朱 莉 劉 剛 劉夢(mèng)娟

1(四川九洲電器集團(tuán)中央研究院 四川 成都 610041)

2(中興通訊股份有限公司成都研發(fā)中心 四川 成都 610041)

3(電子科技大學(xué)信息與軟件工程學(xué)院 四川 成都 610054)

智能家居中的增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器實(shí)現(xiàn)

朱 莉1劉 剛2劉夢(mèng)娟3

1(四川九洲電器集團(tuán)中央研究院 四川 成都 610041)

2(中興通訊股份有限公司成都研發(fā)中心 四川 成都 610041)

3(電子科技大學(xué)信息與軟件工程學(xué)院 四川 成都 610054)

在基于KNX標(biāo)準(zhǔn)的智能家居或樓宇控制系統(tǒng)中，路由器是一種至關(guān)重要的設(shè)備。提出一種創(chuàng)新型的KNXnet/IP路由器的實(shí)現(xiàn)方案，包括硬件平臺(tái)、協(xié)議棧的軟件實(shí)現(xiàn)以及測(cè)試認(rèn)證。KNXnet/IP路由器能夠提供KNX子網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接及信息交換，有效利用幾乎無處不在的IP網(wǎng)絡(luò)(包括以太網(wǎng)和WiFi網(wǎng))，性能和功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的KNX路由器。在此基礎(chǔ)之上，KNX系統(tǒng)不再受制于傳輸距離的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)不同樓宇之間的KNX設(shè)備互聯(lián)。同時(shí)， 增強(qiáng)型的KNXnet/IP路由器支持WiFi接入，能夠?qū)崿F(xiàn)自由移動(dòng)組網(wǎng)，保障了KNX網(wǎng)絡(luò)的自由擴(kuò)展。

智能家居 KNX協(xié)議 KNXnet/IP協(xié)議 以太網(wǎng) 雙絞線總線

0 引 言

在智能家居和樓宇控制領(lǐng)域，KNX總線標(biāo)準(zhǔn)是獨(dú)立于制造商的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，已被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)、美國標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)，是唯一的經(jīng)過認(rèn)證的開放式標(biāo)準(zhǔn)[1]。作為被廣泛接受的國際標(biāo)準(zhǔn)，KNX總線標(biāo)準(zhǔn)能夠通過產(chǎn)品認(rèn)證確保產(chǎn)品的互操作性和交互性，廣泛應(yīng)用于智能家居和樓宇控制，適合于各種樓宇，支持多種配置模式和多種通信介質(zhì)。

當(dāng)前，對(duì)KNX技術(shù)的研究主要集中在總線節(jié)點(diǎn)設(shè)備的開發(fā)。隨著樓宇自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，控制設(shè)備之間傳遞的信息量日益增加，對(duì)互操作性、互聯(lián)也提出了更高的需求[2]。為此，KNX系統(tǒng)也引入了KNXnet/IP定義，用于通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不同的KNX子網(wǎng)的融合。實(shí)現(xiàn)該融合技術(shù)的特殊設(shè)備就是KNXnet/IP路由器，提供KNX子網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)之間的連接。KNXnet/IP使得KNX系統(tǒng)不再受到傳輸距離的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)不同樓宇之間的KNX設(shè)備互聯(lián)，保障了KNX網(wǎng)絡(luò)的自由擴(kuò)展[3]。

KNX支持雙絞線(TP)、電力線(PL)和射頻(RF)等多種通信介質(zhì)，其中雙絞線應(yīng)用最為廣泛，所以本文設(shè)計(jì)的KNXnet/IP路由器提供KNX TP設(shè)備到骨干網(wǎng)的接入，同時(shí)還能提供基于WiFi子網(wǎng)的KNX IP設(shè)備到骨干網(wǎng)的接入。

1 KNXnet/IP路由器硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

KNXnet/IP路由器的硬件平臺(tái)如圖1所示，硬件系統(tǒng)以CPU LPC3250為處理核心，主要外圍器件包括電源管理、晶體、KNX接口、RAM、FALSH等，主要可以分為如下的三個(gè)部分：

(1) 核心系統(tǒng)：由LPC3250、RAM和FLASH構(gòu)成，是一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)。

