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KNX IoT: Parte 2 – las ventajas de Thread

En el segundo artículo de esta serie sobre la tecnología KNX IoT, Bruno Johnson nos explica las ventajas que ofrece KNX y el protocolo inalámbrico Thread en la automatización de edificios comerciales.

En la primera parte de esta serie de artículos sobre el IoT de KNX, explicamos que el desarrollo de servicios digitales a partir de aplicaciones basadas en la nube, requería de conexiones de red basadas en el protocolo de Internet (IP) a dispositivos periféricos que son los que actuarían como interfaz con el cliente. He observado que empresas de todo tipo y tamaño involucradas en la automatización de edificios comerciales han estado pidiendo soluciones de IoT inalámbricas para hacer esto posible. Para hacer frente a esta necesidad, KNX Association ha lanzando KNX IoT Point API (KNX IoT), que se suma al conjunto de medios de transmisión física KNX. La transmisión se realiza por IPv6, con lo que KNX se prepara para el futuro ya que este sistema puede utilizarse con equipos informáticos y con todos los dispositivos físicos con IP habituales.

La posibilidad de desarrollar servicios digitales a partir de aplicaciones basadas en la nube requiere conexiones de red basadas en el protocolo de Internet (IP) a dispositivos periféricos que actúen como interfaz con el cliente.

La API KNX IoT Point es una pila de software de código abierto basada en el robusto y probado estándar inalámbrico Thread Mesh LPWAN. Este estándar ha sido ampliado con seguridad de nivel bancario y todo lo necesario para ser un producto perfecto que se adapte al mercado para los usuarios KNX.

La segunda parte analiza qué es Thread, las ventajas de su uso y cómo funciona con KNX.

¿Qué es Thread?

Thread es un protocolo de capa de red de malla inalámbrica de baja potencia basado en IPv6. Thread permite las comunicaciones directas por IP de entre dispositivos y entre dispositivo y la nube. Conecta de forma fiable cientos (o miles) de productos e incluye funciones de seguridad obligatorias. Las redes de malla de Thread no tienen un único punto de fallo, pueden autorrepararse y reconfigurarse cuando se añade o retira un dispositivo, y son sencillas de configurar y utilizar.

Thread es un protocolo de capa de red de malla inalámbrica de baja potencia basado en IPv6.

¿Por qué es importante el IP?

IPv6 versus IPv4

En las comunicaciones IP, cada dispositivo tiene un identificador único global llamado dirección IP, que le permite ser direccionable de forma única a través de Internet. Existen dos sistemas en uso: IPv4 e IPv6. IPv4 utiliza un espacio de direcciones de 32 bits, lo que equivale a 4.300 millones de posibilidades, mientras que IPv6 tiene un espacio de direcciones de 128 bits que equivale a 340 undecilillones de direcciones únicas globales. Thread usa IPv6, lo que permite una escalabilidad fluida.

Tecnología de la información (TI) versus Tecnología operativa (TO)

La infraestructura basada en IP ya está instalada en los edificios y forma la red informática. La tecnología IP es lo suficientemente rápida y fiable como para hacer funcionar nuestra infraestructura de tecnología operativa (OT), es decir, el hardware y el software que se utilizan para controlar los equipos industriales. Dado que la tecnología IP es también la base de Internet, la tecnología basada en IP está en el centro 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 mantenimiento de estas pasarelas es compleja y a menudo requiere un ingeniero in situ. La tecnología basada en IP, sin embargo, sólo necesita la presencia de un router. Los profesionales de TI son muy competentes en la instalación, configuración y mantenimiento de equipos basados en IP, y las herramientas para realizar este trabajo a distancia son habituales.

Soporte multiprotocolo

La otra gran ventaja de la tecnología basada en IP es que múltiples aplicaciones pueden compartir la misma infraestructura informática cableada o inalámbrica. Esto significa que, por ejemplo, se puede instalar una red Thread en un edificio para configurar las luces DALI+ e instalar más tarde el sistema KNX IoT HVAC, y ambos compartirán la misma infraestructura Thread de routers. Este tipo de uso compartido de la infraestructura no suele darse en el caso de la tecnología privada existente.

