Ontwikkeling van KNX RF voor ETS

Transcriptie

1 Ontwikkeling van KNX RF voor ETS V6.5 Rob van Veldhuizen

2 Commercieel belang RF - Toepassing KNX bedraad Toepassing KNX RF Toepassing bedraad versus draadloos - Toepassing hybride KNX-installaties Ontwikkeling van KNX RF Compatibiliteit Ontwikkeling media bij KNX Historie KNX TP Historie KNX RF Belangrijkste voordelen KNX RF - Specificaties KNX Inhoud presentatie RF koppelen met TP-componenten - Uitdaging - Oplossingen 2

3 Implementatie van RF binnen ETS - Obstakels - Kern van de oplossing Databeheer in ETS Fysieke RF-topologie in ETS Parameters instellen Toepassing RF - Enkele voorbeelden van installaties Toekomst RF in ETS Inhoud presentatie 3

4 Commercieel belang RF In sommige delen van installaties is kabelaanleg niet mogelijk of ongewenst: Bij monumenten Designoverwegingen Bij montage op glazen wanden In bestaande installaties - Verlichting tuin - Extra bedienpunt/schakelaar Vanwege mobiliteit - Afstandsbedieningen - Flexwanden in kantoren - Exposities Om afstand te overbruggen, bijv. een straat tussen twee gebouwen 4

5 Commercieel belang RF Toepassing KNX bedraad Voordelen: Gesloten medium Veilig: fysieke toegang tot kabel om data te kunnen gebruiken Zeer storingsongevoelig: afscherming en twisten Eenvoudig te verbinden in zowel ster- als visgraatconfiguraties Grote reikwijdte (+ 800 m) Voeding busdeelnemers wordt verzorgd door datakabel Deelnemers hebben een zeer hoge beschikbaarheid (uptime) Duurzame installatie (hoog hergebruik bij uitbreiding en renovatie) 5

6 Commercieel belang RF Toepassing KNX bedraad Accent ligt vooral op: Vaste bedieningspunten (schakelaars aan de muur) Actoren centraal / decentraal Automatiseringssensoren (PIR, schemerschakelaars, weerstations) Apparaten met langdurige gebruikscycli en continu energieverbruik 6

7 Commercieel belang RF Toepassing KNX draadloos Open medium Data is direct beschikbaar voor iedere deelnemer binnen bereik van 30 m Dichtheden mogelijk tot wel 250 deelnemers per 3000 m 2 Apparaten zijn fysiek gemakkelijk in en uit het systeem te plaatsen Draagbaar vanwege batterijvoeding of accu s Onderhoudsvrij bij zonnecellen Snelle installatie 7

8 Commercieel belang RF Toepassing KNX draadloos Accent ligt vooral op: Draadloos bedienen Afstandsbedieningen Verplaatsbare schakelaars Schakelaars waarbij aanleggen van draad onmogelijk is Apparaten met korte gebruikscycli 8

9 Commercieel belang RF Toepassing bedraad versus draadloos Woningbouw Bedraad / draadloos in woningen Bedraad Draadloos Utiliteit Bedraad / draadloos in utiliteit Bedraad Draadloos Meer gedreven vanuit: Consumentenproducten Korte productcycli (2..8 jaar) Comfort, gemak, flexibiliteit Snelle installatie Onderhoud is minder belangrijk Meer gedreven vanuit: Professionele infrastructuur Lange productcycli ( jaar) Maximale veiligheid, stabiliteit en beschikbaarheid Laag onderhoud (TCO) Behoefte: comfort, flexibiliteit en snelle installatie 9

10 Commercieel belang RF Voordelen hybride KNX-installaties Hoge beschikbaarheid (TP) Hoge flexibiliteit en comfort (RF) Zowel snelle als duurzame installatie + Easy mode System mode vanaf 2004 RF + TP (woningen) vanaf 2011 RF + TP (woningen + utiliteit) Waarom heeft de ontwikkeltijd van KNX RF zo lang geduurd? 10