(2) 以太網(wǎng)接口：符合IEEE 802.3/3u/3x標(biāo)準(zhǔn)，通過以太網(wǎng)接口，可以實(shí)現(xiàn)核心系統(tǒng)與IP網(wǎng)絡(luò)的通信。

(3) KNX TP接口：KNX接口的物理通信模塊采用TP1的方式工作，核心系統(tǒng)與KNX接口通過標(biāo)準(zhǔn)串口連接。實(shí)現(xiàn)了核心系統(tǒng)與TP總線之間的通信。

(4) Wifi接口：符合IEEE 802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)核心系統(tǒng)與無線局域網(wǎng)的通信。

圖1 硬件設(shè)計(jì)框圖

2 KNXnet/IP路由器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

KNXnet/IP路由器的系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示，主要實(shí)現(xiàn)的軟件模塊包括：

(1) KNX協(xié)議棧：KNX協(xié)議棧是所有KNX設(shè)備的通信基礎(chǔ)，KNXnet/IP路由器作為一種KNX設(shè)備，首先必須實(shí)現(xiàn)KNX協(xié)議棧。

(2) KNXnet/IP協(xié)議棧：實(shí)現(xiàn)KNX子網(wǎng)與主網(wǎng)(IP)的通信和路由功能，是KNXnet/IP路由器的核心功能。

(3) 硬件驅(qū)動(dòng)：KNX UART接口的驅(qū)動(dòng)完成TP總線上的KNX數(shù)據(jù)的收發(fā)、編解碼；以太網(wǎng)接口的驅(qū)動(dòng)，能夠完成IP數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上的發(fā)送和接收；WiFi接口的驅(qū)動(dòng)，能夠完成IP數(shù)據(jù)在無線局域網(wǎng)上的發(fā)送和接收。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

下面分別介紹著KNXnet/IP路由器的主要軟件功能的實(shí)現(xiàn)。

2.1 KNX協(xié)議棧

KNXnet/IP路由器首先要實(shí)現(xiàn)KNX協(xié)議棧[4]，為KNX的應(yīng)用、配置和網(wǎng)絡(luò)管理提供通信服務(wù)。KNX協(xié)議棧的軟件實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示，各個(gè)協(xié)議層的主要功能如下：

(1) 物理層：接收和發(fā)送數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)的總線。與普通的KNX設(shè)備不同，路由器提供了三類媒介的接入：(a) 對(duì)子網(wǎng)接口，提供了兩種選擇，TP1媒介(實(shí)現(xiàn)了TP1總線的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收)和無線媒介(實(shí)現(xiàn)了KNX數(shù)據(jù)在無線局域網(wǎng)內(nèi)的發(fā)送和接收)；(b) 對(duì)主網(wǎng)接口采用IP/Ethernet媒介。

(2) 數(shù)據(jù)鏈路層：主要實(shí)現(xiàn)尋址和數(shù)據(jù)幀的封裝和解封裝功能。對(duì)于TP總線，數(shù)據(jù)鏈路層處理TP1數(shù)據(jù)幀的封裝和解封裝，對(duì)于IP/Ethernet網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)鏈路層處理cEMI數(shù)據(jù)幀的封裝和解封裝。

(3) 網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，即路由。(a) 對(duì)于單播數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)層模塊調(diào)用路由算法來決定數(shù)據(jù)的處理(接收并解封裝、轉(zhuǎn)發(fā)到另一側(cè)媒介、丟棄)；(b) 對(duì)于組播數(shù)據(jù)，通過過濾表來判斷數(shù)據(jù)的處理(如果組地址在過濾表中，則轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄該數(shù)據(jù)包)；(c) 對(duì)于廣播通信，網(wǎng)絡(luò)層會(huì)向傳輸層遞交，如果數(shù)據(jù)包的跳數(shù)大于0，還會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。

(4) 傳輸層：對(duì)于應(yīng)用相關(guān)的組通信，提供組播通信模式；對(duì)于管理相關(guān)的通信，則提供廣播，或者面向連接/無連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。

(5) 應(yīng)用層：實(shí)現(xiàn)組對(duì)象通信和管理相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸和接收。本設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)模式(S-Mode)下通過ETS(Engineering Tool Software)[5]配置，ETS會(huì)通過下發(fā)相關(guān)的應(yīng)用層指令來對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的配置操作。應(yīng)用層(及應(yīng)用接口層)需要對(duì)接收的應(yīng)用層消息進(jìn)行解析，根據(jù)消息類型進(jìn)行不同的管理操作，如果需要，還要根據(jù)請(qǐng)求產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文。

