaisivat yhteensopivuutta, laajennettavuutta ja muunneltavuutta.
LonTalk sisältää paitsi perusominaisuudet, kuten media access, siirron kuittaus ja vertaisolioiden kommunikointi, myös lisäpalveluita, kuten lähettäjän tunnistus, priorisoidut siirrot (128 tasoa), kahdennettu viestien havaitseminen, törmäyksien välttäminen, automaattiset uudelleenyritykset, vaihtelevat liikennenopeudet, tuki asiakaspalvelimelle, vieraiden kehysten välitys, datatyyppien standardointi ja tunnistus, unicast/multicast/broadcast-osoitteistus, siirtomedian vaihdosten tuki sekä virheiden havaitseminen ja niistä toipuminen. Protokollassa solmujen välinen liikenne on pyritty minimoimaan, jotta siirtonopeus olisi riittävä suurillakin solmumäärillä. Protokolla toimii ennustavaksi modifioidulla CSMA-periaatteella, joka on suunniteltu erityisesti hallinta- ja ohjaussovelluksille. Sen avulla vältetään monia perinteisten CSMA-tekniikoiden puutteita, kuten raskaasti kuormitetun verkon tukkeutuminen. Tekniikkaa kutsutaan nimellä "predictive p-persistent CSMA, with optional priority & collision detection". (Echelonin WWW-sivut).
LON-verkko voidaan yhdistää yrityksen lähiverkkoon LON:ia hallinnoivan ja konfiguroivan PC:n kautta, joka on kytketty molempiin verkkoihin. Tällöin mistä tahansa lähiverkon koneesta pääsee muuttamaan niitä asetuksia, joiden muuttamiseen kullakin käyttäjällä on oikeus (esim. oman työhuoneen lämpötila-asetusta). Kaukovalvonta voidaan hoitaa yhdistämällä LON-verkko sitä hallinnoivan PC:n, yrityksen lähiverkon reitittimen tai LON-verkon oman reitittimen kautta julkiseen verkkoon, esim. yleiseen puhelinverkkoon, paketti-, ISDN- tai ATM-verkkoon tai käyttämällä lähiverkkojen yhdistämispalveluita kuten LanLink. Esimerkki verkkojen yhdistämisestä on esitetty kuvassa 5. LON-verkoista ylin on yhdistetty hallinnoivan PC:n kautta kiinteällä yhteydellä päätepalvelimeen. Keskimmäinen on kytketty päätepalvelimeen PC:n, modeemin ja yleisen puheliverkon kautta. Alin LON-verkko on yhdistetty PC:n kautta yrityksen lähiverkkoon ja sitä kautta sen reitittimeen. Erilliset LON-verkot on yhdistetty valvontapalvelun tuottajaan LanLink-palvelun avulla. (Vehniä, Ari, 1995: 67-75).
Kuva 5. LON-verkon yhdistäminen yrityksen lähiverkkoon ja kaukovalvomoon (Rakennuttaja 1/1995, 22)
Kuten edellä on jo todettu, on LonWorks-teknologialla kohtuulliset mahdollisuudet kehittyä vahvaksi de facto-standardiksi Euroopassakin. Toisaalta se on erittäin modulaarinen ja hyvin yhteensopiva myös muiden järjestelmien kanssa. Näin ollen ei ole katastrofaalista, vaikka se ei saavuttaisi vallitsevaa asemaa markkinoilla. Varmaa on kuitenkin se, että kysyntä tulee kasvamaan samoin kuin tarjottavien tuotteiden määrä. Näin ollen LON-verkkoa voi pitää kohtuullisen turvallisena investointina tulevaisuuttakin silmällä pitäen.
LonWorks-teknologia on tarjolla kaikille laitevalmistajille samoilla ehdoilla. Eri valmistajat ovatkin ryhtyneet lyhyessä ajassa valmistamaan erittäin laajaa LonWorks-yhteensopivaa tuotevalikoimaa, joten laitehankinnoissa ei sitouduta yhteen toimittajaan. Kun valmistajia on monta, takaa kilpailu hintojen kohtuullisuuden jatkossakin. Tuntien elektronisten laitteistojen hintojen nopean alentumisvauhdin ei tarvitse olla mikään fakiiri ennustaessaan LonWorks-tuotteidenkin hintojen laskevan edelleen tulevaisuudessa ja tiedonkäsittelytehon paranevan.
