打开自获能无线技术的应用之门

EnOcean Link是无线无源技术中第一款接口软件（中间软件）。它将EnOcean报文转换成可读的数据包，这些数据包可以很容易的进行各种应用或者封装到别的网络报文中，从而使得EnOcean技术与别的网络系统深度链接更加方便。

自获能技术早已进入我们的日常生活。自获能无线电系统已经存在于各种各样的建筑、厂房以及其他领域。在如今这样深度网络连接的时代，一个日益增长的需求就是将无线无源设备链接入基于各种不同网络协议的网络系统中，这些不同的网络协议如：WiFi、GSM、Ethernet/IP、BACnet、LON、KNX、DALI。以前，设备生产商不得不开发自己的软件方案来将EnOcean信号转换为满足要求的通信协议。这个困难现在可以被第一款为自获能无线网络设计的插件 —EnOcean Link解决掉了。

无需电池供电

无线自获能技术源自一个简单的理念 — 无线传感器安装的地方，总会有足够的环境能量供其感应信息和发送无线电信号。自获能的能量来源包括：机械运动、室内光线以及温度变化。这种随时存在的能源提供了足够的能量用来发射和接收无线开关、传感器、执行和控制器之间的无线电信号，从而使得至关重要的无线电通信系统得以维持。微型能量采集转换器代替电池为无线电设备供电。通过已装有专门开发的软件的网关（gateway），无线电设备能够与不同的通信标准相连接，通常，这个网关软件可以连接EnOcean信号和另外一种协议。

即插即用

即插即用的EnOcean Link为自获能无线电方案和其它各种进一步处理无线信息的自动化应用提供了一个通用接口，扫除了之前所遇到的障碍。因此，该软件可以把EnOcean报文字节转变成数据值。因此，例如温湿度的传感器数据，无论是来自设备还是服务器甚至是云服务器，都可以立刻得到处理。设备生产商现在可以轻松快速的将EnOcean技术融入各种应用和系统。例如在智能家居系统中的应用。

EnOcean Link是一个链接不同系统和应用的接口软件。它本身并不直接服务于应用程序，但是却能使应用程序理解网络中不同的部件和系统，即使他们基于不同的协议标准。由于不同的协议地址使用类似的方式，使得这种无缝通信成为可能。这就为简化集成不同的功能和应用程序提供了有益的技术框架。EnOcean Link是目前第一款专门为超低功耗的无线自获能技术网络设计的接口软件。其他的同类接口软件将进一步推出。它相当于一个函数库，不需要别的内部运行就可以为各通信层提供服务。通过应用该软件，开发者增加了对出入接口和数据存储的执行次序的控制。

该接口软件最大的功能是自动解释EnOcean协议栈和EnOcean联盟应用文件（EnOcean设备文件，EEPs），当然也包括数据加密文件。一般来说，该软件可以完成以下三个任务：
1.协议标准接收和解码并转入数据通信
2.设备连接，包括学习报文的接收和设备信息的存储
3.相应协议标准编码要输出的数据，并将其发送给更多的处理系统

解释协议栈

ESP3（EnOcean Serial Protocol 3.0）描述了主机和无线无源接收机之间的串口通信协议。主机可以是外部微处理器也可以是包括特定应用程序的PC。ESP3是一个点到点的数据报文协议。该协议包会携带如：用户数据（有效负载）、命令、时间或者应答消息。

每一个ESP3数据包包含报文头、数据和可选数据。每一个这样的部分都包含1或X字节的数据。例如，数据包头包含如下部分：数据长度（数据部分的字节数），可选长度（可选数据部分的字节数），数据包类型（如：无线电、应答、事件、命令）。

EnOcean Link为无线无源网络提供了数个协议层的服务。在物理层，EnOcean Link从网关（gateway）接收UART数据串（通用异步收发）。这些数据串可以直接来自于网关（gateway）或者选择性的来自于骨干网的封装负载协议。ESP3的编码器是位于物理层。物理层包含着所有有必要的操作内容，用来封装成相应数据报文提供给以后的处理。有两个最重要的数据区域是有效负载和发送ID。

配置文件的翻译是基于预存的应用程序配置文件，将报文段中的有效负载信息翻译成人们可以看得懂的数据，如温度、湿度。提供这些数据的被称为设备通道。设备通道可以通过API接口为应用程序提供服务。API接口可以被应用程序源代码直接请求，也可以通过包含EnOcean Link的隧道协议请求。

包含应用程序

设备通道是EnOcean Link应用程序接口非常重要的一部分。它们在一个摘要结构中传送这些由设备提供的数据。装载着设备发送和编码信息的设备配置文件是按照EnOcean设备配置文件（EEP）编写的。这些标准化应用程序协议是由EnOcean联盟技术委员会依照国际无线电标准ISO/IEC 14543-3-10编写的。该协议为自获能结构以及底层协议做了无线电短报文协议优化。该协议为无线自获能传感器和开关提供了足够有效的资源利用。这是唯一一个专门为节约能耗提出的协议标准，来满足传感器尤其是需要按压形变极小的开关的要求。通过发送非常短并且多次发送的报文来满足要求，同时通过选择使用利用率较低的频率来降低干扰。该协议提出了类似于网络OSI模型的物理层和链路层。应用程序文件时为了时间来自不同厂商的产品之间的互操作性而定义的，使其可以在同一个系统中无缝的实现协同工作。

