In de tweede van deze reeks artikels over KNX IoT legt Bruno Johnson uit hoe KNX en het draadloze Thread-protocol voordelen bieden voor de automatisering van commerciële gebouwen.
Deel 1 van deze serie over KNX IoT introduceerde het feit dat de mogelijkheid om digitale diensten van cloud-gebaseerde toepassingen te ontwikkelen er Internet Protocol (IP) gebaseerde netwerkverbindingen vereist zijn met randapparatuur die als klanteninterface fungeert. Ik merkte op dat bedrijven van alle soorten en maten in commerciële gebouwautomatisering hebben gevraagd naar draadloze IoT-oplossingen om dit te realiseren, en dat KNX Association heeft gereageerd door KNX IoT Point API (KNX IoT) uit te brengen – een nieuwe toevoeging aan de suite van KNX fysieke transmissiemedia. Het transmissiemedium is IPv6, wat KNX toekomstbestendig maakt omdat het kan worden gebruikt met IT-apparatuur en alle gangbare fysieke IP-transporten.
De KNX IoT Point API is een open-source software stack gebaseerd op de robuuste, beproefde Thread Mesh LPWAN draadloze standaard die uitgebreid werd met beveiliging op niveau van de banksector.
Deel 2 bekijkt wat Thread is, de voordelen van het gebruik ervan en hoe het werkt met KNX.
Wat is Thread?
Thread is een op IPv6 gebaseerd protocol voor draadloze mesh-netwerken met een laag vermogen. Thread maakt directe IP-gebaseerde apparaat-naar-apparaat en apparaat-naar-cloud communicatie mogelijk. Het verbindt betrouwbaar honderden (of duizenden) producten en bevat verplichte beveiligingsfuncties. Draadnetwerken hebben geen enkel storingspunt, kunnen zichzelf herstellen en herconfigureren wanneer een apparaat wordt toegevoegd of verwijderd, en zijn eenvoudig op te zetten en te gebruiken.
Waarom is IP belangrijk?
IPv6 vs IPv4
Bij IP-communicatie heeft elk apparaat een globale unieke identificatiecode, een IP-adres genaamd, waardoor het op unieke wijze via het internet kan worden geadresseerd. Er zijn twee systemen in gebruik, namelijk IPv4 en IPv6. IPv4 gebruikt een 32-bits adresruimte, wat neerkomt op 4,3 miljard mogelijkheden, terwijl IPv6 een 128-bits adresruimte heeft, wat neerkomt op 340 undeciljoen wereldwijd unieke adressen. Thread gebruikt IPv6, waardoor naadloze schaalbaarheid mogelijk is.
OT vs. OT
De op IP-gebaseerde infrastructuur is reeds geïnstalleerd in gebouwen en vormt het IT-netwerk. IP-technologie is snel en betrouwbaar genoeg geworden om onze infrastructuur voor operationele technologie (OT), d.w.z. de hardware en software voor de besturing van industriële apparatuur, te laten functioneren. Aangezien IP-technologie ook de basis is van het internet, vormt IP-gebaseerde technologie de kern van elke digitale transformatiestrategie.
Geen gateways
Voor niet-IP-gebaseerde protocollen daarentegen is een gateway nodig om verbinding te maken met het IT-netwerk of het internet. Het opzetten, configureren en onderhouden van dergelijke gateways is complex en vereist vaak een technicus ter plaatse. Voor IP-gebaseerde technologie is echter gewoon een router nodig. IT-professionals zijn zeer bedreven in het instellen, configureren en onderhouden van IP-gebaseerde apparatuur, en hulpmiddelen voor het uitvoeren van dergelijke werkzaamheden op afstand zijn ingeburgerd.
Multi-protocol ondersteuning
Het andere grote voordeel van op IP gebaseerde technologie is dat meerdere toepassingen dezelfde bekabelde of draadloze IT-infrastructuur kunnen delen. Dit betekent dat bijvoorbeeld een Thread-netwerk in een gebouw kan worden geïnstalleerd om de DALI+ lampen te configureren, en dat later het KNX IoT HVAC-systeem kan worden geïnstalleerd, waarbij dezelfde Thread-infrastructuur van routers wordt gedeeld. Het delen van infrastructuur is normaal gesproken niet het geval bij bedrijfseigen technologie.
