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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID



ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR



Ingeniería de Telecomunicación especialidad Sistemas de Telecomunicación





PROYECTO DE FIN DE CARRERA


DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SIMULADOR DE RED
KNX EIBSEC EN OMNeT++







Autor: Débora Iñiguez Sánchez
Tutor: Daniel Díaz Sánchez







Madrid, Junio de 2011


Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
AGRADECIMIENTOS
Llegado este momento, no podía olvidarme de dar las gracias a las
personas que me han acompañado en este largo viaje por la universidad y que
han sabido entenderme en todo momento.
En primer lugar quiero agradecer a mis padres, Martin y Mercedes, el
darme la oportunidad de haber estudiado una carrera, su apoyo incondicional y
la motivación que me han brindado para poder seguir adelante en situaciones
que me han hecho dudar. Gracias por vuestra confianza depositada en mí y la
ayuda que me habéis dado que han hecho que hoy pueda estar aquí.
A mis hermanas, Sara y Nazaret, les doy las gracias por sus consejos,
palabras de ánimo y sus risas me han hecho más llevadero momentos de
tensión y agotamiento.
A alguien especial que ha estado ahí conmigo desde el primer momento
que comenzó esta etapa final. Gracias Salva por demostrarme tu apoyo
incondicional, darme fuerzas y regalarme una sonrisa en los momentos más
difíciles.
Quiero agradecer a mi tutor del proyecto, Daniel Díaz, su interés, tiempo,
esfuerzo, apoyo y dedicación en el proyecto, pero sobre todo las palabras y
consejos que me has dado para superar esto y llegar hasta el final.
A mis compañeras de beca a día de hoy son amigas, Lorena y Victoria,
muchas gracias por confiar en mí en todo momento, estar a mi lado en las
alegrías y las tristezas y por lo buenos momentos que hemos compartido juntas
y espero seguir compartiendo.
A mis amigos ajenos a la universidad que han sabido entenderme en
todo momento y darme las palabras de ánimo que necesitaba.
A todos aquellos compañeros de la universidad que nunca han dudado
en ayudarme.
AGRADECIMIENTOS Página 3 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
AGRADECIMIENTOS Página 4 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
RESUMEN
Los sistemas de automatización de edificios gestionan aplicaciones como
el control de calefacción, aire acondicionado, iluminación e intensidad. KNX/EIB
es un estándar a nivel internacional para el control de viviendas y edificios.
EIBSec es una extensión de este estándar que soporta comunicaciones seguras,
gestión de claves, integridad de datos, confidencialidad así como autenticación.
Estos conceptos son necesarios para aplicación críticas de seguridad como el
control de acceso y sistemas de alarmas de seguridad.
En este proyecto, primeramente se introducen los conceptos del
protocolo KNX/EIB. Una vez revisados estos conceptos se introduce la
funcionalidad de la extensión de seguridad en una red KNX/EIB. El desarrollo de
una red KNX/EIB y su extensión EIBSec son analizados y comparados a través
de su simulación.
Se ha empleado una herramienta de simulación llamada OMNeT++. Es
un simulador modular con una arquitectura y código libres. Gracias a su potente
soporte grafico permite al usuario seguir la fácilmente la simulación. Dispone de
unas librerías básicas que ayudan a recolectar los datos durante la simulación
para su posterior procesado.

RESUMEN Página 5 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
RESUMEN Página 6 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
ABSTRACT
Building automation systems deal with the control of heating, air
conditioning, lighting and dimming. KNX/EIB is an international standard in
home and building automation control. EIBSec is an extension to this standard
and supports secure communications, key management, data integrity,
confidentiality and authentication. These concepts are necessary to implement
critical application like access control and security alarm systems.
In this project first the concepts of KNX/EIB will be introduced. Once
reviewed these concepts, security extension functionality will be introduced.
The performance of KNX/EIB and its extension EIBSec are analyzed and
compared by simulation.
The OMNeT++ simulation has been used. The simulation framework
OMNeT++ is a modular architecture and open source. Due to powerful
graphical supports allow understand the simulation easily. OMNeT++ has some
basic libraries that help collect data while the simulation. After that, data
collection can be processed.
ABSTRACT Página 7 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++

