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KNX IoT: Parte 2 – i vantaggi di Thread

Nella seconda serie di articoli su KNX IoT, Bruno Johnson spiega come KNX e il protocollo wireless Thread porta vantaggi all’automazione commerciale degli edifici.

La prima parte di questa serie su KNX IoT ha introdotto il fatto che l’opportunità di sviluppare servizi digitali da applicazioni basate su cloud richiede connessioni di rete basate su protocollo Internet (IP) a dispositivi edge che fungono da interfaccia con il cliente. Ho notato che le aziende di tutte le forme e dimensioni nell’automazione degli edifici commerciali hanno chiesto soluzioni IoT wireless per ottenere ció, e che KNX Association ha risposto rilasciando KNX IoT Point API (KNX IoT) – una nuova aggiunta alla gamma di mezzi di trasmissione fisica KNX. Il mezzo di trasmissione è IPv6, per questo a prova di futuro, in quanto KNX può essere utilizzato con apparecchiature IT e con tutti i comuni trasporti fisici IP.

L’opportunità di sviluppare servizi digitali a partire da applicazioni basate su cloud richiede connessioni di rete basate su protocollo Internet (IP) a dispositivi edge che fungono da interfaccia con il cliente.

L’API KNX IoT Point è uno stack software open-source basato sullo standard wireless Thread Mesh LPWAN, robusto e collaudato, che è stato ampliato con una sicurezza di livello bancario e tutto ciò che è richiesto per essere un prodotto perfetto e adatto al mercato per gli utenti KNX.

La seconda parte analizza cos’è il Thread, i vantaggi del suo utilizzo e come funziona con KNX.

Cos’é Thread?

Thread è un protocollo di livello di rete mesh wireless a basso consumo basato su IPv6. Thread consente comunicazioni dirette da dispositivo a dispositivo e da dispositivo a cloud basate su IP. Collega in modo affidabile centinaia (o migliaia) di prodotti e include funzioni di sicurezza obbligatorie. Le reti Thread Mesh non hanno un singolo punto di guasto, possono auto-ripararsi e riconfigurarsi quando un dispositivo viene aggiunto o rimosso e sono semplici da configurare e utilizzare.

Thread è un protocollo di livello rete mesh wireless a basso consumo basato su IPv6.

Perché l’IP è importante?

IPv6 vs IPv4

Con le comunicazioni IP, ogni dispositivo ha un identificativo unico globale chiamato indirizzo IP, che gli consente di essere indirizzato in modo univoco su Internet. I sistemi in uso sono due: IPv4 e IPv6. L’IPv4 utilizza uno spazio di indirizzi a 32 bit, pari a 4,3 miliardi di possibilità, mentre l’IPv6 ha uno spazio di indirizzi a 128 bit, pari a 340 undecilioni di indirizzi unici globali. Il thread utilizza IPv6, consentendo così una scalabilità senza soluzione di continuità.

IT vs OT

L’infrastruttura basata su IP è già installata negli edifici e costituisce la rete IT. La tecnologia IP è diventata sufficientemente veloce e affidabile per gestire la nostra infrastruttura di tecnologia operativa (OT), ovvero l’hardware e il software utilizzati per controllare le apparecchiature industriali. Poiché la tecnologia IP è anche alla base di Internet, la tecnologia basata su IP è al centro di qualsiasi strategia di trasformazione digitale.

Nessun gateway

I protocolli non basati su IP, invece, richiedono un gateway per collegarsi alla rete IT o a Internet. L’installazione, la configurazione e la manutenzione di questi gateway sono complesse e spesso richiedono l’intervento di un tecnico in loco. La tecnologia basata su IP, invece, richiede semplicemente un router. I professionisti dell’IT sono altamente specializzati nell’impostazione, nella configurazione e nella manutenzione di apparecchiature basate su IP, e gli strumenti per svolgere questo lavoro in remoto sono comuni.

Supporto Multi protocollo

L’altro vantaggio grosso della tecnologia basata su IP è che più applicazioni possono condividere la stessa infrastruttura IT cablata o wireless. Ciò significa che, ad esempio, è possibile installare una rete Thread in un edificio per configurare le luci DALI+ e successivamente installare il sistema HVAC KNX IoT, condividendo la stessa infrastruttura Thread di router. Questa condivisione dell’infrastruttura non si verifica normalmente con la tecnologia proprietaria.

