background image

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

2008-09-08 

Seite 1/5 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

 

 

 

“KNX IP only” – A New Class of KNX Devices 

 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

Dr.-Ing. Th. Weinzierl 

D-84558 Tyrlaching 

www.weinzierl.de 

 

“KNX IP only” means communication only over the Internet Protocol in a computer network. At 

first this may appear to be a replacement of the proven medium for building systems, but in fact 

it’s an extension of the KNX system which will allow an entirely new class of KNX devices in 

the future.  

IP  will  be  treated  as  a  stand-alone  media  within  KNX  and  will  be  considered  equal  to  Twisted 

Pair, Powerline and Radio Frequency (RF). It opens doors to top level communication within a 

building  (e.g.  telecommunication,  multimedia,  etc.)  and  allows  external  access  to  a  KNX 

installation. 

 

Figure 1: Ethernet Patch Wire 

Communication via KNXnet/IP  

The  transmission  of  KNX  messages  via  Ethernet  is  defined  as  part  of  the  KNXnet/IP  protocol 

and is already part of the KNX standard. The first application of the KNXnet/IP protocol was to 

utilize Ethernet for PC interfaces and routers. IP routers are comparable to line couplers and use 

Ethernet as the main line. In the meantime IP has been integrated as stand-alone medium within 

KNX  and  allows  using  the  powerful  KNX  feature,  like  the  configuration  modes  and 

interworking, also on IP. 

Configuration 

The  proven  configuration  modes  of  the  existing  KNX  media  are  also  available  for  KNX  IP 

devices. Since KNX IP devices are expected to be fairly complex, most of these devices will be 

limited to the configuration in System Mode via the ETS. KNX IP devices will be supported by 

ETS. 

background image

“KNX IP only” – A New Class of KNX Devices 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

2008-09-08 

Page 2/5 

The  accustomed  ETS  presentation  with  group  objects  and  parameters  will  of  course  be  carried 

over to the KNX IP device class. In Easy Mode and even in Easy Push Button Mode interesting 

solutions based on KNXnet/IP can be expected. 

Interworking 

The  interworking  on  KNXnet/IP  is  unchanged  from  the  other  KNX  media.  Therefore,  KNX  IP 

devices  may  utilize  the  proven  performance  of  the  KNX  architecture  including  the  group 

addressing.  In  addition,  IP  only  devices  can  be  plugged  to  other  KNX  media  easily  over  IP-

Router. 

 

Protocol

Version

Service Type 

Identifier

Total

Length

Header

Ethernet

Header

UDP

Header

IP

KNXnet/IP

KNX-Telegram (cEMI)

Ctrl2

Src hi

Src lo

Dst hi

Dst lo

L

TPCI

APCI

Data

...

0xE0

0x11

0x01

0x00

0x01

0x03

0x00

0x80

Ctrl1

0xBC

AddIL

0x00

MC

0x29

Payload

Header

Length

...

 

Figure 2: Message format KNXnet/IP 

Ethernet as Competitor to TP? 

With  the  growing  importance  of  communication  via  IP  and  Ethernet,  the  question  arises  as  to 

whether Ethernet will replace the proven KNX Media Twisted Pair and Powerline entirely. This 

question can clearly be answered, „NO“. The basic reason for this is the high cost of having to 

wire each end device with its own network cable.  

However, this is not a disadvantage if a device already has to have a network connection due to 

its  application.  For  example,  this  will  enable  the  use  of  buttons  on  a  VoIP  telephone  for  KNX 

functions (e.g. dimming of lights) if the manufacturer supports this in the firmware. This means 

that  every  device  with  a  network  connection  could  be  turned  into  a  KNX  device  without 

additional hardware costs through the integration of system software for KNX.  

The  future  therefore  clearly  belongs  to  hierarchical  topologies:  Ethernet  will  establish  itself  as 

the  high  performance  backbone  and  connection  for  complex  (KNX  IP)  devices.  Twisted  Pair, 

Powerline and RF will claim their importance in connecting distributed sensors and actuators. 

