KNX
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| 국제 표준 | EN 50090, ISO/IEC 14543 |
|---|---|
| 산업 | 빌딩 자동화 |
| 웹사이트 | knx |
KNX는 상업용 및 주거용 건물 자동화를 위한 개방형 표준(EN 50090, ISO/IEC 14543 참조)이다. KNX 장치는 조명, 블라인드 및 셔터, HVAC, 보안 시스템, 에너지 관리, 오디오 비디오, 가전 제품, 디스플레이, 원격 제어 등을 관리할 수 있다. KNX는 세 가지 이전 표준에서 발전했다: EHS(유럽 홈 시스템 프로토콜), BatiBUS 및 EIB 또는 Instabus(유럽 설치 버스).
트위스트 페어(트리, 라인 또는 스타 토폴로지), 전력선, RF 또는 IP 링크를 사용할 수 있다. 이 네트워크에서 장치는 분산 애플리케이션을 형성하고 긴밀한 상호 작용이 가능하다. 이는 표준화된 데이터 포인트 유형 및 객체와의 연동 모델을 통해 구현되며 논리적 장치 채널을 모델링한다.
표준
[편집]KNX 표준은 OSI 기반의 EIB 통신 스택을 바탕으로 구축되었으며, BatiBUS와 EHS의 물리 계층, 구성 모드 및 애플리케이션 경험이 확장되어 추가되었다.
KNX 설치에는 여러 물리적 통신 매체를 사용할 수 있다:
- 연선 배선 (TP1 케이블) (EIB 표준에서 상속). (이전에 상속되었던 BatiBUS 통신 매체(TP0)는 더 이상 KNX 사양의 일부가 아니다.)
- 전력선 통신 네트워킹 (EIB 표준에서 상속). (이전에 상속되었던 EHS 통신 매체(PL132)는 더 이상 KNX 사양의 일부가 아니다.)
- 무선 (KNX-RF)
- IP (EIBnet/IP 또는 KNXnet/IP라고도 함)
KNX는 특정 하드웨어 플랫폼에 기반하지 않으며, 특정 건물의 요구 사항에 따라 8비트 마이크로컨트롤러부터 PC에 이르기까지 무엇으로든 네트워크를 제어할 수 있다. 가장 일반적인 설치 형태는 연선 매체를 통한 방식이다.
KNX는 다음을 포함한 기구들에 의해 승인된 표준이다:[1]
- 국제 표준 (ISO/IEC 14543-3)
- 유럽 표준 (CENELEC EN 50090 및 CEN EN 13321–1)
- 미국 표준 (ANSI/ASHRAE 135)
- 중국 국가표준 (GB/T 20965)
이 표준은 1999년에 설립된 벨기에 법을 따르는 비영리 단체인 KNX 협회(KNX Association cvba)에 의해 관리된다. KNX 협회는 2021년 7월 1일 기준으로 45개국에서 500개의 등록된 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체 회원을 보유하고 있다. 또한 172개국 100,000개 설치 업체와 파트너십 계약을 맺고 있으며, 500개 이상의 등록된 교육 센터를 운영하고 있다.[2] 이는 로열티가 없는 개방형 표준이므로 KNX 사양에 대한 접근은 제한되지 않는다.[3]
아키텍처
[편집]KNX 장치들은 일반적으로 연선 버스로 연결되며 컨트롤러에서 수정할 수 있다. 버스는 네트워크상의 모든 장치와 시스템을 연결하는 전력 공급 장치와 병렬로 배선되어 다음을 연결한다:[4]
- 센서 (예: 푸시 버튼, 서모스탯, 풍속계, 움직임 감지)는 정보를 수집하여 데이터 텔레그램 형태로 버스에 전송한다.
- 액추에이터 (디밍 유닛, 난방 밸브, 디스플레이)는 데이터 텔레그램을 수신하여 이를 동작으로 변환한다.
