KNX IP only - Eine neue Klasse von KNX Geräten. WEINZIERL ENGINEERING GmbH. Dr.-Ing. Th. Weinzierl D Tyrlaching

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1 KNX IP only - Eine neue Klasse von KNX Geräten Dr.-Ing. Th. Weinzierl D Tyrlaching KNX IP only heißt so viel wie nur noch IP, also Kommunikation über das Internet Protokoll in einem Computernetzwerk. Was auf den ersten Blick klingen mag wie die Ablösung aller bewährten Medien der Gebäudeautomatisierung, ist vielmehr eine leistungsfähige Erweiterung des KNX Systems, die zukünftig eine ganz neue Klasse von KNX Geräten ermöglicht. Dazu wird IP als eigenständiges Medium in KNX betrachtet und in Zukunft gleichberechtigt neben Twisted Pair, Powerline und Funk stehen. Es öffnet die Türen zur Top Level Kommunikation im Gebäude (z.b. Telekommunikation, Multimedia, etc.) und ermöglicht, von außen auf die KNX Installation zuzugreifen. Bild 1: Ethernet Patch-Kabel Kommunikation über KNXnet/IP Die Übertragung von KNX Telegrammen über das Ethernet ist als KNXnet/IP definiert und bereits Teil des KNX Standards. Die erste Anwendung von KNXnet/IP war die Nutzung von Ethernet für PC-Schnittstellen und Router. IP Router sind vergleichbar mit Linienkopplern, nutzen aber für die Hauptlinie das Ethernet. Inzwischen ist KNXnet/IP als eigenständiges Medium in KNX integriert und bietet die Möglichkeit, Leistungsmerkmale von KNX, wie die Konfigurationsmodi und das Interworking, auf IP zu übertragen Seite 1/5

2 Konfiguration Die bewährten Konfigurationsmodi der bestehenden KNX Medien, stehen auch für IP only Geräte zur Verfügung. Da IP only Geräte in der Regel aber eine hohe Komplexität erwarten lassen, werden viele dieser Geräte auf die Konfiguration im System Mode mit der ETS beschränkt bleiben. Die Unterstützung von IP only Geräten in der ETS ist bereits in Vorbereitung. Die gewohnte Darstellung mit Gruppenobjekten und Parametern wird selbstverständlich auch für diese Geräteklasse übernommen. Aber auch im Easy Mode, ja sogar im Easy Push Button Mode, sind interessante Lösungen auf KNXnet/IP zu erwarten. Interworking Das Interworking auf KNXnet/IP ist unverändert zu den anderen KNX Medien. Damit können KNX IP only Geräte die bewährte Leistungsfähigkeit der KNX Architektur inklusive Gruppenadressierung uneingeschränkt nutzen. Zudem können IP only Geräte über IP-Router unkompliziert auch mit anderen KNX Medien gekoppelt werden. Ethernet IP UDP KNXnet/IP Length Protocol Version Service Type Identifier Total Length Payload KNX-Telegram (cemi) MC 0x29 AddIL 0x00 Ctrl1 0xBC Ctrl2 Src hi Src lo Dst hi Dst lo L TPCI APCI Data... 0xE0 0x11 0x01 0x00 0x01 0x03 0x00 0x80... Bild 2: Telegramm-Format KNXnet/IP Ethernet als Konkurrenz zu TP? Mit der wachsenden Bedeutung der Kommunikation über IP und Ethernet stellt sich für viele Beobachter die Frage, ob das Ethernet die bewährten KNX Medien Twisted Pair und Powerline gänzlich ablösen wird. Diese Frage ist klar mit NEIN zu beantworten. Der wesentliche Grund hierfür liegt in den hohen Kosten für die Verkabelung, da zu jedem Endgerät eine eigene Netzwerkleitung erforderlich ist. Dies ist jedoch kein Nachteil, wenn ein Gerät aufgrund seiner Anwendung ohnehin über einen Netzwerkanschluss verfügt. So könnten zukünftig zum Beispiel die Funktionstasten eines VoIP Telefons mit KNX-Funktionen (z.b. Licht dimmen) belegt werden, wenn der Hersteller dies in der Gerätefirmware unterstützt. Das heißt, durch die Integration einer Systemsoftware für KNX Seite 2/5