11 Ontwikkeling KNX RF Technische achtergronden 11

12 Ontwikkeling KNX RF Waarom heeft de ontwikkeltijd van KNX RF zo lang geduurd? Redenen: Handhaven van de compatibiliteit (nieuwe ontwikkelingen in bestaand systeem blijven bruikbaar in bestaande installaties) - Noodzakelijk omdat installaties in gebouwen lang bestaan - Compleet vernieuwen geeft ongewenste desinvestering Hoge eisen - Kwaliteit technologie - Hoge beschikbaarheidsgraad van de installatie - Moet passen in de werkmethodiek van de programmeur - Laag onderhoud 12

13 Ontwikkeling KNX RF Compatibiliteit voorbeeld noodzaak hiervan: radio Aantal verkochte radio's 1E+13 1E+11 1E+09 1E Aantal mono Aantal stereo Uitvinding stereo Stereo-uitzending Mono Stereotechniek bekend in Eerste stereo-uitzending pas mogelijk in 1961 Tot 1961 al miljoenen monoradio s verkocht Radio was relatief duur > mensen kochten geen nieuwe stereoradio (productcyclus 10 jaar) Stereomarkt wel de kans geven zich te ontwikkelen 13

14 Ontwikkeling KNX RF Compatibiliteit oplossing bij radio Oplossing compatibiliteit bij radio: Stereo-uitzending is mono + extra signaal voor stereoradio s >> Achterliggende techniek verzorgt compatibiliteit Vergelijkbaar voorbeeld is zwart-wit- en kleurentelevisie KNX RF: Zelfde integratieproces gebeurt nu bij KNX TP en KNX RF Doel is: combineren zonder dat de gebruiker dit merkt 14

15 Medium Ontwikkeling KNX RF Historie: ontwikkeling media bij KNX Onafhankelijke keuze voor: Wijze van programmeren - System (ETS) - Easy (TX100B) Communicatie medium - KNX bedraad (TP) - KNX draadloos (RF) Programmeren 3 Easy + TP 1 System + TP compatibiliteit 2 Easy + RF 4 System + RF 15

16 Ontwikkeling KNX RF Historie KNX TP KNX is gestart met Twisted Pair signaaloverdacht Bedrading was relatief goedkoop en betrouwbaar (+) Belangrijke kostenpost is de kabelaanleg en montage (-) Bussysteem bespaart kabel en benut bestaande kabel beter en maakt wijzigen van de installatie eenvoudiger (++) RF-technologie was in de jaren 80 nog erg duur: Discreet gebouwd, groot volume (-) Hogere frequenties moeilijk toegankelijk (- -) Gesloten licentiesysteem voor huur frequentiebanden (- -) (zeer strikt) 16

17 Ontwikkeling KNX RF Historie KNX TP Belangrijkste eigenschappen TP bussysteem: Gebalanceerd met fantoomvoeding 30 V Snelheid: 9600 bit/s: 1 startbit, 8 databits, 1 bit-parity, 1 stopbit Adressering 16 bits, potentieel om meer dan deelnemers uniek te adresseren Eenvoudige mogelijkheden voor lijnsegmentering en datarouting via lijnkoppelaars / lijnversterkers: - Backbone - Zone - Lijn - Lijnsegmenten (i.v.m. voedingscapaciteit) 17

18 Ontwikkeling KNX RF Historie KNX RF: standaard begint rond 2000 Waarom KNX RF standaard ontwikkelen? Meer marktvraag naar mobiliteit en flexibiliteit (++) Meer RF-banden met vrije licentie zoals 433MHz- en 2.4GHZ-band (+) RF-chiptechnologie in 868MHz-bereik komt beschikbaar (+) Waarom is groei KNX RF pas later (vanaf ca. 2004)? Verschil van inzicht fabrikanten over toepassing RF binnen Easy mode en System mode programmering (-) RF tranceiver-chips waren relatief duur (--) Energieverbruik RF-chips te hoog voor 100% batterijvoeding (--) We hadden nogal wat eisen in te vullen! Rond 2008 technologiedoorbraak RF-chips Lagere prijs tranceivers Lager energieverbruik maakt langdurige bi-directionele communicatie op batterijen mogelijk 18

