지그비(ZigBee)란?

지그비(ZigBee)란?

지그비(ZigBee)란?

Zigbee는 왜 필요한가?

  • 현재 음성, PC LANs, 비디오 등의 데이터에 대한 표준은 마련되어 있지만, 센서나 컨트롤 디바이스 등의 특별한 필요를 충족시킬 만한 무선 네트워크 표준은 없었다. 센서 및 컨트롤 디바이스들은 높은 주파수 대역폭을 필요로 하지 않지만, 배터리의 장기간 사용과 디바이스들의 넓은 배열을 위해서, 짧은 대기시간 및 낮은 에너지 소비를 필요로 한다.
  • 오늘날 높은 데이터율을 필요로 하지 않으면서 적은 비용과 적은 소비 전력으로 동작할 수 있는 다양한 무선통신 시스템이 생산되고 있다.
  • 이렇게 생산되는 제품들은 표준 없이 제작되고 있고, 결국 이러한 과거의 제품들은 각 제품들과의 호환성 문제를 일으키고, 더불어 새로운 기술들과의 호환성에도 문제가 생긴다.

지그비 소개

지그비는 IEEE 802.15.4-2003을 기반으로 한 작고, 저전력의 디지털 라디오를 사용하는 하이레벨 통신 프로토콜입니다. IEEE 802.15.4-2003는 단거리 라디오 주파수를 사용하는 램프, 전자계량기, 소비자용 전자제품과 같은 근거리 개인 무선통신망의 기준이다. 지그비는 낮은 데이터률, 적은 배터리 소모, 네트워크의 안전성을 요구하는 RF 어플리케이션에 주로 사용된다.

지그비 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 노트 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 프로토콜 스택 코드의 크기는 블루투스나 802.11의 사이즈에 비해 4분의 1 정도에 불과하다.)

지그비의 사용분야

지그비는 현재, 산업용 제어, 임베디드 센서, 의학자료 수집, 화재 및 도난, 빌딩 자동화, 홈 오토메이션 등의 분야에 사용되고 있다.

1) 스파트 에너지
스마트 에너지는 유틸리티/에너지 서비스 제공자에게, 에너지를 관리할 수 있는 안전하고 사용이 편한 가정 무선 네트워크를 제공한다. 스마트 에너지는 유틸리티/에너지 서비스 제공자 혹은 그들의 고객들에게 온도조절장치 또는 다른 연계된 장치들을 직접 통제할 수 있도록 해준다.
2) 홈 엔터테인먼트와 제어
스마트 전원, 발전된 온도조절 시스템, 안전성 과 보안성, 영화와 음악
3) 홈 인식 시스템
수온 센서, 전원센서, 에너지 모니터링, 화재 및 도난 감시, 스마트 장치들과 접속 센서
4) 모바일 서비스
모바일 결제, 모바일 모니터링 및 통제, 모바일 보안과 접속 통제, 모바일 헬스케어 및 원격 지원
5) 상업 빌딩
에너지 모니터링, 공기조화설비, 조명, 출입 통제
6) 산업용 공장
프로세스 통제, 자재관리, 환경관리, 에너지 관리, 산업 디바이스 제어, M2M 통신

지그비 디바이스 타입
지그비 디바이스에는 다음 3가지 종류가 있다.

1) 지그비 코디네이터
가장 중요한 디바이스로 네트워크를 형성하고 다른 네트워트들과 연결시킨다. 각각의 네트워크에는 단 한 개의 코디네이터가 있다. 지그비 코디네이터는 네트워크에 관한 정보를 저장할 수 있고, trust center 또는 보안 키를 위한 저장소로서의 역할도 수행한다.
2) 지그비 라우터
라우터는 애플리케이션 기능뿐만 아니라, 다른 디바이스로부터의 데이터를 전달할 수 있는 라이터로서의 기능도 할 수 있다.
3) 지그비 엔드 디바이스
지그비 엔드 디바이스는 부모 노드와 통신할 수 있는 기능을 포함한다. 이러한 관계는 노드가 오랜 시간을 대기할 수 있도록 하여 배터리 수명을 더욱 길게 연장할 수 있다.

 ZigBee_End_Device.jpg

 

지그비 스택

ZigBee_Stack.jpg

지그비는 다른 많은 프로토콜 스택보다 간단하며, 지그비 스택 코드의 크기는 다른 프로토콜에 비해 작다. MAC과 PHY는 IEEE 802.15.4 standard에 의해서 정의된다. 네트워크와 애플리케이션 레이어들은 장비 디자이너에 의해 제공되는 actual application과 Zigbee Alliance에 의해서 정의된다.