¿Por qué es importante la tecnología inalámbrica?

La conectividad inalámbrica es importante porque el coste del cableado de la infraestructura es caro y exige mucho tiempo. Sin embargo, la tecnología inalámbrica basada en IP más común, las redes Wi-Fi, está diseñada para transmitir grandes paquetes de datos de voz y vídeo, más que para la transmisión ocasional de pequeños paquetes de datos de sensores y actuadores.

Asimismo, las redes Wi-Fi, e incluso las mallas Wi-Fi, se asientan sobre una topología en estrella para cada punto de acceso, lo que limita el número máximo de nodos. Además, la redes Wi-Fi no están diseñados para admitir modos de suspensión y consume demasiada energía para que la batería funcione a largo plazo.

Se han desarrollado protocolos inalámbricos privados para superar muchos de los problemas anteriores, pero no están basados en IP.

Las malla Thread

Autogestión

La tecnología Thread forma una red mallada autogestionada y autorreparable. Los dispositivos Thread son capaces de actualizarse a sí mismos como enrutadores y pasar a nodos finales de forma dinámica, en función de las necesidades que vaya teniendo la red en cada momento. Esto hace que las redes Thread pueden ser instaladas por profesionales no cualificados y minimiza la necesidad de gestión de la malla de la red.

Eficiencia energética

Los dispositivos Thread pueden pasar a modo reposo para minimizar el consumo de energía y volver a conectarse a la red de forma segura en cualquier momento. Dado que Thread ha sido diseñado para entrar en reposo y volver a activarse, el proceso es fluido y muy rápido, algo muy importante para los dispositivos con limitaciones de energía.

Seguro

Thread se ha diseñado pensando en la seguridad desde el principio y cumple las normas de seguridad establecidas por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF). El uso de las normas de seguridad establecidas por el IETF garantiza el futuro de Thread frente a las próximas normas de ciberseguridad.

A continuación mostramos un ejemplo de un sistema de gestión de edificios (BMS), que utiliza conectividad basada en IP, incluyendo Thread.

Topología de la red de un edificio inteligente con Thread Cortesía de Thread Group.

KNX IoT y Thread

Las especificaciones de KNX IoT y la pila de software de código abierto asociada se han desarrollado pensando específicamente en los pequeños dispositivos integrados de bajo consumo. Esto significa que las elecciones realizadas tanto en las especificaciones como en la pila funcionan de forma muy eficiente en los dispositivos Thread.

De hecho, Cascoda ha implementado KNX IoT en sus propios módulos inalámbricos certificados Thread, que funcionan con tan sólo 512 kB de almacenamiento, 96 kB de memoria y seguridad mediante construcciones ARM TrustZone. Además, Cascoda lanzará en breve un kit de desarrollo de KNX IoT y Thread y, más adelante, una serie de diseños de referencia para aplicaciones concretas. Este kit de desarrollo ha sido diseñado teniendo como objetivo la flexibilidad y permite utilizar una enorme gama de sensores y actuadores disponibles en el mercado, con lo que se cubren miles de casos de uso.

Módulos inalámbricos certificados Thread de Cascoda.

Resumen

Las ventajas de KNX IoT son que la nueva tecnología está basada en IP y, por tanto, puede utilizarse a través de redes informáticas Se ha desarrollado garantizando su interoperabilidad con la tecnología KNX existente, y utiliza las últimas tecnologías subyacentes basadas en Internet, logrando que KNX IoT sea seguro por diseño.

Bruno Johnson y Wouter van der Beek son el director general y el director de operaciones, respectivamente, de Cascoda Limited. Cascoda es una empresa de comunicaciones que fabrica radios y módulos semiconductores de IoT seguros y lidera el desarrollo de los estándares de comunicaciones IoT seguras para edificios y ciudades inteligentes. Sus productos resuelven los problemas de alcance, fiabilidad, seguridad, potencia y escalabilidad del IoT industrial y comercial mediante innovaciones patentadas y la aplicación de los últimos estándares más seguros, todo ello integrado en económicos módulos IoT de consumo ultrabajo.

www.cascoda.com

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