KNX

KNX هو معيار مفتوح (انظر EN 50090 ، ISO/IEC 14543 ) لأتمتة المباني التجارية والسكنية . يمكن لأجهزة KNX إدارة الإضاءة، والستائر، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، وأنظمة الأمن، وإدارة الطاقة، والصوت والفيديو، والأجهزة المنزلية، والشاشات، والتحكم عن بعد، وما إلى ذلك. وقد تطور KNX من ثلاثة معايير سابقة؛ بروتوكول أنظمة المنازل الأوروبي (EHS)، و BatiBUS ، وناقل التركيب الأوروبي (EIB أو Instabus ).

يمكن استخدام وصلات الأزواج الملتوية (في بنية شجرية أو خطية أو نجمية )، أو وصلات خطوط الطاقة ، أو وصلات الترددات اللاسلكية ، أو وصلات بروتوكول الإنترنت . في هذه الشبكة، تُشكّل الأجهزة تطبيقات موزعة ، ما يُتيح تفاعلاً وثيقاً بينها. ويتم ذلك عبر نماذج الربط البيني باستخدام أنواع بيانات وكائنات قياسية ، تُحاكي قنوات الأجهزة المنطقية .

تم بناء معيار KNX على حزمة اتصالات EIB القائمة على نموذج OSI والممتدة بالطبقات المادية وأنماط التكوين وتجربة التطبيق الخاصة بـ BatiBUS و EHS .

يمكن لأنظمة KNX استخدام العديد من وسائط الاتصال المادية:

• أسلاك زوجية ملتوية (كابل TP1) (موروثة من معيار EIB). ( لم يعد وسيط الاتصال BatiBUS الموروث سابقًا (TP0) جزءًا من مواصفات KNX).
• شبكات خطوط الطاقة (موروثة من معيار EIB). ( لم يعد وسيط الاتصال EHS الموروث سابقًا (PL132) جزءًا من مواصفات KNX).
• الراديو (KNX-RF)
• بروتوكول الإنترنت (يشار إليه أيضًا باسم EIBnet/IP أو KNXnet/IP)

لا يعتمد نظام KNX على منصة أجهزة محددة، ويمكن التحكم بالشبكة باستخدام أي جهاز، بدءًا من متحكم دقيق 8 بت وصولًا إلى جهاز كمبيوتر، وذلك حسب متطلبات المبنى. ويُعدّ استخدام كابلات الأزواج الملتوية الطريقة الأكثر شيوعًا لتثبيته.

KNX هو معيار معتمد من قبل المنظمات التالية (من بين منظمات أخرى): ^{[ 1 ]}

• المعيار الدولي (ISO/IEC 14543-3)
• المعيار الأوروبي ( CENELEC EN 50090 وCEN EN 13321–1)
• المعيار الأمريكي ( ANSI / ASHRAE 135)
• الصين غوبياو (GB/T 20965)

تُشرف على إدارة هذا النظام جمعية KNX ( CVBA )، وهي منظمة غير ربحية تخضع للقانون البلجيكي، تأسست عام 1999. وبلغ عدد أعضاء جمعية KNX المسجلين من موردي الأجهزة والبرامج 500 عضو من 45 دولة حتى 1 يوليو 2021. كما أبرمت الجمعية اتفاقيات شراكة مع 100,000 شركة تركيب في 172 دولة، ولديها أكثر من 500 مركز تدريب معتمد. ^{[ 2 ]} يُعد هذا معيارًا مفتوحًا مجانيًا، وبالتالي فإن الوصول إلى مواصفات KNX غير مقيد. ^{[ 3 ]}

تُوصَّل أجهزة KNX عادةً عبر ناقل مزدوج ملتوي، ويمكن تعديلها من وحدة تحكم. ويتم توجيه الناقل بالتوازي مع مصدر الطاقة الكهربائية لجميع الأجهزة والأنظمة على الشبكة الرابطة: ^{[ 4 ]}