Waarom is draadloos belangrijk?
Draadloze connectiviteit is belangrijk omdat de kosten van de bekabeling van de infrastructuur duur en tijdrovend zijn. De meest gebruikte IP-gebaseerde draadloze technologie, Wi-Fi, is echter ontworpen voor het streamen van grote pakketten spraak- en videogegevens, in plaats van het occasioneel verzenden van kleine pakketten sensor- en actuatorgegevens.
Bovendien is Wi-Fi gebaseerd op een sterrentopologie naar elk toegangspunt en zelfs het Wi-Fi netwerk is gebaseerd op een sterrentopologie, die het maximum aantal knooppunten beperkt. Bovendien is Wi-Fi niet ontworpen om slaapmodi te ondersteunen en verbruikt het te veel energie voor langdurig batterijgebruik.
Er zijn eigen draadloze protocollen ontwikkeld om veel van de bovengenoemde problemen op te lossen, maar deze zijn niet op IP gebaseerd.
Thread netwerk
Zelfbeheer
Thread vormt een zelfsturend, zelfherstellend, gaasnetwerk. Draadapparaten kunnen zichzelf dynamisch upgraden tot routers en downgraden tot eindpunten, naarmate de behoeften van het netwerk veranderen. Hierdoor kunnen Thread-netwerken door ongeschoolde professionals worden geïnstalleerd en wordt de behoefte aan beheer van het gaasnetwerk geminimaliseerd.
Energie-efficiënt
Draadapparaten kunnen slapen om het stroomverbruik te minimaliseren, en op elk moment weer veilig aan het netwerk deelnemen. Aangezien Thread is ontworpen voor slapen en weer samenvoegen, verloopt het proces naadloos en zeer snel, wat belangrijk is voor apparaten met weinig vermogen.
Veilig
Thread is ontworpen met beveiliging vanaf de basis, en vereist gevestigde Internet Engineering Task Force (IETF) beveiligingsnormen. Het gebruik van gevestigde IETF-beveiligingsnormen maakt Thread toekomstbestendig voor toekomstige cyberbeveiligingsnormen.
Hieronder ziet u een voorbeeld van een gebouwbeheersysteem (BMS) dat gebruik maakt van IP-gebaseerde connectiviteit, inclusief Thread.
KNX IoT en Thread
De KNX IoT specificatie en de bijbehorende open-source software stack zijn speciaal ontwikkeld voor kleine ingebouwde apparaten met een laag vermogen. Dit betekent dat de keuzes in zowel de specificatie als de stack zeer efficiënt werken op Thread-toestellen.
Cascoda heeft inderdaad KNX IoT geïmplementeerd op zijn eigen Thread-gecertificeerde draadloze modules, die werken met slechts 512kB opslag, 96kB geheugen en beveiliging door middel van ARM TrustZone constructies. Verder brengt Cascoda binnenkort een KNX IoT over Thread ontwikkelingskit uit, en later een reeks referentieontwerpen voor specifieke toepassingen. Deze ontwikkelingskit is ontworpen met het oog op flexibiliteit en maakt het mogelijk een enorme reeks in de handel verkrijgbare sensoren en actuatoren te gebruiken, waardoor duizenden gebruikssituaties kunnen worden bestreken.
Samenvatting
De voordelen van KNX IoT zijn dat de nieuwe technologie IP-gebaseerd is en dus via IT-netwerken kan worden gebruikt. Het is ontwikkeld met gegarandeerde interoperabiliteit met bestaande KNX-technologie, en het gebruikt de nieuwste onderliggende internet-gebaseerde technologieën in zijn specificatie, waardoor KNX IoT beveiligd is door het ontwerp.
Bruno Johnson en Wouter van der Beek zijn respectievelijk CEO en COO van Cascoda Limited. Cascoda is een communicatiebedrijf dat veilige IoT-halfgeleiderradio’s en -modules produceert en de ontwikkeling van veilige IoT-communicatiestandaarden voor slimme gebouwen en slimme steden leidt. Zijn producten lossen problemen met bereik, betrouwbaarheid, beveiliging, vermogen en schaalbaarheid voor industrieel en commercieel IoT op door middel van gepatenteerde innovaties en de nieuwste meest veilige standaarden, allemaal geïntegreerd in goedkope IoT-modules met een ultralaag vermogen.
