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홈 및 빌딩 제어를 위한 KNX 네트워크 전송 매체(3) – 전송 미디어로서 무선

건물 및 빌딩에 대한 제어 및 관리 시스템에 대한 비중이 날로 높아가고 있다. 냉난방은 물론 조명, 환기, 접근 통제 제어 등에 대한 비용과 이들을 최적의 조건으로 통합 제어하는 방안이 새로운 과제로 부각되고 있다. 또한 끊임없이 증가하는 에너지 사용을 최적화하는 방안도 적극 모색중이다. 이에 건물 및 빌딩 제어를 위한 개방형 표준 네트워크인 KNX(KONNEX)가 부각되고 있다.

토폴로지

무선 전송 미디어를 갖춘 KNX 인스톨레이션 내의 장치는 어떠한 형태의 계층적 배열을 조건으로 하지 않는다. 장치는 어떤 위치에서라도 설치될 수 있으며 각각의 센서는 무선 범위의 고려 중에 각각의 액추에이터와 통신할 수 있다. 무선 전송 미디어의 범위는 공간적으로 정확하게 결정될 수는 없다. 즉, KNX 무선 텔레그램이 인접한 KNX 무선 인스톨레이션에 설치된 다른 장치에 의해 또한 수신될 수 있다. 발생된 중립 효과는 제외되어야만 한다. 따라서 각각의 KNX 무선 트랜스미터는 텔레그램의 일부인 장치 인식기로 그것의 시리얼 넘버를 송신한다.

이러한 트랜스미터에서 교육된 즉, 트랜스미터에 접속된 리시버만이 텔레그램을 평가한다.

인접한 KNX 무선 인스톨레이션으로부터 필수적인 분리 이외에, 빌딩 내 무선 신호의 범위는 또한 벽, 천정 및 가와 같은 구조적인 조건에 의해 또한 제한된다. 그러나 이 범위는 리피터로 연장될 수 있으므로 무선 신호는 또한 복수의 마루를 지나서 전달될 수 있다.

KNX 인스톨레이션은 순수 무선 네트워크 또는 무선 및 트위스트 페어로 된 KNX 또는 KNX 파워라인과 같은 다른 미디어의 조합으로 구성될 수 있다. 미디어 커플러는 하나의 전송 미디어 내 장치에서 다른 미디어 내 장치로 정보 및 명령어를 전송할 수 있다.

전송 기술

전송될 정보는 무선 테크놀로지의 캐리어로 변조된다. 이것은 진폭(진폭 변조), 주파수(주파수 변조), 위상각(위상 변조) 또는 이들의 조합을 통해 수행될 수 있다. 이 변조된 캐리어는 리시버로 전달되고 수신된 신호는 복조된다. 즉, 정보가 신호로부터 복구된다.

KNX 무선 시스템에서, 주파수 변조 또는 주파수 편이방식(FSK)은 변조 프로세스로 사용된다. 논리 상태 “0”과 “1”은 약간의 편이에 의해 캐리어 주파수에서 발생되는데, 캐리어 주파수는 또한 미드-주파수라고도 한다. KNX 무선 시스템에서, 868.30 MHz가 미드-주파수로 사용된다. 전송될 정보의 전송률 또는 비트 레이트는 초당 16,384 비트이고, 맨체스터 코드(Manchester code)에 따라서 변조된다. 이러한 암호화 때문에, 펄스 에지에서 “0” 에서 “1”, 반대로 “1” 에서 “0”으로의 변화는 각각의 정보 비트의 중심에서 일어난다. 트랜스미터와 리시버는 이러한 암호화로 아주 쉽게 동기화될 수 있다. 왜냐하면, 전송될 각각의 비트의 중심에서 0/1 또는 1/0 전이가 클럭 펄스의 계속적인 조정을 가능하게 하기 때문이다.

KNX 무선 시스템의 전송 주파수는 ISM 대역(Industrial-Scientific-Medical)에 있다. 이러한 밴드 내에 상이한 어플리케이션에 필요한 주파수 범위는 정확하게 정의된다. 최대 전송 용량은 12mW이다. 이른바 듀티 사이클이라고 하는, 각각의 장치의 무선 전송 간격은 1%(분당 0.6초의 최대 전송 주기)이다. 전송 시간이 고정됨으로 인하여, 지속적인 개별 트랜스미터는 없으며 따라서 무선 채널을 차단할 수 있는 지속적인 간섭 신호도 없다. 그러므로 전송된 메시지가 의도된 수령자(intended recipient)에 의해 또한 수신되고 평가될 수 있는지가 추정되어야만 한다.

트랜스미터와 리시버 구성요소의 주요 구조가 그림 4.에 도시되어 있다.

버스 액세스

단방향 장치는 필요하면 직접 텔레그램을 송신한다. 불일치는 1%의 듀티 사이클로 거의 제거된다.

양방향 장치는 텔레그램을 송신하기 전에 무선 채널이 사용되고 있지 않은지를(free) 점검한다. 채널이 사용중(점유중)이라면, 장치는 무선 채널이 자유롭게 될때까지 기다린 다음 텔레그램을 송신한다.