• تقوم أجهزة الاستشعار (مثل أزرار الضغط، وأجهزة تنظيم الحرارة، وأجهزة قياس سرعة الرياح، وأجهزة استشعار الحركة) بجمع المعلومات وإرسالها عبر ناقل البيانات على شكل برقية بيانات؛
• تستقبل المشغلات (وحدات التعتيم، وصمامات التسخين، والشاشات) رسائل بيانات يتم تحويلها بعد ذلك إلى إجراءات؛ و
• وحدات التحكم ووظائف المنطق الأخرى (وحدات التحكم في درجة حرارة الغرفة، ووحدات التحكم في الستائر، وغيرها)
• أجهزة ومكونات النظام (مثل موصلات الخطوط، وموصلات العمود الفقري).

إن تصنيف الأجهزة إلى "مستشعر" أو "مشغل" هو تصنيف قديم ومبسط. فالعديد من المشغلات تتضمن وظائف التحكم، بالإضافة إلى وظائف الاستشعار (على سبيل المثال، قياس ساعات التشغيل، وعدد دورات التبديل، والتيار، واستهلاك الطاقة الكهربائية، وغير ذلك).

يتم تحميل برامج التطبيقات، بالإضافة إلى برامج تصميم النظام وبرمجته، على الأجهزة عبر مكون واجهة النظام. ويمكن الوصول إلى الأنظمة المثبتة عبر الشبكة المحلية، أو وصلات الاتصال المباشر، أو شبكات الهاتف للتحكم المركزي أو الموزع في النظام عبر أجهزة الكمبيوتر، والأجهزة اللوحية، وشاشات اللمس، والهواتف الذكية.

تتمثل السمات الرئيسية لبنية KNX فيما يلي:

• نماذج التطبيقات المترابطة والموزعة لأتمتة المباني في مختلف المهام؛
• مخططات لتكوين وإدارة الموارد على الشبكة، وللسماح بربط أجزاء من تطبيق موزع في عقد مختلفة؛
• نظام اتصالات مزود ببروتوكول رسائل ونماذج لمكدس الاتصالات في كل عقدة (قادر على استضافة تطبيقات موزعة (KNX Common Kernel)؛ و
• نماذج لتنفيذ هذه العناصر عند تطوير الأجهزة الفعلية المراد تركيبها وربطها في منشأة.

تُعدّ نقاط البيانات (المدخلات والمخرجات والمعلمات وبيانات التشخيص) عناصر أساسية في مفاهيم بنية KNX، حيث تمثل متغيرات العمليات والتحكم في النظام. وتُستخدم كائنات المجموعة وخصائص كائنات الواجهة كحاويات قياسية لهذه النقاط . يوفر نظام الاتصال مجموعة تعليمات مُختصرة لقراءة وكتابة قيم نقاط البيانات. يجب أن تتوافق نقاط البيانات مع أنواع نقاط البيانات القياسية ، والتي تُجمّع بدورها في كتل وظيفية . ترتبط هذه الكتل الوظيفية وأنواع نقاط البيانات بحقول التطبيقات، ولكن بعضها ذو استخدام عام (مثل التاريخ والوقت). يُمكن الوصول إلى نقاط البيانات عبر آليات البث الأحادي أو البث المتعدد.

لربط نقاط بيانات التطبيقات منطقياً عبر الشبكة، يحتوي نظام KNX على ثلاثة مخططات ربط أساسية: واحد للربط الحر، وواحد للربط المنظم، وواحد للربط الموسوم:

• في الربط الحر، لا يتم تحديد الروابط بين نقاط البيانات - وبالاقتران مع العنونة الحرة، يدعم هذا تجميع البث المتعدد المخصص على مستوى نقاط البيانات الفردية وهو أمر أساسي لتكوين وضع S (انظر أدناه)؛
• في الربط المنظم، تحدد مواصفات KNX نمطًا دقيقًا لربط مجموعة كاملة من نقاط البيانات، وعادة ما تتوافق مع كتلة وظيفية أو قناة (تتبع أوضاع الضغط على الزر هذا المفهوم)؛
• يتم أيضًا تنظيم الربط الموسوم مسبقًا بواسطة نماذج التطبيق، ولكن القيمة العددية للعنوان هي جزء من قيمته.