- 컨트롤러 및 기타 로직 기능 (실내 온도 조절기, 셔터 조절기 등)
- 시스템 장치 및 구성 요소 (예: 라인 커플러, 백본 커플러)
장치를 "센서" 또는 "액추에이터" 중 하나로만 분류하는 것은 시대에 뒤떨어지고 단순한 방식이다. 많은 액추에이터는 컨트롤러 기능뿐만 아니라 센서 기능(예: 작동 시간, 스위칭 주기 횟수, 전류, 전력 소비량 측정 등)도 포함하고 있다.
애플리케이션 소프트웨어는 시스템 토폴로지 및 시운전 소프트웨어와 함께 시스템 인터페이스 구성 요소를 통해 장치에 로드된다. 설치된 시스템은 컴퓨터, 태블릿, 터치스크린, 스마트폰을 통한 시스템의 중앙 또는 분산 제어를 위해 LAN, 포인트 투 포인트 링크 또는 전화 네트워크를 통해 액세스할 수 있다.
KNX 아키텍처의 주요 특징은 다음과 같다:
- 빌딩 자동화의 다양한 작업을 위한 상호 연동 및 분산 애플리케이션 모델.
- 네트워크 자원의 구성 및 관리를 위한 체계, 그리고 서로 다른 노드에 있는 분산 애플리케이션 조각들의 바인딩(연결) 허용.
- 메시지 프로토콜을 갖춘 통신 시스템과 각 노드(분산 애플리케이션을 호스팅할 수 있는 KNX 공통 커널)의 통신 스택 모델.
- 설치 시 실장 및 연결될 실제 장치를 개발할 때 이러한 요소들을 실현하기 위한 모델.
애플리케이션, 상호 연동 및 바인딩
[편집]KNX 아키텍처 개념의 중심에는 시스템의 프로세스 및 제어 변수를 나타내는 데이터포인트(입력, 출력, 파라미터 및 진단 데이터)가 있다. 이러한 데이터포인트를 위한 표준화된 컨테이너는 그룹 오브젝트와 인터페이스 오브젝트 속성이다. 통신 시스템은 데이터포인트 값을 읽고 쓰기 위한 축소된 명령 집합을 제공한다. 데이터포인트는 표준화된 데이터포인트 유형을 따라야 하며, 이들은 다시 기능 블록으로 그룹화된다. 이러한 기능 블록과 데이터포인트 유형은 애플리케이션 분야와 관련이 있지만, 일부는 일반적인 용도(예: 날짜 및 시간)로 사용된다. 데이터포인트는 유니캐스트 또는 멀티캐스트 메커니즘을 통해 액세스할 수 있다.
네트워크 전체에서 애플리케이션의 데이터포인트를 논리적으로 연결하기 위해, KNX는 프리(free), 구조형(structured), 태그형(tagged) 바인딩이라는 세 가지 기본 바인딩 체계를 가지고 있다.
- 프리 바인딩에서는 데이터포인트 간의 링크가 규정되어 있지 않다. 프리 어드레싱과 결합하여 개별 데이터포인트 수준에서 사용자 정의 멀티캐스트 그룹화를 지원하며, 이는 S-모드 구성의 핵심이다(아래 참조).
- 구조형 바인딩에서 KNX 사양은 일반적으로 기능 블록이나 채널에 해당하는 전체 데이터포인트 세트를 연결하기 위한 정밀한 패턴을 규정한다(푸시 버튼 모드가 이 개념을 따른다).
- 태그형 바인딩 역시 애플리케이션 모델에 의해 미리 구조화되어 있지만, 주소의 수치 값이 그 값의 일부가 된다.
커널 및 메시지 프로토콜
[편집]공통 커널은 물리 계층과 매체별 데이터 링크 계층 위에 위치하며 KNX 네트워크의 모든 장치가 공유한다. 이는 OSI 7계층 모델을 준수한다.
구성 모드
[편집]설치는 네트워크 토폴로지 수준과 개별 노드 또는 장치 수준에서 구성되어야 한다. 첫 번째 수준은 분산 애플리케이션의 구성(즉, 바인딩 및 파라미터 설정) 이전의 전제 조건 또는 "부트스트랩" 단계이다. 구성은 장치에서의 로컬 활동(예: 버튼 누르기)과 버스를 통한 활성 네트워크 관리 통신(피어 투 피어 또는 보다 중앙 집중적인 마스터-슬레이브 방식)의 조합을 통해 이루어질 수 있다.