LON-verkko on myös helposti muunneltavissa varsinkin silloin, kun käytetään vapaata topologiaa. Rakennusten automaatio kehittyy nopeasti ja tilojen käyttötarkoitukset ja -tavat muuttuvat monta kertaa rakennuksen eliniän aikana. Tällöin suuri etu on se, että verkko on helposti muunneltavissa sekä fyysisesti että ohjelmallisesti. Koska laitteita voidaan vaihdella ja verkkoa modifioida helposti, kasvaa verkon elinikä huomattavasti verrattuna perinteisiin vaihtoehtoihin. Uudet versiot LON-verkon laitteista pyritään tietysti tekemään yhteensopiviksi vanhojen kanssa, mikä tukee myös verkon pitkää taloudellista ja teknistä käyttöaikaa (Echelonin WWW-sivut).
Kuten johdannossa jo todettiin, on nykyaikaisissa rakennuksissa lukuisa joukko teknisiä järjestelmiä: lämmitys, vesi, ilmastointi, sähkönjakelu, valaistus, jäähdytys, teleyhteydet ulos ja talon sisällä, hissit, kulunvalvonta, murtosuojaus, palovaroitus ja sammutus. Niillä kaikilla on perinteisesti ollut omat ohjaustapansa ja tiedonsiirtokanavansa. Tiedonsiirto näiden järjestelmien välillä on monimutkaista ja vaikeasti hallittavaa. Niinpä järjestelmien integrointia ei olekaan merkittävästi harjoitettu, vaikka siitä olisi eittämättä ollut saatavissa hyötyä.
Tavalliseen toimistohuoneiseen voitaisiin nykytekniikalla toteuttaa muutaman anturin avulla mielenkiintoisia palveluita. Käyttämällä esimerkiksi infrapunahavaitsinta ja vakiovalosäädintä voitaisiin valoja ohjata henkilön paikallaolon mukaan siten, että valoteho säilyy vakiona (auringonvalon hyödynnys) ja valot sammuvat automaattisesti tietyn viiveen kuluttua siitä, kun huone on jäänyt tyhjäksi. Samaista infrapunahavaitsinta voidaan käyttää myös ilmastoinnin säätöventtiilin ohjaukseen, jolloin saadaan aikaan tarpeenmukainen ilmanvaihto. Läsnäolohavaitsin voisi toimia yhdessä lämpötila-anturin kanssa myös jäähdytyksen ja lämmityksen ohjaukssa, jolloin vältytään turhalta ja kalliilta tyhjän huoneen jäähdyttämiseltä ja lämmittämiseltä. Huoneen lämpenemisen hitauden huomioon ottaen ei tyhjän huoneen lämpötilan voida tietysti antaa muuttua määrättömästi asetusarvostaan, mutta ilmalämmitys ja -jäähdytys pystyvät muuttamaan varsin nopeasti huoneen operatiivista lämpötilaa useita asteita (Rakennusten lämmitys 1995, 7-26). Kun kulunvalvonta vielä yhdistetään lämmityksen ja jäähdytyksen ohjaukseen, voidaan huonetta alkaa lämmittää jo ennen kuin huoneen haltija saapuu sinne. (Rakennuttaja 1/1995, 24-25).
Infrapunahavaitsin voisi lisäksi ohjata sähkölasien lämpenemistä, jolloin vältytään tyhjän huoneen ja ikkunan turhalta ja kalliilta sähkölämmittämiseltä ja saavutetaan samalla paras mahdollinen lämpöviihtyvyys. Tällöin ei myöskään tarvittaisi ikkunoiden alle perinteisiä pattereita, vaan loput lämmitystarpeesta voitaisiin kattaa helposti esim. lattialämmityksellä. Tästä olisivat luultavasti arkkitehditkin riemuissaan. Sähkölasi on myös helposti yhdistettävissä murtosuojaukseen, koska ikkunan rikkoutuminen havaitaan virtapiirin katkeamisena. Myös infrapunahavaitsinta voidaan käyttää murtosuojauksessa. (Rakennuttaja 1/1995, 24-25).
Tällä hetkellä lämmityksen ja ilmanvaihdon käyttäjäliittymät ovat lähes poikkeuksetta ala-arvoisia. LonWorks-teknologian avulla LON-verkko on mahdollista kytkeä yrityksen lähiverkkoon ja sinne puolestaan voidaan rakentaa Windows-pohjainen helppokäyttöinen käyttäjäliittymä, josta huoneen haltija voi valita huoneeseen ainakin mieleisensä lämpötilan ja ilmanvaihdon suuruuden. Lisäpalveluina on mahdollista toteuttaa kosteuden säätö ja valaistuksen voimakkuuden asetusarvon muuttaminen sekä läsnäoloajan ilmoittaminen ennakolta.