تتوضع النواة المشتركة فوق الطبقات الفيزيائية وطبقة ربط البيانات الخاصة بالوسيط، وتتشاركها جميع الأجهزة على شبكة KNX. وهي متوافقة مع نموذج OSI ذي الطبقات السبع.

• توفر طبقة ربط البيانات العامة، التي تقع فوق طبقات ربط البيانات المحددة لكل وسيط، التحكم في الوصول والتحكم في الربط المنطقي؛
• توفر طبقة الشبكة (للعقد ذات وظائف التوجيه) برقية معترف بها على مستوى القطاعات ( إطار ) وتتحكم في عدد القفزات للإطار؛
• تتيح طبقة النقل أربعة أنواع من الاتصالات: من واحد إلى كثير بدون اتصال (البث المتعدد)، ومن واحد إلى الكل بدون اتصال (البث)، ومن واحد إلى واحد بدون اتصال، ومن واحد إلى واحد مع اتصال موجه؛
• (طبقات جلسة OSI وطبقات العرض التقديمي فارغة)؛ و
• توفر طبقة التطبيق مجموعة من الأدوات والخدمات لعملية التطبيق.

يجب تهيئة النظام على مستوى بنية الشبكة وعلى مستوى كل عقدة أو جهاز على حدة. المستوى الأول هو مرحلة تمهيدية أو "تهيئة" تسبق تهيئة التطبيقات الموزعة، أي ربطها وضبط معلماتها. يمكن تحقيق التهيئة من خلال مزيج من العمليات المحلية على الأجهزة (مثل الضغط على زر)، واتصال إدارة الشبكة النشط عبر ناقل البيانات (ند لند، أو نظام رئيسي-تابع أكثر مركزية).

وضع تهيئة KNX:

• يختار مخططًا معينًا للتكوين والربط؛
• يربطها بنظام عناوين محدد؛ و
• ويكتمل كل هذا بخيارات من إجراءات الإدارة ومطابقة تحقيقات الموارد.

تتطلب بعض الأوضاع إدارة أكثر فعالية للناقل، بينما يركز بعضها الآخر بشكل أساسي على التكوين المحلي. توجد ثلاث فئات من أجهزة KNX:

• أجهزة الوضع A أو "الوضع التلقائي" التي يمكنها تهيئة نفسها، ويمكن تثبيتها بواسطة المستخدم النهائي؛
• أجهزة الوضع السهل أو "الوضع السهل" التي تتطلب تدريبًا أساسيًا لتثبيتها: يتم برمجة سلوكها مسبقًا، ولكن يجب تعديل معلمات التكوين وفقًا لمتطلبات المستخدم؛ أو
• أجهزة الوضع S أو "وضع النظام" التي يمكن استخدامها لإنشاء أنظمة أتمتة المباني المتطورة : ليس لها سلوك افتراضي، ويجب برمجتها وتركيبها بواسطة متخصصين.

يشمل نظام KNX أدوات لمهام هندسة المشاريع، مثل ربط سلسلة من الأجهزة الفردية في نظام تشغيل متكامل، ودمج وسائط وأنماط تكوين مختلفة. ويتجسد ذلك في مجموعة برامج أدوات الهندسة (ETS).

يتألف نظام KNX دائمًا من مجموعة من الأجهزة المتصلة بالناقل أو الشبكة. وتختلف نماذج الأجهزة وفقًا لأدوار العقد، وقدراتها، وميزات إدارتها، وأنماط تكوينها، وكلها مُحددة في ملفات التعريف . كما توجد نماذج أجهزة عامة الأغراض، مثل وحدات اقتران الناقل (BCUs) أو وحدات واجهة الناقل (BIMs).

