Im sechsten Teil dieser Artikelserie über KNX IoT erklären Bruno Johnson und Wouter van der Beek, wie man Thread für KNX IoT verwendet.
Die digitale Transformation ist seit einigen Jahren eines der wichtigsten Strategiethemen auf den Tagesordnungen von Unternehmensvorständen. Die Möglichkeit, digitale Dienste aus Cloud-basierten Anwendungen zu entwickeln, erfordert auf dem Internetprotokoll (IPv6) basierende Netzwerkverbindungen zu Endgeräten, die zur Kundenschnittstelle werden. Unternehmen aller Formen und Größen in der kommerziellen Gebäudeautomation haben nach drahtlosen IoT-Lösungen gefragt, um dies zu ermöglichen, und die KNX Association hat darauf mit der Veröffentlichung der KNX IoT Point API (KNX IoT) reagiert.
Thread-Einleitung
Wie bereits in unserem Artikel 'KNX IoT: Teil 2 - die Vorteile von Thread', ist Thread ein IPv6-basiertes vermaschtes Netzwerk. In diesem Artikel werden wir Thread im technischen Detail erklären, einschließlich wie es für KNX IoT Geräte verwendet werden kann.
Das vermaschte Thread-Netzwerk enthält verschiedene Thread-Netzwerkrollen, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Thread border router
Der Thread Border Router (BR) ist die Netzwerkeinheit, die das Thread-Netzwerk mit dem breiteren IT-Netzwerk verbindet. Diese Einheit wird benötigt, wenn die KNX Konfigurationssoftware, ETS, als PC-Anwendung im IT-Netzwerk läuft. Sie wird auch für andere Netzwerkkommunikation benötigt, z.B. bei Verwendung des KNX IoT Routers (siehe Teil 5 dieser Serie), um KNX IoT mit anderen KNX Geräten zu verbinden.
Der Thread Border Router ist eine Standard-Netzwerkfunktion. Dieses Produkt kann mehrere Aspekte haben und auf Netzwerkgeräten basieren, zum Beispiel kann Thread eine Erweiterung eines Wi-Fi Routers sein. Es sind auch andere Ausführungen möglich, z. B. die Integration in die Anwendungsdomäne. Beachten Sie, dass Thread die Verwendung von mehreren Border-Routern in einem Thread-Netzwerk ermöglicht, um Redundanz zu erreichen.
Damit können Thread-Netzwerke gewollt oder ungewollt (falls ein Router aus irgendeinem Grund ausfällt) geteilt werden, ohne den Betrieb zu unterbrechen.
REED (Router Eligible End Device)
Das REED-Gerät kann die Thread-Router-Rolle oder die Thread-Endgeräte-Rolle haben und wird dynamisch von einem Endgerät zu einem Router hochgestuft, wenn das Thread-Netzwerk expandiert, und umgekehrt von einem Router zu einem Endgerät heruntergestuft, wenn das Netzwerk schrumpft. Das REED Gerät ist sehr nützlich, da es dem Thread-Netzwerk erlaubt, sich selbst zu verwalten.
ED (End Device)
Dieses Gerät unterstützt nur die Rolle des Endgeräts. Das ED-Gerät kann nur eine Verbindung zu einem Gerät mit einer Router-Rolle oder dem Border Router herstellen.
SED (Sleepy End Device)
Dieses Gerät unterstützt nur die Rolle des Endgeräts, hat aber die Fähigkeit, in den Ruhezustand zu gehen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Gerät, wenn es in den Ruhezustand geht, sich vom Thread-Netz trennt (d. h. keine Funkverbindung). Der übergeordnete Router speichert den eingehenden Verkehr für ein solches Gerät, so dass es, wenn es wieder aktiv ist, den eingehenden Verkehr empfängt.
Das SED-Gerät kann sich nur mit einem Gerät mit einer Router-Rolle oder dem Border Router verbinden und wechselt automatisch das Elternteil, wenn es die Konnektivität verliert.
Mesh Extender
Dieses Gerät wurde bisher nicht erwähnt, ist aber eigentlich ein netzbetriebener Router oder ein REED-Gerät. Der Zweck dieses Geräts ist es, die Reichweite des Mesh-Netzwerks zu erweitern, d.h. es kann dort platziert werden, wo eine direkte Netzwerkverbindung schwach ist. Dieses Gerät kann ein reines Thread-Gerät sein, was bedeutet, dass keine Anwendungsfunktionalität auf dem Gerät implementiert ist.
Auswirkungen
Wie also lassen sich diese Thread-Rollen auf KNX IoT-Geräte anwenden?
KNX IoT-Geräte, die Thread-basiert sind, müssen als REED-, ED- oder SED-Geräte implementiert werden, andernfalls werden sie nicht Teil des Thread-Netzwerks sein. Dies scheint eine von der Funktion des KNX-Geräts unabhängige Entscheidung zu sein, aber ist es das auch?
Alle KNX IoT Geräte implementieren eine Reihe von Funktionsblöcken, d.h. den Zweck des Gerätes. Die Auswahl der Hardware, die den Zweck des Geräts ausmacht, hängt davon ab, ob das Gerät mit Netzstrom (immer eingeschaltet) oder mit Strom aus Niedrig-Energie-Quellen (z.B. Energy Harvesting oder batteriebetrieben) versorgt werden soll. Als allgemeine Regel gilt, dass man ein REED-Gerät bauen sollte, wenn das Gerät netzbetrieben ist. Für alle anderen Quellen kann man ein Endgerät und sogar ein Sleepy End Device bauen, wenn die Funktion des KNX IoT Geräts mit Hardware realisiert werden kann, die wenig Strom verbraucht oder periodisch abgeschaltet werden kann (d.h. keinen Wirkstrom verbraucht).
Beispiele für KNX IoT EDs und SEDs
Wenn zum Beispiel ein Gerät nur periodisch Daten sendet, wie ein Temperatursensor, und wenn die Datenerfassung des Temperatursensors stromsparend ist, kann man ein SED erstellen. Wenn die Datenerfassung des Sensors kontinuierlich erfolgt, kann ein SED immer noch erstellt werden (um zusätzlichen Stromverbrauch durch den RF-Sender zu vermeiden), aber es könnte ein ED-Gerät sein.
Für Geräte, die eingehende Anfragen haben und eine zeitnahe Antwort benötigen, kann das Gerät ein ED oder ein REED sein.
Für Geräte, die eingehende Anfragen haben, auf die aber nur langsam reagiert werden kann, wie z.B. ein Luftqualitätssensor, können diese als SED ausgeführt werden.
Geräte, die aufgrund ihrer zusätzlichen Hardware Netzstrom benötigen, sollten als REED gebaut werden. Beispiele hierfür sind Beleuchtungskörper.
Zusammenfassung
Thread ermöglicht es, KNX IoT-Geräte so zu entwickeln, dass sie dem erforderlichen Energiebudget entsprechen. Die Wahl von REED, ED oder SED sollte entsprechend dem Leistungsbedarf der Peripheriegeräte getroffen werden, die die Funktion des Geräts ausmachen.
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 die Entwicklung von sicheren IoT-Kommunikationsstandards für intelligente Gebäude und intelligente Städte anführt. Die Produkte des Unternehmens lösen Probleme in Bezug auf Reichweite, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Stromverbrauch und Skalierbarkeit für industrielles und kommerzielles IoT durch patentierte Innovationen und die neuesten, sichersten Standards, die alle in kostengünstige IoT-Module mit extrem niedrigem Stromverbrauch integriert sind.