圖3 KNX協(xié)議?？蚣?/p>

2.2 KNXnet/IP協(xié)議棧

KNXnet/IP協(xié)議棧[4]是能夠?qū)崿F(xiàn)通過IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)KNX消息的核心，協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)框圖如圖4所示。KNXnet/IP協(xié)議是基于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，具體又可以分為TCP、UDP、純IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)[6]。按照協(xié)議要求，UDP是必須支持的，其他兩種則是可選項(xiàng)。

圖4 KNXnet/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖

KNXnet/IP協(xié)議按照功能又可分成三個(gè)子協(xié)議模塊：

(1) KNX隧道協(xié)議：隧道協(xié)議為KNXnet/IP客戶端(如ETS)和KNXnet/IP服務(wù)器(KNXnet/IP路由器)之間提供了一個(gè)在IP網(wǎng)絡(luò)之上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的KNX報(bào)文通信，專門用于支持配置和診斷過程中來自IP網(wǎng)絡(luò)的配置消息。

在建立隧道之前，KNXnet/IP 客戶端和KNXnet/IP 服務(wù)器之間必須要建立起一個(gè)專門的通信信道，它基于主機(jī)協(xié)議(Host Protocol)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)KNXnet/IP隧道對(duì)應(yīng)一個(gè)KNX獨(dú)立地址，當(dāng)建立起隧道連接，KNXnet/IP 服務(wù)器必須為其分配一個(gè)KNX的獨(dú)立地址。

建立好通信連接后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的設(shè)備可以通過隧道模式進(jìn)行通信。對(duì)于單播報(bào)文，KNXnet/IP服務(wù)器只轉(zhuǎn)發(fā)包含隧道KNX物理地址的報(bào)文到KNXnet/IP客戶端。對(duì)于組播業(yè)務(wù)則都轉(zhuǎn)發(fā)給KNXnet/IP客戶端。隧道上通過TUNNELLING_REQUEST交互信息，由TUNNELLING_ACK進(jìn)行確認(rèn)?？蛻舳藢NX數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀(cEMI格式)封裝在TUNNELLING_REQUEST幀中發(fā)送給服務(wù)器，而服務(wù)器接收來自KNX子網(wǎng)的報(bào)文封裝在TUNNELLING_REQUEST幀(L_Data.ind，L_Data.con)發(fā)送給客戶端。

(2) KNX路由：提供組播業(yè)務(wù)的路由功能，實(shí)現(xiàn)KNX子網(wǎng)與其他連接到IP網(wǎng)絡(luò)的KNX設(shè)備的通信。

KNXnet/IP Router接收到來自KNX子網(wǎng)的報(bào)文，如果滿足過濾準(zhǔn)則，那么路由器將數(shù)據(jù)封裝成IP報(bào)文并在IP網(wǎng)絡(luò)中廣播。所有連接到IP網(wǎng)絡(luò)的KNXnet/IP 路由器將會(huì)收到報(bào)文，然后根據(jù)過濾準(zhǔn)則確定是否將報(bào)文轉(zhuǎn)換成KNX報(bào)文并轉(zhuǎn)發(fā)到它們連接的KNX子網(wǎng)。KNXnet/IP路由器必須支持UDP/IP組播，采用IGMP(Internet Group Management Protocol) 來通知本地IP組播路由器增加新的組播地址[6]，允許KNXnet/IP路由報(bào)文在IP網(wǎng)絡(luò)中由IP路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。KNXnet/IP路由器可以通過設(shè)置TTL值來控制組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，從而限制在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)姆秶?/p>

