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TOPOLOGIATOPOLOGIA
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DOMÓTICADOMÓTICA
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Eng.º Domingos Salvador dos Santos
email:[email protected]
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Estrutura da Apresentação
� Topologia Física
� Linha / Área
� Endereço Individual LECTR
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
� Endereço de Grupo
�Acoplador: Diagrama de Blocos
�Acoplador: Tipos e Funções
� Interligação de Várias Linhas
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 33/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Estrutura da Apresentação
� Exemplo de Aplicação
� Telegrama na Linha / Entre Linhas / Entre Áreas
� Contador de Encaminhamento LECTR
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
� KNX e Outros Sistemas e Meios
� Infraestutura em Edifícios
� Infraestuturas em IP
� Limites ao Uso de Routers IP
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 44/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Topologia Física
�A topologia física do KNX é arbitrária:» Linear
» Estrela
» Árvore LECTR
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
� Consiste em secções de fio individuais, tão longosquanto o permitido pelos requisitos eléctricos(resistência e capacidade).
� Estas secções são designadas por segmentoseléctricos.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 55/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Topologia Física
Barramento
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Árvore
Estrela
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Linha
� Cada segmento eléctrico pode ter até 64 participantes.
� Dois segmentos podem ser interligados por um repetidor,formando segmentos lógicos designados por Linhas.
� Uma linha pode incluir até 4 segmentos eléctricosinterligados por repetidores, ficando com capacidade para
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interligados por repetidores, ficando com capacidade para255 participantes.
� Uso de mais do que um segmento eléctrico só deve ter lugar para aumentar a capacidade de instalações já existentes.
� Várias linhas são interligadas através de uma linha principal (até um máximo de 15), fazendo uso de acopladores de linha (AL).
� Às linhas subordinadas chamam-se linhas secundárias.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 77/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Área
� É possível interligar até 15 Linhas Principais para formar uma Área.
� Podemos ter até um máximo de 15 áreas, interligadas através da linha de área, sendo a ligação da linha principal à linha de área feita através de um acoplador de área (AA).
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linha de área feita através de um acoplador de área (AA).
� Cada linha deve incluir a sua própria fonte de alimentação, sendo permitido no máximo 6 controladores de linha (i.e. acopladores de linha, acopladores de área e repetidores) em cada caminho de transmissão.
� Não se podem usar repetidores de linhas nas linhas principais nem na linha de área.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 88/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Área
� É possível ter dispositivos na linha de área mas, tal como na linha principal, o seu número decresce de acordo com os acopladores de área usados.
� O número máximo de dispositivos que podem ser interligados no KNX, sem recorrer ao uso de repetidores, é
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interligados no KNX, sem recorrer ao uso de repetidores, é de 12.132 quando se usam apenas doze linhas, e 15.153 se forem usadas quinze linhas.
� Quando são usados os repetidores, estes números passam para 48.996 e 61.233, respectivamente.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 99/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Área
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=~
=~
FA2
FA3
FA4P
1
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P2
AA 15
Linha Principal 15
=~
~ ~
FA 2
FA3
FA4P
1
AL1
AL12
AA 2
Linha Principal 2
=~FA 2
AL1 AL15
AA 1
Linha Principal 1
=~FA 1
Linha
deÁre
a
AA Acoplador de ÁreaAL Acoplador de LinhaFA Fonte de AlimentaçãoP Participante
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2
P64
Linha 1
=~
=~1
P2
P64
Linha 12
=~
FA 5
AL1 AL15
P 1
P 2
P 64
Linha 15
=~
FA 3
P 1
P 2
P 64
Repetidor
=~
FA 4 P 66
P 128
P 65
Linha 1
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1010/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Endereço Individual
� O Endereço Individual define univocamente o dispositivo e descrever a sua localização.
• A = 1-15 Endereço da áreaA = 0 Endereço do dispositivo na linha de área
• L = 1-15 Endereço da linha nas áreas definidas em A
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• L = 1-15 Endereço da linha nas áreas definidas em A L = 0 Endereço do dispositivo na linha principal
• D=1-255 Endereço do dispositivo nas linhas definidas em L D=0 Endereço do Acoplador de Linha
� O endereço de um dispositivo desprogramando (à saída da fabrica) é 15.15.255.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1111/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Endereço IndividualLEC
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Endereço de Grupo
� Cada endereço de grupo pode ser atribuído a qualquer participante, em qualquer linha do bus.
