지그비(Zigbee) 정리 및 특징
Updated:
지그비(Zigbee) 소개
소형, 저전력 디지털 라디오를 이용해 개인 통신망을 구성하여 통신하기 위한 표준 기술입니다. IEEE 802.15 표준을 기반으로 만들어졌다. 직비 장치는 메시 네트워크 방식을 이용하며, 여러 중간 노드를 거쳐 목적지까지 데이터를 전송함으로써 저전력임에도 불구하고 넓은 범위의 통신이 가능합니다. 애드혹 네트워크적인 특성으로 인해 중심 노드가 따로 존재하지 않는 응용 분야에 적합합니다.
지그비(Zigbee) 특징
- 저전력 소모, 간단한 구현
- 한번의 배터리 충전으로 수 개월, 또는 수년간 사용 가능
- 활성 모드(수신, 송신), 슬립 모드를 가짐.
- 디바이스, 설치, 유지 등 모두 상대적으로 낮은 비용으로 가능
- 안전성(보안성), 신뢰성, 유연성
- 매우 작은 프로토콜 스택
- 상호 호환가능 및 어느 곳에서나 사용 가능
- 네트워크당 높은 노드 밀집(지그비의 IEEE 802.15.4 사용은 네트워크에서 많은 디바이스를 다루는 것을 가능케 함. 이러한 특징으로 방대한 센서 배열과 네트워크의 통제가 가능)
- 간단한 프로토콜, 국제적으로 구현
지그비(Zigbee) 스택
물리 계층
물리 계층은 전 세계적으로 사용되는 OSI 참조 모델의 최하위 계층이며, 프로토콜 계층은 이를 사용하여 패킷을 전송합니다.
PHY(Physical Layer)는 데이터 전송 서비스를 제공합니다. 또한 모든 물리 계층 관리 기능에 대한 액세스를 제공하고 관련 개인 영역 네트워크에 대한 정보 데이터베이스를 유지 관리하는 물리 계층 관리 엔티티에 대한 인터페이스를 제공합니다. 따라서 PHY는 물리적 무선 송수신기를 관리하고 에너지 및 신호 관리 기능과 함께 채널 선택을 수행합니다. 세 가지 가능한 비면허 주파수 대역 중 하나에서 작동합니다.
MAC 계층
MAC(Medium Access Control)은 물리적 채널을 사용하여 MAC 프레임을 전송할 수 있도록 합니다. 데이터 서비스 외에도 관리 인터페이스를 제공하고 자체적으로 물리적 채널 및 네트워크 비커닝에 대한 액세스를 관리합니다. 또한 프레임 유효성 검사를 제어하고 시간 슬롯을 보장하며 노드 연결을 처리합니다. 마지막으로 보안 서비스를 위한 후크 포인트를 제공합니다.
네트워크 계층
네트워크 계층의 주요 기능은 MAC 하위 계층의 올바른 사용을 보장하고 다음 상위 계층, 즉 응용 계층에서 사용하기에 적합한 인터페이스를 제공하는 것입니다. 네트워크 계층은 네트워크 연결, 연결 해제 및 설정과 같은 네트워크 기능을 다룹니다. 네트워크를 설정하고 주소를 할당하며 장치를 추가 및 제거할 수 있습니다. 이 레이어는 스타, 메쉬 및 트리 토폴로지를 사용합니다.
전송 계층의 데이터 개체는 응용 계층의 지시에 따라 프로토콜 데이터 단위를 생성 및 관리하고 현재 토폴로지에 따라 라우팅을 수행합니다. 제어 엔터티는 새 장치의 구성을 처리하고 새 네트워크를 설정합니다. 이웃 장치가 네트워크에 속하는지 판단하고 새로운 이웃과 라우터를 발견할 수 있습니다.
네트워크 계층에서 사용하는 라우팅 프로토콜은 AODV입니다. 목적지 장치를 찾기 위해 AODV는 모든 이웃에게 경로 요청을 브로드캐스트하는 데 사용됩니다. 그런 다음 이웃은 요청을 이웃에게 브로드캐스트하고 목적지에 도달할 때까지 계속합니다. 목적지에 도달하면 가장 저렴한 경로를 따라 소스로 되돌아가는 유니캐스트 전송을 통해 경로 응답이 전송됩니다. 소스가 응답을 받으면 경로에 있는 다음 홉의 대상 주소와 연결된 경로 비용으로 라우팅 테이블을 업데이트합니다.
애플리케이션 계층
애플리케이션 계층은 사양에 정의된 최상위 계층이며 최종 사용자에 대한 Zigbee 시스템의 효과적인 인터페이스입니다. 이것은 Zigbee 사양에 의해 추가된 대부분의 구성 요소로 구성됩니다. ZDO(Zigbee 장치 개체) 및 해당 관리 절차는 제조업체에서 정의한 응용 프로그램 개체와 함께 이 계층의 일부로 간주됩니다. 이 계층은 테이블을 바인딩하고, 바인딩된 장치 간에 메시지를 보내고, 그룹 주소를 관리하고, 패킷을 재조립하고, 데이터도 전송합니다. Zigbee 장치 프로필에 서비스를 제공하는 역할을 합니다.
지그비(Zigbee) 네트워크
노드의 배열에 따라 ZigBee 네트워크는 메시, 트리 또는 스타의 세 가지 유형의 네트워크 토폴로지를 허용합니다. 후자는 노드 중 하나에 장애가 발생한 경우 재구성할 수 있기 때문에 가장 흥미롭습니다. 노드는 차례로 세 가지 다른 역할을 맡을 수 있습니다.
Cordinator
시작, 제어 및 라우팅 기능을 수행하므로 메모리와 높은 통신 용량이 필요합니다. 각 네트워크에는 스타 네트워크의 중심이나 트리 네트워크의 루트에 위치한 단일 코디네이터가 있습니다. 통신 보안 관리 기능에서 핵심 역할을 하며 신뢰 센터 역할을 합니다. 보안 센터는 다른 장치에 부여된 신뢰의 출처를 나타내며 통신 암호화에 사용되는 보안 키 배포를 담당합니다.
Router
장치 간의 통신 경로를 관리하는 것이 주요 기능 입니다. 발생할 수 있는 상황에는 노드 연결 중 네트워크의 혼잡 또는 기타 문제가 포함됩니다. ZigBee 네트워크는 둘 이상의 라우터를 포함할 수 있습니다.
End Device
라우터 또는 조정자일 수 있는 하나의 상위 노드와만 통신하고 다른 종단 노드를 관리하는 기능이 없는 장치입니다. 모든 노드는 네트워크 레이아웃 및 구성에 따라 이 세 가지 기능 중 하나를 수행할 수 있습니다. 단일 기능으로만 구성된 노드가 있지만 일반적으로 모든 상용 장치는 모든 역할을 수행하도록 구성될 수 있습니다.
지그비(Zigbee) 어플리케이션/프로파일
현재 완성되었거나 작성 진행 중인 직비의 애플리케이션 프로파일들은 다음과 같다.
- 주거 자동화(Home Automation)
- 직비 스마트 에너지(ZigBee Smart Energy)
- 상업용 빌딩 자동화(Commercial Building Automation)
- 통신 애플리케이션(Telecommunication Applications)
- 개인, 가정, 병원(Personal, Home, and Hospital Care)
참고사항
Leave a comment