Neuvotteluhuoneissa tulisi edellisten antureiden lisäksi olla hiilidioksidianturi, joka kertoisi huoneessa olijoiden määrän melko hyvin. Tällöin pitoisuuden kasvaessa ilmanvaihtoa osattaisiin kasvattaa riittävästi ja lämmitystä vähentää vastaavasti.
Tässä työssä ei lähdetä syvällisesti pohtimaan LonWorks:in avulla saatavia hyötyjä ja kustannuksia, vaan referoidaan lähinnä Erkki Anttilan tekemää tutkimusta älykkään talon rakentamisen kannattavuudesta. Tutkimus on julkaistu jo vuonna 1990, joten tekniikka on ehtinyt kehittyä tällä välillä melkoisesti.
Tutkimuksen lähtökohtana oli se, että toimistorakennuksen elinkaaren aikana työntekijöiden palkat muodostavat 80 % yrityksen kokonaiskustannuksista. Laitteisto- ja ohjelmistokustannukset ovat noin 10 %, jolloin tilakustannuksiksi jää noin 10 %. Tästä on helppo ymmärtää, että pienikin työn tuottavuuden nousu maksaa nopeasti takaisin korkeamman rakennuskustannuksen. Lisäksi Anttila oletti, että älykkään rakennuksen rakentaminen ja ylläpito olisivat huomattavasti kalliimpia kuin perinteisen rakennuksen, mikä vielä viisi vuotta sitten pitikin paikkansa. Nyt tekniikan otettua ison harppauksen eteenpäin ei tämä ole enää niinkään selvää. Erityisesti ylläpitokustannusten luulisi olevan korkeintaan saman suuruiset kuin perinteisessä rakennuksessa, mikäli älykkyyttä käytetään energiansäästöön (Tietoviikko 21/1995, 11).
Anttila jakoi tutkimuksessaan toimistorakennukset kolmeen kategoriaan niiden älykkyyden mukaan. Alin taso vastasi normaalia toteutunutta tasoa ja kaksi muuta sisälsivät eri määriä älykästä tekniikkaa ja muita fiksuja ratkaisuja. Tällöin hän sai työn tuottavuuden nousuvaatimukseksi 1,7 prosenttia siirryttäessä perinteisestä rakennuksesta ensimmäisen tason älytalon kriteerit täyttävään toimistorakennukseen. Siirryttäessä taas tasolta yksi tasolle kaksi tuli työn tuottavuuden nousuvaatimukseksi 2,5 prosenttia. Anttila uskoi tuottavuuden nousevan enemmän ja arvioi näin älytalon rakentamisen olevan kannattavaa jo silloin. Nyt tekniikan kehityttyä ja hintojen laskettua kannattavuudesta tuskin on epäselvyyttä. (INSKO 191-90 XIII, 1990, 1-19)
Anttila, Erkki, Älykästä taloa varten tehtiin hankesuunnittelun apuvälineet. Talotekniikka, 1994, N:o 8, ss. 14-16
Anttila, Erkki, Älykkään rakennuksen hyöty-kustannusanalyysi. INSKO 191-90 XII, 1990, s.19
Pyyskänen, Seppo, LonWorks-teknologian mahdollisuudet. Rakennuttaja, 1995, N:o1, ss.18-19
Pyyskänen, Seppo, Hyvärinen, Juhani, Liike- ja tuotantokiinteistöjen tiedonsiirron kehittäminen. RAKLI:n julkaisu, 1995, 91 s.
Rakennusten tietojärjestelmät, Esiselvitys. RAKLI:n julkaisu, 1995, 51 s.
Rautiainen, Raija, Älytalo lisää ihmisten tuottavuutta. Tietoviikko, 1995, N:o 21, s.11
Seppänen, Olli, Rakennusten lämmitys. 1995, ss. 7-26
Soini, Pekka, Rakennusten tietojärjestelmiä koskeva esiselvitys. Rakennuttaja, 1995, N:o1, ss.12-15
Vehniä, Ari, Tiedonsiirron kasvava merkitys kiinteistöjen valvonnassa. Rakennuttaja, 1995, N:o1, ss.21-23
Vehniä, Ari, Kiinteistöjen valvontajärjestelmät. RAKLI:n julkaisu, 1995, 81 s.
Åkerlund, Ulf, LON-teknologian hyväksikäyttö valonohjauksessa. Rakennuttaja, 1995, N:o1, ss.24-25
http://www.eurolon.se/eurolon2.htm
Sygel, Kristoffer, Eurolonin toimitusjohtaja. Tampere 14.2.1996.