19 Ontwikkeling KNX RF KNX RF is een professioneel product! Enkele belangrijke eisen RF KNX concept Binnen gebouwen voldoende reikwijdte (minimaal door muren 30 m) Robuust in dataoverdracht Veel (+ 250) deelnemers in hetzelfde bereik per installatie Koppelbaar met TP-componenten Mogelijkheden tot encryptie Geschikt voor batterijapparaten (laag energieverbruik) Voldoende transmissiebandbreedte om apparaten te kunnen programmeren Eenvoudig systeem voor unieke adressering en authenticatie Uitbreidbaar naar evt. meer kanalen en functies zoals prgrammeren zonder programmeerapparaat Enz. 19

20 Ontwikkeling KNX RF KNX RF: enkele belangrijke antwoorden op de eisen Robuust in data-overdracht, voldoende bandbreedte Een kanaal 868,3 MHz band met FSK modulatie, cps Korte telegrammen (1% modulatie duty cycle) + 2 x zenden - Wisselende interval (unidirectioneel) - Listen for talk (bi-directioneel) Geen networkrouting, wel repeating Bij bi-directioneel ACK en status Geschikt voor batterijapparaten Unidirectionele modus (m.n. alleen batterijzenders) Bi-directionele modus (m.n. zendontvangers op 230 V) Batterij modus meezenden Bi-bat technologie (batterijbesparend bi-directioneel protocol) Eenvoudig systeem voor adressering en authenticatie Eén communicatiekanaal 868,3 MHz 8 byte-adressering met gebruik vast toegekend uniek productserienummer Easymode channels voor toekennen en besturen van functies 20

21 Ontwikkeling KNX RF Belangrijkste voordelen KNX RF KNX RF ZigBee Zwave Wifi Standaard Ja EN Nee = technologie Nee = technologie Ja IEEE Uitwisselbaarheid Frequentie 868,3 MHz 2.4 GHz* 868 MHz 2.4 GHz* 868 MHz 2.4 GHz Multiband Komt - - Ja 12 Reikwijdte (ptp) + (30 m) -- (70 m*) -- (70 m*) + (30 m) Energieverbruik ++ (laag) - (hoog*) - (hoog*) 0 (gemiddeld) Netwerkrouting Nee repeater ja ja ja Data-overhead +++(laag) --(hoog) --(hoog) --(hoog) RF Duty cycle +++(laag) Redundant ja nee nee nee 21

22 Ontwikkeling KNX RF Specificaties KNX afdekking binnen OSI-model OSI Laag KNX ZigBee / Z-wave Toepassing KNX norm Niet gedefinieerd in één norm Presentatie KNX norm: n.v.t.* Niet gedefinieerd in één norm Sessie KNX norm: n.v.t.* Niet gedefinieerd in één norm Transport KNX norm Niet gedefinieerd in één norm Netwerk KNX norm Technologie norm Datalink KNX norm Technologie norm Fysiek KNX norm Technologie norm * Vanwege de eenvoud niet nodig 22

23 RF koppelen met TP-componenten Uitdaging Lastige opdracht om RF te koppelen met TP-componenten vanwege twee verschillende werelden Twisted Pair-wereld Gesloten medium 2 bytes adressering binnen een gesloten systeem Vrij toe te kennen adressen ETS object-programmering ETS topologie-overzicht Radiofrequent-wereld Openbaar medium 8 bytes adressering binnen een open systeem Vaste adressen (serienummer) Channel mode programmering Geen overzicht Belangrijkste eis: compatibiliteit! 23

24 RF koppelen met TP-componenten Oplossingen Presentatie van drie oplossingsrichtingen: 1. 50% concentrator mode (ontvanger, alleen sensoren) 2. 80% RF Easy mode channels ook inbouwen in mediakoppelaar en in TP-componenten (zender ontvanger: sensoren + actoren) % mediakoppelaar maken die ook channel-codes programmeert vanuit ETS (zender ontvanger: sensoren + actoren) 24