 

background image

“KNX IP only” – A New Class of KNX Devices 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

2008-09-08 

Page 3/5 

LAN-Switch

KNX TP

1.1.1

1.1.2

1.1.11

1.1.10

KNX IP

Router

1.1.0

KNX IP

Router

2.1.0

KNX TP

2.1.1

2.1.2

2.1.11

2.1.10

Internet

ETS

KNX 

IP only
Device

5.1.1

 

Figure 3: Mixed bus topology with IP and Twisted Pair 

Hardware Aspects for KNX IP 

The development of KNX IP devices does not require special KNX parts. An IP node basically 

consists  of  an  Ethernet  controller  and  a  micro  controller  or  a  CPU.  Ethernet  controllers  are 

available  from  different  semiconductor  manufacturers.  Most  of  the  time  controllers  with  a  data 

rate of 10 MBit/s are sufficient.  

The  choice  of  the  microcontroller  basically  depends  on  the  required  computing  power  of  the 

device. In principle, the KNXnet/IP protocol could even be implemented on an 8-bit controller. 

Depending  on  the  application  higher  performing  controllers  may  be  necessary.  Numerous 

controllers already offer an interface for Ethernet on the chip, so that only the physical layer has 

to  be  added.  PC  platforms  for  may  be  interesting  for  higher  level  requirements  to  the 

performance. 

 

Figure 4: Platform for a KNX IP only device 

IP  only  devices  will  commonly  have  higher  energy  consumption  than  typical  devices  on  KNX 

Twisted Pair. Depending on the application these will be equipped with dedicated power supply 

background image

“KNX IP only” – A New Class of KNX Devices 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

2008-09-08 

Page 4/5 

(230 V) or external power  adapter. The alternative power supply via Ethernet Standard Power-

over-Ethernet  (PoE,  IEEE  802.3af)  may  be  especially  interesting.  KNX  IP  devices  can  be 

supplied with power over the Ethernet cable of up to 15 W if the terminal device and the utilized 

network switch support this standard. 

System Software for KNX IP Devices 

The system software for a KNX IP device actually consists of two protocol stacks. An IP stack 

with UDP (User Datagram Protocol) is necessary for the communication over Ethernet because 

KNX  IP  is  based  on  connectionless  communication.  Singlecast  and  Multicast  message  are 

utilized over UDP.   

There  is  a  large  choice  of  commercial  and  open  source  software  providers  for  IP  stacks.  Many 

operating systems, for example Linux or Windows CE® already contains the IPstack.  

The actual KNX stack is piled upon the IP/UDP stack. The KNX stack uses the IP/UPD stack as 

interface  to  the  network.  The  embedding  of  KNX  messages  in  UDP  messages  is  defined  by 

KNXnet/IP.  The  KNX  stack  not  only  contains  protocol  layers  based  on  the  OSI/ISO  reference 

model but also the particular device model with corresponding management procedures.  

The device model 5705 was the first to be defined for KNX IP. It is similar to the device model 

0705  from  Twisted  Pair.  It  allows  up  to  255  group  objects  and  supports  a  loadable  area  for 

several thousand parameters.  

The application program in the device accesses the API (Application Programming Interface) of 

the KNX stack to communicate in the KNX network on the level of group objects.  

KNX Msg.

Ethernet

IP/UDP

KNXnet/IP

KNX Stack

Application

 

Figure 5: System software of a KNX IP device 

 

background image

“KNX IP only” – A New Class of KNX Devices 

WEINZIERL ENGINEERING GmbH 

2008-09-08 

Page 5/5 

Weinzierl  Engineering  GmbH  (www.weinzierl.de)  as  system  provider  offers  different  solutions 

to  efficiently  develop  and  manufacture  KNX  IP  devices.  Based  on  detailed  experience  in  the 

KNX development and certification new system software (communication stack) for KNXnet/IP 

was  implemented.  The  bus  monitor  Net’n  Node  now  also  supports  the  additional  interfaces 

KNXnet/IP Tunneling and Routing.  

The KNX stack for KNX IP devices can be used with any IP stack, e.g. that of Linux. In addition 

an own IP stack is available which has been specifically developed for small platforms without 

an own operating system. 

Summary 

By  the  very  definition  of  a  KNX  IP  device,  KNX  now  offers  the  complete  set  of  media  for 

building  control.  KNXnet/IP  bridges  digital  communication  systems  with  high  band  width  like 

audio, Internet and telecommunication. 

KNXnet/IP  offers  companies  which  are  already  involved  in  KNX  new  possibilities  for  the 

development  of  trend  setting  products.  The  complete  availability  of  hardware  and  software 

allows  manufacturers  a  quick  and  cost  effective  integration  of  their  devices  into  the  world  of 

KNX. The combination of two world standards - Ethernet and KNX - is an equally safe basis for 

manufacturers and installers for investments in new solutions.