KNX-Topologie: Liniensegment, Linie, Bereich und Backbone

Wer eine KNX-Anlage plant, stösst schnell auf Begriffe wie Liniensegment, Linienkoppler oder IP-Backbone. Dahinter steckt kein Selbstzweck, sondern ein durchdachtes Prinzip: Die hierarchische Topologie hält die Buslast auf jeder Ebene klein, begrenzt die Auswirkungen von Fehlern auf einen überschaubaren Bereich und macht die Fehlersuche im Betrieb deutlich einfacher. Dieser zweite Teil der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe» erklärt, wie eine KNX-Anlage von der kleinsten Einheit bis zum grossen Gebäudenetz aufgebaut ist, welche Grenzwerte gelten und warum diese Grenzen sinnvoll sind.

Wer noch nicht mit dem Standard selbst vertraut ist, findet die Grundlagen zu Normen und Übertragungsmedien in Teil 1 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe», «Was ist KNX? Standard, Normen und Übertragungsmedien».

Das Liniensegment: die kleinste Einheit

Das Liniensegment ist die Grundeinheit jeder KNX-TP-Anlage. Es besteht aus einer Spannungsversorgung und den daran angeschlossenen Busteilnehmern. Alle Teilnehmer eines Segments teilen sich denselben Busabschnitt und kommunizieren direkt miteinander, ohne dass ein Koppler dazwischengeschaltet ist.

Die wichtigste Grenze ist die Teilnehmerzahl: Ein Liniensegment darf maximal 64 Teilnehmer umfassen. Dabei zählen alle aktiven Busgeräte mit, also Sensoren, Aktoren, Koppler und die Spannungsversorgung selbst. Diese Grenze ist nicht willkürlich gewählt. Sie ergibt sich aus der elektrischen Belastbarkeit des Segments und aus dem Buszugriffsverfahren CSMA/CA, das bei zu vielen gleichzeitig sendenden Teilnehmern an seine Grenzen stösst.

Ebenso wichtig sind die Leitungslängen. Die Gesamtlänge aller Leitungen in einem Liniensegment darf 1000 m nicht überschreiten. Zusätzlich gilt: Von der Spannungsversorgung bis zum am weitesten entfernten Teilnehmer sind maximal 350 m zulässig. Zwischen zwei beliebigen Teilnehmern darf die Leitungslänge 700 m nicht überschreiten. Diese drei Werte müssen gleichzeitig eingehalten werden. In der Praxis ist es die 350-m-Grenze zur Spannungsversorgung, die am häufigsten zur Einschränkung wird, besonders in grossen Stockwerken oder langen Gebäudetrakten.

Die Busleitung selbst ist eine verdrillte Zweidrahtleitung (Twisted Pair, kurz TP). Die Busspannung beträgt typisch 30 V DC, der Standard arbeitet mit SELV (Safety Extra Low Voltage). Die Datenübertragungsrate liegt bei 9600 bit/s. Mehr zur Leitungsinstallation, zur Spannungsversorgung und zu den Installationsregeln behandelt Teil 3 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe», «Spannungsversorgung, Busleitung und Installation nach den Regeln».

Die Linie: Segmente zusammenfassen

Wenn ein einzelnes Liniensegment nicht ausreicht, weil mehr als 64 Teilnehmer benötigt werden oder die Leitungslängen überschritten würden, kommt der Linienverstärker ins Spiel. Ein Linienverstärker verbindet zwei Liniensegmente elektrisch und galvanisch getrennt miteinander. Er verstärkt die Signale und ermöglicht so eine grössere Ausdehnung der Linie.

Innerhalb einer Linie können bis zu vier Liniensegmente über Linienverstärker zusammengefasst werden. Das bedeutet: Eine vollständig ausgebaute Linie kann theoretisch bis zu 4 mal 64, also 256 Teilnehmer umfassen, wobei jedes Segment für sich die Grenzwerte einhalten muss. In der Praxis wird diese maximale Ausbaustufe selten erreicht, weil die Leitungslängen und die Spannungsversorgung die eigentlichen Engpässe sind.