25 RF koppelen met TP-componenten Oplossingen 1. ingangsconcentrator-mode RFingang TR351 KNXbus Concentrator is een TP (ingangs)module met databank De concentrator fungeert als draadlozedrukknopverlenger Functies worden in ETS toegekend aan de ingangsobjecten RF-ingangen worden gekoppeld via een vertaaltabel KNX-uitgangsconcentratoren zijn lastiger te maken omdat de RF-actoren vanuit ETS geadresserd en geprogrammeerd moeten worden. 25

26 RF koppelen met TP-componenten Oplossingen 2. Easy mode channels in TP-componenten Applicaties van Hager TP-componenten bevatten: ETS objectcode Easy channelcode Mediakoppelaar bevat adresvertaler Bij System programmering ETS laadt programmacode incl. Easy channels; alleen objecten worden gebruikt Easy channelcode blijft ongewijzigd Bij Easy programmering TX100B laadt alleen parameters TX100B wijzigt parameters in channelcode. ETS objectcode blijft ongewijzigd in het product. Voorwaarde voor gebruik Easy: (lege) ETS-applicatie is in apparaat aanwezig 26

27 RF koppelen met TP-componenten Compatibiliteit bij oplossingen 1 en 2 Veel fabrikanten blijven bij eigen methode vanwege prijs en complexiteit KNX RF: RF non-knx concentratortechniek: - Alleen aan de TP-zijde KNX programmeerbaar in System mode (Geen Easy) - Eigen RF-producten KNX protocol en zendfrequentie 433 MHz - Geen programmering RF-zijde volgens System en Easy mode KNX RF datacommunicatie-frame: - KNX RF alleen als datadrager - Programmering van RF-producten via andere methode dan System of Easy Gevolgen deze fabrikantspecifieke oplossingen: - Gebruik eigen RF-protocol staat haaks op fabrikaatonafhankelijkheid die KNX nastreeft - RF (KNX) producten zijn hierdoor niet uitwisselbaar binnen KNX-systemen 27

28 RF koppelen met TP-componenten Compatibiliteit bij oplossingen 1 en 2 (vervolg) Keuze van (vooralsnog) één fabrikant: Kiest voor 100% KNX RF TP oplossingen in zowel Easy- als System mode: - 100% KNX TX100B / ETS programmeer tools - 100% KNX RF-sensoren en 100% KNX RF-actoren - 100% KNX RF Mediakoppelaar (TR130* & TR131*) - 100% KNX RF Concentrator-techniek (TR351A) Deze KNX oplossingen zijn intrinsiek open en koppelbaar met andere merken; dit is vanzelfsprekend afhankelijk van het moment dat die andere merken ook zover zijn. 28

29 RF koppelen met TP-componenten Oplossingen % mediakoppelaar die ook RF channelcodes programmeert vanuit ETS In 2011: mediakoppelaar met 100% KNX RF-support in ETS Hoe werkt deze 100% KNX oplossing? Hoe is deze oplossing in te passen in de reeds bestaande KNX technieken? 29

30 Implementatie RF KNX in ETS De nog te nemen hindernissen op een rij RF-adressen zijn vast en 8 bytes lang - ETS heeft 2 byte-adressen - ETS heeft vrije adrestopologie en vrije groepsadressen - ETS heeft geen voorziening om te werken met vaste adressen - ETS TP-database heeft geen ruimte voor RF 8 byte-adressering RF Actoren en sensoren moeten voorzien worden van de juiste channelcode parameters - ETS-systeem laadt applicaties en kent geen RF channelcodes - Falcon driver kan geen RF-adressen en geen RF-data verzenden Oplossing moet backwards compatible zijn met bestaande ETS-installaties 30

31 Implementatie RF KNX in ETS Kern van de open RF KNX oplossing RF-mediakoppelaar die werkt als: - ETS RF TP-lijnkoppelaar - Bi-directionele realtime adresconvertor Programmering RF-productdatabank - Verzorgt instellen product parameters - Verzorgt opslag RF-gegevens in ETS-project - Werking databank gelijk aan TP-producten ETS-plugin die i.s.m. Falcon driver via de mediakoppelaar: - RF-producten fysiek dubbel adresseert - parameters programmeert - groepsadressen programmeert Conversie 2 byte TP-adres 8 byte RF-adres 31

