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1Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
KNX/IP-Router
Seminar
KNX/IP-Router
Weinzierl Engineering GmbHDipl.-Ing. (FH) Florian Heiny
84558 Tyrlachingwww.weinzierl.de
2Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Agenda (Teil 1)
• Einführung
• IP als Medium für KNX
• KNXnet/IP
• Ersatz von Linien- bzw. Bereichskopplern
• Netzwerk-Grundlagen
• Parameterdialog in der ETS
• Filtertabelle
3Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Agenda (Teil 2)
• Montage des KNX/IP-Routers
• Beispiel einer Installation
• Verwendung als Interface
• Inbetriebnahme / Fehlersuche
• WLAN
• Fernzugriff
• Ausblick
4Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
5Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Standort
• Tyrlaching
• Süd-Ost Bayern• Ca. 100 km
südöstlich von München• Gemeinde
ca. 1000 Einwohner
6Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
7Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
• 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
8Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
9Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
10Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Netzwerk Grundlagen
• Topologie– Sternförmig
– Anschluss der Segmente an• Hub
• Switch
11Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
12Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
13Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
14Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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.
15Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
16Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
17Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
18Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
19Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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!
20Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
21Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
22Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
KNXnet/IP
• Routing– Verbindung mehrerer Linien– Filterung von Telegrammen– Multicast, um mehrere Empfänger
gleichzeitig zu erreichen– Services
• ROUTING_INDICATION• ROUTING_LOST_MESSAGE
23Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
24Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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!
25Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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!
26Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
27Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
28Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
• Gerätename– Identifizierung
des KNX/IP-Routers
– z.B. „Erdgeschoss“
• Überwachung auf Buspannungsausfall
• IP-Adresszuweisung– manuell
– automatisch (DHCP)
Parameter – Allgemein
29Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – IP-Konfiguration
• IP Routing Multicast Adresse
– Verwendet für Routing-Telegramme
• IP-Adresse– IP-Adresse des KNX/IP-
Routers
– Verwendet für Tunneling-Telegramme
30Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – IP-Konfiguration
• IP-Subnetz– Für Entscheidung über
Rücksendeadresse• Kommunikationspartner
• Gateway
• IP-Gateway-Adresse– Für Kommunikation nach
extern
31Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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)
32Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (KNX -> IP)
• Physikalisch adressierte Telegramme
– sperren
– weiterleiten
– filtern
• Broadcast Telegramme– sperren
– weiterleiten
33Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (KNX -> IP)
• Bestätigung von Gruppentelegrammen– immer
– nur bei Weiterleitung
• Bestätigung von physikalisch adressierten Telegrammen– nur bei Weiterleitung
– immer
– Antwort mit NACK
34Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (KNX -> IP)
• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 16 bis 31)– sperren
– freigeben
• Paarweise Weiterleitung
• Reservierte Adressen– nur für spezielle
Anwendungen (z.B. Easy)
– nicht in der ETS verfügbar
35Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (IP -> KNX)
• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 0 bis 13)
– sperren
– weiterleiten
– filtern
• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 14 und 15)
– sperren
– weiterleiten
• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 16 bis 31)– sperren
– weiterleiten (nächste Seite)
36Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (IP -> KNX)
• Physikalisch adressierte Telegramme
– sperren
– weiterleiten
– filtern
• Broadcast Telegramme– sperren
– weiterleiten
37Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (IP -> KNX)• Wiederholungssenden von
Gruppentelegrammen– sperren
– freigeben
• Wiederholungssenden von physikalisch adressierten Telegrammen– sperren
– freigeben
• Wiederholungssenden von Broadcast-Telegrammen– sperren
– freigeben
38Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Parameter – Routing (IP -> KNX)
• Gruppentelegramme (Hauptgruppen 16 bis 31)– sperren
– freigeben
• Paarweise Weiterleitung
• Reservierte Adressen– Nur für spezielle
Anwendungen (z.B. Easy)
– Nicht in der ETS verfügbar
39Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
ETS - Filtertabelle
• Reduzierung des Telegrammverkehrs
• Automatische Erstellung durch ETS
• Vorschau-Funktion
40Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
ETS - Filtertabelle
• Manuelles Hinzufügen von Gruppenadressen– Drag&Drop
hineinziehen in die entsprechende Linie
– Aktivieren des Weiterleiten-Flags
41Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
56
1 2
34
42Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
43Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Power-over-Ethernet
• Energieversorger– Power Sourcing
Equipment (PSE)
– z.B. Switch
• Verbraucher– Powered Device
(PD)
– KNX/IP-Router
44Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
45Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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)
46Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Verwendung als Interface
• Parametrieren der Netzwerkeinstellungen
• Auswahl über Connection Manager (ETS)
• Schnittstelle konfigurieren
47Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Verwendung als Interface
• Suche der KNXnet/IP-Interfaces / Router
• Auswahl des gewünschten Gerätes
48Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
• Auswahl der 2. physikalischen Adresse– Wird für Buszugriff verwendet
– Muss manuell festgelegt werden
– Wird im Gerät gespeichert
– Darf nicht belegt sein
– Muss topologisch passen
Verwendung als Interface
49Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Inbetriebnahme / Fehlersuche• Ist KNX/IP-Router im Netz?
• Überprüfung mit „Ping“– Programm (in Windows® enthalten)
– Prüft ob Gerät vorhanden
– Angabe der Antwortzeit
50Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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?
51Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Inbetriebnahme / Fehlersuche
• Gerätesuche mit der ETS– Aufruf „Problemanalyse“,
Such-Tests (Discovery)
– Anzeige aller gefundenen
KNXnet/IP-Teilnehmer
– Auswahl des gewünschten Gerätes
52Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Inbetriebnahme / Fehlersuche
• Telegrammaufzeichnung auf Ethernet
• Wireshark
53Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Inbetriebnahme / Fehlersuche
• Net‘n Node– Telegrammaufzeichnung
• Interpretation KNX
• Abspeichern
– Interfaces• RS-232 (FT1.2)
• USB
• KNXnet/IP
– Mehrere Ports gleichzeitig möglich
54Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Inbetriebnahme / Fehlersuche
• 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
55Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Verwendung mit WLAN
• WLAN (Wireless LAN) - Funk
• Nützlich bei Inbetriebnahme
• Inbetriebnahme von nur einer Person
• Verwendung handelsüblicher Netzwerkkomponenten
56Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
57Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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
58Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
Optische Medien
• Überbrückung von Entfernungen > 100 m
• Elektrische Entkopplung (Blitzschutz)
• Verwendung von Lichtwellenleitern– Multimode
• Reichweite < 2 km
– Monomode / Singlemode• Reichweite < 40 km
• Medienkonverter
59Weinzierl Engineering GmbH, Februar 2009
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