802.15.4

  • 802.15.4는 가벼운 무선 네트워크를 위한 간단한 패킷 데이터 프로토콜이다. 802.15.4는 배터리 수명이 중요한 애플리케이션을 모니터링 하고 컨트롤하기 위해서 만들어졌다. 802.15.4는 지그비의 뛰어난 배터리 수명의 근원이 된다.
  • 802.15.4는 IEEE long/short addressing 둘다를 적용 가능하다. Short addressing은 네트워크 ID가 임시로 정해지는 네트워크 관리에 사용된다. 이것은 적은 비용이 들도록 하지만 여전히 65,000여개의 네트워크 노드를 사용 가능케 한다.
  • 신뢰성 있는 데이터 전송
  • 비콘 관리

지그비

  • 네트워크 레이어는 MAC레이어의 적절한 운영을 보장하고, 애플리케이션 레이어에 인터페이스를 제공한다. 네트워크 레이어는 스타, 트리, 매쉬 토폴로지를 지원한다. 네트워크 레이어는 네트워크가 시작되고, 결합하고, 소멸되고, 검색되는 곳이다.
  • 네트워크 레이어는 라우팅과 보안을 담당한다.
  • 애플리케이션 프레임워크는, 애플리케이션 객체가 데이터를 주고 받을 수 있는 실행 환경이다. 애플리케이션 객체는 지그비 디바이스의 생산자에 의해서 정해진다. 지그비에 의해 정의된 바에 의하면, 애플리케이션 객체는 애플리케이션 레이어의 최상단에 위치하고, 디바이스 제조자에 의해 결정된다. 애플리케이션 객체는 실질적으로 애플리케이션을 구축한다; 이것은 전구, 조명 스위치, LED, I/O 라인 등등이 될 수 있다.

애플리케이션/프로파일

지그비는 다음과 같은 프로파일을 지원한다.

  • ZigBee Home Automation
  • ZigBee Smart Energy 1.0
  • ZigBee Telecommunication Services
  • ZigBee Health Care
  • ZigBee Remote Control

지그비 스택 비교

Feature ZigBee 2006 ZigBee 2007 ZigBee Pro
Size in ROM/RAM Smallest Small Bigger
Stack Profile 0x01 0x01 0x02
Maximum hops 10 10 30
Maximum nodes in network 31,101 31,101 65,540
Mesh Networking Yes Yes Yes
Broadcasting Yes Yes Yes
Tree routing Yes Yes No
Frequency Agility No Yes Yes
Bandwidth used by Protocol Least More Most
Fragmentation No Yes Yes
Multicasting No No Yes
Source routing No No Yes
Symmetric Links No No Yes
Standard Security (AES 128 bit) Yes Yes Yes
High Security (SKKE) No No Yes
Profiles support Home Automation Home Automation Home Automation
Smart Energy
Commercial Building
Industrial Plant Monitor

지그비 2006, 지그비 2007, 지그비 프로의 호환성

  • 지그비 2007은 지그비2006 디바이스들과 완벽히 호환 가능하다. 지그비 2007 디바이스는 지그비 2006 네트워크에 참여, 동작이 가능하고 또 그 반대로도 가능하다.
  • 라우팅 옵션의 차이 때문에, 지그비 프로 디바이스는 지그비2006 네트워크에서 non-routing ZigBee End-Devices (ZEDs) 가 되어야 한다.

지그비, Wi-Fi, 블루투스 비교

  ZigBee Wi-Fi Bluetooth
Application Monitoring and Control Email, Web, Video Cable replacement
Physical/ MAC layers IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 IEEE 802.15.1
Data Rate 250 Kbits/s 11 & 54 Mbits/sec 1 Mbits/s
Range 10-100 meters 50-100 meters 10 meters
Networking Topology Mesh Point to hub Ad-hoc, very small networks
Operating Frequency 2.4 GHz 2.4 and 5 GHz 2.4 GHz
Complexity (Device and application impact) Low High High
Power Consumption low High Medium
Number of devices for Network 64K 32 per access point 7
Network Latency

New slave enumeration

30 ms 20 sec
Network Latency

Sleeping slave changing to active

Devices can join an existing network in under 30ms Device connection requires 3-5 seconds Device connection requires up to 10 seconds
Typical Applications Industrial control and monitoring, sensor networks, building automation, home control and automation, toys, games Wireless LAN connectivity, broadband Internet access Wireless connectivity between devices such as phones, PDA, laptops, headsets

출처 : http://tcplink.com/notice/3170