Stack cablati specifici per domotica e sensoristica
Molte architetture commerciali adoperano complessi BUS di campo adatti per impianti di grandi dimensioni e molto strutturati, con una cablatura parallela ed a parte rispetto a quella ethernet utilizzata dai dati.
Due stack sofisticati utilizzati per la gestione dell’automazione degli edifici sono BACNet e KNX:
BACnet è stato progettato per consentire la comunicazione dei sistemi di automazione e controllo degli edifici per applicazioni come il controllo del riscaldamento, della ventilazione e del condizionamento dell’aria (HVAC), il controllo dell’illuminazione, il controllo degli accessi e i sistemi di rilevazione incendi e le relative apparecchiature. Ha una struttura centralizzata er la gestione della rete e l’arbitraggio del BUS è di tipo distribuito deterministico a gettone (token). E’ possibile utilizzare il suo stack all’interno del framework RIOT OS.
Il protocollo BACnet definisce un numero di collegamenti ati/livelli fisici, inclusi ARCNET, Ethernet, BACnet/IP, BACnet/IPv6, BACnet/MSTP, Point-to-Point su RS-232, Master-Slave/Token-Passing su RS- 485, ZigBee e LonTalk.
LonTalk è un protocollo molto sofisticato, perché copre i 7 livelli ISO/OSI, può essere adoperato sopra qualunque strato fisico, utilizzando l’opportuno transceiver. L’accesso al bus è distribuito di tipo CSMA/CD e gestisce sottoreti fino a 128 nodi (con router fino a 32.000 nodi). La sua velocità arriva fino a 1,25 Mbit/s, ma può essere limitata dai mezzi trasmissivi. Una applicazione di questa tecnologia, LonWorks, è ampiamente utilizzata per la telelettura dei contatori dell’energia elettrica (smart metering) e per il telecontrollo dell’illuminazione stradale.
KNX è uno standard di building automation aperto, coperto da royalty. Il marchio KNX non è una semplice dichiarazione del produttore, ma si basa sul superamento di prove di conformità effettuate dai laboratori di KNX. Le aziende interessate al marchio, al prezzo di una tassa versata all’associazione KNX, effettuano le prove ed ottengono la certificazione (non basta una autocertificazione)
Esistono tre modalità di KNX: Automatic-Mode, Easy-Mode, System-Mode.
Lo standard KNX prevede diversi mezzi trasmissivi che possono essere utilizzati in combinazione con uno o più modi di configurazione in funzione della particolare applicazione:
- TP-1 (Twisted Pair, tipo 1): Mezzo trasmissivo basato su cavo a conduttori intrecciati con bitrate di 9600 bit/s, proveniente da EIB. Le comunicazioni sono bidirezionali e half duplex regolate da un protocollo di arbitraggio peer to peer di tipo CSMA/CA. I dispositivi comunicano direttamente tra loro senza l’ausilio di un master centrale.
- PL-110 (Power Line, 110 kHz): Mezzo trasmissivo ad onda convogliata (power-line) con bitrate di 1200 bit/s, proveniente da EIB. I prodotti certificati EIB e KNX PL-110 funzionano e comunicano fra di loro sulla stessa rete di distribuzione dell’alimentazione elettrica. Usano la modulazione S-FSK (spread frequency-shift keying) che genera un canale half dupex arbitrato da CSMA/CA.
- RF (Radio Frequency, 868 MHz): Mezzo trasmissivo in radiofrequenza con bitrate di 38.4 kBit/s, sviluppato direttamente all’interno della piattaforma standard KNX.
- Ethernet (KNXnet/IP): Mezzo trasmissivo ottenuto mediante il tunneling di frame KNX incorporati in frame IP (Internet Protocol) convogliate su reti LAN di qualunque tipo (Ethernet, WiFi).
Tendenze future
Le prestazioni elevate delle interfacce general purpose (Ethernet, ecc.), la loro possibilità di alimentare via POE i dispositivi e la costante diminuzione del prezzo, sta introducendo una tendenza all’utilizzo di queste ultime, che compensano con l’ eccesso di prestazioni e i bassi costi il fatto di non essere concettualmente adatte all’impiego in automazione. I sensori e gli attuatori o escono dalla fabbrica già dotati di interfacce ethernet oppure si collegano con i protocolli di livello fisico basilari, con collegamento a stella o a BUS, su piccole schede a microprocessore che, dotate di connettività ethernet, ricoprono il ruolo di gateway. Questa filosofia permette di creare reti a BUS molto snelle che si strutturano in maniera più articolata appoggiandosi sulla stessa rete IP adoperata per i dati attraverso un dispositivo gateway avente una interfaccia sul BUS e l’atra sulla rete LAN.