32 Implementatie RF KNX in ETS Databeheer en datastroom in ETS Productdatabank Gezamenlijk instellen TP / RF parameters via ETS TR131-plugin ETS benadert RF wereld Via PlugIn en mediakoppelaar ETS ETS RF RF ETSprojectdatabase TP Falcon driver ETS benadert TP wereld rechtstreeks TP RF RF Adressering + parameters laden 32

33 Implementatie RF KNX in ETS Topologie in ETS Voor elke RF-lijn wordt een mediakoppelaar geplaatst Adres van de lijnkoppelaar eindigt op 0! ( x.y.0) Voor elk RF-product wordt een databank geladen en geplaatst RF-componenten krijgen normaal fysiek ETS-adres (TP-topologie) binnen bereik onder media(lijn)koppelaar 33

34 Implementatie RF KNX in ETS Fysieke RF-topologie RF-installatie 1: RF-installatie 2: RF-installatie 3:

35 Implementatie RF KNX in ETS Parameters instellen van de RF producten Productparameters en groepsadressen worden op gebruikelijke wijze vooraf ingesteld en opgeslagen in ETS 35

36 Implementatie RF KNX in ETS Groepsadressen koppelen aan RF producten Groepsadressen worden verbonden met de objecten van zowel de RF- als de TP-producten Voor het wel of niet passeren van de RF-lijnkoppelaar gelden dezelfde regels Gegevens worden automatisch opgeslagen in ETS-project 36

37 Implementatie RF KNX in ETS Plugin programmeert: - RF-, fysieke-adressen en groepsadressen in de gekozen mediakoppelaar - de RF-actors en RF-sensors met Easy channelcodes die horen bij de gekozen productfuncties en parameters. ETS programmeert: - de fysieke adressen in de TP-componenten - de TP applicatie met gekoppelde groepsadressen 37

38 Toepassing RF Aandachtspunt RF is reikwijdte. Voorbeeld in een woning Vuistregels plaatsing - Koppelaars centraal op ca. 2,5 m hoogte - RF max. 30m uitelkaar - 1 per ~15x15m = 225 m 2-1 per etage Afscherming! - Let op metalen wanden - Let op isolatiefolie - Zwaar gewapend beton 38

39 Toepassing RF Draadloos bedienen op grote afstand Vraag: hoe kun je toch draadloos bedienen tot wel 1000 m? Max. 100 m Sensor Actor 39

40 Toepassing RF Voorbeeld: draadloos bedienen op grote afstand Oplossing: verlengen RF-groepsadressen via buskabel m.b.v. 2 mediakoppelaars Max 100 m Max 100 m Sensor Actor 800 m 1000 m 40

41 Toekomst RF in ETS 41

42 Toepassing RF in ETS Future of KNX RF (1) KNX is No. 1 system for home and building control Especially for the professional market with complex installations Only system with several supported media Only system with scalable configuration modes Usable in different application domains Supported by many manufacturers Accepted by many installers Current Radio Frequency situation Radio Frequency is a high volume and fast growing business Many manufacturers however develop and market proprietary solutions Many manufacturers wish to change to an open standard There is no clear number one RF standard, many standards still result in products with proprietary communication 42

43 Toepassing RF in ETS Future of KNX RF (2) Current KNX RF situation Insufficient number of involved manufacturers Insufficient number of available devices Specification of Encryption and Authentication still work in progress Use of different configuration modes leads to impossibility to link products of different manufacturers No direct tool support - support of current KNX RF solution would lead to difference in look and feel of ETS for RF Coupling to TP via manufacturer media coupler specific solutions and ETS plug ins Not usable for complex installations 43

44 Toepassing RF in ETS Future of KNX RF (3) What is needed? Streamline addressing scheme between TP/PL and RF If accessed by ETS, devices shall allow the use of a domain address common to the installation instead of individual serial number Possibility to develop much simpler media couplers between TP and RF Finalize the KNX Security concept for encryption and authentication Support RF in ETS and add RF to KNX Basic course training 44

45 Vragen? 45

46 Thank you for your attention