Wichtig ist das Verständnis der Rolle des Linienverstärkers: Er ist kein Koppler im topologischen Sinne. Er trennt die Segmente elektrisch, leitet aber alle Telegramme weiter. Telegramme werden also nicht gefiltert. Das unterscheidet ihn grundlegend vom Linienkoppler, der zwischen Linien steht und Telegramme selektiv weiterleitet.

Der Linienkoppler: Linien zu Bereichen verbinden

Mehrere Linien werden über Linienkoppler zu einem Bereich zusammengefasst. Der Linienkoppler verbindet eine Linie mit der übergeordneten Bereichslinie (auch Backbone-Linie des Bereichs genannt). Er ist ein aktives Gerät mit eigener physikalischer Adresse und filtert Telegramme anhand der Filtertabelle, die in der ETS konfiguriert wird.

Diese Filterfunktion ist entscheidend für die Effizienz des Systems. Nur Telegramme, die tatsächlich für Teilnehmer in einer anderen Linie bestimmt sind, werden vom Linienkoppler weitergeleitet. Telegramme, die innerhalb einer Linie bleiben, werden nicht auf die Bereichslinie weitergegeben. Das hält die Buslast auf der übergeordneten Ebene klein und verhindert, dass ein hohes Telegrammaufkommen in einer Linie das gesamte System verlangsamt.

Pro Bereich sind bis zu 15 Linien möglich, die über Linienkoppler an die Bereichslinie angeschlossen werden. Die Bereichslinie selbst ist ebenfalls ein Liniensegment mit denselben Grenzwerten. Auf ihr können zusätzlich direkt Teilnehmer angeschlossen werden, was in der Praxis aber selten sinnvoll ist, weil die Bereichslinie primär als Verbindungsmedium dient.

Der Bereichskoppler: Bereiche zum Gesamtsystem

Mehrere Bereiche werden über Bereichskoppler an die übergeordnete Backbone-Linie angeschlossen. Der Bereichskoppler funktioniert nach demselben Prinzip wie der Linienkoppler: Er filtert Telegramme und leitet nur das weiter, was tatsächlich für andere Bereiche bestimmt ist.

Pro KNX-TP-Installation sind bis zu 15 Bereiche möglich. Zusammen mit den bis zu 15 Linien pro Bereich und bis zu 64 Teilnehmern pro Liniensegment ergibt sich eine theoretische Gesamtkapazität, die für praktisch alle Gebäudeanwendungen mehr als ausreichend ist. In der Praxis sind es die Planungsqualität und die saubere Strukturierung, die den Ausschlag geben, nicht das Erreichen der theoretischen Maximalwerte.

Die physikalische Adresse jedes Teilnehmers spiegelt diese Hierarchie direkt wider. Sie besteht aus drei Teilen: Bereich, Linie und Teilnehmernummer, zum Beispiel 1.1.10 für Bereich 1, Linie 1, Teilnehmer 10. Die Adresse ist damit nicht nur eine eindeutige Kennung, sondern auch eine topografische Information. Wer die physikalische Adresse kennt, weiss sofort, in welchem Bereich und welcher Linie ein Gerät sitzt. Mehr dazu erklärt Teil 4 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe», «Physikalische Adressen: Jeder Teilnehmer hat seinen Platz».

Der IP-Backbone: wenn TP an seine Grenzen stösst

Für grosse Anlagen oder Anlagen über mehrere Gebäude bietet KNX eine elegante Erweiterung: den IP-Backbone. Dabei werden Bereiche nicht über eine physische TP-Backbone-Linie, sondern über das IP-Netzwerk des Gebäudes verbunden. IP-Koppler (auch KNXnet/IP-Router genannt) übernehmen die Rolle der Bereichskoppler und kommunizieren über das IP-Netz miteinander.

