En el segundo artículo de esta serie sobre KNX IoT, Bruno Johnson explica cómo KNX y el protocolo inalámbrico Thread aportan ventajas a la automatización de edificios comerciales.
La primera parte de esta serie sobre KNX IoT planteaba que la oportunidad de desarrollar servicios digitales a partir de aplicaciones basadas en la nube requiere conexiones de red basadas en el protocolo de Internet (IP) con dispositivos periféricos que actúan como interfaz con el cliente. Señalé que empresas de todo tipo y tamaño del sector de la automatización de edificios comerciales han estado solicitando soluciones inalámbricas de IoT para hacer esto posible, y que la Asociación KNX ha respondido lanzando la KNX IoT Point API (KNX IoT), una nueva incorporación al conjunto de medios de transmisión físicos de KNX. El medio de transmisión es IPv6, lo que garantiza la compatibilidad futura de KNX, ya que puede utilizarse con equipos informáticos y todos los medios físicos de transporte IP habituales.
La API KNX IoT Point es una pila de software de código abierto basada en el estándar inalámbrico Thread Mesh LPWAN, robusto y contrastado, que se ha ampliado con seguridad de nivel bancario y todo lo necesario para ser un producto perfecto y adecuado para el mercado de los usuarios de KNX.
La segunda parte de esta serie analiza qué es Thread, las ventajas de utilizarlo y cómo funciona con KNX.
¿Qué es Thread?
Thread es un protocolo de capa de red inalámbrica en malla de bajo consumo basado en IPv6. Thread permite comunicaciones directas de dispositivo a dispositivo y de dispositivo a la nube basadas en IP. Conecta de forma fiable cientos (o miles) de productos e incluye funciones de seguridad obligatorias. Las redes en malla Thread no tienen un único punto de fallo, pueden autorrepararse y reconfigurarse cuando se añade o se retira un dispositivo, y son fáciles de configurar y utilizar.
¿Por qué es importante el IP?
IPv6 frente a IPv4
En las comunicaciones IP, cada dispositivo tiene un identificador global único denominado dirección IP, que permite dirigirse a él de forma inequívoca a través de Internet. Existen dos sistemas en uso, a saber, IPv4 e IPv6. IPv4 utiliza un espacio de direcciones de 32 bits, lo que equivale a 4.3 mil millones de posibilidades, mientras que IPv6 cuenta con un espacio de direcciones de 128 bits, lo que equivale a 340 undecillones de direcciones únicas a nivel mundial. Thread utiliza IPv6, lo que permite una escalabilidad sin límites.
TI frente a TO
La infraestructura basada en IP ya está instalada en los edificios y constituye la red de TI. La tecnología IP ha alcanzado la velocidad y la fiabilidad necesarias para gestionar nuestra infraestructura de tecnología operativa (OT), es decir, el hardware y el software utilizados para controlar los equipos industriales. Dado que la tecnología IP es también la base de Internet, la tecnología basada en IP constituye el núcleo de cualquier estrategia de transformación digital.
Sin pasarelas
Por el contrario, los protocolos no basados en IP requieren una pasarela para conectarse a la red informática o a Internet. La instalación, configuración y el mantenimiento de dichas pasarelas son complejos y a menudo requieren la presencia de un ingeniero in situ. La tecnología basada en IP, sin embargo, solo requiere un router. Los profesionales de TI tienen gran experiencia en la instalación, configuración y mantenimiento de equipos basados en IP, y las herramientas para realizar este trabajo de forma remota son muy comunes.
Compatibilidad con múltiples protocolos
La otra gran ventaja de la tecnología basada en IP es que varias aplicaciones pueden compartir la misma infraestructura informática, ya sea por cable o inalámbrica. Esto significa que, por ejemplo, se puede instalar una red Thread en un edificio para configurar las luces DALI+, y posteriormente se puede instalar el sistema KNX IoT de climatización, compartiendo la misma infraestructura Thread de routers. Este uso compartido de la infraestructura no suele darse con la tecnología propietaria.