� Se um endereço de grupo é atribuído a vários actuadores, então vários dispositivos podem ser endereçados ao mesmo tempo através de um telegrama.
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mesmo tempo através de um telegrama.
� Um Objecto de Grupo de um actuador pode responder a vários endereços de grupo (assunto abordado com mais detalhe no módulo Comunicação).
� Um Objecto de Grupo de um sensor só envia um endereço de grupo (assunto abordado com mais detalhe no módulo Comunicação).
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1313/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Endereço de Grupo
FA
FA FA
AL 1 AL 15
PRC 1 PRC 1
Linha Principal = Linha 0
Endereço de Grupo : e.g. 2 Níveis
1/10 1/10 LECTR
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PRC 64 PRC 64Linha 15Linha 1
Endereço de Grupo : e.g. 2 Níveis
0 M M M M S S S S S S S S S S S1/7
5/3
3/11
PRC 2
PRC 3
PRC 4
3/10 3/11
M = 0 - 13 Grupo Principal: e.g. para iluminação,persianas, aquecimento, etc.
S = 0 - 2074 Subgrupos do Grupo princial M
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1414/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Endereço de Grupo
� O endereço de grupo pode ser seleccionado numa estrutura de nível 2 ou de nível 3.
Grupo Principal4 Bits: 0 - 15
Subgrupo11 Bits: 0 - 2047
Endereços de grupo com 2 níveis
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
0 P S S S S S S S S S S SP P P
0 P I I I S S S S S S S SP P P
Grupo Principal4 Bits: 0 - 15
Endereços de grupo com 3 níveis
Grupo Intermédio3 Bits: 0 - 7
Subgrupo8 Bits: 0 - 255
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1515/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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� O Acoplador está projectado para ser instalado em calha DIN. A linha principal é ligada através de um terminal de bus.
� A linha secundária é ligada através de barra de dados (encaixe mecânico situado na parte debaixo do dispositivo) ou através um terminal de bus. Os novos tipos de acopladores (desde
Acoplador: Diagrama de Blocos
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
um terminal de bus. Os novos tipos de acopladores (desde Julho de 2003), podem ser programados, quer a partir da linha secundária, como da linha principal.
� Nos acopladores antigos (até Junho de 2003), era a linha secundária que fornecia a alimentação para as duas unidades de acoplamento, para a lógica e para a memória da tabela de filtragem.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1616/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Acoplador: Diagrama de Blocos
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1717/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Acopladores: Tipos e Funções
� Os acopladores pode ser usados como: • Acoplador de Área (AA)
Interligação: Linha de Área à Linha Principal
• Acoplador de Linha (AL) Interligação: Linha Principal à Linha Secundária
• Repetidor de Linha (RP)
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• Repetidor de Linha (RP)Para expandir um segmento de linha com mais 64 dispositivos ou expandir o comprimento de cabo em mais 1.000 m.
� Quando um Acoplador de Área ou de Linha é parametrizado, estamos a construir a sua tabela de filtragem. Os telegramas só são encaminhados por estes dispositivos, se estiverem registados na tabela de filtragem.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 1818/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Acopladores: Tipos e Funções
� Os acopladores de Linha de Área, os acopladores de LinhaPrincipal e os Repetidores são equipamentos idênticos. Atarefa que têm de desempenhar é que depende da sualocalização, que corresponde ao endereço individual.
� Os Repetidores de Linha não têm
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MEEC MEEC -- DOMÓTICADOMÓTICA
� Os Repetidores de Linha não têmqualquer tabela de filtragem - Todostelegramas são retransmitidos.
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Acopladores: Tipos e Funções
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Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 2020/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Acopladores: Tipos e Funções
� É o endereço individual que define a função do acoplador.
� Exemplo: o endereço 1.1.0 define o acoplador da Área 1 daLinha 1.
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Interligação de Várias Linhas
� Uma instalação pode várias linhas, tendo cada linha a suaprópria fonte de alimentação (com filtro).
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Exemplo de Aplicação
L11 L21 Sensor
Actuador
L11 L12 L13 L21 L22 L23
Endereço de Grupo
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P1 P2
S1
P1
P2
1/11
1/1 1/1 1/1
1/11
1/2 1/2 1/2
P = Botão de PressãoS = Sensor de LuminosidadeL = Lâmpada
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 2323/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Exemplo de Aplicação
� O botão de pressão P1 liga as lâmpadas L11, L12 e L13. Este botão recebe o endereço 1/1 tal como os actuadores das lâmpadas.