KNXnet/IP ist in EN ISO 22510 genormt. Die Kommunikation erfolgt über zwei Mechanismen: Tunneling für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung, zum Beispiel für den Zugriff der ETS auf die Anlage, und Routing über IP-Multicast für die Weiterleitung von Telegrammen zwischen Bereichen. Die Multicast-Adresse 224.0.23.12 ist dafür reserviert.

Der IP-Backbone hat mehrere praktische Vorteile. Die Entfernungsbeschränkungen der TP-Verkabelung entfallen, weil das IP-Netz die Verbindung übernimmt. Grosse Gebäude oder Areale mit mehreren Gebäuden lassen sich so mit einer einzigen KNX-Installation abdecken. Ausserdem ermöglicht der IP-Backbone eine einfachere Fernwartung und Diagnose, weil die ETS über das Netzwerk auf jeden Bereich zugreifen kann.

Allerdings bringt der IP-Backbone auch Anforderungen mit sich. Das IP-Netzwerk muss stabil und zuverlässig sein, Multicast muss auf den Switches aktiviert und korrekt konfiguriert sein, und die Netzwerksegmentierung muss mit der KNX-Topologie abgestimmt werden. Wer KNX Secure einsetzt, muss zusätzlich KNX IP Secure berücksichtigen, das die Kommunikation im IP-Netz mit AES-128 im CCM-Modus verschlüsselt. Mehr dazu findet sich in Teil 4 der Serie «KNX richtig planen», «KNX Secure im Projekt: Data Secure und IP Secure».

Warum die Hierarchie mehr ist als eine technische Pflicht

Die hierarchische Topologie von KNX ist kein bürokratisches Regelwerk. Sie ist das Ergebnis einer klaren Designentscheidung: Buslast und Fehlerauswirkungen sollen auf die kleinstmögliche Einheit beschränkt bleiben.

Wenn in einem Liniensegment ein Gerät dauerhaft Telegramme sendet, weil es defekt ist oder falsch konfiguriert wurde, betrifft das zunächst nur dieses Segment. Der Linienkoppler filtert, und die anderen Linien bleiben unbeeinträchtigt. Ohne diese Struktur würde ein einzelnes fehlerhaftes Gerät die gesamte Anlage belasten. In grossen Anlagen mit Hunderten von Teilnehmern wäre das ein ernstes Problem.

Dasselbe gilt für die Fehlersuche. Wer weiss, dass ein Problem in Bereich 2, Linie 3 liegt, kann die Suche auf diesen Abschnitt eingrenzen. Mit einem Busmonitor lässt sich das Telegrammaufkommen auf diesem Segment beobachten, ohne dass der Rest der Anlage stört. Wie das in der Praxis funktioniert, beschreibt Teil 2 der Serie «KNX in Betrieb und Bestand», «Fehlersuche im KNX-Bestand mit Busmonitor und Telegrammanalyse».

Die Hierarchie hilft auch bei der Planung. Wer die Topologie von Anfang an sauber strukturiert, also Linien nach Gebäudebereichen oder Gewerken gliedert, schafft eine Anlage, die auch nach Jahren noch verständlich ist. Eine Linie pro Stockwerk, eine Linie für die Aussenbeleuchtung, eine Linie für die Haustechnik: Solche Strukturen machen das ETS-Projekt lesbar und die Inbetriebnahme nachvollziehbar.

Grenzwerte im Überblick: was gilt wo

Die Grenzwerte der KNX-TP-Topologie lassen sich klar zusammenfassen. Wir stellen sie hier in einer Übersicht dar, weil sie in der Planung immer wieder nachgeschlagen werden.

Diese Werte gelten für das Medium Twisted Pair. Für KNX-RF (Funk, 868 MHz) und KNX-PL (Powerline, PL110) gelten eigene Regeln, die sich aus den physikalischen Eigenschaften dieser Medien ergeben. In der Praxis dominiert TP bei Festinstallationen, während RF vor allem bei Sanierungen und in Bereichen eingesetzt wird, wo eine Busleitung nicht verlegt werden kann. Mehr zu den Übertragungsmedien findet sich in Teil 1 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe», «Was ist KNX? Standard, Normen und Übertragungsmedien».

