Первоначально разработанный в начале 1990-х годов шинный стандарт KNX на основе витой пары (TP1) доказывает снова и снова, что это самая надежная и масштабируемая система автоматизации зданий.

Несмотря на то, что шина работает с относительно низкой скоростью передачи данных (9600 бит/с), особенно в сравнении с более новыми системами, и что часто упускается из виду, так это то, что благодаря этой скорости передачи данных шина может иметь большие длины кабелей, свободную топологию и значительно более низкое энергопотребление устройствами, которые соединяются шиной KNX.

Даже при скорости передачи данных на шине может поддерживаться более 50 телеграмм в секунду, что более чем достаточно, если система KNX может быть разбита на линии и области, каждая из которых независима от другой и со своими 50 телеграммами в секунду.

Однако, с продвижением в использовании KNX, безусловно, существует потребность в более высоких скоростях передачи, особенно на системном уровне. Поскольку устройства визуализации и центральный мониторинг становятся все более распространенными, часто требуется, чтобы все телеграммы были доступны на самом высоком топологическом уровне вместе с большим количеством телеграмм обратной связи.

В рамках продолжающейся эволюции KNX была разработана IP-телеграмма, которая позволяет использовать Ethernet в качестве недорогой среды с высокой пропускной способностью, которая характерна для большинства зданий, будь то жилые или коммерческие здания. Однако важно понимать, что сети ЛВС предоставляют много преимуществ, требование иметь защищенную и контролируемую инфраструктуру означает, что KNX TP1 будет находится непосредственно в этой же среде.

Чтобы использовать IP-протокол в качестве среды передачи данных, Ассоциация KNX создала стандартизованную телеграмму KNX/IP. Это также основано на эталонной модели OSI с различными правилами для транспортных, сетевых и физических уровней. Проще говоря, это определяет, как использовать телеграмму TP1.

Фактическая телеграмма TP1 поддерживается вместе с дополнительным полем данных для определения назначения и использования KNXnet/IP, любой из следующих служб:

  • KNXnet/IP Core
  • KNXnet/IP Device Management
  • KNXnet/IP Tunneling
  • KNXnet/IP Routing
  • KNXnet/IP Remote Logging
  • KNXnet/IP Remote Configuration and Diagnosis
  • KNXnet/IP Object Server

Большинство из вышеперечисленных межсетевых взаимодействий являются автономными, поэтому основные коммуникационные службы, на которые нам следует обратить особое внимание это KNXnet/IP-Tunneling и KNXnet/IP-Routing.

KNXnet/IP-Tunneling

KNXnet/IP-Tunneling — это основной способ взаимодействия с системой KNX, который позволяет осуществлять одно-точечную связь, то есть связь одного внешнего устройства с шиной KNX. Это похоже на использование USB-интерфейса или последовательного интерфейса.

Это простейшая форма использования IP-коммуникации с шиной KNX, и это легко понять, поскольку нужно всего лишь указать внешнему устройству IP-адрес интерфейса KNX-IP. Такой вариант позволит контролировать весь трафик шины KNX и напрямую связываться с отдельными устройствами, например, для программирования в ETS. KNXnet/IP-Tunneling также широко используется для связи внешних систем с шиной KNX. Примечание: только в ETS этот метод упоминается как KNX/net-IP.

KNXnet/IP-Routing

KNXnet/IP-Routing — это поддержка многоадресных телеграмм, что позволяет устройству KNX-IP выполнять функциональные операции как с витой парой (шиной KNX), но в рамках IP-коммутатора (IP-coupler). Это означает, что структура системы KNX может быть основана на Ethernet, обеспечивая гораздо более высокую скорость передачи и большую гибкость при установке.

Многоадресная рассылка — это метод групповой связи, при котором вместо использования IP-адресов устройства все устройства указывают на стандартный многоадресный адрес. Это позволяет просматривать все телеграммы всеми устройствами KNX-IP, просматривающими этот адрес. Ассоциация KNX зарезервировала многоадресный адрес 224.0.23.12, однако можно любой адрес использовать, если он будет одинаково определён для всех устройств.