¿Por qué es importante la conexión inalámbrica?
La conectividad inalámbrica es importante porque el coste de cablear la infraestructura es elevado y requiere mucho tiempo. Sin embargo, la tecnología inalámbrica basada en IP más común, el Wi-Fi, se ha diseñado para la transmisión de grandes paquetes de datos de voz y vídeo, más que para la transmisión ocasional de pequeños paquetes de datos de sensores y actuadores.
Además, el Wi-Fi se basa en una topología en estrella hacia cada punto de acceso e incluso la red en malla Wi-Fi se basa en una topología de «estrella de estrellas», lo que limita el número máximo de nodos. Asimismo, el Wi-Fi no se ha diseñado para admitir modos de suspensión y consume demasiada energía para un funcionamiento prolongado con batería.
Se han desarrollado protocolos inalámbricos propietarios para superar muchos de los problemas mencionados anteriormente, pero no se basan en IP.
Malla Thread
Autogestión
Thread forma una red en malla autogestionada y con capacidad de autorreparación. Los dispositivos Thread pueden actualizarse a routers y volver a convertirse en nodos finales de forma dinámica, a medida que cambian las necesidades de la red. Esto permite que las redes Thread puedan ser instaladas por profesionales sin experiencia y minimiza la necesidad de gestionar la red en malla.
Eficiencia energética
Los dispositivos Thread pueden entrar en modo de suspensión para minimizar el consumo energético y volver a conectarse a la red de forma segura en cualquier momento. Dado que Thread se ha diseñado para el modo de suspensión y la reconexión, el proceso es fluido y muy rápido, lo cual es importante para los dispositivos con limitaciones de energía.
Seguro
Thread se ha diseñado pensando en la seguridad desde el principio y exige el cumplimiento de los estándares de seguridad establecidos por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF). El uso de los estándares de seguridad establecidos por el IETF garantiza que Thread esté preparado para los futuros estándares de ciberseguridad.
A continuación se muestra un ejemplo de un sistema de gestión de edificios (BMS) que utiliza conectividad basada en IP, incluido Thread.
KNX IoT y Thread
La especificación KNX IoT y la pila de software de código abierto asociada se han desarrollado específicamente pensando en pequeños dispositivos embebidos de bajo consumo. Esto significa que las decisiones tomadas tanto en la especificación como en la pila funcionan de manera muy eficiente en los dispositivos Thread.
De hecho, Cascoda ha implementado KNX IoT en sus propios módulos inalámbricos certificados para Thread, que funcionan con tan solo 512 kB de almacenamiento, 96 kB de memoria y seguridad basada en las estructuras de ARM TrustZone. Además, Cascoda lanzará en breve un kit de desarrollo de KNX IoT sobre Thread y, más adelante, una serie de diseños de referencia para aplicaciones concretas. Este kit de desarrollo se ha diseñado pensando en la flexibilidad y permite utilizar una amplia gama de sensores y actuadores disponibles en el mercado, cubriendo así miles de casos de uso.
Resumen
Las ventajas de KNX IoT residen en que esta nueva tecnología está basada en IP y, por lo tanto, puede utilizarse a través de redes informáticas. Se ha desarrollado garantizando la interoperabilidad con la tecnología KNX existente y utiliza en su especificación las últimas tecnologías subyacentes basadas en Internet, lo que hace que KNX IoT sea seguro por diseño.
Bruno Johnson es el director de operaciones (COO) de Cascoda Limited. Cascoda es una empresa de comunicaciones que fabrica radios y módulos semiconductores seguros para el IoT y lidera el desarrollo de estándares de comunicaciones seguras para el IoT destinados a edificios inteligentes y ciudades inteligentes. Sus productos resuelven los problemas de alcance, fiabilidad, seguridad, consumo energético y escalabilidad del IoT industrial y comercial mediante innovaciones patentadas y los estándares más recientes y seguros, todo ello integrado en módulos de IoT económicos y de consumo ultrabajo.