Topologie und ETS: wie beides zusammengehört

Die Topologie einer KNX-Anlage ist nicht nur eine physische Realität, sie wird auch in der ETS abgebildet. Im ETS-Projekt werden Bereiche und Linien angelegt, Geräte den Linien zugeordnet und Linienkoppler mit ihren Filtertabellen konfiguriert. Die ETS berechnet die Filtertabellen automatisch auf Basis der Gruppenadressen und der Kommunikationsobjekte.

Das bedeutet: Wer die Topologie im ETS-Projekt sauber strukturiert, profitiert direkt von der automatischen Filterung. Wer dagegen alle Geräte in eine einzige Linie wirft, verliert die Vorteile der Hierarchie, auch wenn die physische Verkabelung mehrere Segmente umfasst. Topologie im ETS-Projekt und physische Topologie müssen übereinstimmen.

Die physikalische Adresse, die jedem Gerät in der ETS zugewiesen wird, muss der tatsächlichen Position in der Topologie entsprechen. Ein Gerät mit der Adresse 2.3.10 gehört in Bereich 2, Linie 3. Wird es versehentlich in Linie 1 eingebaut, aber mit einer Adresse aus Linie 3 programmiert, funktioniert die Filterung nicht korrekt. Solche Fehler sind in der Praxis eine häufige Ursache für unerklärliches Verhalten und aufwendige Fehlersuche.

Die ETS6 ist das aktuelle herstellerübergreifende Projektierungswerkzeug der KNX Association. Sie unterstützt alle gängigen KNX-Medien und ermöglicht die vollständige Konfiguration von Topologie, Gruppenadressen, Kommunikationsobjekten und KNX Secure. Wie ein ETS-Projekt Schritt für Schritt aufgebaut wird, zeigt Teil 9 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe», «ETS-Projektierung Schritt für Schritt».

Typische Planungsfehler und wie man sie vermeidet

In unserer Projekterfahrung begegnen uns bei der KNX-Topologie immer wieder dieselben Fehler. Sie entstehen meist nicht aus Unwissen über die Grenzwerte, sondern aus dem Druck, schnell zu planen oder Kosten zu sparen.

Ein häufiger Fehler ist die Überbelegung von Liniensegmenten. Wenn ein Segment mit 60 oder mehr Teilnehmern belegt wird, bleibt kein Spielraum für spätere Erweiterungen. Jede Nachrüstung erfordert dann entweder einen Linienverstärker oder eine Umverkabelung. Wir empfehlen, Liniensegmente nicht über etwa 50 Teilnehmer hinaus zu planen, um Reserve zu behalten.

Ein weiterer Fehler ist die fehlende Übereinstimmung zwischen physischer Topologie und ETS-Projekt. Wenn Geräte im ETS-Projekt einer anderen Linie zugeordnet sind als in der Realität, funktioniert die Filterung nicht korrekt. Das führt zu unnötigem Telegrammverkehr auf der Backbone-Linie und kann im schlimmsten Fall die gesamte Anlage verlangsamen.

Auch die Leitungslängen werden gelegentlich unterschätzt. Die 350-m-Grenze von der Spannungsversorgung zum Teilnehmer gilt für die tatsächliche Leitungslänge, nicht für die Luftlinie. In Gebäuden mit langen Schachtführungen und Umwegen kann die tatsächliche Länge deutlich grösser sein als erwartet. Eine sorgfältige Leitungsplanung mit realistischen Längenangaben ist deshalb unerlässlich.