IP-Router (IP-маршрутизатор) как магистральный и линейный соединитель

На рисунке: IP-Router (IP-маршрутизатор) как магистральный и линейный соединитель

Аппаратные средства KNX over IP

Теперь, когда мы рассмотрели основные способы коммуникаций, давайте рассмотрим какие устройства для это необходимы. Двумя основными IP-устройствами в KNX являются интерфейсы и маршрутизаторы.

KNX-IP Интерфейс (KNX-IP Interface) поддерживает только KNXnet/IP Tunneling, однако один интерфейс, такой как Zennio KNX-IP Interface, может поддерживать несколько соединений. Это устройство может иметь 4 одновременных туннельных соединений, управление которыми осуществляется путем определения нескольких локальных адресов KNX на устройстве. Это полезно, когда у вас есть несколько экземпляров ETS, обращающихся к одной и той же системе KNX, или если вы хотите использовать интерфейс для подключения ETS и например, внешнего интерфейса к AV-системе.

Zennio KNX-IP Interface

KNX-IP Маршрутизатор (KNX-IP Router) выполняет основную функцию маршрутизации телеграмм, поэтому его необходимо в ETS размещать в позиции соединителя линий или соединителя области. В параметрах можно настроить таблицу определённых фильтров для управления потоком трафика между линией высокого и нижнего уровня, фактически как обычный соединитель линии.

Zennio KNX-IP Router

Все IP-маршрутизаторы будут поддерживать несколько соединений KNXnet/IP туннелирования, это означает, что устройство может использоваться для соединения разных линий KNX, а также для взаимодействия с системой или программирования с помощью ETS. По своей природе соединение для маршрутизации не имеет ограничений по количеству подключений из-за многоадресного соединения.

Из-за таблицы фильтров в IP-маршрутизаторе при подключении через многоадресное соединение вы можете видеть только подмножество трафика шины. На самом деле это также верно для туннельного соединения, однако вы увидите весь трафик на подключенной линии, но не можете видеть телеграммы с другой стороны соединителя линии.

Оба типа IP-устройств обычно требуют дополнительного питающего напряжения, помимо питания от самой шины KNX, и рекомендуется использовать отдельный блок питания для этого используются вспомогательные питающие выходы на блоках питания KNX.

Другой вариант на некоторых IP-устройствах — это их питание через Ethernet-кабель (PoE). Для этого потребуется сетевой коммутатор, поддерживающий PoE, и это простой и аккуратный способ монтажа.

Стоит обратить внимание, что IP-устройства производства Zennio в том числе как KNX-IP Interface и KNX-IP Router не требуют дополнительного питания или применения PoE, что делает их особенно удобными в использовании.

Безопасность и удаленный доступ

После того, как вы внедрили IP-решение, можно настроить любой из указанных типов соединений, чтобы разрешить удаленный доступ для ввода в эксплуатацию и поддержки. Используя интерфейс KNXnet/IP Tunneling, можно установить прямое внешнее соединение, если известен внешний WAN-адрес. Для маршрутизации брандмауэра необходимо будет перенаправить порты в сетевой маршрутизатор. Помните, что система KNX не требует пароля для доступа, и это будет не лучший метод в плане безопасного подключения, поэтому такой вариант особо не рекомендуется. Лучше использовать туннель VPN для установки удаленного соединения между внешней сетью и локальной сетью. Это обеспечивает более высокий уровень безопасности и шифрует трафик передаваемый по туннелю.

Выводы

Учитывая приведенные выше соображения, неудивительно, что возникает так много вопросов касательно технологии KNX over IP. Однако, как только будет понятно вышеприведенное, то уже намного проще становиться выбирать и правильно применять нужны устройства. Объединив скорость и гибкость IP-протокола совместно с надежностью и простотой шины KNX, у вас появится очень мощная, гибкая и устойчивая система будущего.