(3) KNXnet/IP設(shè)備管理：這是專門針對(duì)KNXnet/IP路由器通過IP網(wǎng)進(jìn)行配置管理的方式。在配置過程之前，KNX配置設(shè)備和KNXnet/IP路由器通過Host Protocol協(xié)議建立起一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通道。配置設(shè)備的直接調(diào)用KNXnet/IP的配置管理接口產(chǎn)生相應(yīng)控制消息的cEMI格式幀，然后再封裝成DEVICE CONFIGURATION REQUSET消息(業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)為0x0310)，在已經(jīng)建立的通道上以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式發(fā)送到KNXnet/IP路由器。KNXnet/IP路由器接收到該DEVICE CONFIGURATION REQUEST后，向控制設(shè)備返回DEVICE CONFIGURATION ACK(業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)為0x0311)消息，同時(shí)將消息解封裝成cEMI幀格式直接遞交到KNXnet/IP的配置管理模塊完成相關(guān)參數(shù)配置。

2.3 KNXnet/IP路由器的配置管理

KNXnet/IP路由器的配置管理可以通過KNX TP總線完成，也可以通過IP網(wǎng)絡(luò)來完成。配置管理對(duì)象又分為兩類：(1) KNX設(shè)備對(duì)象，主要是KNXnet/IP路由器設(shè)備的配置參數(shù)；(2) KNX接口對(duì)象，跟KNXnet/IP路由器相關(guān)的參數(shù)配置(如IP組播地址、IP網(wǎng)關(guān)等)，具體內(nèi)容參考文獻(xiàn)[4]。

應(yīng)用層(及應(yīng)用接口層)需要對(duì)接收的應(yīng)用層消息進(jìn)行解析，根據(jù)消息類型進(jìn)行不同的管理操作，并根據(jù)請(qǐng)求類型生成相應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文。對(duì)于讀寫指令，KNX規(guī)范中規(guī)定了相關(guān)內(nèi)存偏移的具體含義。為便于管理操作，軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬內(nèi)存，虛擬內(nèi)存按照協(xié)議規(guī)范定義的內(nèi)存映射方式填充相關(guān)數(shù)據(jù)。(1) 當(dāng)接收到讀內(nèi)存指令，則根據(jù)指令的偏移量直接讀取虛擬內(nèi)存中的內(nèi)容。(2) 當(dāng)接收到寫內(nèi)存指令時(shí)，會(huì)將虛擬內(nèi)存對(duì)應(yīng)偏移位置開始的內(nèi)容進(jìn)行更新，并通知應(yīng)用保存更新值到固存。

根據(jù)配置設(shè)備(主控設(shè)備)在系統(tǒng)中的位置，配置處理方式可分為兩類：

(1) 當(dāng)配置設(shè)備位于KNX TP子網(wǎng)中時(shí)，配置設(shè)備通過KNX協(xié)議棧與KNXnet/IP路由器通信，消息通過應(yīng)用層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層(采用TP1幀格式)進(jìn)行封裝，最后以TP物理幀格式發(fā)送到TP1總線。路由器接收的網(wǎng)絡(luò)層判斷該消息的目的地址與自己一致，會(huì)接收該消息。該消息逐層向上遞交到應(yīng)用層，由應(yīng)用層解析該配置消息類型并調(diào)用相關(guān)API進(jìn)行設(shè)備的參數(shù)配置。

(2) 當(dāng)配置設(shè)備位于IP/Ethernet主網(wǎng)中或無線局域網(wǎng)時(shí)，又可細(xì)分為下面三種處理方式：

KNX路由方式：配置設(shè)備與KNXnet/IP路由器之間采用路由傳輸模式進(jìn)行配置信息的交互。配置消息從上到下依次通過應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層(采用cEMI幀格式)封裝成ROUTING INDICATION消息(業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)為0x0530)后，在IP網(wǎng)中內(nèi)組播發(fā)送。

KNX隧道方式：在發(fā)送配置消息之前，配置設(shè)備和KNXnet/IP路由器需要采用Host Protocol[4]協(xié)議建立起點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通道。配置設(shè)備與KNXnet/IP路由器之間采用隧道傳輸模式進(jìn)行配置信息的交互。配置消息從上到下依次通過應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層(采用cEMI幀格式)封裝成TUNNELLING REQUEST消息(業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)為0x0420)后，通過已建立的通道傳輸?shù)铰酚善鱾?cè)。路由器響應(yīng)TUNNELLING ACK(業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)為0x0421)消息，通過已建立的通道傳回給配置設(shè)備。

KNX IP 設(shè)備管理方式：該方式通過KNXnet/IP協(xié)議棧的設(shè)備管理協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，是專門針對(duì)KNXnet/IP路由器的配制方式，在3.2節(jié)已有詳細(xì)說明，這里不再贅述。

