KNX-IP-Router D 2009 02 17 001 - Weinzierl Engineering · Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009...

1Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009

KNX/IP-Router

Seminar

KNX/IP-Router

Weinzierl Engineering GmbHDipl.-Ing. (FH) Florian Heiny

84558 Tyrlachingwww.weinzierl.de


Agenda (Teil 1)

• Einführung

• IP als Medium für KNX

• KNXnet/IP

• Ersatz von Linien- bzw. Bereichskopplern

• Netzwerk-Grundlagen

• Parameterdialog in der ETS

• Filtertabelle


Agenda (Teil 2)

• Montage des KNX/IP-Routers

• Beispiel einer Installation

• Verwendung als Interface

• Inbetriebnahme / Fehlersuche

• WLAN

• Fernzugriff

• Ausblick


Firma

• Gegründet 2001

• Eigenes Büro in Tyrlaching

• Geschäftsführer– Dr.-Ing. Thomas Weinzierl

• Mitarbeiter– 6 Entwickler für Hardware und

Software (Ingenieur)

– 2 Aushilfskräfte

• Qualitätsmanagement– ISO9001

• Schwerpunkt: KNX– 10 Jahre Erfahrung– Mitglied in KNX– Sitz in KNX Systemgruppe– Sitz in TF IP– Support


Standort

• Tyrlaching

• Süd-Ost Bayern• Ca. 100 km

südöstlich von München• Gemeinde

ca. 1000 Einwohner


IP als Medium für KNX

• IP: Internet Protocol

– Basis für viele Kommunikationsanwendungen• Datenaustausch• Email• Telefon (VoIP)

– Medium Ethernet in vielen Gebäuden verfügbar• Reduzierung des Installationsaufwandes

– Verbindung ins Internet• Anbindung nahezu überall verfügbar


• Verwendung als Schnittstelle– Zugriff von jedem Punkt im Netzwerk möglich– Zugriff auch über das Internet möglich– Alternative zu RS232 / USB Schnittstellen

→ KNXnet/IP Tunnelling

• Verwendung als schnellen Backbone– Ersatz von Linien- / Bereichskoppler durch IP

Router→ KNXnet/IP Routing

– Verdeutlichung durch Beispiel (Topologie)

IP als Medium für KNX


KNX-Topologie

EIB/KNX

1.1.0 1.2.0

1.2.1

1.2.6

1.2.5

1.2.4

1.2.3

1.2.2

1.1.1

1.1.6

1.1.5

1.1.4

1.1.3

1.1.2

EIB/KNX

2.1.0 2.2.0

2.2.1

2.2.6

2.2.5

2.2.4

2.2.3

2.2.2

2.1.1

2.1.6

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

1.0.0 2.0.0

EIB/KNX

BK BK

LK LK LK LK

• Übliche Installation

• Verwendung von– Linienkopplern

– Bereichskopplern

• Problem: Backbone– Weiterleitung für

Visualisierung

– Zentralfunktion

– Langsam

– Telegrammverlust möglich

• Lösung: KNX/IP-Router


Netzwerk Grundlagen

• Medien– 10Base-T

• IEEE802.3i

• Twisted Pair (CAT-3)

• Länge pro Segment: 100m

– 100Base-TX• IEEE802.3u

• Twisted Pair (CAT-5)

• Länge pro Segment: 100m


Netzwerk Grundlagen

• Topologie– Sternförmig

– Anschluss der Segmente an• Hub

• Switch


Netzwerk Grundlagen

HTTP KNXnet/IP

TCP UDP

ARP

Ethernet

ICMP IGMP

AL

TL

NL

LLPL

IP

KNX-EMI-Frames

• Application layer– KNXnet/IP

• Transport layer– User Datagram Protocol

• Network layer– Internet Protocol

– Address Resolution Protocol

• Physical/Link layer– Ethernet


Netzwerk Grundlagen

• Adressierung eines Netzwerkteilnehmers– MAC-Adresse (Media Access Control)

• Weltweit einmalig

• Nicht veränderbar (an Hardware gebunden)

