KNX – комунікаційна шина, широко використовувана для автоматизації будівель. Стандарт шини KNX, став розвитком більш ранньої розробки EIB (аббр. Від англ. European Installation Bus, рус. Європейська інсталяційна шина). EIB – застаріле позначення, але воно продовжує використовуватися, особливо в Європі. Іноді використовується позначення EIB / KNX. Продукція KNX поширювалася під декількома торговельними марками. Найбільш відомі GIRA, Zennio, JUNG, THEBEN, INSTABUS, ABB i-Bus, TEBIS, INTESIS BOX, SCHNEIDER.
У сучасних системах автоматизації будівель використовується цілий ряд різних стандартів зв’язку, і KNX займає серед них почесне місце. Ця розробка рідко зустрічається в сегменті DIY-рішень, але зате в професійних системах вона застосовується вже давно, причому, вельми успішно. Що ж, не будемо обходити KNX стороною і вивчимо це рішення детально.
Історія розвитку
У KNX багате минуле. Почнемо з того, що в основі стандарту лежить шина EIB (European Installation Bus), яка з’явилася ще на початку 90-х років. Основні принципи, які використовуються в роботі KNX, були сформовані вже тоді. До кінця століття EIB була явним лідером у своїй галузі, однак у неї були гідні конкуренти. Йдеться про шину Batibus, що набула поширення на півдні Європи, а також про стандарт EHS (European Home System), що сподобався виробникам побутової техніки. Три консорціуму, відповідальних за просування EIB, Batibus і EHS, вирішили об’єднати зусилля для розробки нового, більш досконалого рішення. В результаті в 1999 році на світ з’явилася «Асоціація KNX».
Сам стандарт KNX був представлений навесні 2002 року. Як виявилося, близько 80 відсотків розробок, що лежать в основі новинки, була запозичена у EIB. Від двох інших «донорів» дебютанту дісталися механізми завдання налаштувань і нові способи передачі сигналів. З цієї причини, EIB і KNX часто прирівнюють, нерідко шину називають «EIB / KNX». В кінці 2003 року розробка була оформлена як європейського стандарту EN 50090, а ще через три роки вона набула статусу міжнародного стандарту ISO / IEC 14543. Іншими словами, KNX успішно застосовується і за межами Європи.
У чому переваги стандарту? В першу чергу, він славиться своєю надійністю: незважаючи на наявність відразу кількох середовищ передачі даних, основні компоненти KNX-систем зазвичай об’єднуються воєдино за допомогою спеціальних кабелів, причому в системі передбачений механізм підтвердження отримання пакетів, тобто якщо команда не дійшла до мети, то вона відправляється повторно (не більше двох разів). Конкуренти в особі Z-Wave і ZigBee, що використовують радіоканал, вважаються менш надійним варіантом, ну а про Х10 навіть говорити незручно – тут все сумно. Інший очевидний плюс дротову мережу – можливість розміщення обладнання на значній відстані один від одного. Також слід зазначити, що KNX-пристрою не відчувають проблем з сумісністю, чого не можна сказати, наприклад, про продукцію з шілдік ZigBee. Ще один аргумент на користь KNX – гнучка масштабованість. Стандарт можна однаково успішно використовувати як в приватних будинках, так і лікарнях або аеропортах. Крім того, на відміну від Z-Wave або Insteon, у цього рішення немає жорсткої прив’язки до апаратної платформи – фізична реалізація зв’язку з передавальної середовищем цілком лежить на плечах виробників обладнання.
Недоліки у KNX теж є: даний продукт орієнтований на професійні системи автоматизації, проектуванням і установкою яких займаються компанії-інтегратори. Самостійний монтаж KNX-мережі є досить складним завданням, і тому використання Insteon або Z-Wave, як правило, більш виправдано. З точки зору обсягу витрат, в основному.
Апаратна частина
Компоненти KNX-мережі можна розділити на три основні групи. Перша з них складається з пристроїв, що генерують керуючі команди. Це можуть бути вимикачі, контрольні панелі, різні сенсори і таймери, а також датчики вимірювання фізичних величин. Друга категорія – це актуатори, тобто виконавчі пристрої. В їх число входять релейні модулі і різні регулятори – наприклад, диммери. Третю групу утворюють допоміжні системні пристрої, такі як блоки живлення, повторювачі, логічні модулі і інтерфейси, що забезпечують зв’язок із зовнішнім світом. Слід зазначити, що мережа KNX є децентралізованою: сенсори і актуатори можуть обмінюватися даними безпосередньо, без участі додаткового контролера. У цьому плані стандарт схожий з Insteon.
Стандарт KNX передбачає відразу чотири середовища передачі даних: окрема шина (виті пари), електропроводка, радіоканал і IP-мережу. Не можна сказати, що вони рівноправні: як правило, кручена пара стоїть на чолі, а інші виходи є допоміжними або відсутні зовсім. Шинний з’єднання дозволяє використовувати різні варіанти топології мережі і об’єднувати велику кількість пристроїв, що знаходяться на значній відстані один від одного.
