Wifi en Zigbee - rol in KNX

Wifi en Zigbee - rol in KNX
Alternatieven voor KNX RF
Miodrag Djurica
2
01 maart 2012
Miodrag Djurica
Wifi en Zigbee - rol in KNX
Agenda
WiFi en ZigBee dat KNX ondersteunen?
Limiten van de draadloze technologie
KNX en WiFi / ZigBee - vragens
3
12-3-2012
Titel van de presentatie
KNX en IP verkeer
IP (Internet Protocol) is suite van netwerk laag protocolen die basis
vormen van Internet
Dekt adresseren, namen, …
Dekt transfer protoclen – HTTP, FTP, mail, …
Routeren door het netwerk van source naar destination
Qua adressen – op dit moment wordt IPv6 uitgerold.
IPv4 had beperkt aantal adressen (2^32), terwijl IPv6 gaat naar
2^64 adressen
IP wordt ‘de’ protocol voor aansluiten van apparaten. Genoeg
adressen om ieder apparaat eigen IP adres te geven
4
12-3-2012
Titel van de presentatie
KNX en IP verkeer
KNXnet/IP is deel van KNX protocolen over integratie van IP als
transport protocol met KNX
Dekt signalering
Routeren volgens KNX regels
IP is gebruikt om data te transporteren, maar er ik niks verteld welke
MAC en physische lagen moeten gebruikt worden.
WiFi
Maar als we praten over data transport – er zijn andere opties /
technologieen – bv. ZigBee
5
12-3-2012 10:27
Titel van de presentatie
Communicatie in lagen - OSI stack
Data encapsulation
KNX - Local Area Network
KNX standarden dekken complete OSI stack.
Stelling - Het is mogelijk om andere draadloze communicatie
technologieen te gebruiken voor transport van data, en nog steeds
KNX te gebruiken voor control. Wij kennen
KNX TP
KNX RF
KNX IP
Kunnen we ook gebruiken
KNX ZigBee ?
KNX WiFi ?
8
12-3-2012
Titel van de presentatie
WiFi
WiFi is de populaire naam voor set van draadloze communicatie
standaarden - ook bekend door zijn officiele naam IEEE 802.11. De
term WiFi is geïntroduceerd door WiFi Alliance, met het doel om de
compatibiliteit van apparaten die kunnen communiceren met IEEE
802.11 standaarden te bevestigen.
WiFi is gebaseerd op een standaard en de apparatuur van diverse
fabrikanten is momenteel commercieel goed verkrijgbaar.
Voorbeelden zijn draadloze netwerken van commerciële partijen
(KPN HotSpots en T-Mobile HotSpots), industriële monitoring
(ISA100, WirelessHART), draadloze bedrijf netwerken en draadloze
in-huis netwerken bij particulieren. Dus moet WiFi als een volwassen
technologie worden gezien.
9
12-3-2012 10:27
Titel van de presentatie
WiFi in OSI stack
WiFi
802.11
10
12-3-2012
Titel van de presentatie
WiFi operationele modes
WiFi kan in één van twee modes werken:
ad-hoc mode die een directe verbinding tussen twee apparaten
faciliteert. Dit is nuttig in situaties als we twee PCs direct moeten
koppelen en dit vereist geen toegang tot een LAN of tot Internet
infrastructuur mode - In deze mode wordt er gecommuniceerd via
een basisstation (ook Access Point (AP) genoemd), dat is
gekoppeld aan een Local Area Network (LAN).
De meest gebruikte mode van WiFi is de infrastructuur mode – dus
met Access Point (AP). Het toegangspunt heeft ook een Service
Set IDentifier (SSID), die de identiteit van een draadloos netwerk
definieert – maar dit naam is niet noodzakelijk uniek.
Infrastructuur mode en ad-hoc mode
Beide WiFi en ZigBee kunnen in die modes werken
WiFi
Meest gebruikte versies: 802.11 a,b,g,n
Rate afhankelijk van de modulatie, en die is dan afhankelijk van RSSI
(Received Signal Strength Indicator)
In andere woorden – zwakker signaal = minder datarate
Dankzij Collision Avoidance mechanisme (om gedeelde medium radio) te betreden, ‘netto datarate’ is 2/3 van ‘brutto datatrate’
Versie
Frequentie
Data rate
802.11a
5GHz
54Mbit/s
802.11b
2.4GHz
11Mbit/s
802.11g
2.4GHz
54Mbit/s
802.11n
2.4Ghz or
5GHz
600Mbit/s
WiFi – datarate als functie van afstand
14
12-3-2012
Titel van de presentatie
Hoe volwassen WiFi eigenlijk is ?
