Im zweiten Teil dieser Artikelserie über KNX IoT erklärt Bruno Johnson, wie KNX und das Wireless Thread Protokoll Vorteile für die gewerbliche Gebäudeautomation bringen.
Teil 1 dieser Serie über KNX IoT führte in die Tatsache ein, dass die Möglichkeit, digitale Dienste aus Cloud-basierten Anwendungen zu entwickeln, Internetprotokoll (IP) basierte Netzwerkverbindungen zu Edge-Geräten erfordert, die als Kundenschnittstelle dienen. Ich wies darauf hin, 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 physikalischen IP-Transporten verwendet werden kann.
Die KNX IoT Point API ist ein Open-Source-Software-Stack, 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, markttaugliches Produkt für KNX-Anwender erforderlich ist.
Teil 2 dieser Serie befasst sich damit, was Thread ist, welche Vorteile es bietet und wie es mit KNX funktioniert.
Was ist Thread?
Thread ist ein IPv6-basiertes Low-Power-Protokoll für drahtlose Mesh-Netzwerkschichten. Thread ermöglicht direkte IP-basierte Device-to-Device- und Device-to-Cloud-Kommunikation. Es verbindet zuverlässig Hunderte (oder Tausende) von Produkten und umfasst obligatorische Sicherheitsfunktionen. Thread-Mesh-Netzwerke haben keinen Single Point of Failure, können sich selbst heilen und neu konfigurieren, wenn ein Gerät hinzugefügt oder entfernt wird, und sind einfach einzurichten und zu verwenden.
Warum ist IP wichtig?
IPv6 vs. IPv4
Bei der IP-Kommunikation verfügt jedes Gerät über eine weltweit eindeutige Kennung, die 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, was eine nahtlose Skalierbarkeit ermöglicht.
IT vs. OT
Die IP-basierte Infrastruktur ist bereits in Gebäuden installiert und bildet das IT-Netz. Die IP-Technologie ist inzwischen schnell und zuverlässig genug, um die Infrastruktur der Betriebstechnik (OT) zu betreiben, d.h. die Hard- 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 für die digitale Transformation.
Keine Gateways
Im Gegensatz dazu benötigen nicht-IP-basierte Protokolle ein Gateway, um eine Verbindung mit dem IT-Netz oder dem Internet herzustellen. Die Einrichtung, Konfiguration und Wartung solcher Gateways ist komplex und erfordert oft einen Techniker vor Ort. Für die IP-basierte Technologie hingegen ist lediglich ein Router erforderlich. IT-Fachleute sind mit der Einrichtung, Konfiguration und Wartung von IP-basierten Geräten sehr gut vertraut, und Tools für die Durchführung solcher Arbeiten aus der Ferne sind weit verbreitet.
Multiprotokoll-Unterstützung
Der andere große Vorteil der IP-basierten Technologie besteht darin, dass mehrere Anwendungen dieselbe drahtgebundene 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 dass später das KNX IoT HLK-System installiert werden kann, wobei dieselbe Thread-Infrastruktur von Routern gemeinsam genutzt wird. Eine solche gemeinsame Nutzung der Infrastruktur ist bei proprietärer Technologie normalerweise nicht der Fall.
Warum ist Wireless wichtig?
Die drahtlose Konnektivität ist wichtig, weil die Kosten für die Verkabelung der Infrastruktur kostspielig und zeitaufwendig 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 selbst 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 von Ruhezuständen ausgelegt und verbraucht zu viel Strom für einen langfristigen Batteriebetrieb.
Eigene drahtlose Protokolle sind entwickelt worden, um viele der oben genannten Probleme zu überwinden, aber sie sind nicht IP-basiert.
Thread Mesh
Selbstverwaltend
Thread bildet ein selbstverwaltendes, selbstheilendes Mesh-Netzwerk. Thread-Geräte sind in der Lage, sich selbst zu Routern aufzurüsten und dynamisch zu Endknoten herunterzustufen, wenn sich die Anforderungen des Netzwerks ändern. Dadurch können Thread-Netzwerke auch von ungelernten Fachleuten installiert werden, und der Bedarf an Mesh-Netzwerk-Management wird minimiert.
Energieeffizient
Thread-Geräte können in den Ruhezustand versetzt werden, um den Stromverbrauch zu minimieren, und sich jederzeit sicher wieder in das Netz einklinken. Da Thread für den Ruhezustand und den Wiedereintritt in das Netz entwickelt wurde, ist der Vorgang nahtlos und sehr schnell, was für Geräte mit begrenztem Stromverbrauch wichtig ist.
Sicherheit
Thread wurde von Grund auf sicher konzipiert und setzt auf die etablierten Sicherheitsstandards der Internet Engineering Task Force (IETF). Die Verwendung etablierter IETF-Sicherheitsstandards macht Thread zukunftssicher für künftige Cybersicherheitsstandards.
Nachfolgend ein Beispiel für ein Gebäudemanagementsystem (BMS), das IP-basierte Konnektivität, einschließlich Thread, nutzt.
KNX IoT und Thread
Die KNX IoT-Spezifikation und der zugehörige Open-Source-Software-Stack wurden speziell für kleine eingebettete Geräte mit geringem Stromverbrauch entwickelt. Das bedeutet, dass die in der Spezifikation und dem Stack getroffenen Entscheidungen sehr effizient auf Thread-Geräten funktionieren.
In der Tat 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. Darüber hinaus wird Cascoda in Kürze ein KNX IoT over Thread Entwicklungskit und später eine Reihe von Referenzdesigns für bestimmte Anwendungen herausbringen. Dieses Entwicklungskit ist auf Flexibilität ausgelegt und ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl von handelsüblichen Sensoren und Aktoren, wodurch Tausende von Anwendungsfällen abgedeckt werden können.
Zusammenfassung
Die Vorteile von KNX IoT sind, dass die neue Technologie IP-basiert ist und daher über IT-Netzwerke genutzt werden kann. Sie wurde mit garantierter Interoperabilität mit der bestehenden KNX Technologie entwickelt und nutzt die neuesten internetbasierten Technologien in ihrer Spezifikation, wodurch KNX IoT von vornherein sicher ist.
Bruno Johnson ist der 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 von Cascoda 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.