通用的通道类型

对于EnOcean Link，EEP将通过设备通道映射到已经存在的通用设备协议。通过设备用到，EEP可以抽象到一个更一般的定义。由于设备通道和设备时彼此独立的，这有助于在应用层处理EEP。因此，设备制造商可以更简单的开发出能和外部应用程序对接的基于EnOcean的新方案或者集成设备/网络。

完整的设备通道描述包括CHANNEL_TYPE和计数信息（工程最小值、工程最大值、比例因子）以及SUB_FLAG。SUB_FLAG只能应用于当一个设备和与其相匹配的CHANNEL_TYPE同时嵌入通道时。在这种情况下，SUB_FLAG负责区分通道。

EnOcean Link包括三种不同的CHANNEL_TYPE:
1.GNAL - 这类通道呈现物理值，即可测量的值。Signal类设备通道有：温度、湿度、照明通道等
2.AG – 仅显示两种情况的值，如开/关、上/下、压/没压，比如窗磁数据
3.UM – 枚举现实状态、位置、计数以及别的不能以FLAG或者SIGNAL形式显示的数值，如，房间操作板

命令安全

对于越来越多的内部连接应用程序（如：智能家居、控制系统、M2M、能源管理系统）来说，安全性越来越重要。应用车库门感应器、人体传感器以及窗磁可以感知到居民的行为，同时也可能未经授权的检测到一栋建筑的内部情况。为了满足特殊的加密要求，EnOcean提供了增强的加密机制，用以防止信息被窃取攻击。一个连续不断的统计所有传入传出报文的EnOcean节点也因此确保了报文不会丢失。一个16bit或者24bit的递增循环码不断变化的加入每一个报文中来实现安全机制。报文头、报文数据以及当前循环码都要核对一个24bit或者32bit的数字消息验证码（CMAC）。CMAC计数也被AES128加密算法保护。接收系统可以在编码的基础上验证数据报文。这个功能很好的保护了网络免于应答攻击。另一个机制是发射机发送加密的数据包，数据用有128bit秘钥的AES加密算法加密。通过这种方法可以免于窃听攻击。

如果无线电报文在空中接口处加密，EnOcean Link可以在将其转送给外置处理器处理之前对其解码。反之亦然，EnOcean Link可以在转发一个应用程序之前对其进行加密。这种安全功能使得设备制造商很容易在他们的应用程序里实现数据加密，这使得EnOcean Link很适用于有重要的应用程序需要传输的情况。

图1: EnOcean Link接口软件功能 – 协议层，功能，接口

应用程序举例

设备生产商可以通过EnOcean Link将EnOcean设备和系统与更多地外部网络相连接，比如：BACnet、KNX、Z-wave、Zigbee、低功耗蓝牙以及GSM。

在智能家居中的应用

在智能家居中，网关可以使用EnOcean Link快速解释EnOcean传感器信息，例如温度、人体感应以及光强度信息，同时将这些信息转发到建筑的核心控制系统。在这里，EnOcean Link是智能家居盒子的一部分，通常中央单元控制房屋里的连接系统。智能家居盒子掌握着应用程序的人工智能，而且许多情况下通过第三方协议连接到云服务器。因此，将EnOcean Link程序和智能家居控制程序运行于同一个硬件上，也已作为借口连接EnOcean身背。结果使得智能家居系统甚至在改造项目中也可以安装简单，同时集合了无线无源传感系统的优点以及智能家居应用程序的安全性。

图2: EnOcean Link接口软件在智能家居系统中的应用

控制建筑

除了住宅应用，EnOcean Link还可以应用于各种复杂的建筑场景。在这种情况下，EnOcean Link被应用中中央设备里，比如控制整个建筑，掌控人工智能，同时连接外部网络的控制服务器。在建筑中，一些网关需要接收数以千计的EnOcean传感器信息，还要应答接收者、发送返回信息或者如果需要的话还要发送命令数据。这些网关通过骨干网与控制服务器连接，骨干网并不一定基于EnOcean技术。比如，它可以是EnOcean/IP网关。位于中央单元的EnOcean Link可以立即为整个智能系统解释所有来自于网关的报文。

图3: EnOcean Link接口软件在楼宇自动化系统中的应用

快速开发

由于EnOcean Link帮助节约了开发资源，设备开发商可以很快的生产出基于EnOcean的应用程序并将其推向市场。设备开发商无需再另行开发软件用于转换EnOcean协议了，他们可以利用现成的EnOcean Link。同样适用于将EnOcean协议作解释用于下一步处理的应用程序。随着EnOcean Link的高效率使用，它可以很快在全世界范围内得到应用。尽管它最初是基于Linux系统开发的，该软件同样适用于别的架构平台，比如OSGi或者EEBus。购买了正版的软件后，设备生产商第一年能够接收到所有免费的更新。之后，还会依照相关的协议提供相应的技术支持。

作者：Marian Hönsch，德国易能森有限公司
翻译：刘磊，德国易能森有限公司北京代表处

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