UNIVERSIT `
A C `
A FOSCARI DI VENEZIA
Facolt`
a di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Relazione Reti di calcolatori:
PROTOCOLLO KONNEX
Docente Studente
Balsamo Simonetta Donati Lorenzo, matr. 817622
a.a 2010/2011 5 dicembre 2010
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Protocollo Konnex, Tesine universitarie di Reti Di Telecomunicazioni
Il sistema Konnex è un sistema decentralizzato a computazione distribuita.
Tipologia: Tesine universitarie
2012/2013
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UNIVERSIT A CA FOSCARI DI VENEZIA
Facolt`a di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Relazione Reti di calcolatori:
PROTOCOLLO KONNEX
Docente Studente
Balsamo Simonetta Donati Lorenzo, matr. 817622
a.a 2010/2011 5 dicembre 2010
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Capitolo 1
INTRODUZIONE
La domotica e la scienza interdisciplinare che si occupa dello studio delle tecnologie atte a migliorare la qualita della vita nella casa. Il termine domotica deriva dal greco domos che significa “casa” Questa area e fortemente globale e richiede l’apporto di molte tecnologie e professionalita, tra le quali ingegneria edile, elettrotecnica, elettronica, telecomunicazioni ed informatica.
Gia gli antichi romani ritenevano con la frase : “non domo dominus sed domino domus” che non deve essere la casa a dominare e possedere la persona, mae il padrone che deve possederla e governarla.
Infatti in senso stretto la domotica `e quella disciplina che nasce per :
- automatizzare ed integrare le funzionalit`a di un ambiente domestico
- apportare alla vita di tutti i giorni comodit`a, sicurezza ed ottimizzazione
- risparmiare energia
- ridurre i costi di gestione
- semplificare la progettazione, l’installazione, la manutenzione e l’utilizzo della tecnologia
1.1 L’evoluzione
La domotica, discendendo, per cosı dire da altre discipline come l’informatica e l’elettronica,e un settore che ha una storia molto recente. Piu di un secolo fa, un costruttore edile del Wisconsin, William Penn Powers, ebbe un’idea rivoluzionaria, creare un dispositivo molto semplice, provvisto di un liquido che rispondeva ai cambiamenti della temperatura, capace di regolare l’apporto di energia ad un riscaldamento. Nel 1891, trasferitosi a Chicago dara vita alla Power Regulator Company, antenata di quella che oggie la Siemens Building Technology. Probabilmente, e proprio con la nascita di quel- l’industria che produceva regolatori di temperatura, che per la prima volta, la tecnologia entrava ad automatizzare una funzionalita chiave che oggi e presente nelle nostre abitazioni. Lo sviluppo nei primi decenni del ventesimo secolo procedera, accompagnato dalla costruzione
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1.2 Ambiti applicativi
Gli ambiti applicativi della domotica oggi sono molteplici e riassumibili in quattro grandi categorie: risparmio energetico, comfort, security, safety.
◃ Risparmio energetico: sono previste tutte le tecniche e gli impianti in grado di ot- timizzare il consumo energetico.
◃ Comfort: nell’ambito del comfort rientrano tutti i sistemi progettati per la semplifi- cazione del rapporto uomo casa e per il miglioramento della qualit`a della vita privata e lavorativa.
◃ Security: La sicurezza `e intesa come controllo degli accessi indesiderati dall’esterno, accessi sia fisici che telematici.
◃ Safety: La safety `e intesa come sicurezza personale contro eventuali malfunzionamenti d’impianti potenzialmente pericolosi o dannosi per le persone e l’abitazione.
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2.2 L’impianto domotico
Con il termine impianto domotico si intende quel sistema che raggruppa pi`u impianti pre- senti nell’edificio e che mette in comunicazione, tramite un bus^1 , tutti i dispositivi tra di loro.
Figura 2.2: Impianto domotico
E’ piu di un impianto elettrico,e l’incontro tra elettronica, telecomunicazioni e impianto elettrico.
(^1) Il bus e un canale che permette a periferiche e componenti del sistema di “dialogare” tra loro. Diversamente dalle connessioni punto-punto un solo bus puo collegare tra loro pi`u dispositivi.