3 KNXnet/IP路由器的認(rèn)證測(cè)試

KNX標(biāo)準(zhǔn)采用簡(jiǎn)表(profile)定義不同的功能[7]，不同的KNX設(shè)備根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)表，具體要求可以參考文獻(xiàn)[4]。KNX協(xié)議棧認(rèn)證會(huì)針對(duì)每層協(xié)議棧設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試場(chǎng)景和測(cè)試用例來驗(yàn)證其功能是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)KNXnet/IP路由器的特性，采用的簡(jiǎn)表是掩碼為091A的KNXnet/IP類。根據(jù)認(rèn)證要求，必須滿足表1功能需求。

在認(rèn)證測(cè)試中，可分為三個(gè)功能模塊：

KNX設(shè)備基本功能：主要實(shí)現(xiàn)KNX 各層協(xié)議棧(數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層)，實(shí)現(xiàn)KNX基本通信和管理功能；

KNX耦合器功能：KNXnet/IP路由器具備耦合器功能，包括路由和SNA Server功能；

KNXnet/IP功能：主要針對(duì)KNX在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)的功能，主要包括設(shè)備管理、路由和隧道。

按照KNX測(cè)試規(guī)范[8]要求，對(duì)KNXnet/IP路由器的各個(gè)功能模塊搭建相關(guān)測(cè)試平臺(tái)，運(yùn)行測(cè)試序列，所有測(cè)試項(xiàng)均通過，才能說明設(shè)備符合KNXnet/IP路由器規(guī)范要求，才能取得KNX認(rèn)證。

表1 profile 091A的基本功能

3.1 KNX基本功能測(cè)試

如圖5所示，PC的KNX數(shù)據(jù)接口EDI通過RS232或USB連接到TP總線，在PC上運(yùn)行的EITT軟件可以發(fā)送測(cè)試消息到總線也可以接收來自總線的消息，從而觀察被測(cè)KNXnet/IP路由器的行為。

圖5 KNX路由器的KNX協(xié)議棧測(cè)試示意圖

按照測(cè)試規(guī)范[8]要求，先通過ETS配置軟件配置好KNXnet/IP路由器后，采用EITT軟件編寫好測(cè)試序列，運(yùn)行測(cè)試序列，所有測(cè)試?yán)ㄟ^，說明該協(xié)議棧符合KNX協(xié)議規(guī)范要求。

3.2 路由功能測(cè)試

KNXnet/IP路由器具備耦合器相關(guān)功能[9]，可以配置成線耦合器(line coupler)，骨干耦合器(backbone coupler)或者是轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)，測(cè)試規(guī)范[8]中也規(guī)范了如何測(cè)試KNXnet/IP作為耦合器的功能。

如圖6所示，PC的一個(gè)數(shù)據(jù)接口EDI通過RS232或USB連接到TP總線，另一個(gè)數(shù)據(jù)接口通過KNXnet/IP 服務(wù)器連接IP網(wǎng)絡(luò)。在PC上運(yùn)行的EITT軟件通過兩個(gè)接口可以發(fā)送消息到總線或IP網(wǎng)絡(luò)，也可以接收來自總線或IP網(wǎng)絡(luò)的消息，從而觀察被測(cè)對(duì)象KNXnet/IP路由器的行為。

圖6 KNXnet/IP路由器的耦合功能測(cè)試示意圖

3.3 KNXnet/IP功能測(cè)試

KNX標(biāo)準(zhǔn)提供了測(cè)試軟件KNX IP Validation Tool[8]，專門用來驗(yàn)證KNXnet/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的正確性。

如圖 7所示，PC的一個(gè)數(shù)據(jù)接口(EDI)通過RS232或USB連接到TP總線，另一個(gè)數(shù)據(jù)接口通過KNXnet/IP 服務(wù)器連接IP網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載開關(guān)是用于控制總線電源的開和斷功能，PC通過TP總線發(fā)送指令來控制負(fù)載開關(guān)，用于驗(yàn)證KNXnet/IP路由器對(duì)TP總線異常的檢測(cè)和上報(bào)功能。在PC端運(yùn)行KNX IP Validation Tool進(jìn)行KNXnet/IP協(xié)議棧的相關(guān)測(cè)試。

