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KNX IoT: Teil 1 – eine Einführung

Im ersten Teil dieser Artikelserie über KNX IoT erklären Bruno Johnson und Wouter van der Beek wie KNX schnell zur führenden drahtlosen IoT-Lösung für die gewerbliche Gebäudeautomatisierung geworden ist.

Die digitale Transformation ist seit einigen Jahren eines der wichtigsten Strategiethemen auf der Tagesordnung von Unternehmensvorständen. Die Möglichkeit, digitale Dienste aus cloudbasierten Anwendungen zu entwickeln, erfordert auf dem Internetprotokoll (IP) basierende Netzwerkverbindungen zu Edge-Geräten, die zur Kundenschnittstelle werden. Unternehmen aller Arten und Größen im Bereich der gewerblichen Gebäudeautomatisierung haben nach drahtlosen IoT-Lösungen verlangt, um dies umsetzen zu können.

Das Warten hat ein Ende und mit der Einführung von KNX IoT Point API (KNX IoT) ist diese Möglichkeit endlich da. Dabei handelt es sich um eine neue Ergänzung zur KNX-Suite physikalischer Übertragungsmedien. Das Übertragungsmedium ist IPv6 (der aktuellste Internetprotokoll-Standard), was KNX zukunftssicher macht, da es auf IT-Geräten und allen gängigen physikalischen IP-Transportarten verwendet werden kann.

Unternehmen aller Arten und Größen im Bereich der gewerblichen Gebäudeautomatisierung haben nach drahtlosen IoT-Lösungen verlangt, um digitale Dienstleistungen aus cloudbasierten Anwendungen zu entwickeln.

Die KNX Association beauftragte Cascoda, ein britisches Unternehmen, das sich auf IoT-Halbleiter und -Kommunikation spezialisiert hat und 12 Jahre lang führende Kenntnisse in diesem Bereich erworben hat, mit der Entwicklung des Open-Source-Software-Stacks KNX IoT Point API und katapultierte sich damit zur führenden drahtlosen IoT-Lösung für die gewerbliche Gebäudeautomatisierung. Der neue Open-Source-Software-Stack basiert auf dem robusten und bewährten drahtlosen Thread-Mesh-LPWAN-Standard. Dieser wurde um Sicherheit auf Bankenniveau erweitert und bietet alles, was erforderlich ist, um ein perfektes Produkt für KNX-Anwender zu sein.

Darüber hinaus gewährleistet KNX IoT die Interoperabilität mit der bestehenden drahtgebundenen und drahtlosen KNX-Infrastruktur, da es die gleichen Funktionsblöcke und das gleiche Kommunikationsmodell wie andere KNX-Technologien verwendet. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da es die Verwendung von KNX-Werkzeugen wie der Engineering Tool Software (ETS) für die Konfiguration von KNX-Anlagen ermöglicht, unabhängig von der verwendeten Transportart.

Spezifikation

Die KNX-IoT-Spezifikation der KNX-Systemspezifikationengruppe (3_10_5 KNX IoT Point API) beschreibt:

  • Eine neue Transportschicht basierend auf IPv6, z. B. WLAN, Ethernet und Thread-basierte Netzwerke
  • Ein neues Kommunikations-/Nachrichtenprotokoll, das CoAP und CBOR verwendet.
  • Die Verwendung der gleichen Funktionsblöcke wie bei den anderen KNX-Transportschichten
  • Die Verwendung der gleichen S-mode-Nachrichtensemantik wie bei den anderen KNX-Transportschichten
  • Die Verwendung der gleichen Konfigurationsdaten, um zu konfigurieren, welches Gerät mit welchem Gerät kommuniziert

Interoperabel

Wie im Abschnitt „Spezifikation“ oben dargelegt, übermittelt KNX IoT die gleichen semantischen Daten auf der Transportschicht wie alle anderen KNX-Implementierungen. Dies ist das wesentliche Merkmal von KNX IoT, das die Interoperabilität zwischen KNX IoT und den anderen KNX-Technologien gewährleistet und gleichzeitig die Verwendung der gleichen Werkzeuge für die Konfiguration von KNX-Anlagen ermöglicht, unabhängig von den verwendeten Transportpermutationen und -kombinationen.

KNX IoT und KNX-Netzwerk-Interoperabilität (Quelle: KNX Association).