• Länge 6 Bytes

• Schreibweise: 00-50-C2-55-40-00

– IP-Adresse (Internet Protocol)• Wird vom Administrator vergeben

• Länge 4 Bytes (IPv4)

• Schreibweise: 192.168.1.1

• Subnetze


Netzwerk Grundlagen• IP-Adressierung

– Aufteilung in Subnetze– Unterteilung der IP-Adresse in

• Netz-ID• Host-ID

– Beispiel:Subnetz-Maske: 255.255.255.0

11111111.11111111.11111111.00000000

Netz-ID: 192.168.1.0

Erste IP-Adresse: 192.168.1.1

Letzte IP-Adresse: 192.168.1.254

Broadcast: 192.168.1.255

IP-Adresse: 192.168.1.25

Host-ID: 0.0.0.25


Netzwerk Grundlagen

• Subnetze– Verwendung privater IP-Adressen

• Werden nicht öffentlich verwendet

• Klasse B: 172.16.0.0 bis 172.31.255.255

• Klasse C: 192.168.0.0 bis 192.168.255.255

• Gateway-IP-Adresse– Soll ein Teilnehmer außerhalb des Subnetzes

erreicht werden, wird ein Gateway benötigt.


Netzwerk Grundlagen

• Multicast-Adressierung– Ein Sender – mehrere Empfänger– IP-Adressbereich:

• 224.0.0.0 bis 239.255.255.255

– Für KNXnet/IP reserviert:224.0.23.12

– Multicast MAC• 23 Bits der IP-Adresse werden

auf 01-00-5E-00-00-00 gemapt• Beispiel: 224.0.23.12

MAC: 01-00-5E-00-17-0C


Netzwerk Grundlagen

• Port– Adresskomponente (Transport Layer)

– Zuordnung an richtigen Dienst (in Application Layer)

– Länge 2 Bytes

– Reservierte Ports• 21 FTP Datentransfer

• 80 HTTP Webserver

• 110 POP3 Zugriff auf Email-Server

• 3671 KNXnet/IP Gebäudeautomation

– Dynamische Ports• Variabel einsetzbar

• Keiner Anwendung zugehörig

• Bereich von 49152 bis 65535


Netzwerk Grundlagen

• DHCP– Dynamic Host Configuration Protocol

– Zentrale Vergabe von• IP-Adresse

• Subnetz

• Gateway-IP-Adresse

– DHCP-Server notwendig• In handelsüblichen DSL-

Routern enthalten

ClientServer

DHCP Discover

DHCP Offer

DHCP Request

DHCP ACK


Anforderungen an das Netzwerk

• TP-Kabel (mind. CAT-3) mit RJ-45-Stecker

• Freie Bandbreite– Kaum kritisch

• Multicast– Weiterleiten von Multicast-Telegrammen

– Multicast-IP-Adresse• 224.0.23.12

• Evtl. weitere

– Port• 3671


KNXnet/IP Anforderungen

KNXnet/IP server

Core services

Device management

Tunneling Routing

Remote logging

Remote configuration and diagnosis

Object server

• Finden und Erkennen von KNXnet/IP-Geräten

– Core services• Konfiguration

von KNXnet/IP-Geräten– Device management

• Buszugriff (ETS)– Tunneling

• Linien- / Bereichskopplung– Routing

• Teil des KNX Standards!


KNXnet/IP

• Core Services– Discovery mit default Multicast Adresse

• SEARCH_REQUEST• SEARCH_RESPONSE

– Self-description• DESCRIPTION_REQUEST• DESCRIPTION_RESPONSE

– Connection Management• CONNECT_REQUEST• CONNECT_RESPONSE• CONNECTIONSTATE_REQUEST• CONNECTIONSTATE_RESPONSE• DISCONNECT_REQUEST• DISCONNECT_RESPONSE


KNXnet/IP

• Device Management– Konfiguration des KNXnet/IP-Gerätes– Services

• DEVICE_CONFIGURATION_REQUEST• DEVICE_CONFIGURATION_ACK

– Zugriff auf Properties• Netzwerkeinstellungen• 2. physikalische Adresse• Telegrammzähler

