Im zweiten Teil dieser Artikelserie über KNX IoT erklärt Bruno Johnson, wie KNX und das drahtlose Thread-Protokoll Vorteile für die gewerbliche Gebäudeautomation bringen.
Part 1 dieser Serie über KNX IoT wurde die Tatsache vorgestellt, dass die Möglichkeit, digitale Dienste aus Cloud-basierten Anwendungen zu entwickeln, Internetprotokoll (IP) basierte Netzwerkverbindungen zu Edge-Geräten erfordert, die als Kundenschnittstelle dienen. Ich habe festgestellt, dass Unternehmen aller Formen und Größen in der kommerziellen Gebäudeautomation nach drahtlosen IoT-Lösungen gefragt haben, um dies zu ermöglichen, und dass die KNX Association mit der Freigabe der KNX IoT Point API (KNX IoT) reagiert hat – eine neue Ergänzung zur Reihe der physikalischen Übertragungsmedien von KNX. Das Übertragungsmedium ist IPv6, was KNX zukunftssicher macht, da es mit IT-Geräten und allen gängigen physischen IP-Transporten verwendet werden kann.
Die KNX IoT Point API ist ein quelloffener Softwarestack, der auf dem robusten und bewährten Thread Mesh LPWAN Funkstandard basiert, der um Sicherheit auf Bankenniveau erweitert wurde und alles enthält, was für ein perfektes, marktfähiges Produkt für KNX Nutzer erforderlich ist.
In Teil 2 wird erläutert, was Thread ist, welche Vorteile es bietet und wie es mit KNX funktioniert.
Was ist Thread?
Thread ist ein IPv6-basiertes drahtloses Mesh-Netzwerkprotokoll mit geringem Stromverbrauch. Thread ermöglicht die direkte IP-basierte Kommunikation von Gerät zu Gerät und von Gerät zu Cloud. Es verbindet zuverlässig Hunderte (oder Tausende) von Produkten und umfasst obligatorische Sicherheitsmerkmale. Thread-Mesh-Netzwerke haben keinen einzigen Fehlerpunkt, können sich selbst reparieren und neu konfigurieren, wenn ein Gerät hinzugefügt oder entfernt wird, und sind einfach einzurichten und zu verwenden.
Warum ist IP so wichtig?
IPv6 im Vergleich zu IPv4
Bei der IP-Kommunikation hat jedes Gerät eine weltweit eindeutige Kennung, die so genannte IP-Adresse, mit der es über das Internet eindeutig adressierbar ist. Es werden zwei Systeme verwendet, nämlich IPv4 und IPv6. IPv4 verwendet einen 32-Bit-Adressraum, was 4,3 Milliarden Möglichkeiten entspricht, während IPv6 einen 128-Bit-Adressraum hat, was 340 Dezillionen weltweit eindeutigen Adressen entspricht. Thread verwendet IPv6 und ermöglicht so eine nahtlose Skalierbarkeit.
IT vs. OT
Die IP-basierte Infrastruktur ist bereits in den Gebäuden installiert und bildet das IT-Netz. Die IP-Technologie ist inzwischen schnell und zuverlässig genug, um die Infrastruktur der Operationstechnologie (OT) zu betreiben, d. h. die Hardware und Software, die zur Steuerung von Industrieanlagen verwendet wird. Da die IP-Technologie auch die Grundlage des Internets ist, steht die IP-basierte Technologie im Mittelpunkt jeder Strategie zur digitalen Transformation.
Keine Gateways
Im Gegensatz dazu benötigen nicht-IP-basierte Protokolle ein Gateway, um eine Verbindung zum IT-Netz oder zum Internet herzustellen. Die Einrichtung, Konfiguration und Wartung solcher Gateways ist komplex und erfordert häufig einen Techniker vor Ort. Für die IP-basierte Technologie wird jedoch lediglich ein Router benötigt. IT-Experten sind sehr erfahren im Einrichten, Konfigurieren und Warten von IP-basierten Geräten, und Tools zur Durchführung solcher Arbeiten aus der Ferne sind weit verbreitet.
Multi-Protokoll-Unterstützung
Ein weiterer großer Vorteil der IP-basierten Technologie besteht darin, dass mehrere Anwendungen dieselbe verkabelte oder drahtlose IT-Infrastruktur nutzen können. Das bedeutet, dass z.B. ein Thread-Netzwerk in einem Gebäude installiert werden kann, um die DALI+ Beleuchtung zu konfigurieren und später das KNX IoT HLK-System zu installieren, wobei dieselbe Thread-Infrastruktur von Routern genutzt werden kann. Eine solche gemeinsame Nutzung der Infrastruktur ist bei proprietärer Technologie normalerweise nicht der Fall.
