In dieser fünften Ausgabe der Artikelserie über KNX IoT erklären Bruno Johnson und Wouter van der Beek die Rolle des KNX IoT Routers.
Die digitale Transformation ist seit einigen Jahren eines der wichtigsten Strategiethemen auf den Tagesordnungen von Unternehmensvorständen. Die Möglichkeit, digitale Dienste aus Cloud-basierten Anwendungen zu entwickeln, verlangt Internetprotokoll (IPv6)-basierte Netzverbindungen zu Edge-Geräten, die zur Kundenschnittstelle werden. Unternehmen aller Formen und Größen in der kommerziellen Gebäudeautomation haben nach drahtlosen IoT-Lösungen gefragt, um dies zu ermöglichen, und die KNX Association hat mit der Veröffentlichung der KNX IoT Point API (KNX IoT) reagiert.
Was macht der KNX IoT Router?
Das erste Problem ist, dass es in einem KNX System verschiedene Transportwege gibt, nämlich KNX TP (Twisted Pair), KNXnet/IP (IPv4), KNX RF (Radio Frequency) und KNX IoT (IPv6). Der KNX IoT-Router verbindet KNX IoT mit anderen KNX-Transporten.
Das zweite Problem ist, dass, obwohl das KNX IoT-Subsystem semantisch äquivalent zu bestehenden KNX-Systemen ist, eine Konvertierung der Echtzeit-Kommunikation erforderlich ist. Dies umfasst den Umgang mit KNX Secure und den KNX IoT Sicherheitsmechanismen. Der KNX IoT-Router bewältigt beide Probleme, indem er sich mit dem bestehenden IPv4-Backbone verbindet und Echtzeitmechanismen für nahtlose Interoperabilität handhabt.
Backbone IPv4
Ein Backbone ist Teil eines Netzwerks, das die Verbindung zwischen Bereichen ermöglicht, die Bereiche (oder Subnetze) von Geräten enthalten. Der Backbone in ETS ist der IPv4-Backbone. Mit der Verwendung des IPv4-Backbone können Installateure Produkte von Hunderten von verschiedenen Herstellern mit garantierter Kompatibilität kombinieren. Um also mit den bestehenden Installationen kompatibel zu sein, haben KNX IoT Geräte ihre eigenen Subnetze und verbinden sich mit dem IPv4 Backbone. Der KNX IoT Router ist das Gerät, das das KNX IoT Subnetz mit anderen KNX Transportmedien des Systems wie KNX TP verbindet. Ein Beispiel für die Verwendung von IPv4 als Backbone ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Wenn eine KNX-Installation KNX IoT enthält, kann der IPv4-Backbone auch für den Transport der KNX IoT IPv6-Nachricht verwendet werden. Dies ist möglich, weil ein Netzwerk gleichzeitig IPv4 und IPv6 transportieren kann.
KNX IoT router
KNX-Router sind Systemkomponenten, die KNX-Nachrichten zwischen verschiedenen KNX-Medien umsetzen. Der KNX IoT-Router übernimmt diese Aufgabe zwischen KNXnet/IP und KNX IoT. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass er die bestehenden KNX-Spezifikationen und die bestehenden Geräte auf der KNXnet/IP-Seite benutzt. Der KNX IoT Router muss also nur zusätzlich angeben, wie er zwischen KNXnet/IP und KNX IoT konvertiert. Obwohl der KNX IoT Router ein Gerät ist, besteht seine Hauptfunktion darin, eingehende Nachrichten von KNXnet/IP nach KNX IoT und eingehende Nachrichten von KNX IoT nach KNXnet/IP zu konvertieren. Dies wird in der folgenden Abbildung gezeigt:
Ohne zusätzliche Informationen können Daten von der Net/IP-Seite nicht umgewandelt werden, da die Net/IP-Seite nur Bits empfängt, die bekannt sind, ohne Kontext. Dies wird erreicht, indem der Management Client (MaC) mehr Informationen an den KNX IoT Router liefert. Es gibt eine neue Tabelle, die die folgenden Informationen (pro Eintrag) enthält:
- Gruppenadresse (in Form einer Liste).
- Datentyp, die Hauptnummer, wie in Datapoint Types definiert, z. B. durch Angabe von Boolean, Integer, Float, usw.
- Sicherheit für die Gruppennachricht für KNX Secure (z.B. die KNXnet/IP Seite).
- Anzeige, ob eine Authentifizierung durchgeführt wird.
- Anzeige, ob die Vertraulichkeit gewährleistet ist.
Zusätzliche Informationen zum Abhören der IPv4-Kommunikation werden mit einem neuen Funktionsblock net/IP behandelt. Der Funktionsblock net/IP enthält die Einstellungen für:
- Welche Multicast-Adresse verwendet werden soll.
- Den IPv4-Backbone-Schlüssel.
- Time to Live (TTL), z. B. wie viele Routen eine Multicast-Nachricht passieren darf, bis diese verworfen wird.
- Die IPv4-Routing-Latenzzeittoleranz.
- Der IPv4-Sync-Latenzanteil. Diese Information bedeutet, dass ein Client über alle notwendigen Informationen verfügt, um net/IP S-mode Nachrichten zu senden und zu empfangen.
Die Sicherheit und das Senden auf der KNX IoT Seite werden über die bestehenden KNX IoT Tabellen abgewickelt, wie folgt:
- Die Auth/at-Tabelle zur Registrierung der Gruppenschlüssel.
- Die Empfängertabelle, z.B. welche Informationen für die ausgehende Kommunikation zur KNX IoT Seite verwendet werden sollen.
- Die Publisher-Tabelle, z.B. welche Informationen verwendet werden sollen, um die eingehende KNX IoT-Kommunikation abzuhören.
- Die Gruppenobjekttabelle, die anzeigt, welche Gruppen zum Senden und Empfangen verwendet werden.
Fazit
Durch die Verwendung eines KNX IoT Routers ist KNX IoT vollständig interoperabel mit einer bestehenden KNX Infrastruktur. Tatsächlich kann ein KNX IoT-Router mit bestehenden Net/IP-Routern zusammenarbeiten, da er die zusätzlichen Konfigurationsparameter über KNX IoT spezifiziert. Das bedeutet, dass eine heterogene Installation gleichzeitig über dasselbe (IT-)Netzwerk laufen kann, sei es kabelgebunden (Ethernet/PoE) oder drahtlos (Thread/Wi-Fi/Mobilfunk), sowie über bestehende KNX Transportmedien. Das bedeutet auch, dass KNX Tools, wie ETS 6, die gesamte KNX Infrastruktur so konfigurieren können, dass sie unabhängig vom Transportmedium interoperabel 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.
