Im fünften Artikel dieser Serie 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, erfordert auf dem Internetprotokoll (IPv6) basierende Netzwerkverbindungen zu Endgeräten, 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 darauf 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 Transporte gibt, nämlich KNX TP (Twisted Pair), KNXnet/IP (IPv4), KNX RF (Radio Frequency) und KNX IoT (IPv6). Der KNX IoT Router stellt die Verbindung zwischen KNX IoT und anderen KNX Transporten her.
Das zweite Problem ist, dass, obwohl das KNX IoT Subsystem semantisch äquivalent zu bestehenden KNX Systemen ist, die Kommunikation zur Laufzeit konvertiert werden muss. Dies beinhaltet die Handhabung von KNX Secure und den KNX IoT Sicherheitsmechanismen. Der KNX IoT Router behandelt beide Themen, indem er sich mit dem bestehenden IPv4 Backbone verbindet und die Laufzeitmechanismen für eine nahtlose Interoperabilität handhabt.
Backbone IPv4
Ein Backbone ist ein Teil eines Netzwerks, der die Verbindung zwischen Bereichen ermöglicht, die Bereiche (oder Subnetze) von Geräten enthalten. Der Backbone in der ETS ist der IPv4-Backbone. Mit dem IPv4-Backbone können Installateure Produkte von Hunderten von verschiedenen Herstellern mit garantierter Kompatibilität kombinieren. Um 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 beinhaltet, kann der IPv4 Backbone auch für den Transport der KNX IoT IPv6 Nachricht verwendet werden. Dies ist möglich, da ein Netzwerk IPv4 und IPv6 gleichzeitig transportieren kann.
KNX IoT-Router
KNX-Router sind Systemkomponenten, die KNX-Nachrichten zwischen KNX-Medien umsetzen. Der KNX IoT Router tut dies 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 nutzt. Daher muss der KNX IoT Router nur zusätzlich angeben, wie er zwischen KNXnet/IP und KNX IoT konvertieren soll. 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 ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Ohne zusätzliche Informationen kann man Daten von der Net/IP-Seite nicht konvertieren, da die Net/IP-Seite nur Bits empfängt, die bekannt sind, ohne Kontext. Dies wird überwunden, indem der Management Client (MaC) dem KNX IoT Router mehr Informationen zur Verfügung stellt. Es gibt eine neue Tabelle, die die folgenden Informationen (pro Eintrag) enthält:
- Gruppenadresse (als Liste).
- Datentyp, die Hauptnummer, wie in Datenpunkttypen definiert, z.B. durch Angabe von Boolean, Integer, Float, usw.
- Sicherheit für die Gruppennachricht für KNX Secure (z.B. die KNXnet/IP Seite).
- Angabe, ob Authentifizierung angewendet wird.
- Angabe, ob Vertraulichkeit angewendet wird.
Zusätzliche Informationen zum Abhören der IPv4-Kommunikation werden mit einem neuen Funktionsblock net/IP behandelt. Der net/IP-Funktionsblock enthält die Einstellungen für:
- Welche Multicast-Adresse verwendet werden soll.
- Der IPv4-Backbone-Schlüssel.
- Time to Live (TTL), z.B. wie viele Routen eine Multicast-Nachricht passieren darf, bis sie verworfen wird.
- Die IPv4-Routing-Latenz-Toleranz.
- Der IPv4-Sync-Latenzanteil. Diese Information bedeutet, dass ein Client alle notwendigen Informationen hat, 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 gehandhabt, wie folgt:
- Die Auth/at Tabelle, um die Gruppenschlüssel zu registrieren.
- Die Recipient Tabelle, z.B. welche Informationen für die ausgehende Kommunikation zur KNX IoT Seite zu verwenden sind.
- Die Publisher Tabelle, z.B. welche Informationen zu verwenden sind, um die eingehende KNX IoT Kommunikation abzuhören.
- Die Group Object Tabelle, die angibt, welche Gruppen zum Senden und Empfangen verwendet werden.
Zusammenfassung
Durch die Verwendung eines KNX IoT-Routers ist KNX IoT vollständig interoperabel mit der bestehenden KNX-Infrastruktur. In der Tat kann ein KNX IoT Router mit bestehenden Net/IP Routern zusammenarbeiten, da er die zusätzlichen Konfigurationsparameter über KNX IoT angibt. Das bedeutet, dass eine heterogene Installation gleichzeitig über dasselbe (IT) Netzwerk laufen kann, sei es verkabelt (Ethernet/PoE) oder drahtlos (Thread / Wi-Fi / Mobilfunk), sowie über bestehende KNX Transportmedien. Das bedeutet auch, dass KNX Werkzeuge, wie die 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 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.