Warum ist drahtlose Kommunikation so wichtig?
Drahtlose Konnektivität ist wichtig, weil die Kosten für die Verkabelung der Infrastruktur kostspielig und zeitaufwändig sind. Die am weitesten verbreitete IP-basierte Drahtlostechnologie, Wi-Fi, wurde jedoch für das Streaming großer Sprach- und Videodatenpakete und nicht für die gelegentliche Übertragung kleiner Sensor- und Aktordatenpakete entwickelt.
Darüber hinaus basiert Wi-Fi auf einer Sterntopologie zu jedem Zugangspunkt und auch Wi-Fi-Mesh basiert auf einer Stern-zu-Stern-Topologie, die die maximale Anzahl von Knoten begrenzt. Außerdem ist Wi-Fi nicht für die Unterstützung des Ruhezustands ausgelegt und verbraucht zu viel Strom für einen langfristigen Batteriebetrieb.
Proprietäre drahtlose Protokolle wurden entwickelt, um viele der oben genannten Probleme zu lösen, aber sie sind nicht IP-basiert.
Thread mesh
Selbstverwaltend
Thread bildet ein selbstverwaltendes, selbstreparierendes Mesh-Netzwerk. Thread-Geräte sind in der Lage, sich selbst zu Routern aufzurüsten und dynamisch zu Endknoten herunterzustufen, wenn sich die Anforderungen des Netzes ändern. So können Thread-Netzwerke auch von Laien installiert werden, und der Bedarf an Mesh-Netzwerk-Management wird minimiert.
Energieeffizient
Thread bildet ein selbstverwaltendes, selbstreparierendes Mesh-Netzwerk. Thread-Geräte sind in der Lage, sich selbst zu Routern aufzurüsten und dynamisch zu Endknoten herunterzustufen, wenn sich die Anforderungen des Netzes ändern. So können Thread-Netzwerke auch von Laien installiert werden, und der Bedarf an Mesh-Netzwerk-Management wird minimiert.
Sicher
Thread wurde von Grund auf mit Blick auf die Sicherheit entwickelt und unterliegt den etablierten Sicherheitsstandards der Internet Engineering Task Force (IETF). Durch die Verwendung bewährter IETF-Sicherheitsstandards ist Thread zukunftssicher für künftige Cybersicherheitsstandards.
Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für ein Gebäudemanagementsystem (BMS), das IP-basierte Konnektivität verwendet, einschließlich Thread.
KNX IoT und Thread
Die KNX IoT-Spezifikation und der zugehörige Open-Source-Software-Stack wurden speziell mit Blick auf kleine eingebettete Geräte mit geringem Stromverbrauch entwickelt. Dies bedeutet, dass die in der Spezifikation und im Stack getroffenen Entscheidungen auf Thread-Geräten sehr effizient funktionieren.
Tatsächlich hat Cascoda KNX IoT auf seinen eigenen Thread-zertifizierten Funkmodulen implementiert, die mit nur 512kB Speicher, 96kB Arbeitsspeicher und Sicherheit durch ARM TrustZone Konstrukte laufen. Weiterhin wird Cascoda in Kürze ein KNX IoT over Thread Entwicklungskit und später eine Reihe von Referenzdesigns für spezielle Anwendungen herausbringen. Dieses Entwicklungskit ist auf Flexibilität ausgelegt und ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl von handelsüblichen Sensoren und Aktoren, wodurch Tausende von Anwendungsfällen unterstützt werden.
Fazit
Die Vorteile von KNX IoT sind, dass die neue Technologie IP-basiert ist und daher über IT-Netzwerke genutzt werden kann. Es wurde mit garantierter Interoperabilität mit bestehender KNX Technologie entwickelt und verwendet die neuesten internetbasierten Technologien in seiner Spezifikation, wodurch KNX IoT von Anfang an sicher ist.
Bruno Johnson und Wouter van der Beek sind der CEO bzw. COO von Cascoda Limited. Cascoda ist ein Kommunikationsunternehmen, das sichere IoT-Halbleiter-Funkgeräte und -Module herstellt und die Entwicklung von sicheren IoT-Kommunikationsstandards für intelligente Gebäude und intelligente Städte anführt. Die Produkte des Unternehmens lösen Probleme in Bezug auf Reichweite, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Stromverbrauch und Skalierbarkeit für industrielles und kommerzielles IoT durch patentierte Innovationen und die neuesten, sichersten Standards, die alle in kostengünstige IoT-Module mit extrem niedrigem Stromverbrauch integriert sind.