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Figura 2.3: Impianto domotico
Come indicato in fig. 2.3 il bus (colore verde) collega tutti i dispositivi dell’impianto, sia gli attuatori che i comandi. La potenza (colore rosso) invece viene portata solo ai componenti necessari, cio`e agli attuatori. L’impianto funziona grazie alle comunicazioni presenti lungo il bus.
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Capitolo 3
BUS DATI
3.1 Introduzione
I sistemi tradizionali sono basati su un’unit`a centrale dotata di connessioni elettriche dirette e spesso monodirezionali con tutti i sensori e attuatori presenti , esso prevede dunque una centralizzazione completa dell’intelligenza necessaria.
Svantaggi dell’approccio tradizionale : ◦ Scarsa flessibilita: il parametro piu importante e il numero e il tipo di ingressi della centralina. Investimento iniziale e nessuna possibilita di estendere il sistema oltre le potenzialita della centralina. ◦ Complessita del cablaggio: N sensori comportano N cavi che attraversano l’ambiente e un nuovo sensore comporta la posa di un nuovo cavo. ◦ Installazione e Manutenzione: la complessita della centralina richiede manodopera molto specializzata, talvolta addirittura in grado di operare su un solo modello ◦ Costi e Dipendenza dal produttore: costi affrontabili solo in ambito industriale o per applicazioni sensibili (sicurezza). Dipendenza dal produttore per connettori, cavi, sensori, ricambi o aggiornamenti della centralina ◦ Affidabilita del sistema: specialmente su fasce basse di prezzo: un guasto della centrali- na significa l’interruzione del sistema (l’adozione di una doppia centralina comporta un’esplosione del cablaggio) e un guasto dei sensori e attuatori viene difficilmente diagnosticato. ◦ Sensibilit`a ai disturbi: trattandosi spesso di segnali analogici in tempo reale, si pone il problema della presenza di rumore EM^1 nell’ambiente
3.2 Il cavo BUS
Il Bus, come indicato in fig. 3.1, e una Linea Condivisa che collega elettricamente ciascun elemento del sistema con tutti gli altri e che trasmette tutte le informazioni di controllo. Pensare al sistema domotico come ad una rete di computer: i diversi dispositivi presenti nella casa sono come i nodi (i computer) della rete, il buse il cavo che li collega e che permette la circolazione dell’informazione nel sistema.
(^1) Rumore di origine naturale
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Figura 3.1: Cavo Bus
Nei sistemi bus il comando di attivazione di un componente, ad esempio l’accensione della luce, non avviene in modo diretto attraverso un filo elettrico che collega l’interruttore con la lampada, ma e controllato dal bus: il dispositivo di input (l’interruttore) invia un seg- nale nella rete, cioe nella linea dati del bus, che lo ritrasmette al dispositivo di output (la lampada). Solo a prima vista il risultato non cambia: “premo l’interruttore e la lampada si accende”. La differenza fondamentale, pero,e legata al fatto che in questo modo il sistema domotico e informato di tutto quello che avviene nella casa e puo comandare i diversi dispositivi. L’informatica permette, grazie alla versatilita e flessibilita di programmazione, il controllo e la gestione di tutti i dispositivi che vengono installati nella casa e che sono connessi al bus. Il bus permette, ad esempio, di impartire comandi in modo automatico: se avviene un de- terminato evento di conseguenza si aziona uno specifico dispositivo. Oppure puo effettuare delle programmazioni temporali o legate ad eventi (accensione dell’il- luminazione ad una determinata ora o quando la luce diminuisce; attivazione dell’impianto di irrigazione ogni due giorni o a seconda dell’umidita del terreno). Una caratteristica particolarmente interessante dei sistemi bus e la possibilita di poter im- mettere un comando (input) nel sistema attraverso dispositivi differenti. Non esistendo una relazione diretta tra comando e automazione, in quanto il collegamento tra i due dispositivi e gestito via software,e possibile collegare al sistema interfacce diverse. In questo modo l’utente, in funzione delle sue capacita, puo scegliere il dispositivo di co- mando che meglio si adatta alle sue esigenze. Inoltre il sistema bus, proprio perch´e viene programmato via software, puo esser facilmente modificato nel tempo. Questo permette al sistema di essere estremamente flessibile e di potersi adattare negli anni alle diverse esigenze dell’utente che cambiano grazie alla facilita di programmazione e di modifica delle parti software. Anche la possibilita di connettere il sistema domotico della casa con altre reti (internet, rete GSM, cablaggi in fibra ottica ecc.)e resa possibile proprio a livello software, grazie a programmi che traducono i linguaggi da una rete all’altra, senza richiedere interventi sulla parte hardware (i componenti fisici installati nella casa).