Schliesslich wird der IP-Backbone manchmal als einfache Lösung für alle Probleme betrachtet. Er ist ein leistungsfähiges Werkzeug, aber er erfordert eine sorgfältige Abstimmung mit der IT-Infrastruktur. Multicast-Konfiguration, Netzwerksegmentierung und Sicherheitsanforderungen müssen von Anfang an berücksichtigt werden. Wer das vernachlässigt, schafft sich neue Probleme, während er die alten löst. Wie eine saubere Topologie mit IP-Backbone geplant wird, behandelt Teil 2 der Serie «KNX richtig planen», «Topologie, Linien und IP-Backbone sauber aufbauen».

Der rote Faden zu unseren Fachbeiträgen

Dieser Artikel ist Teil 2 der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe». Die Grundlagen zu Standard, Normen und Übertragungsmedien liefert Teil 1, «Was ist KNX? Standard, Normen und Übertragungsmedien». Die Installationsregeln für Busleitung und Spannungsversorgung folgen in Teil 3, «Spannungsversorgung, Busleitung und Installation nach den Regeln». Physikalische Adressen und ihre Bedeutung für die Topologie erklärt Teil 4, «Physikalische Adressen: Jeder Teilnehmer hat seinen Platz».

Wer die Topologie nicht nur verstehen, sondern auch sauber planen will, findet in der Serie «KNX richtig planen» die passenden Vertiefungen: Teil 2, «Topologie, Linien und IP-Backbone sauber aufbauen», geht auf die Planungspraxis ein. Teil 3, «Gruppenadressen und Namenskonvention als Fundament», zeigt, wie die logische Struktur zur physischen passt.

Für den Betrieb ist Teil 2 der Serie «KNX in Betrieb und Bestand», «Fehlersuche im KNX-Bestand mit Busmonitor und Telegrammanalyse», besonders relevant: Wer die Topologie versteht, kann Fehler gezielt eingrenzen.

Fazit

Die hierarchische Topologie von KNX ist kein Selbstzweck. Sie ist das Fundament, auf dem eine zuverlässige, erweiterbare und wartbare Anlage aufgebaut wird. Die Grenzwerte, 64 Teilnehmer pro Liniensegment, 1000 m Gesamtleitungslänge, 350 m von der Spannungsversorgung zum Teilnehmer und 700 m zwischen zwei Teilnehmern, sind präzise definiert und müssen in der Planung eingehalten werden. Linienverstärker, Linienkoppler und Bereichskoppler ermöglichen den Aufbau grosser Anlagen, ohne die Buslast auf einzelnen Segmenten zu erhöhen. Der IP-Backbone erweitert die Möglichkeiten auf grosse Gebäude und Areale, erfordert aber eine sorgfältige Abstimmung mit der Netzwerkinfrastruktur.

Wer diese Grundlagen versteht und konsequent anwendet, legt den Grundstein für eine Anlage, die auch nach Jahren noch verständlich, erweiterbar und im Betrieb beherrschbar ist.

Sie haben Fragen dazu?

Sie planen eine KNX-Anlage und möchten die Topologie von Anfang an richtig aufbauen? Oder Sie haben eine Bestandsanlage, bei der die Struktur unklar ist und Probleme verursacht? Wir unterstützen Sie bei der Planung, Analyse und Inbetriebnahme. Nehmen Sie Kontakt auf über wenget.ch oder info@wenget.ch.

Quellenverzeichnis

• KNX Association: KNX System Specifications, Projektierungsrichtlinien (Topology, TP Medium), aktuelle Ausgabe (sinngemäss verwendet)
• voltimum.de: KNX-Grundlagenwissen Teil 3, 2025 (sinngemäss verwendet)
• EN 50090 / ISO/IEC 14543-3: Home and Building Electronic Systems (HBES), KNX-Standard
• EN ISO 22510: KNXnet/IP-Kommunikation
• KNX und ETS sind eingetragene Marken der KNX Association, Brüssel (www.knx.org); Landesorganisation Schweiz: KNX Swiss
• Eigene Projekterfahrung der WENGET GmbH aus KNX-Planung, Inbetriebnahme und Bestandsanalysen