圖7 KNXnet/IP協(xié)議棧測(cè)試示意圖

4 增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器的應(yīng)用

圖8示意了一個(gè)增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器的典型應(yīng)用場(chǎng)景。該路由器可以提供TP總線的KNX TP設(shè)備接入到骨干網(wǎng)，也可以提供WiFi子網(wǎng)內(nèi)的KNX IP設(shè)備接入到骨干網(wǎng)。

圖8 KNXnet/IP路由器的實(shí)施例示意圖

現(xiàn)有KNXnet/IP路由器方案的無線接入一般都是采用的RF方式。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 通過對(duì)KNX協(xié)議棧的改進(jìn)和增強(qiáng)，使得整個(gè)KNX系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)更加靈活，改進(jìn)后的系統(tǒng)可以支持KNX IP設(shè)備作為子網(wǎng)設(shè)備和KNX路由器連接的主網(wǎng)通信。

(2) 整個(gè)系統(tǒng)都采用KNX標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和互操作性。

(3) 在對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中的KNX設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)，除了可以連接到網(wǎng)絡(luò)的PC進(jìn)行配置外，還可以直接使用智能終端通過無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)KNX設(shè)備進(jìn)行配置，既可以無線子網(wǎng)內(nèi)的KNX設(shè)備進(jìn)行配置，也可以對(duì)無線子網(wǎng)外的KNX設(shè)備進(jìn)行配置，配置更加靈活方便。

(4) 在采用KNX RF系統(tǒng)中，無線傳輸?shù)乃俾什粔蚋?，?dāng)來自IP側(cè)的數(shù)據(jù)量大的時(shí)候，可能導(dǎo)致子網(wǎng)速率限制而造成大量數(shù)據(jù)包被丟棄。在增強(qiáng)型KNX系統(tǒng)中，無線局域網(wǎng)可以支持到千兆及以上的帶寬。

(5) 無線局域網(wǎng)技術(shù)非常成熟，使得本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度小，研發(fā)周期短，可實(shí)施性好。

(6) 無線局域網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛，超大規(guī)模的應(yīng)用使得成本可以非常低廉，本系統(tǒng)在增加無線局域網(wǎng)支持時(shí)對(duì)產(chǎn)品成本影響很小。

5 結(jié) 語

本文介紹的增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器是基于LPC處理器、Linux系統(tǒng)來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，并采用了NCN5120芯片作為KNX總線收發(fā)模塊。該設(shè)備通過了第三方認(rèn)證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證測(cè)試，符合KNXnet/IP路由器協(xié)議規(guī)范。同時(shí)，增強(qiáng)型KNXnet/IP路由器對(duì)KNX協(xié)議棧的改進(jìn)和增強(qiáng)，使得整個(gè)KNX系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)更加靈活，成本更加低廉，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場(chǎng)前景。

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IMPLEMENTATIONOFENHANCEDKNXNET/IPROUTERINSMARTHOME

Zhu Li1Liu Gang2Liu Mengjuan3

1(SichuanJiuzhouElectricGroupCo.,Ltd.,Chengdu610041,Sichuan,China)2(R&DCenter,ZTECorporation,Chengdu610041,Sichuan,China)3(SchoolofInformationandSoftwareEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,Sichuan,China)

In the smart home or building control system based on KNX standard, router is very important equipment. This paper proposes an innovative scheme of KNXnet/IP router, including hardware platform, protocol stack software and certification test. The enhanced KNXnet/IP router provides the connection and exchange of information between KNX subnet and IP network, effectively using IP network resources such as Ethernet and WiFi. The performance and function of the enhanced KNXnet/IP router are far beyond the traditional KNX router. Based on this, KNX system is no longer limited by transmission distance. KNXnet/IP router can achieve the interconnection between KNX devices of different buildings, and ensure the free extension of KNX network. Also, enhanced KNXnet/IP router supports WiFi access, which enables free mobile networking and guarantees the free expansion of the KNX network.

Smart home KNX protocol KNXnet/IP protocol Ethernet TP bus

TP39

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.10.029

2017-01-16。國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(61202445)。朱莉，碩士，主研領(lǐng)域：智能家居，大數(shù)據(jù)，LTE。劉剛，博士。劉夢(mèng)娟，副教授。