Simulation of a KNX network with EIBsec protocol extensions

Abstract

Systeme der Gebäudeautomation beschäftigen sich mit der automatischen Steuerung von Heizungsanlagen, Belüftungssystemen, Licht und Beschattung. KNX/EIB ist ein verbreiteter Standard in der Gebäudeautomation. EIBsec ist eine Erweiterung dieses Standards um Sicherheitskonzepte wie sichere Kommunikation, Schlüsselverwaltung, Datenintegrität, Vertraulichkeit, Aktualität und Authentifizierung sicherzustellen. Diese Konzepte sind notwendig um KNX/EIB in sicherheitskritischen Aufgabengebieten wie Zutrittskontrollen und Alarmierungssystemen einsetzen zu können.<br />In der vorliegenden Diplomarbeit werden die Konzepte von KNX/EIB vorgestellt. Das Verhalten von KNX/EIB und dessen Erweiterung EIBsec wird an Hand einer Simulation untersucht und ein Vergleich von für diesen Zweck verfügbaren Frameworks erstellt.<br />In weiterer Folge wird das Simulations-Framework OMNeT++ im Detail präsentiert, das die Simulation eines KNX/EIB basierten Netzwerkes erlaubt. Bei der Modellierung der Objektstrukturen wurde auf eine flexible Erweiterung des KNX/EIB Netzwerks besonders Wert gelegt. Die Implementierung untersucht im Speziellen, wie sich das Netzwerkverhalten ändert, wenn eine bestehende KNX/EIB Installation um das Protokoll EIBsec erweitert wird. Die durch die Simulation gewonnenen Daten sind in beliebigen Applikationen auswertbar.<br />

Building automation systems deal with the control of heating, ventilation, air conditioning, lighting and shading. KNX/EIB is a popular standard in building automation. EIBsec is an extension to this standard and supports secure communication, key management, data integrity, data confidentiality, data freshness as well as authentication. These concepts are required to implement KNX/EIB in security critical applications like access control and security alarm systems.<br />In this thesis first the concepts of KNX/EIB will be introduced. The performance of KNX/EIB and its extension EIBsec will be analysed by building a simulation. Frameworks for such a simulation will be compared to each other.<br />Furthermore, the simulation framework OMNeT++, which allows the building of a KNX/EIB based network, will be presented in detail. The modelling of the object structure takes special care of the extensibility of the KNX/EIB network. In particular, the implementation analyses the change in network behaviour when an existing KNX/EIB installation is extended with EIBsec. The results generated when running the simulation can be evaluated with an arbitrary application.