Sicher

Sowohl in Europa als auch in Nordamerika haben die Gesetzgeber Standards für die IoT-Sicherheit entwickelt. So hat die Europäische Kommission (EK) neue Artikel in der Funkanlagenrichtlinie (RED) verabschiedet, die einen Rechtsrahmen für das Bereitstellen von Funkanlagen schafft, die:

  • über das Internet kommunizieren können, entweder direkt oder über andere Geräte;
  • personenbezogene Daten, Verkehrsdaten oder Standortdaten verarbeiten können;
  • Anwender in die Lage versetzen, Geld, monetäre Werte oder virtuelle Währungen zu übertragen.

Diese Bestimmungen werden am 1. August 2024 verbindlich, d. h. dass ab diesem Zeitpunkt die Hersteller von funkvernetzten Geräten diese Anforderungen erfüllen müssen. KNX IoT wurde unter Berücksichtigung dieser und der Cybersicherheitsstandards des US-amerikanischen NIST entwickelt.

Open Source

KNX IoT wird durch einen open source-Software-Stack unterstützt, der von der KNX Association gesponsert und von Cascoda entwickelt wurde. Über einen Zeitraum von sechs Monaten entwickelte Cascoda den quelloffenen KNX-IoT-Software-Stack und stellte dabei sicher, dass die Spezifikation die Anforderungen erfüllt. Implementierungen des Stacks wurden auf der Light + Building 2022 in Frankfurt erfolgreich vorgeführt. Der Open-Source-Software-Stack ist hier verfügbar.

KNX IoT Point API Public Stack auf GitLab (Quelle: KNX IoT Open Source Repository).

Thread-kompatibel

KNX IoT wurde so entwickelt, dass es mit Thread zusammenarbeiten kann. Thread ist ein stromsparendes drahtloses Mesh-Netzwerkschichtprotokoll, das auf IPv6 basiert. Thread ermöglicht die direkte IP-basierte Kommunikation von Gerät zu Gerät und von Gerät zu Cloud. Es verbindet zuverlässig Hunderte (oder Tausende) von Produkten und umfasst obligatorische Sicherheitsfunktionen. Thread-Netzwerke haben keine „Single Points of Failure“ (einzelne Ausfallpunkte), können sich selbst reparieren und neu konfigurieren, wenn ein Gerät hinzugefügt oder entfernt wird, und lassen sich einfach einrichten und verwenden.

Cascoda hat KNX IoT auf seine eigenen sicheren, eingebetteten, Thread-zertifizierten drahtlosen Module portiert und damit sichergestellt, dass KNX IoT so geschrieben wurde, dass es mit kleinen, stromsparenden, eingebetteten Geräten verwendet werden kann (Quelle: Cascoda).

Fazit

Die Vorteile von IoT KNX bestehen darin, dass die neue Technologie IP-basiert ist und daher in IT-Netzwerken eingesetzt werden kann. KNX IoT wurde mit garantierter Interoperabilität mit der bestehenden KNX-Technologie entwickelt und verwendet in seiner Spezifikation die neuesten zugrundeliegenden internetbasierten Technologien, wodurch es von Haus aus sicher ist.

Die Spezifikation wurde mit Blick auf eingebettete Geräte ausgelegt, und der Open-Source-Stack, der KNX IoT implementiert, ist recht klein und benötigt nur 512 kB Speicherplatz und 96 kB Arbeitsspeicher.

Cascoda wird in Kürze ein KNX IoT over Thread Development Kit und anschließend eine Reihe von Referenzdesigns für bestimmte Anwendungen veröffentlichen. Dieses Development Kit ist auf Flexibilität ausgelegt und ermöglicht den Einsatz einer enormen Bandbreite von im Handel erhältlichen Sensoren und Aktoren, wodurch Tausende von Anwendungsfällen abgedeckt werden.

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 bei der Entwicklung von sicheren IoT-Kommunikationsstandards für intelligente Gebäude und intelligente Städte führend ist. Die Produkte von Cascoda bieten Lösungen für Probleme hinsichtlich Reichweite, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Stromverbrauch und Skalierbarkeit für industrielle und gewerbliche IoT-Anwendungen durch patentierte Innovationen und die neuesten, sichersten Standards – und das alles integriert in kostengünstige IoT-Module mit extrem niedrigem Stromverbrauch.

www.cascoda.com

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