KNX 구성 모드는 다음과 같다:
- 특정 구성 및 바인딩 체계를 선택한다.
- 이를 특정 주소 체계 선택에 매핑한다.
- 관리 절차 및 일치하는 자원 실현의 선택으로 이 모든 것을 완료한다.
일부 모드는 버스를 통한 더 활발한 관리가 필요한 반면, 다른 모드들은 주로 로컬 구성에 중점을 둔다. KNX 장치에는 세 가지 범주가 있다:
- A-모드 또는 "자동 모드" 장치는 스스로를 구성할 수 있으며 최종 사용자가 설치할 수 있다.
- E-모드 또는 "이지 모드" 장치는 설치를 위해 기본적인 교육이 필요하다. 동작은 미리 프로그램되어 있지만 구성 파라미터는 사용자의 요구 사항에 맞춰 조정되어야 한다.
- S-모드 또는 "시스템 모드" 장치는 정교한 빌딩 자동화 시스템을 구축하는 데 사용될 수 있다. 기본 동작이 정의되어 있지 않으며 전문가에 의해 프로그래밍 및 설치되어야 한다.
KNX는 일련의 개별 장치를 기능하는 설치물로 연결하고 서로 다른 매체와 구성 모드를 통합하는 등의 프로젝트 엔지니어링 작업을 위한 도구를 포함한다. 이는 ETS(Engineering Tool Software) 제품군으로 구현되어 있다.
장치
[편집]KNX 설치는 항상 버스나 네트워크에 연결된 일련의 장치들로 구성된다. 장치 모델은 노드 역할, 성능, 관리 기능 및 구성 모드에 따라 다르며, 이 모든 것은 프로파일에 규정되어 있다. 또한 버스 결합 장치(BCU)나 버스 인터페이스 모듈(BIM)과 같은 범용 장치 모델도 존재한다.
장치는 구성 모드에 따라 개별 주소 또는 고유한 시리얼 번호를 통해 네트워크 전체에서 식별되고 액세스될 수 있다. (고유 시리얼 번호는 KNX 협회 인증 부서에서 할당한다.) 장치는 조회 시 제조업체별 참조 정보와 기능적(제조업체 독립적) 정보를 모두 공개할 수 있다.
토폴로지 및 주소 지정
[편집]KNX 유선 네트워크는 스타, 라인, 스타 토폴로지로 형성될 수 있으며 필요에 따라 혼합할 수 있다. 링 토폴로지는 지원되지 않는다. 대규모 설치에는 트리 토폴로지가 권장된다.
KNX는 16비트 주소를 사용하여 최대 57,375개의 장치를 연결할 수 있다.
- 하위 8비트는 하나의 라인 내에서 최대 256개의 주소를 제공하며, 라인은 최대 4개의 세그먼트로 구성될 수 있다. 각 세그먼트는 최대 64개(TP1-64) 또는 최대 256개(TP1-256)의 장치를 가질 수 있다. 각 세그먼트에는 로컬 전원 공급 장치가 필요하며 세그먼트의 최대 길이는 1,000m이다. (지원되는 실제 장치 수는 전원 공급 장치와 개별 장치의 전력 부하에 따라 달라진다.) 라인 중계기로 연결된 세그먼트는 길이를 4,000m까지 연장할 수 있으며 최대 256개의 장치를 연결할 수 있다.
- 라인들은 하나의 영역(area)으로 그룹화될 수 있으며, 라인 커플러를 통해 최대 15개의 라인이 메인 라인에 연결될 수 있다. 주소의 다음 4비트는 개별 라인을 식별하는 데 사용된다.
- 전체 도메인은 백본 커플러를 사용하여 백본 라인으로 연결된 15개의 영역으로 형성될 수 있으며, 주소 공간의 상위 4비트가 영역을 식별한다. (라인 중계기는 백본이나 메인 라인에서 사용할 수 없다.)