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Capitolo 4
PROTOCOLLO KONNEX
4.1 Introduzione
Il sistema Konnex e un sistema decentralizzato a computazione distribuita, dove la com- putazione risiede in ogni singolo dispositivo, cio e un buon vantaggio, ad esempio se un dispositivo non funziona correttamentee possibile con maggior tempestivit`a agire sul guas- to e sostituire direttamente il dispositivo senza tempi di attesa troppo lunghi.
Figura 4.1: Schema sistema KNX
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4.2 Indirizzo
4.2.1 Indirizzo fisico
Il protocollo Konnex prevede un indirizzo fisico (si veda fig. 4.5 ) che identifica unicova- mente ogni dispositivo presente nel sistema. La dimensione dell’indirizzo fisico e di 2 byte, di cui 1◦^ byte utilizzato per identificare l’area e la linea del dispositivo mentre il 2◦^ byte identifica il dispositivo.Il range di indirizzi che posso avere va quindi da 0.0.0.1 a 15.15. .
Figura 4.5: Indirizzo fisico
A=Area(4 bit) L=Linea(4 bit) D=Dispositivo(8 bit)
Codice Valori (dec) Descrizione A da 1 a 15 Identifica le aree da 1(n◦^ min) a 15(n◦^ max) A 0 Identifica i dispositivi presenti sulla dorsale principale L da 1 a 15 Identifica le linee da 1(n◦^ min) a 15(n◦^ max) L 0 Identifica la linea principale D da 1 a 255 Identifica i dispositivi presenti su una linea L e un’area A D 0 Identifica un accoppiatore (di linea o di area)
Tabella 4.1: Tabella identificativa degli indirizzi fisici
Di seguito in fig. 4.6 `e presente un esempio su quanto appena discusso.
Figura 4.6: Esempio indirizzi fisici
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4.2.2 Indirizzo di gruppo
L’indirizzo di gruppo e formato da 2 byte e viene utilizzato per raggiungere piu dispositivi (anche su linee e aree differenti) contemporaneamente, in pratica realizza una trasmissione multicast nella rete. Un dispositivo attuatore puo ‘ricevere’ piu indirizzi di gruppo mentre un dispositivo sensore ha un solo indirizzo di gruppo. Tutti i dispositivi appartengono all’indirizzo di gruppo ‘0’ per cui un frame inviato a tale indirizzo equivale ad effettuare una trasmissione di tipo broadcast nella rete.
4.3 Comunicazione
La rete di comunicazione dovra essere basata sullo standard Konnex (KNX) che per quanto riguarda il protocollo di comunicazione (7 livelli ISO/OSI)e conforme alla norma EN 50090 (^1).
Dovra essere ad intelligenza distribuita, pilotato da eventi e con trasmissione dati seriale per le funzioni operative di comando, attuazione, controllo, monitoraggio e segnalazione. Tramite una linea di trasmissione comune ovvero il bus, tutti gli apparecchi collegati al esso dovranno scambiarsi informazioni; la trasmissione dati dovra avvenire in modo seriale secondo regole stabilite dal protocollo di trasmissione.
Figura 4.7: Schema comunicazione OSI-KNX
APDU - Application protocol data unit TPDU - Transport protocol data unit NPDU - Network protocol data unit LPDU - Link protocol data unit
Ad ogni livello vengono aggiunte ulteriori informazioni fino all’invio del frame fisico. (^1) la norma `e predisposta dal comitato tecnico del Cenelec (Comitato europeo per la normalizzazione elettrotecnica)
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