Perché il wireless è importante?

La connettività wireless è importante perché il cablaggio dell’infrastruttura è costoso e richiede tempo. Tuttavia, la tecnologia wireless basata su IP più diffusa, il Wi-Fi, è stata progettata per lo streaming di grandi pacchetti di dati vocali e video, piuttosto che per la trasmissione occasionale di piccoli pacchetti di dati di sensori e attuatori.

In piú, il Wi-Fi si basa su una topologia a stella per ogni punto di accesso e anche il Wi-Fi mesh si basa su una topologia a stella, che limita il numero massimo di nodi. Inoltre, il Wi-Fi non è stato progettato per supportare le modalità di sospensione e consuma troppa energia per un funzionamento a batteria a lungo termine.

Sono stati sviluppati protocolli wireless proprietari per superare molti dei problemi sopra descritti, ma non sono basati su IP.

Thread mesh

Autogestione

Thread forma una rete a maglie autogestita e autorigenerante. I dispositivi Thread sono in grado di trasformarsi in router e di ridursi a nodi finali in modo dinamico, in base alle esigenze della rete. Ciò consente alle reti Thread di essere installate da professionisti non specializzati e riduce al minimo la necessità di gestire la rete mesh.

Efficienza energetica

I dispositivi Thread possono essere messi a riposo per ridurre al minimo il consumo energetico e rientrare in rete in modo sicuro in qualsiasi momento. Dal momento che Thread è stato progettato per essere messo a riposo per poi ricongiungersi, il processo è continuo e molto veloce, il che è importante per i dispositivi a basso consumo energetico.

Sicuro

Thread è stato progettato per garantire la sicurezza fin dalle fondamenta e si basa sugli standard di sicurezza stabiliti dall’Internet Engineering Task Force (IETF). L’uso di standard di sicurezza IETF consolidati rende il Thread a prova di futuro rispetto ai prossimi standard di cybersecurity.

Di seguito è riportato un esempio di sistema di gestione degli edifici (BMS) che utilizza la connettività basata su IP, incluso Thread.

Topologia della rete di edifici intelligenti. Per gentile concessione del Gruppo Thread.

KNX IoT e Thread

La specifica KNX IoT e il relativo stack software open-source sono stati sviluppati specificamente per i piccoli dispositivi embedded a basso consumo. Ciò significa che le scelte fatte sia nelle specifiche che nello stack funzionano in modo molto efficiente sui dispositivi Thread.

In effetti, Cascoda ha implementato KNX IoT sui propri moduli wireless certificati Thread, che funzionano con appena 512kB di memoria e 96kB di storage e con una sicurezza che utilizza i costrutti ARM TrustZone. Inoltre, Cascoda rilascerà a breve un kit di sviluppo KNX IoT over Thread e, successivamente, una serie di progetti di riferimento per applicazioni particolari. Questo kit di sviluppo è stato progettato per essere flessibile e consente di utilizzare una vasta gamma di sensori e attuatori disponibili in commercio, coprendo così migliaia di casi d’uso.

Moduli wireless certificati Thread di Cascoda.

Sintesi

I vantaggi di KNX IoT sono che la nuova tecnologia è basata su IP e può quindi essere utilizzata su reti IT. È stato sviluppato con la garanzia di interoperabilità con la tecnologia KNX esistente e utilizza le più recenti tecnologie basate su Internet nelle sue specifiche, rendendo così KNX IoT sicuro da progetto.

Bruno Johnson e Wouter van der Beek sono rispettivamente CEO e COO di Cascoda Limited. Cascoda è un’azienda di comunicazioni che produce radio e moduli semiconduttori sicuri per l’IoT e guida lo sviluppo di standard di comunicazione IoT sicuri per gli edifici e le città intelligenti. I suoi prodotti risolvono i problemi di portata, affidabilità, sicurezza, potenza e scalabilità per l’IoT industriale e commerciale grazie a innovazioni brevettate e ai più recenti standard di sicurezza, tutti integrati in moduli IoT economici a bassissimo consumo.

www.cascoda.com

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