分布式总线系统的优越性

你好，欢迎来到九把言，今天我们讨论一下总线系统架构的优劣。你只需要记住一个观点：分布式总线系统，不管从稳定性，还是易扩展性，都远远优于集散式系统。KNX总线则是分布式总线的典型代表。

最近因为比较关注区块链和比特币这一领域的讯息，经常会看到一个词叫做“去中心化”。例如区块链就是一个典型的“去中心化”的系统。”去中心化”也被看作未来发展的一个趋势。其实，去中心化的系统早就存在。比如近在眼前的互联网，就是一个明显的去中心化的系统。在互联网中，每一台电脑都是一个具有独立数据处理能力的终端，同时也可以与任意一台同在网中的终端进行相连，进行数据互通和信息交互。

其实早在几千年前，我们智慧的祖先就已经创造出一个典型的“去中心化”系统，那就是我们的万里长城。长城上的烽火台实质就是一个个终端，任意一个烽火台都可以发起数据的传输（点起烽火），其他烽火台也都可以接收到信号，转而进行自己的数据处理。而且，长城的烽火台之间并不是简单的链式连接，通常都是各种拓扑形式的混搭，有链式、星型、树型等等，某一个烽火台的故障并不会影响其他烽火台的正常工作，甚至还可以通过一种协作方式来在某种程度上弥补这台故障烽火台缺失带来的漏洞。

如果把目光转向我们熟悉的控制系统领域，其实“去中心化”也早就有了一个相对朴素的称呼，叫做“分布式总线系统”。

让我们先来看看控制系统的发展历程。最早的“控制系统”的出现，是因为人们在工业生产中，往往需要有很多固定的流程动作要执行，通过一个个按钮去逐一启动这些动作，显然效率低下。于是，人们利用继电器进行组合，形成相互之间的控制，实现了复杂的流程操作和逻辑联动。记得那个时候，做一个“控制系统”项目，所谓的“调试”实际上就是接线和校线。系统所有的输入输出之间都是通过大量的信号线彼此连接的，系统能否正常工作，基本上取决于接线是否正确。

后来，随着电子电路技术的发展，单片机技术日益成熟，这些复杂的继电器线路组合被移植到了集成电路中，变成了软件，内置在芯片中，于是就发展成了后来的PLC。PLC系统的架构是一个“集散式”系统架构。它有专门的输入模块，负责采集外界指令和信息。有专门的输出模块，负责命令的执行和信号的输出。而所有的数据计算和逻辑处理，都集中在一个中央处理模块中完成。到今天，PLC在很多场所都有应用和变种。比如工厂里的DCS系统，楼宇里的BA楼控系统，也包括很多用在酒店里的RCU客控系统和某些用在家居中的系统，采用的都是这种“集散式”的系统架构。集散式系统通常有一个强劲的中央处理模块，计算能力强，还能处理各种复杂的逻辑关系，拥有各种各样的接口，可以对接很多很多设备。但是，集散式系统致命的弱点也就在这个中央处理模块上。中央处理模块的数据容量上限，就决定了整个系统的容量上限。中央处理模块一旦出现故障，将导致整个系统陷入瘫痪。

于是，为了解决这个问题，就出现了分布式总线系统。分布式总线系统，把原来由一个中央处理模块完成的计算任务，分布到了系统中各个模块中，每个模块都具备一定的数据处理能力。每个模块既有可能是输入，也有可能是输出。我们熟悉的KNX系统，就是一个典型的分布式总线系统。比如当一个KNX智能面板控制某个驱动器的时候，面板是输入，驱动器是输出。但是，驱动器的触点状态反馈信息，又可以用来控制面板上的指示灯。这个时候，驱动器成了输入，面板成了输出。在KNX系统中，没有一个设备可以被称为“中央处理模块”，每一个设备都是相互独立的，因此某一个设备的损坏，也不会影响其他设备的正常运行，不会导致整个系统的瘫痪。因此，相比之下，分布式总线比集散式系统具有更高的稳定性。

同时，由于分布式总线的数据容量，不再受限于某一个中央处理模块，所以，其系统扩展性也就更好。用户可以根据需求随时在总线上增加新的功能模块，获得新的功能。同时，分布式总线，使得用户可以在总线任意位置进行扩展，更加灵活方便。像KNX系统，更是一个基于开放通用的标准协议来构建的系统，凡是符合KNX标准的产品，都可以任意连接在总线上，从而使得用户可以在海量的产品中进行选择，而不用担心不同厂家产品之间的兼容性，搭建一个用户需要的系统也就变得更加容易。

现在把目光从控制系统中抬起来，看回我们生活的这个世界，“分布式”，“去中心化”，也变得越来越普遍：中心化的公司正在衰落，每个人正在变成一个独立的点融入到更大的协同网络中；中心化的信息传播正在衰落，人们不需要在某个固定时间锁定某个固定电视频道来获取新闻信息，获取信息的渠道遍布生活的每个角落；中心化的知识传播正在衰落，人们不必走进校园，在任何一个角落都可以通过各种在线渠道，获得系统化的学习；等等。

多年以后，当我面对客户，向他们介绍KNX这种分布式系统为什么好的时候，我不仅想起了我第一次接触KNX（那时候还叫EIB）时的场景，我所在公司的一个PLC资深专家，拿着一本关于EIB系统的样本，很兴奋的对我说：“这东西好！”我当时还不理解他为什么这么说，似乎当时EIB系统能做的，PLC系统都可以做到啊？后来我才明白，他说的是两种系统总线架构在基础理念上的区别，一个属于过去，一个则方兴未艾。