In de zesde van deze reeks artikelen over KNX IoT leggen Bruno Johnson en Wouter van der Beek uit hoe je Thread kunt gebruiken voor KNX IoT.
Digitale transformatie is de laatste jaren één van de belangrijkste strategiethema’s op de agenda’s van bestuursvergaderingen. De mogelijkheid om digitale diensten te ontwikkelen vanuit op de cloud gebaseerde toepassingen vereist op IPv6 gebaseerde netwerkverbindingen met randapparatuur die de klanteninterface wordt. Bedrijven in alle soorten en maten van commerciële gebouwautomatisering hebben gevraagd naar draadloze IoT-oplossingen om dit te realiseren, en KNX Association heeft hierop gereageerd door KNX IoT Point API (KNX IoT) uit te brengen.
Introductie Thread
Zoals reeds uitgelegd in ons artikel ‘KNX IoT: Deel 2 – de voordelen van Thread‘, is Thread een op IPv6 gebaseerd mesh-netwerk. In dit artikel leggen we Thread in meer technisch detail uit, inclusief hoe het kan worden gebruikt voor KNX IoT-apparaten.
Het Thread mesh-netwerk bevat verschillende Thread netwerkrollen, zoals weergegeven in figuur 1.
Thread border router
De Thread Border Router (BR) is de netwerkentiteit die het Thread-netwerk verbindt met het verdere IT-netwerk. Deze entiteit is nodig wanneer de KNX configuratiesoftwaretool ETS als pc-toepassing op het IT-netwerk gebruikt wordt. Het is ook vereist voor andere netwerkcommunicatie, bijvoorbeeld met behulp van de KNX IoT Router (zie deel 5 van deze reeks) om KNX IoT met andere KNX apparaten te verbinden.
De Thread Border Router is een standaard netwerkfunctie. Dit product kan meerdere aspecten hebben en kan gebaseerd zijn op netwerkapparatuur, bijvoorbeeld Thread kan een uitbreiding zijn op een Wi-Fi Router. Er zijn ook andere uitvoeringen mogelijk, bijvoorbeeld integratie met het applicatiedomein. Onthoud dat Thread het mogelijk maakt om meerdere border routers te gebruiken in een Thread-netwerk, voor redundantie.
Hierdoor kunnen Thread-netwerken bewust of onbewust worden gepartitioneerd (mocht een Router om wat voor reden dan ook uitvallen), zonder de werking te onderbreken.
Naast de Border Router specificeert Thread apparaattypes die de verschillende netwerkrollen kunnen aannemen. Om de verschillende apparaattypes uit te leggen, moet u eerst de Thread-netwerkrollen begrijpen.
Rol van router
Het Router knooppunt is de netwerkentiteit die IPv6-berichten routeert tussen Thread knooppunten, zowel andere Router knooppunten als Eindapparaten. Dit is een netwerkfunctie van het Thread-netwerk.
Rol van eindapparaat
De rol van een Eindapparaat is een leaf knooppunt. Vanuit een netwerkperspectief communiceert het alleen met zijn parent (een Router). Deze eindapparaatrollen zijn de REED (Router Eligible End Device) of het eindapparaat.
Rol als Leader
De Leader is een specifieke rol van een Router knooppunt. Het eerste Router knooppunt op het netwerk wordt een Leader. De Leader is verantwoordelijk voor het nemen van netwerkbeslissingen, de Leader kan bijvoorbeeld apparaten die in aanmerking komen voor Router promoveren tot Routers om de connectiviteit te verbeteren als dat nodig is. Er is maar één Leader in een Thread-netwerk. Als de Leader uitvalt, wordt een andere Router de Leader. Alle routers slaan de netwerkgegevens op, maar alleen de Leader kan er wijzigingen in aanbrengen.
REED (Router Eligible End Device)
Het REED-apparaat kan de Thread Router-rol of de Thread Eindapparaat-rol hebben en zal zichzelf dynamisch upgraden van een Eindapparaat naar een Router als het Thread-netwerk uitbreidt en omgekeerd zichzelf downgraden van een Router naar een Eindapparaat als het netwerk krimpt. Het REED-apparaat is erg nuttig omdat het het Thread-netwerk in staat stelt zichzelf te beheren.