커플러 유닛은 주소 필터링을 허용하여 제한된 버스 신호 속도 하에서 성능을 개선하는 데 도움을 준다. KNXnet/IP 기반의 설치는 KNX 주소 구조가 IP 주소와 유사하기 때문에 IP를 통해 KNX 하위 네트워크를 통합할 수 있게 해준다.
물리 계층
[편집]TP 1
[편집]TP1 연선 버스(EIB에서 상속)는 비동기식, 문자 지향 데이터 전송 및 9600 bit/s의 신호 속도를 갖는 반이중 양방향 차동 신호를 제공한다. 매체 액세스 제어는 CSMA/CA를 통해 이루어진다. 모든 버스 사용자는 동등한 데이터 전송 권한을 가지며 데이터는 버스 사용자 간에 직접(피어 투 피어) 교환된다. 저전력 장치를 위해 동일한 한 쌍의 선을 통해 SELV 전원이 공급된다. 4800 bit/s의 더 느린 신호 속도로 작동하는 구식 사양인 TP0는 BatiBUS 표준에서 유지되었으나 KNX 제품은 BatiBUS 장치와 정보를 교환할 수 없다.
PL 110
[편집]PL 110 전력선 전송은 데이터 패킷의 비동기 전송과 반이중 양방향 통신을 갖춘 주파수 편이 변조(S-FSK) 신호를 사용하여 전달된다. 중심 주파수 110 kHz(CENELEC B-밴드)를 사용하며 데이터 속도는 1200 bit/s이다. 또한 CSMA를 사용한다. KNX 파워라인은 스마트 가전 제품(백색가전)을 겨냥했으나 채택률은 낮았다. 대안 변종인 PL 132는 132.5 kHz(CENELEC C-밴드)를 중심 주파수로 한다.
RF
[편집]RF는 868.3 MHz 대역에서 주파수 편이 변조와 맨체스터 코드 데이터 인코딩을 사용하여 통신을 가능하게 한다.
IP
[편집]KNXnet/IP 포트 3671은 이더넷 (IEEE 802.2), 블루투스, WiFi/무선 LAN (IEEE 802.11), IEEE 1394 (FireWire) 등 IP 지원 매체를 위한 통합 솔루션을 갖추고 있다.
프레임 형식
[편집]매체별 액세스 및 충돌 제어를 위한 프리앰블을 제외한 일반적인 프레임 형식은 다음과 같다:
| 옥텟 | 역할 |
|---|---|
| 0 | 제어 필드 |
| 1 – 2 | 소스 주소 |
| 3 – 4 | 목적지 주소 |
| 5 | 주소 유형 | NPCI | 길이 |
| 6 – 7 | 전송 계층 프로토콜 정보 | 응용 계층 프로토콜 정보 | 데이터/APCI |
| 8 – N-1 | 데이터 |
| N ≤ 22 | 프레임 체크 |
보안
[편집]2013년부터 개발된 프로토콜 확장 덕분에 KNX 텔레그램은 서명되거나 암호화될 수 있다. 전통적인 KNX 매체인 TP 및 RF에서 텔레그램을 보호하기 위한 KNX 데이터 시큐어와 IP를 통해 터널링되는 KNX 텔레그램을 보호하기 위한 KNX IP 시큐어가 있다. KNX 데이터 시큐어는 2018년에 유럽 표준(EN 50090-3-4)이 되었고, KNX IP Secure는 2019년에 ISO 표준(ISO 22510)이 되었다.
적합성
[편집]KNX 상표가 부착된 모든 제품은 공인된 제3자 시험 기관을 통해 표준 준수 여부를 인증받아야 하며(따라서 다른 장치와 상호 운용 가능해야 함), KNX 로고가 있는 모든 제품은 공급업체에 독립적인 ETS 소프트웨어를 사용하여 공통 인터페이스를 통해 프로그래밍된다.
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ “What is KNX?”. 《National KNX Norway》. 2015년 9월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 7월 7일에 확인함.
- ↑ The current vendor list can be found at knx.org: “KNX Community”.
- ↑ “KNX Specifications”. 《KNX》.
- ↑ All information in this and subsequent sections is summarised from 《KNX System Specifications》. v3.0. Architecture. KNX Association. 2013.