ABSTRACT Página 8 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ............................................................ 19
1.1 MOTIVACIÓN DEL PROYECTO ......................... 19
1.2 OBJETIVOS .................................................... 20
1.3 CONTENIDO DE LA MEMORIA 21
CAPÍTULO 2: ESTADO DEL ARTE ......................................................... 23
2.1 INTRODUCCIÓN ............................................. 23
2.2 INTRODUCCIÓN AL EIB .................................. 25
2.3 TECNOLOGÍA ................. 27
2.4 ARQUITECTURA EIB ....... 28
2.4.1 Capa de Aplicación. Nivel 7. .................................................. 30
2.4.2 Capa de Presentación. Nivel 6. .............. 31
2.4.3 Capa de Sesión. Nivel 5. ....................... 31
2.4.4 Capa de Transporte. Nivel 4. ................. 31
2.4.5 Capa de Red. Nivel 3. ........................................................... 32
2.4.6 Capa de Enlace de Datos. Nivel 2. ......................................... 32
2.4.7 Capa Física. Nivel 1. .............................. 33
2.5 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ........................ 33
2.5.1 Características técnicas del Bus ............. 33
2.5.2. Datos técnicos del segmento eléctrico ................................... 34
2.5.3 Método de transmisión .......................................................... 35
2.6 TOPOLOGÍA ................................................... 35
2.7 DIRECCIONAMIENTO ..... 37
2.7.1 Dirección Física .................................................................... 37
2.7.2 Dirección de Grupo ............................... 38
2.8 MÉTODO DE ACCESO AL MEDIO ...................................................... 39
2.9 TÉCNICA DE DETECCION DE ERRORES ............ 40
2.10 FORMATO DE TELEGRAMA: LPDU .................. 41
2.10.1 Ejemplo de telegramas EIB más utilizados ............................ 51
2.11 COMPONENTES FÍSICOS ............................................................... 54
2.12 INSTALACIÓN .............................................. 55
2.12.1 Diseño y realización de la instalación ... 56
2.13 EIBSEC: EXTENSIÓN DE SEGURIDAD DE KNX . 57
2.13.1 Componentes específicos de EIBSec. ................................... 58
2.13.2 Comunicación Segura .......................................................... 58
2.13.4 Tipos de comunicación ........................ 60
CAPÍTULO 3: INTRODUCCIÓN A OMNET++ ....................................... 63
3.1 INTRODUCCIÓN ............................................. 63
3.2 CONCEPTOS .................. 63
ÍNDICE GENERAL Página 9 Diseño e implementación de un simulador de red KNX EIBSec en OMNeT++
3.3. EL LENGUAJE NED ......................................................................... 66
3.4 EJECUCIÓN DE UNA SIMULACIÓN OMNET++ ... 67
3.5 DATOS Y REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE SIMULACIÓN. . 68
CAPÍTULO 4: DISEÑO DEL SIMULADOR ............................................. 71
4.1 REDES ........................................................... 71
4.2 CLASES ......................... 71
4.3 MENSAJES ..................................................... 73
4.4. ORDENES DE EJECUCIÓN ............................. 73
4.5 ESTADÍSTICAS ............................................... 74
CAPÍTULO 5: DESARROLLO DE MÓDULOS OMNET++ ........................ 77
5.1 OBJETOS C++ ............................................... 79
5.1.1 Mensaje aplicación ................................ 79
5.1.3 Mensaje de seguridad EIB ..................... 80
5.1.4 Mensaje KNX EIBSec............................. 81
5.2 MÓDULOS ................................................................ 82
5.2.1 Usuario simulado – userSimulator .......... 82
5.2.2 Aplicación KNX/EIB – KNXEib_application ............................... 85
5.2.3 Protocolo KNX/EIB – KNXEib_protocol y KNXEibSec_protocol .. 89
5.2.4 DispositivoB – KNXEib_device ................................... 92
5.2.5 Bus KNX/EIB – KNXEib_bus ................................................... 94
5.2.6 LíneaB – KNXEIB_line ................ 97
5.2.7 Acoplador de línea KNX/EIB – KNXEib_deviceCoupler y
KNXEibSec_deviceACU.................................................................. 100
5.2.8 Red KNX/EIB – KNXEib_network y KNXEibSec_securityNetwork
................................... 102
5.2.9 Terminador de Red – KNXEib_Terminator ............................. 104
5.3 OTRAS CLASES C++ ...................................................................... 105
CAPÍTULO 6: DISEÑO Y DESARROLLO DE UN ESCENARIO DE
SIMULACIÓN ..................................................................................... 111
6.1 CONFIGURACIÓN SIMULACIÓN ...................... 111
6.2 PRUEBAS DEL SIMULADOR ............................ 113
6.3 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN .................................................. 114
6.3.1 Resultados de simulación para modo no seguro .................... 114
6.3.2 Resultados de simulación para modo seguro ......................... 117
6.3.4 OTRAS MEDIDAS ................................................................. 122
6.4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ..................... 123
CAPÍTULO 7: HISTORIA DEL PROYECTO .......................................... 131
7.1 DESCOMPOSICIÓN DE TAREAS ...................... 132
7.2 RESUMEN DE TAREAS .................................... 136
ÍNDICE GENERAL Página 10

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