텔레그램 구조 및 어드레싱

KNX 무선 텔레그램은 체크섬 바이트에 의해 분리된 복수개의 데이터 블록으로 구성된다. 데이터 블록은 사실상 유용한 정보(예를 들면, 스위치 또는 디밍 명령어)와 어드레싱하는 동안 이용되는 버스-특정 정보를 포함한다.

무선 텔레그램의 시작 및 단부(end)에서 블록은 리시버를 트랜스미터에 동기화시키는데 사용된다.

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제 1 데이터 블록은 제어 필드(4 바이트), 장치의 KNX 시리얼 넘버(6 바이트) 및 데이터 세이브(data save)(2 바이트)로 구성된다. 제어 필드는 텔레그램 길이, 전송 품질(수신하는 용량) 및 배터리로 동작하는 무선 구성요소의 배터리 상태에 대한 정보를 포함한다.

KNX 일련 번호는 제조하는 동안 장치에 프로그램되어 변경할 수 없는 유일한 장치 식별자이다. 이 번호는 커미셔닝하는 동안 또는 무선으로 장치를 접속할 때 트랜스미터의 소오스 어드레스로서, 각각의 텔레그램에 전달되고 리시버에 저장된다.

KNX 일련 번호는 버스 장치를 어드레싱 할 때에만 사용되는 것이 아니라 KNX 무선 인스톨레이션에 인접한 장치를 분리할 때에도 사용된다. 리시버는 텔레그램이 어떠한 에러없이 전달되었는지를 데이터 세이브를 통해 점검한다.

제어 및 체크섬 바이트 이외에, 제 2 데이터 블록은 개별적인 소오스 어드레스, 타겟 어드레스 및 유용 정보를 포함한다. 개별적인 소오스 어드레스는 장치의 물리적 어드레스다. 이것은 프라이머리 컨트롤러 또는 커플러를 통해 장치를 프로그램 할 때에 필요하고 커미셔닝하는 동안 이러한 장치에 의해 자동적으로 할당된다. 타겟 어드레스는 어드레스될 장치에 대한 억세스에 따라 그 기능을 달리한다. 물리적 억세스의 경우, 즉 프로그램하는 동안, 타겟 어드레스는 장치의 개별적인 소오소 어드레스이다. 정상적인 동작을 하는 동안(예를 들면, 스위치 명령어를 전달하는 경우), 타겟 어드레스는 장치내에 어드레스된 통신 대상의 수를 포함한다. 유용 정보는 명령어, 메시지, 세팅 파라미터, 측정된 값 등과 같은 전달될 데이터를 포함한다. 그 밖의 데이터 블록은 유용 정보의 길이에 따라서 KNX 무선 텔레그램에 전달될 수 있다.

버스 장치의 구조

KNX 무선 구성요소는 플러시 장착, 표면 장착 및 빌트 인 방식으로 이용가능하다.

플러시 장착 장치는 대개 조명을 스위치하거나 디밍하고 또는 셔터 장치를 제어하기 위한 장치 인서트(insert)로 구성된다. 그러면 푸시 버튼은 동작 중 인서트에서 클립된다. 무선 통신은 오퍼레이팅 표면에서 또는 그 자신의 장치 인서트에서 통합될 수 있다.

표면 장착 또는 빌트인 방식에서, 다양한 센서, 액추에이터 또는 조합 장치가 다양한 위치 및 표면에 장착되고, 부착 또는 조립될 수 있다.

KNX 무선 구성요소 때문에, 버스 커플링 유닛, 어플리케이션 모듈 및 로더블 어플리케이션 소프트웨서 사이의 클래식 분리는 더 이상 대부분의 경우 존재하지 않는다. 이는 어플리케이션 소프트웨어가 영구적으로 프로그램 된 완전한 장치이다.

장치는 그들의 기능과 어플리케이션에 따른 단방향 또는 양방향 전송으로 디자인 된다. 단방향 장치는 송신할 수도 수신할 수도 있다. 이 장치는 주로 배터리-작동형 센서, 핸드-헬드 또는 벽걸이형 트랜스미터와 같은 디텍터, 이진 입력 및 문/창문 콘택트 또는 액추에이터와 같은 순수 명령어 리시버다.

양방향 장치는 송신 및 수신을 모두 할 수 있다. 즉, 동시에 센서 및 액추에이터일 수 있다.

마찬가지로 리피터는 인스톨레이션의 범위를 증가시키기 위하여 무선 텔레그램의 자동 루팅을 취하는 양방향 장치이다. 이것은 여러 가지 폭이 넓은 모델중 자립형 유닛일 수 있거나 또는 양방향 액추에이터에 기능적으로 통합될 수 있다. KNX 무선을 미디어 커플러를 통해 KNX TP에 접속하는 것이 가능하다.

마찬가지로 컨트롤러 또는 디스플레이 및 제어 패널은 부가적인 이더넷(Ethernet) 인터페이스와 조립할 때 KNX 무선 시스템을 다른 시스템 및 미디어 커플러와 연결하는 게이트웨이로 이용할 수 있다. 미디어 커플러는 KNX 무선 시스템을 트위스트 페어 미디어에 그리고 파워라인에 접속하도록 한다.

아이씨엔 매거진 2008년 06월호

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