15
12-3-2012
Titel van de presentatie
ZigBee
ZigBee is term dat is gebruikt om netwerken te beschrijven die
gebaseerd op IEEE802.15.4 *Low-Rate WPAN). Term ZigBee
beschrijft netwerk laag dat is door ZigBee Aliance (industriële fora)
gedefinieerd.
ZigBee gebaseerde apparaten worden voornamelijk voor industriële
toepassingen (monitoring) gebruikt. Om ZigBee Alliance certificatie te
krijgen apparaat moet compatibel zijn aan specs.
Voorbeelden van gebruik van ZigBee zijn implementaties voor
monitoren (sensor netwerken) in olie & gas industrie (Emerson,
Honeywell, ABB, Yokogawa, Siemens, …), draadloze in-huis
toepassingen bij particulieren (ZigBee gebaseerde licht schakelaars).
16
12-3-2012 10:27
Titel van de presentatie
ZigBee in OSI stack
ZigBee
802.15.4
17
12-3-2012
Titel van de presentatie
ZigBee operationele modes
ZigBee kan in één van twee modes werken:
ad-hoc mode die een directe verbinding tussen twee apparaten
faciliteert. Dit is nuttig in situaties als we twee apparaten direct
moeten koppelen om data uit te wisselen
infrastructuur mode - In deze mode twee ZigBee apparaten
kunnen met elkaar data uitwisselen en dat gaat via derde ZigBee
aparaat dit als coördinator werkt.
ZigBee apparaten worden voornamelijk in ster-topologie gebruikt (met
coordinator)
ZigBee
Basis van ZigBee , LR-WPAN kan werken in 2 banden:
2.4GHz is wereldwijd gebruikt. Hier er zijn 16 beschikbare kanalen.
868MHz in Europa (1 beschiekbare kkanaal), en 915MHz in VS (2
kanalen)
Op 2.4GHz maximale data rate is 250kbits/s, terwijl op 868 MHz is dat
20kbits/s
Net als bij WiFi - dankzij Collision Avoidance mechanisme (om
gedeelde medium - radio) te betreden, ‘netto datarate’ is 2/3 van
‘brutto datatrate’
19
12-3-2012
Titel van de presentatie
Hoe volwassen ZigBee eigenlijk is ?
Netwerk deployment
Propagatie is de grootste probleem indoor
Twee mogelijke aanpakken
Deterministisch – ray tracing (eist gedetaileerde kennis over
propagatie omgeving, of
“best effort” – gebruik van common sense + monitoren van of de link
nog steeds werkt
Voobeelden van de resultaat van ray tracing
21
12-3-2012 10:27
Titel van de presentatie
Netwerk deployment – dekking van grotere
opervlakte
Netwerk deployment indoor kan gecombineerd worden met b.v.
bestaande Ethernet kabels voor transport
Beide 802.11 en 802.15.4
22
12-3-2012
Titel van de presentatie
KNX architectuur
Figure taken from presentation “KNX IP – Using IP networks as KNX medium”, dipl-ing. H.J. Langels
23
12-3-2012 10:27
Titel van de presentatie
Integratie van KNX met andere communicatie
technieken
KNX
802.11
802.15.4
24
12-3-2012
Titel van de presentatie
KNX architectuur – vervangen links met WiFi of
ZigBee
Figure taken from presentation “KNX IP – Using IP networks as KNX medium”, dipl-ing. H.J. Langels
25
12-3-2012
Titel van de presentatie
26
12-3-2012
Titel van de presentatie
Integratie KNX-WiFi en KNX-ZigBee (1)
KNX en W\iFi en ZigBee samenwerking op netwerk laag kan niet.
Andere vormen van adresering, signalisatie, …
Maar qua physische laag en data link laag 802.11 en 802.15.4
kunnen geintegreerd worden met KNX
Vereist nieuwe netwerk laagen voor elk van twee
Zulke oefining is al gedaan
ISA100 en WirelessHART bouwen allebei op basis van data link
lagen van 802.11 en 802.15.4
27
12-3-2012
Titel van de presentatie
Integratie KNX-WiFi of ZigBee (2)
Tunelling van KNX telegrammen via WiFi of ZigBee
Functie van KNX-WiFi gateway (GW)
Vertalen van KNX adressen naar IP adressen (NAT), en andersom
maar ook die moet routing tabeles (hoe data te sturen van een
router naar andere) onder controlle hebben voor beide KNX
adressen en IP adressen
Alle verkeer voor bepaalde KNX Line coupler moet dus naar 1 IP
adres.
Data encapsulation
29
12-3-2012
Titel van de presentatie
Een aantal vragens
KNX – volledig IP gebaseerd ?
Integratie van 802.11 en 802.15.4 in KNX of
Tunneling van KNX via WiFi en ZigBee ?
KNX – IPv6 compliant ?
KNX als onderdeel van ETSI M2M forum ?
30
12-3-2012
Titel van de presentatie