ED (Eindapparaat)
Dit apparaat ondersteunt alleen de rol Eindapparaat. Het ED-apparaat kan alleen verbinding maken met een apparaat met de rol Router of de Border Router.
SED (Sleepy End Device)
Dit apparaat ondersteunt alleen de rol Eindapparaat, maar heeft de mogelijkheid om in slaapstand te gaan. Het belangrijkste verschil is dat wanneer het apparaat in de slaapstand gaat, het zich loskoppelt van het Thread-netwerk (d.w.z. geen radiocommunicatie). De parent Router zal het inkomende verkeer voor zo’n apparaat in de cache opslaan, zodat het, wanneer het weer actief is, het inkomende verkeer zal ontvangen.
Het SED-apparaat kan alleen verbinding maken met een apparaat met de rol Router of de Border Router en zal automatisch van parent wisselen als het de verbinding verliest.
Mesh Extender
Dit apparaat is niet eerder genoemd, maar het is eigenlijk een lijngevoede router of REED-apparaat. Het doel van dit apparaat is om het bereik van het mesh-netwerk uit te breiden, met andere woorden, het kan geplaatst worden waar een directe netwerkverbinding zwak is. Dit apparaat kan een puur Thread-apparaat zijn, wat inhoudt dat er geen applicatiefunctionaliteit op het apparaat is geïmplementeerd.
Implicaties
En hoe zijn deze Thread-rollen van toepassing op KNX IoT-apparaten?
KNX IoT apparaten die Thread-gebaseerd zijn, moeten geïmplementeerd worden als REED, ED of SED apparaten, anders maken ze geen deel uit van het Thread netwerk. Dit is ogenschijnlijk een beslissing die losstaat van wat de functie van het KNX-apparaat moet zijn, maar is dat ook zo?
Alle KNX IoT apparaten moeten een set van functionele blokken implementeren: d.w.z. het doel van het apparaat. De hardwareselectie voor het doel van het apparaat hangt af van de vraag of het apparaat wordt gevoed via het lichtnet (altijd aan) of via energiezuinige bronnen (zoals energiewinning of op batterijen). De algemene regel is dat als het apparaat op het lichtnet werkt, men een REED-apparaat moet bouwen. Voor alle andere bronnen kan men een Eindapparaat bouwen en zelfs een Sleepy End Device als de functie van het KNX IoT apparaat gemaakt kan worden met hardware die weinig stroom verbruikt of periodiek uitgeschakeld kan worden (d.w.z. niet actief stroom verbruikt).
Voorbeelden van KNX IoT ED’s en SED’s
Bijvoorbeeld, wanneer een apparaat slechts op gezette tijden gegevens verstuurt, zoals een temperatuursensor, en wanneer de gegevensverwerving van de temperatuursensor energiezuinig is, kan er een SED worden gemaakt. Als de gegevensverwerving van de sensor continu is, dan kan er nog steeds een SED worden gemaakt (om extra stroomverbruik door de RF-zender te vermijden), maar het zou een ED-apparaat kunnen zijn.
Voor apparaten die binnenkomende verzoeken ontvangen en een tijdige reactie vereisen, kan het apparaat een ED of een REED zijn.
Voor apparaten die binnenkomende verzoeken ontvangen, maar het verwerken van dat verzoek zal traag verlopen, zoals een luchtkwaliteitssensor, kunnen deze worden uitgevoerd als een SED.
Apparaten die netvoeding nodig hebben vanwege hun extra hardware, moeten worden gebouwd als een REED. Voorbeelden hiervan zijn verlichtingsarmaturen.
Samenvatting
Thread maakt het mogelijk om KNX IoT Devices te ontwikkelen op een manier die past bij het vereiste energiebudget. De keuze voor REED, ED of SED moet worden gemaakt op basis van het benodigde vermogen van de randapparatuur die de functie van het apparaat uitmaakt.
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 het voortouw neemt bij de ontwikkeling van veilige IoT-communicatiestandaarden voor slimme gebouwen en slimme steden. Hun producten lossen problemen op met bereik, betrouwbaarheid, beveiliging, vermogen en schaalbaarheid voor industrieel en commercieel IoT door middel van gepatenteerde innovaties en de meest recente veilige standaarden, allemaal geïntegreerd in goedkope IoT-modules met ultralaag vermogen.
