بررسی قابلیت های پروتکل KNX و اینترنت اشیاء

در دو دهه اخیر، اینترنت رشد چشمگیری داشته است و در تمام حوزه های زندگی ما در حال توسعه بوده و امروزه به خانه ها و ساختمان های هوشمند نیز ورود کرده است. 
با استفاده از اینترنت اشیاء هوشمند، کلیه تجهیزات خانه می توانند بهم متصل شوند و هم اکنون ایده های سالهای گذشته تبدیل به یک واقعیت شده اند. استفاده از گوشی های هوشمند برای چک کردن حساب های بانکی و یا برای بررسی میزان مصرف انرژی و یا تغییر وضعیت برخی از لامپ ها و روشن و خاموش کردن آنها با استفاده از پروتکل KNX، امروزه تبدیل به امری عادی شده است. 

 پروتکل KNX با استفاده از گوشی موبایل، امکان کنترل عملکردها و سناریوهای زیادی را در ساختمان فراهم می نماید. در واقع KNX و اینترنت اشیاء به نوعی مکمل یکدیگر شده اند. به نحوی که KNX امکان برقراری ارتباط بین سیستم هوشمند و سایر تجهیزات را در خانه فراهم می آورد و IoT زمینه و بستر شبکه ای موردنیاز آنها را تامین می کند. 
راهکارهای کنونی IoT، عمدتاً با محوریت قراردادن مصرف کنندگان توسعه پیدا کرده اند، بنابراین برنامه های مبتنی بر استفاده آسان و سریع برای مصرف کنندگان در اولویت شروع این پروسه قرار دارند. بهرحال برخی از ویژگی ها و عملکردهای سیستم هوشمند در بسترIoT، در پروژه های بزرگ که دارای انواع مختلفی از تامین کنندگان تجهیزات می باشند در این بسترهای ساده IoT از دست خواهند رفت. 
نقشه راه تکنولوژی در حوزه اینترنت اشیاء در نمودار ذیل نشان داده شده است. 

چالش ها و موانع:

هرچند که امکان اتصال سیستم KNX با اینترنت اشیاء در حال حاضر امکانپذیر است، اما برای مهندسین نصاب این سیستم، چالش هایی به شرح ذیل وجود دارد:

• تعامل کاربری تجهیزات

راهکارهای اینترنت اشیاء به گونه ای می باشند که تمایل به استفاده از یک رویکرد ثابت و انباشته برای تعداد زیادی از کاربری ها مانند سیستم های صوت و تصویر، کنترل پرده و …، سرمایش و گرمایش و … دارند که این موارد در بیشتر اوقات بدون تعامل بین این تجهیزات با سایر موارد می باشد. 

• ارتباط داده ای بین وندورهای مختلف

در صورتیکه امکان برقراری ارتباط داده ای بین وندورهای مختلف وجود داشته باشد، این ارتباط در بیشتر موارد به صورت استفاده از پروتکل های مخصوص و یا حتی انحصاری، خدمات ابر داده ای (Cloud) و یا برقراری ارتباط اینترنتی دائمی با آنها می باشد که این موارد همواره چالشی اساسی برای نصب کننده سیستم، جهت برقراری ارتباط کامل بین تامین کنندگان می باشد. 
راهکار KNX IoT راهکاری برای غلبه بر این مشکلات و چالش ها می باشد. این راهکارها، موارد زیر را امکانپذیر خواهند نمود:

• یکپارچه سازی KNX و IoT بسیار ساده تر از سایر پروتکل های موجود در بازار
• ساده تر کردن امکان کارکرد تجهیزات بر روی بستر IP به عنوان یک ماژول جدید
• اضافه کردن داده های KNX در استخری از داده های خوردنیاز IoT جهت مدیریت کردن موثرتر سیستم
• اطمینان پیدا کردن از توانایی مصرف کننده در کنترل تجهیزات

پیاده سازی اینترنت اشیاء به کمک KNX:

سیستم KNX  کنونی زمانی که بعنوان بخشی از راهکار اینترنت اشیاء مورد استفاده قرار می گیرد، دارای مزایایی می باشد. یکی از این موارد، امکان استفاده از کابل های Twisted Pair به عنوان عامل ارتباط داده ای در بخش تجهیزات و نیز یکپارچه سازی سایر موارد مانند فرکانس رادیویی KNX-RF و … با آن می باشد. 
اولین قدم در این راستا، بهبود و ارتقاء سیستم KNX کنونی (که ما با عنوان KNX کلاسیک از آن نام می بریم) و آن حجم عظیم از داده های مربوط به تجهیزات مختلف غیر متمرکز به دنیای شبکه اینترنت IP اینترنت اشیاء می باشد. 