� As lâmpadas junto à janela podem ser controladas simultaneamente através do botão de pressão e do sensor
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simultaneamente através do botão de pressão e do sensor de luminosidade.
� O sensor recebe um endereço de grupo 1/11 assim como os actuadores das lâmpadas junto à janela.
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 2424/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Telegrama Interno na Linha
FA
P1
Barramento
1/1 L111/11/11
L211/21/11
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Telegrama Entre Linhas
AL1
P1
Linha Principal
1/1 L13 1/1
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S1 1/11
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P1 1/1
1/2
1/11/11
L11
L12
L13 1/1
1/2
1/2
L22
L23
P2
1/1
L211/21/11
S1 1/11
AL = Acoplador de LinhaP = Botão de PressãoL = LâmpadaS = Sensor de Luminosidade
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 2626/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Telegrama Entre Áreas
AL1
Linha Principal
AL2
AA1
Linha Vertebral
AA2
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L111/11/11
1/1
1/1L13
L211/21/11
1/2L23
L12 L22 1/2
AL2
P1 1/1
AA = Acoplador de ÁreaAL = Acoplador de LinhaP = Botão de PressãoL = LâmpadaS = Sensor de Luminosidade
S1 1/11
Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 2727/42/42TOPOLOGIATOPOLOGIAMM
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Contador de Encaminhamento
� O telegrama transmitido pelo dispositivo contém um contador de encaminhamento (routing counter), cujo valor inicial é de 6.
� Cada acoplador decrementa em uma unidade o contador de encaminhamento e retransmite o telegrama, desde que o valor não seja 0. As tabelas de filtragem são tidas sempre em linha de conta.
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conta.
� Se a instalação possui uma estrutura de linha de passagem, o contador de encaminhamento limita o número de telegramas que cruzam as linhas.
� Na fase de comissionamento, os telegramas contêm o valor 7 no contador de encaminhamento. Nestes casos, os acopladores não alteraram valor do contador, as tabelas de filtragem são ignoradas e todos os acopladores da linha reencaminham o telegrama.
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KNX e Outros Sistemas e Meios
� KNX é aberto a qualquer outro sistema. A linha de área (ou outra qualquer linha) podem ser interligadas através de gateways bidireccionais especificas, a outros sistemas como por exemplo, tecnologias de gestão técnica de edifícios, LON, BACNET, Ethernet, entre outros. LEC
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� Existem também acopladores de meio para a interligação de meios físicos diferentes (par trançado TP e rádio frequência RF).
� Partes das instalações KNX também pode ser interligadas através de fibras ópticas. Os benefícios são isolamento eléctrico e as possibilidade de maiores comprimentos cabo.
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Infraestrutura em Edifícios
� Idealmente, um edifício não deve ter mais de 50 dispositivos instalados por andar. Se tal não for possível, podemos fazer uma divisão de acordo com as frentes do edifício.
� Nestas situações, a melhor estrutura acontece quando os números de linhas correspondem aos números dos andares e os números de áreas correspondem aos edifícios ou frentes do edifício.
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correspondem aos edifícios ou frentes do edifício.
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� Nem sempre é possível criar este tipo de estrutura. Nessas circunstâncias podemos recorrer de repetidores de linha, podendo um piso ser equipado com até 253 dispositivos, sem violar a estrutura anterior (tendo em conta que os repetidores de linha têm de ser contados, o número máximo de dispositivos é reduzido dos 256 em 3 unidades).
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máximo de dispositivos é reduzido dos 256 em 3 unidades).
� Utilizando os repetidores e tendo em conta a actual evolução no desenvolvimento de dispositivos KNX (com mais canais de saída por dispositivo), é praticamente possível implementar sempre esta estrutura.
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Infraestruturas em IP
� Como explicado anteriormente, podem ser instaladas gateways de interligação a outros sistema e meios em qualquer nível. Cada vez mais, esta soluções são exigidas em projectos de grande dimensão.
� Uma das principais razões para o recurso a estas soluções (uso de gateways para a interligação a outros sistema e meios) é o aumento do volumes de telegramas e carga no meio. Tal pode acontecer sempre que
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volumes de telegramas e carga no meio. Tal pode acontecer sempre que exista um software de visualização e dispositivos com maior número de canais, que automaticamente devolvem os seus estados sempre mudam de estado.