• Tunnelling– Aufbau eines Tunnels in eine Linie– Services

• TUNNELLING_REQUEST• TUNNELLING_ACK

– Zur Inbetriebnahme von TP1-Geräten


KNXnet/IP

• Routing– Verbindung mehrerer Linien– Filterung von Telegrammen– Multicast, um mehrere Empfänger

gleichzeitig zu erreichen– Services

• ROUTING_INDICATION• ROUTING_LOST_MESSAGE


KNXnet/IP: Protokoll• KNXnet/IP Telegramm basierend auf UDP

• KNX in cEMI (Common EMI) codiert• Beispiel: Gruppentelegramm (Routing)

• TP1: BC 11 04 00 01 E1 00 80 CS

• IP : 06 10 05 30 00 11 29 00 BC D0 11 04 00 01 01 00 80

HeaderEthernet

HeaderUDP

HeaderIP KNXnet/IP

HeaderLength

ProtocolVersion

Service Type Identifier

TotalLength

Payload

cEMI


KNX/IP-Router als Bereichskoppler

Switch

LAN

KNX IPRouter

1.0.0

KNX IPRouter

2.0.0

EIB/KNX

1.1.0 1.2.0

1.2.1

1.2.6

1.2.5

1.2.4

1.2.3

1.2.2

EIB/KNX

2.1.0 2.2.0

2.2.1

2.2.6

2.2.5

2.2.4

2.2.3

2.2.2

2.1.1

2.1.6

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

• Ersatz von Bereichskopplern

• Erhalt vorhandener Linienkoppler

• Adressierung:x.0.0 (x: 1..15)

• Achtung:KNX/IP-Router nicht topologisch unterhalb verwenden!


KNX/IP-Router als Linienkoppler

Switch

EIB/KNX

LAN

1.1.1

1.1.6

1.1.5

1.1.4

1.1.3

1.1.2

1.1.7

1.1.12

1.1.11

1.1.10

1.1.9

1.1.8

KNX IPRouter

1.1.0

KNX IPRouter

2.1.0

EIB/KNX

2.1.1

2.1.6

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

2.1.7

2.1.12

2.1.11

2.1.10

2.1.9

2.1.8

• Ersatz von Linienkopplern

• Keine Bereichskoppler notwendig

• Adressierung:x.y.0 (x, y: 1..15)

225 Linien

• Achtung:KNX/IP-Router nicht topologisch oberhalb verwenden!


Gemischte Installationen

Switch

LAN

KNX IPRouter

1.0.0

EIB/KNX

1.1.0 1.2.0

1.2.1

1.2.6

1.2.5

1.2.4

1.2.3

1.2.2

1.1.1

1.1.6

1.1.5

1.1.4

1.1.3

1.1.2

KNX IPRouter

2.1.0

EIB/KNX

2.1.1

2.1.6

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

2.1.7

2.1.12

2.1.11

2.1.10

2.1.9

2.1.8

• Verwendung von KNX/IP-Routern als– Linienkoppler

– Bereichskoppler

• Erweiterung von Bestandsanlagen


Routing

• Ethernet: in vielen Gebäuden vorhanden

• Verwendung des Routing-Protokolls von KNXnet/IP

• Schneller Backbone 10 MBit/s

• Multicast– Ein Sender – mehrere Empfänger

• Visualisierung

• Parametrierung ab ETS 2


• Gerätename– Identifizierung

des KNX/IP-Routers

– z.B. „Erdgeschoss“

• Überwachung auf Buspannungsausfall

• IP-Adresszuweisung– manuell

– automatisch (DHCP)

Parameter – Allgemein


Parameter – IP-Konfiguration

• IP Routing Multicast Adresse

– Verwendet für Routing-Telegramme

• IP-Adresse– IP-Adresse des KNX/IP-

Routers

– Verwendet für Tunneling-Telegramme


Parameter – IP-Konfiguration

• IP-Subnetz– Für Entscheidung über

Rücksendeadresse• Kommunikationspartner

• Gateway

• IP-Gateway-Adresse– Für Kommunikation nach

extern


Parameter – Routing (KNX -> IP)

• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 0 bis 13)

– sperren

– weiterleiten

– filtern

• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 14 und 15)

– sperren

– weiterleiten

• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 16 bis 31)– sperren

– weiterleiten (nächste Seite)



• Physikalisch adressierte Telegramme

– sperren

– weiterleiten

– filtern

• Broadcast Telegramme– sperren

– weiterleiten



• Bestätigung von Gruppentelegrammen– immer

– nur bei Weiterleitung

• Bestätigung von physikalisch adressierten Telegrammen– nur bei Weiterleitung

– immer

– Antwort mit NACK




– freigeben

• Paarweise Weiterleitung

• Reservierte Adressen– nur für spezielle

Anwendungen (z.B. Easy)

– nicht in der ETS verfügbar


Parameter – Routing (IP -> KNX)

• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 0 bis 13)

– sperren

– weiterleiten

– filtern

• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 14 und 15)

– sperren

– weiterleiten


– weiterleiten (nächste Seite)



• Physikalisch adressierte Telegramme

– sperren

– weiterleiten

– filtern

• Broadcast Telegramme– sperren

– weiterleiten


Parameter – Routing (IP -> KNX)• Wiederholungssenden von

Gruppentelegrammen– sperren

– freigeben

• Wiederholungssenden von physikalisch adressierten Telegrammen– sperren

– freigeben

• Wiederholungssenden von Broadcast-Telegrammen– sperren

– freigeben




– freigeben

• Paarweise Weiterleitung

• Reservierte Adressen– Nur für spezielle

Anwendungen (z.B. Easy)

– Nicht in der ETS verfügbar


ETS - Filtertabelle

• Reduzierung des Telegrammverkehrs

• Automatische Erstellung durch ETS

• Vorschau-Funktion


ETS - Filtertabelle

• Manuelles Hinzufügen von Gruppenadressen– Drag&Drop

hineinziehen in die entsprechende Linie

– Aktivieren des Weiterleiten-Flags


Montage des KNX/IP-Routers

• Reiheneinbaugerät (2 TE)• Montage:

– 1: Externe Versorgung• 12 V bis 24 V, AC• 12 V bis 30 V, DC

– 2: KNX / EIB– 3: Lerntaster– 4: Lern-LED– 5: KNX/EIB LED (Busspg. / Traffic)– 6: Ethernet LED (Link / Traffic)– 7: Ethernet-Anschluss (RJ45)

• Power-over-Ethernet– Externe Versorgung nicht notwendig

7

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Power-over-Ethernet

• Energieversorgung über Ethernetkabel

• IEEE 802.3af

• Einsparung der Stromversorgung– Netzteil

– Verdrahtung

• Senkung der Installationskosten

• Verfügbare Leistung bis zu 15 W

• Verwendung:– IP-Telefone

– WLAN-Access-Points

– Kameras


Power-over-Ethernet

• Energieversorger– Power Sourcing

Equipment (PSE)

– z.B. Switch

• Verbraucher– Powered Device

(PD)

– KNX/IP-Router


Beispiel einer Installation

Switch

EIB/KNX

LAN

1.1.1

1.1.2 1.1.11

1.1.10

KNX IPRouter

1.1.0

KNX IPRouter

2.1.0

EIB/KNX

2.1.1

2.1.2 2.1.11

2.1.10

Subnetz: 255.255.255.0

IP-Adr.:192.168.1.10

IP-Adr.:192.168.1.11

IP-Adr.:192.168.1.30

Internet

IP-Adr.:192.168.1.1

WAN

z.B. DSL


Verwendung als Interface

• Schnittstelle zum KNX / EIB

• Ersatz einer USB / RS232 Schnittstelle

• Verwendung von Tunnelling (KNXnet/IP)– Punkt-zu-Punkt-Verbindung

• Erreichbar von jedem PC im Netz

• Mind. ETS 3.c erforderlich

• Gruppenmonitor (Kein Busmonitor)