يمكن تحديد الأجهزة والوصول إليها لاحقًا عبر الشبكة إما عن طريق عنوانها الفردي أو عن طريق رقمها التسلسلي الفريد، وذلك حسب وضع التكوين. (يتم تخصيص الأرقام التسلسلية الفريدة من قِبل قسم اعتماد جمعية KNX). كما يمكن للأجهزة الكشف عن كلٍ من المعلومات المرجعية الخاصة بالشركة المصنعة والمعلومات الوظيفية (غير المرتبطة بالشركة المصنعة) عند الاستعلام عنها.

يمكن إنشاء شبكة سلكية KNX باستخدام طوبولوجيات الشجرة والخط والنجمة ، ويمكن دمجها حسب الحاجة؛ أما طوبولوجيات الحلقة فلا تدعمها الشبكة . يُنصح باستخدام طوبولوجيا الشجرة في المنشآت الكبيرة.

يمكن لـ KNX ربط ما يصل إلى 57375 جهازًا باستخدام عناوين 16 بت .

• توفر البتات الثمانية الأدنى ما يصل إلى 256 عنوانًا ضمن خط واحد ، والذي يمكن أن يتكون من أربعة أجزاء كحد أقصى، يحتوي كل منها على 64 جهازًا كحد أقصى (TP1-64)، أو ما يصل إلى 256 جهازًا (TP1-256). يتطلب كل جزء مصدر طاقة محلي، ويبلغ الحد الأقصى لطول الجزء 1000 متر. (يعتمد العدد الفعلي للأجهزة المدعومة على مصدر الطاقة وحمل الطاقة لكل جهاز). يمكن أن تمتد الأجزاء المتصلة بمكررات الخط إلى طول 4000 متر، وتربط ما يصل إلى 256 جهازًا.
• يمكن تجميع الخطوط في منطقة واحدة، حيث يصل عدد الخطوط المتصلة بالخط الرئيسي إلى 15 خطًا عبر موصلات الخطوط. وتُستخدم البتات الأربعة التالية من العنوان لتحديد الخطوط الفردية.
• يمكن تشكيل نطاق كامل من 15 منطقة مرتبطة بخط رئيسي باستخدام وصلات الخط الرئيسي، وتُحدد البتات الأربعة العليا من مساحة العنوان المنطقة. (لا يجوز استخدام مُكررات الخط على الخط الرئيسي).

تتيح وحدات الربط تصفية العناوين، مما يُحسّن الأداء نظرًا لسرعة إشارة الناقل المحدودة. يسمح نظام KNXnet/IP بدمج الشبكات الفرعية لـ KNX عبر بروتوكول الإنترنت، حيث أن بنية عناوين KNX تُشابه بنية عناوين IP.

بغض النظر عن أي تمهيد خاص بالوسائط للتحكم في الوصول والتصادم، فإن تنسيق الإطار يكون بشكل عام:

يمكن توقيع أو تشفير رسائل KNX Telegrams بفضل امتداد البروتوكول الذي طُوّر بدءًا من عام 2013، وهو KNX Data Secure لتأمين الرسائل على وسائط KNX التقليدية TP وRF، وKNX IP Secure لتأمين رسائل KNX Telegrams المنقولة عبر بروتوكول الإنترنت (IP). أصبح KNX Data Secure معيارًا أوروبيًا (EN 50090-3-4) في عام 2018، وأصبح KNX IP Secure معيارًا أوروبيًا (ISO 22510) في عام 2019.

يجب أن يحصل أي منتج يحمل علامة KNX التجارية على شهادة مطابقة للمعايير (وبالتالي قابلية التشغيل البيني مع الأجهزة الأخرى) من مختبرات اختبار معتمدة تابعة لجهات خارجية. تتم برمجة جميع المنتجات التي تحمل شعار KNX من خلال واجهة مشتركة باستخدام برنامج ETS المستقل عن البائع.