� Neste último caso, uma topologia KNX Par Entrançado (Twisted Pair - TP) pura será sobrecarregada devido ao facto da sua velocidade de transmissão nas linhas principais e nas áreas ser limitada a 9.6 kbit/S.
� Tal situação poderá ser ultrapassada usando uma rede IP, instalando acopladores IP tanto nas linhas principais como na linha de área.
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� A figura anterior, verificamos que a linha principal foi substituída por uma rede IP. Esta configuração tem a vantagem que todas as operações verticais, por exemplo comunicação (bidirecional) entre o centro de controlo de um edifício central e a rede KNX, ser apenas limitada pela taxa de transmissão da linha secundária (uma vez que a rede Ethernet é pelo menos 1000 vezes mais
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(uma vez que a rede Ethernet é pelo menos 1000 vezes mais rápida).
� A função de gateway dos acopladores IP/KNX, pode também ser usada pelo ETS para programação remota através da rede IP.
� A interligação em paralelo de várias linhas não é mais um problema.
� O tipo de comunicação normalizado aplicado nesta estrutura é chamado de "Tunnelling".
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� Contudo, a comunicação entre linhas individuais KNX terá de ser assegurada por uma Gateway Router IP/KNX (Gateway diferente do Acoplador IP). O Router IP/KNX faz uso de outro tipo de procedimento chamado de “routing”.
� O principio de funcionamento é idêntico ao encaminhamento através das linhas principais em TP: Um Router IP/KNX, querendo enviar um
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das linhas principais em TP: Um Router IP/KNX, querendo enviar um telegrama entre linhas, falo através de um endereçamento “Multicast” sobre Ethernet.
� Todos os Router IP/KNX endereçados com este tipo de endereço “Multicast”, serão capazes de receber e avaliar o telegrama.
� A função normal acoplador de linha é agora novamente aplicada, ou seja, compara o endereço de grupo com a tabela de filtragem interna ou o endereço de linha (endereço individual do telegrama), resultando no bloqueio ou encaminhamento dos telegramas.
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� Notas relacionadas com os endereços “multicast”:
a) Existe um endereço “multicast” registado no mundo dedicado ao KNX, que está pré-programado na aplicação de
software do Router IP/KNX. Este endereço de “multicast”
pode ser alterado dentro dos limites do intervalo de endereços disponíveis para comunicação IP.
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endereços disponíveis para comunicação IP.
b) O Switch de rede e o Router de área na rede LAN devem estar aptos para trabalharem com telegramas “multicast”. Em caso de dúvida, deve-se falar com o administrador de rede.
c) Os endereços “multicast” só podem ser utilizados através de uma ligação VPN.
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� Tal como o Acoplador de Linha TP, o Router IP/KNX pode ser usado como um acoplador de linha, ou como um acoplador de Área.
� Se o Router IP/KNX substitui os acopladores de linha, todas as linhas principais e também a linha de área coluna vertebral são substituídas por uma rede Ethernet (Caso 1).
� Se o Router IP/KNX substitui os acopladores de área, os acopladores de
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� Se o Router IP/KNX substitui os acopladores de área, os acopladores de linha normais podem permanecer, e só a linha de área passa a ser uma rede LAN (ver próxima figura - Caso 2).
� Qual das soluções é mais apropriada? Depende da taxa de telegramas esperados nas linhas principais e de área.
� Teoricamente, é ainda possível um terceiro caso, com a combinação dos casos 1 e 2. Linha de Área em par entrançado (TP) e um Router IP/KNX no topo e com linhas com Routers IP/KNX em vez de acopladores de linha. Esta opção deve no entanto, ser escolhida em casos excepcionais.
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Limites ao Uso de Routers IP
� Sabendo que a alta taxa de bits da Ethernet facilita consideravelmente o tráfego de telegrama pesados e minimiza as suas perdas, deve-se contudo implementar alguma gestão de tráfego, evitando que os telegramas sejam enviados com alta frequência.
� Apesar de rápida, a rede Ethernet não vai ajudar se por exemplo
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� Apesar de rápida, a rede Ethernet não vai ajudar se por exemplo os telegramas são enviados simultaneamente de todas as linhas para uma única linha.
� Explicando com uma metáfora: o caso seria semelhante se todos os veículos acedessem a uma auto-estrada vindo de 100 estradas secundárias, mas todos eles queriam sair na mesma saída secundária. No entanto, este não um problema do KNX, mas comum a todas as redes estruturadas de dados.