У найпростішому варіанті дротова мережа KNX є сегмент з топологією «лінія». Він може включати в себе до 64 шинних пристроїв. Максимальна довжина однієї лінії становить кілометр, але за допомогою спеціальних підсилювачів це значення (а також граничне число пристроїв) можна збільшити в чотири рази. Кожен сегмент зобов’язаний мати власний блок живлення. До 15 лінії можуть бути підключені до так званої головної лінії і об’єднані тим самим в «зону». У свою чергу, зони (до 15 штук) вміють спілкуватися між собою за допомогою магістральної лінії. У підсумку, одна KNX-мережу, теоретично, може містити близько 58 000 шинних пристроїв.
Швидкість передачі даних всередині провідний KNX-мережі становить близько 9600 біт / с – скромно, але за рахунок малого обсягу трансльованих повідомлень (кілька байт) цього вистачає для забезпечення гарної чуйності: середній час відгуку на команду становить всього 25 мс. Для переданих пакетів задається пріоритет, що допомагає вирішити проблему виникнення колізій. Слід зазначити, що в такій мережі використовується відразу два види адрес – фізичні та групові. Останній варіант використовується в тих випадках, коли одну команду необхідно відіслати відразу декількох пристроїв – він визначає приналежність гаджета до тієї чи іншої умовної групи. Фізична адреса у елемента мережі завжди один, а ось групових може бути кілька.
Бездротова версія KNX використовує частоту 868 МГц, при цьому на передачу сигналу від окремих пристроїв витрачається не більше одного відсотка ефірного часу, що дозволяє уникнути тривалих перешкод, які блокують радіоканал. Максимальна швидкість передачі даних – приблизно 16 400 біт / с. Гаджети з односпрямованої зв’язком відсилають пакети негайно, двонаправлені варіанти попередньо перевіряють, чи вільний радіоканал. Повідомлення, що передаються «по повітрю», крім усього іншого, містять такі дані, як рівень заряду батареї і серійний номер пристрою. Останній дозволяє уникнути проблем при використанні декількох радіомереж на одній території. За радіусу покриття KNX можна порівняти зі своїми прямими конкурентами, при цьому далекобійність на окремих ділянках може бути збільшена за допомогою спеціальних повторювачів.
Можливість використання електропроводки в якості середовища передбачена для тих випадків, коли прокладка нового кабелю утруднена, а радіосигнал не поширюється на достатню відстань. Технологія дозволяє домогтися швидкостей близько 1200 біт / с. Слід зазначити, що цей варіант не користується популярністю, і в практичних реалізаціях він зустрічається рідко. Що стосується такого середовища, як IP-мережу, то вона застосовується для тунелювання і маршрутизації KNX-команд шляхом їх перетворення в IP-пакети. Дана можливість особливо корисна в тих випадках, коли взаємодіючі пристрої розташовуються на значній відстані один від одного.
Налаштування системи
Пристрої KNX недостатньо просто об’єднати між собою – їх після цього необхідно ще й налаштувати. До недавнього часу стандарт передбачав три режими конфігурації системи – A-mode (Auto), E-mode (Easy) і S-mode (System). Перший варіант – найпростіший і створювався він як раз для новачків, які займаються самостійним монтажем. Передбачалося, що A-mode дозволить автоматично об’єднувати пристрої, функції яких мають однозначну прив’язку один до одного. Єдині дії з боку користувача – підключення гаджетів до середовища передачі даних і вибір визначених параметрів. На жаль, A-mode «не злетів», і від нього, в кінцевому рахунку, відмовилися.
Режим E-mode – варіант, орієнтований на невеликі системи автоматизації. При його використанні настройка компонентів здійснюється за допомогою кнопок, розташованих на самих гаджетах, або за допомогою центрального контролера, причому останній, як правило, може бути видалений з системи після завершення конфігурації. В цілому, можливості E-mode обмежені, але їх, нерідко, виявляється досить для завершення пусконалагоджувальних робіт.
Системний режим відкриває доступ до налаштувань всіх параметрів пристроїв, ось тільки для використання S-mode потрібне спеціальне програмне забезпечення – ETS (Engineering Tool Software). Даний продукт є універсальним, і, теоретично, він сумісний з усіма високотехнологічними KNX-гаджетами. Програма дозволяє підключатися до зовнішніх інтерфейсів мережі автоматизації за допомогою комп’ютера, використовуючи RS-232 (COM-порт), USB або LAN. Якщо KNX-система має доступ в інтернет, то контроль над її роботою може здійснюватися віддалено. Слід зазначити, що ETS активно використовується не тільки для налаштуання, а й для проектування мережі.