کابل و سیم:

از آنجا که اینترنت اشیاء عمدتاً از طریق ارتباطات مبتنی بر IPv4 / IPv6 رخ می دهد، اولین وظیفه ما این است که دستگاه های KNX را با لایه های جدید IP تعریف کنیم که طبیعتاً کارکردن با آن ساده تر بوده و امکان ارتباط باز با سایر موارد وجود خواهد داشت. با این تعاریف جدید، یک شبکه IP منفرد برای سیستم هوشمند تعریف خواهد گردید که امکان برقراری ارتباط شبکه ای با سایر سیستم ها را به راحتی خواهد داشت. این موضوع فراتر از استفاده از کابل TP-KNX برای برقراری ارتباط بین تجهیزات مختلف می باشد. 

دسته و زیر سیستم ها:

انتظار می رود با بهره مندی از سیستم اینترنت اشیاء و ترکیب آن با KNX، هم تجهیزات محدود مانند سوئیچ، سنسور و … و هم تجهیزات کامل مانند تاچ پنل های تحت شبکه، در این سیستم مشارکت داده شوند که این مشارکت در نهایت بدون استفاده از هرگونه ماژول اینترفیس و یا رابط خواهد بود. این ترکیب و مشارکت می تواند از یک سیستم ساده کلاسیک KNX با تجهیزات محدود و یا حتی کامل و با بهره مندی از یک ماژول IoT Gateway شروع شود و منجر به شکل گیری یک شبکه منسجم و کامل از اینترنت اشیاء در ساختمان گردد. موارد و تجهیزاتی که می توانند در این راهکار مشارکت داده شوند، عبارت خواهند بود از:

• تجهیزات کلاسیک KNX که از طریق یک ماژول KNX IoT Gateway با شبکه مرتبط میباشند.
• تجهیزات کاملاً تحت IP که منطبق و هماهنگ با IoT می باشند.
• تجهیزات محدود IP در شبکه IoT که معمولاً با سیم کشی های محدود در بخش هایی از سیستم هوشمند مورد استفاده قرار می گیرند. 

برای اتصال تجهیزات محدود تعدادی از پروتکل های ویژه وجود دارند که می توانند در این زمینه مورداستفاده قرار گیرند و تعداد ماژول های اینترفیس و رابط را به حداقل رسانده و در عین حال، تعامل مناسبتری را بین سیستم های IoT برقرار نمایند. 
 

اقدامات بعدی:

برای پیشبرد اقدامات و اهداف، اقدامات ذیل در این خصوص موردنیاز و مهم می باشند:

• افزایش قابلیت های یکپارچه سازی، سادگی استفاده برای مصرف کننده و ارتقاء امنیت.

پیاده سازی KNX می تواند با یک URL مشخص و یک گواهی نامه معتبر مانند نام کاربری و رمز عبور قابل دسترسی باشد. 

• اطلاعات کاربردی KNX IoT

بسیار مهم است که اطلاعات کاربردی پروژه KNX را برای همه تجهیزاتی که در آن سیستم موجود هستند را توسعه و گسترش دهیم. این موضوع می تواند پروسه برنامه نویسی و تنظیمات سیستم را به حداقل رسانده و امکان یکپارچه سازی با سایر سیستم های خارجی را فراهم و ساده تر نماید. 

• ویژگی های پروتکل  KNX IoT
• قابلیت  WebSocket برای ارتباط مستقیم با سیستم کنترل از طریق وب جهت برنامه نویسی و تنظیمات ساده تر
• راهکار پروتکل CoAP برای تجهیزات محدود 
• تجهیزات ایمن تایید شده
• توانایی اجرای سناریوهای کاربردی (به عنوان مثال، غیرفعال نمودن سیستم گرمایش در اتاق در زمانهایی که پنجره باز است، بدون اطلاع و یا هشدار به سایر تجهیزات درگیر سیستم)

منبع: مجله KNX Today