3 kann jedes Gerät mit Netzwerkanschluss ohne zusätzliche Hardwarekosten zum KNX Gerät werden. Die Zukunft gehört damit eindeutig den hierarchischen Topologien: Ethernet wird sich weiter etablieren als leistungsfähiger Backbone und als Anschluss für komplexe (IP only) Geräte. Twisted Pair, Powerline und Funk behaupten ihre Bedeutung bei der Anbindung verteilter Sensoren und Aktoren. LAN-Switch ETS Internet KNX IP Router KNX IP Router KNX IP only Device KNX TP KNX TP Bild 3: Gemischte Bustopologie mit IP und Twisted Pair Hardwareaspekte für KNX IP Für die Entwicklung von KNXnet/IP Geräten sind keine speziellen KNX Bauteile erforderlich. Im Wesentlichen besteht ein IP Knoten aus einem Ethernetcontroller und einem Mikrocontroller bzw. einer CPU. Ethernetcontroller sind von verschiedenen Halbleiterherstellern verfügbar. Meist sind Controller mit einer Datenrate von 10 MBit/s ausreichend. Die Wahl des Mikrocontrollers hängt im Wesentlichen von der erforderlichen Rechenleistung für das Gerät ab. Prinzipiell kann das KNXnet/IP Protokoll sogar auf einem 8-Bit Controller implementiert werden. Je nach Anwendung können aber auch leistungsfähigere Controller erforderlich sein. Zahlreiche Controller bieten bereits ein Interface für Ethernet auf dem Chip, so dass nur noch der Physical Layer ergänzt werden muss. Bei gehobenen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit sind zudem Plattformen aus dem PC Bereich interessant Seite 3/5

4 Bild 4: Plattform für KNX IP only Geräte IP only Geräte werden in der Regel einen höheren Stromverbrauch als typische Geräte an KNX Twisted Pair aufweisen. Je nach Anwendung werden diese einen eigenen Netzanschluss (230V) oder ein externes Netzteil benötigen. Besonders interessant ist die alternative Versorgung über den Ethernet-Standard Power-over-Ethernet (PoE, IEEE 802.3af). Wenn sowohl das Endgerät als auch der verwendete Netzwerk-Switch diesen Standard unterstützen, können IP only Geräte direkt über das Ethernetkabel mit einer Leistung von bis zu 15 W versorgt werden. Systemsoftware für KNX IP only Geräte Die Systemsoftware für ein KNXnet/IP Gerät besteht tatsächlich aus zwei Protokoll-Stacks. Für die Kommunikation über Ethernet ist ein IP-Stack mit UDP (User Datagram Protocol) erforderlich, da KNXnet IP auf verbindungsloser Kommunikation basiert. Es werden sowohl Singlecast als auch Multicast Telegramme über UDP verwendet. Für IP-Stacks gibt es bereits eine große Auswahl bei kommerziellen SW Anbietern ebenso wie im Open Source Bereich. In vielen Betriebssystemen, wie zum Beispiel Linux oder Windows CE ist der IP-Stack bereits enthalten. Auf den IP/UDP Stack wird der eigentliche KNX Stack aufgesetzt. Der KNX Stack nutzt den IP/UDP Stack als Schnittstelle zum Netzwerk. Die Einbettung der KNX-Telegramme in UDP- Telegramme ist durch KNXnet/IP festgelegt. Der KNX Stack beinhaltet nicht nur die Protokollschichten nach dem OSI/ISO-Referenzmodell, sondern auch das jeweilige Gerätemodell mit den zugehörigen Managementprozeduren. Für KNX IP only Geräte wurde als erstes das Gerätemodell 5705 definiert. Es ist angelehnt an das Gerätemodell 0705 von Twisted Pair. Es erlaubt bis zu 255 Gruppenobjekte und unterstützt einen ladbaren Bereich für mehrere tausend Parameter. Das Anwendungsprogramm im Gerät greift auf die API (Application Programming Interface) des KNX-Stacks zu, um mit dem KNX Netz auf der Ebene der Gruppenobjekte zu kommunizieren Seite 4/5

5 Application KNX Stack KNXnet/IP KNX Msg. IP/UDP Ethernet Bild 5: Systemsoftware eines KNX IP only Gerätes Als Systemanbieter für KNX bietet die Weinzierl Engineering GmbH unterschiedliche Lösungen an, um KNX IP Geräte effizient entwickeln und fertigen zu können. Aufbauend auf eine breite Erfahrung in KNX Entwicklung und Zertifizierung wurde eine neue Systemsoftware (Kommunikations-Stack) für KNXnet/IP implementiert. Der Busmonitor Net n Node unterstützt jetzt als zusätzliche Schnittstellen sowohl KNXnet/IP Tunneling und als auch Routing. Der KNX-Stack für IP only Geräte kann zusammen mit jedem IP-Stack zum Beispiel von Linux verwendet werden. Zudem ist ein eigener IP-Stack verfügbar, der speziell für kleine Plattformen ohne eigenes Betriebssystem entwickelt wurde. Zusammenfassung Durch die Definition von KNX IP only Geräten bietet KNX den kompletten Satz an Medien für die Gebäudesteuerung. KNXnet/IP schlägt die Brücke zu digitalen Kommunikationssystemen mit hoher Bandbreite wie Audio, Internet oder Telekommunikation. Damit bietet KNXnet/IP nicht nur Firmen, die bereits in KNX aktiv sind, neue Möglichkeiten für zukunftsweisende Produkte. Die vollständige Verfügbarkeit von Hardware und Software erlaubt Herstellern eine schnelle und kosteneffektive Integration Ihrer Geräte in die KNX-Welt. Die Kombination zweier weltweiter Standards - Ethernet und KNX - ist sowohl für Hersteller als auch für Installateure eine sichere Basis für Investitionen in neue Lösungen Seite 5/5