• Parametrieren der Netzwerkeinstellungen

• Auswahl über Connection Manager (ETS)

• Schnittstelle konfigurieren



• Suche der KNXnet/IP-Interfaces / Router

• Auswahl des gewünschten Gerätes


• Auswahl der 2. physikalischen Adresse– Wird für Buszugriff verwendet

– Muss manuell festgelegt werden

– Wird im Gerät gespeichert

– Darf nicht belegt sein

– Muss topologisch passen



Inbetriebnahme / Fehlersuche• Ist KNX/IP-Router im Netz?

• Überprüfung mit „Ping“– Programm (in Windows® enthalten)

– Prüft ob Gerät vorhanden

– Angabe der Antwortzeit


Inbetriebnahme / Fehlersuche

• Ist KNX/IP-Router im Netz?

• Verwendung der ETS zur Fehlersuche– Ab ETS3.0c

– Aufruf „Problemanalyse“, manuelle Konfiguration

– Prüfung des Subnetzes

– Prüfung der Erreichbarkeit (Ping)

– Verbindungsaufbau möglich?



• Gerätesuche mit der ETS– Aufruf „Problemanalyse“,

Such-Tests (Discovery)

– Anzeige aller gefundenen

KNXnet/IP-Teilnehmer

– Auswahl des gewünschten Gerätes



• Telegrammaufzeichnung auf Ethernet

• Wireshark



• Net‘n Node– Telegrammaufzeichnung

• Interpretation KNX

• Abspeichern

– Interfaces• RS-232 (FT1.2)

• USB

• KNXnet/IP

– Mehrere Ports gleichzeitig möglich



• Routing IP -> KNX/EIB– Von schnellem Netz (10MBit/s)

in langsames Netz (9600 Bit/s)

– Circa um Faktor 1000 langsamer

– Filtertabelle unverzichtbar

– Puffern von Telegramm-Bursts

– KNX/IP-Router 150 Buffer (FIFO)

– Entspricht ca. 3 Sekunden Aufzeichnungsdauer

– Routing-Lost-Message


Verwendung mit WLAN

• WLAN (Wireless LAN) - Funk

• Nützlich bei Inbetriebnahme

• Inbetriebnahme von nur einer Person

• Verwendung handelsüblicher Netzwerkkomponenten


Fernzugriff (NAT)

• KNX/IP-Router arbeitet als Server

• Erreichbarkeit außerhalb des privaten Netzes

• IP-Adresse muss bekannt sein– Statisch

– Dynamischer Domain-Name-System Eintrag• z.B. DynDNS.com

• NAT (Network Address Translation)

• Weiterleitung in privates Netz

• In handelsüblichen DSL-Routern enthalten

• Mit ETS ab Version 3.0f möglich


Fernzugriff (VPN)

• Zugriff über NAT: fehlende Sicherheit

• Verwendung von VPN (Virtual Private Network)

• Handelsübliche VPN-Router erhältlich

• Einwahl mit PC in externes VPN

• Erhöhter Aufwand bei Einrichtung


Optische Medien

• Überbrückung von Entfernungen > 100 m

• Elektrische Entkopplung (Blitzschutz)

• Verwendung von Lichtwellenleitern– Multimode

• Reichweite < 2 km

– Monomode / Singlemode• Reichweite < 40 km

• Medienkonverter


Ausblick• IP als Medium für KNX gewinnt an Bedeutung

• KNX/IP-Only-Geräte– Kein TP1 Anschluss

– Ersatz durch Ethernet / IP mit KNXnet/IP als Protokoll

– Interworking KNX

– Management KNX

• Inbetriebnahme mit ETS

– Datenbanken wie bei TP1-Geräten

– Link to multimedia

– Task-Force-IP: Spezifikation

• Erweiterung von KNXnet/IP– Remote logging

– Configuration and diagnosis

– Object server

– Sicherheit

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