지그비 기술이란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

지그비란 무엇인가요?

지그비는 사물 인터넷(IoT)과 머신 투 머신(M2M)에서 널리 사용되는 무선 통신 프로토콜입니다.M2M) 애플리케이션을 사용합니다. 저속 무선 기술을 설정하는 주된 목적은 저전력 엔드투엔드 장치를 구현하는 것입니다. ZigBee 무선 표준은 IEEE 802.15.4 개인 영역 네트워크 표준을 기반으로 합니다. 이 표준은 라이선스 없는 스펙트럼 대역 2.4 GHz, 900 MHz, 868 MHz를 지원합니다. ZigBee 디바이스는 낮은 전송률 외에도 전력 소비가 적어 배터리 수명이 길다는 장점이 있습니다. ZigBee 디바이스는 다음과 같은 유사한 단거리 무선 기술에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다. 블루투스 및 Wi-Fi. Wi-Fi와 블루투스 장치는 ZigBee 장치에 비해 배터리 수명이 매우 길기 때문입니다. 지그비 장치의 작동 범위는 10m - 100m입니다. 지그비는 2002년경에 설립된 지그비 얼라이언스라는 연합에 의해 제안되었습니다. 그 후 2005년에 무선 개인 영역 네트워크인 ZigBee 1.0이 발표되었습니다(WPAN) 표준을 사용합니다. 보안 문제와 관련해서는 Wi-Fi와 같은 경쟁 기술에 비해 ZigBee만의 장점이 있습니다. 이러한 모든 유망한 기능을 갖춘 ZigBee는 많은 업종과 애플리케이션에서 널리 사용되고 있으며 시장에서 큰 인기를 얻고 있습니다.

지그비 네트워킹

지그비 네트워킹에 대해 자세히 알아보기 전에 몇 가지 유형의 지그비 노드에 대해 알아볼 필요가 있습니다. 각 ZigBee 네트워크에는 적어도 하나의 코디네이터, 몇 개의 라우터, 여러 개의 최종 디바이스가 있습니다. 코디네이터에는 다음과 같은 기능이 있습니다:

• 어떤 상황에서도 유휴 상태가 되어서는 안 됩니다.
• 채널과 팬 ID를 선택하여 네트워크를 초기화합니다.
• 네트워크에서 데이터를 라우팅하고 라우터와 최종 디바이스가 네트워크에 참여할 수 있도록 합니다.

라우터에는 다음과 같은 기능이 있습니다:

• 라우터는 데이터를 송수신하기 전에 반드시 네트워크에 가입해야 합니다.
• 네트워크에서 데이터를 라우팅합니다.
• 유휴 상태가 아니어야 합니다.

최종 장치에는 다음과 같은 기능이 있습니다:

• 데이터를 전송하지 않을 때는 절전 모드로 전환할 수 있습니다.
• 부모를 통해서만 데이터를 주고받을 수 있습니다.

이제 지그비 네트워크의 주요 구성 요소를 확인했으니, 다음으로 지그비 네트워크의 다양한 네트워크 토폴로지에 대해 알아보겠습니다. 지그비 네트워크는 지그비 코디네이터가 중앙 제어 역할을 하는 스타 토폴로지를 사용하여 구현할 수 있습니다. 이 중앙 노드는 연결된 모든 센서 노드로부터 모든 정보를 수집합니다. 트리 토폴로지는 또 다른 유명한 지그비 네트워킹 토폴로지입니다. 이 토폴로지는 트리, 브랜치, 리프 구조를 따릅니다. 메시 토폴로지를 사용하여 지그비 네트워크를 구현할 수도 있습니다. 그러나 최종 디바이스만 절전 모드로만 전환할 수 있기 때문에 실제 지그비 네트워크는 구현할 수 없습니다. 메시 네트워크. 따라서 메시 네트워크를 구현하기 위해 "DigiMesh"라는 프로토콜이 사용됩니다.

지그비 아키텍처

지그비 아키텍처는 5개의 주요 계층으로 구성됩니다. (아래에서 위로) 다음과 같습니다:

1. 물리적 계층

이 계층은 표준 IEE 802.15.4 WPAN 표준에 따라 정의됩니다. 주요 임무는 무선 트랜시버를 제어하고 다양한 장치 간에 데이터 패킷으로 command 및 정보를 전송하는 것입니다.

2. MAC(매체 액세스 제어) 계층

이 계층은 네트워크 계층과 물리적 계층 사이의 중간 계층 역할을 합니다. MAC 계층은 IEE 802.15.4 WPAN 표준에도 정의되어 있습니다. 또한 동기화를 위해 비콘 프레임을 전송하는 역할도 담당합니다.

3. 네트워크 계층

이 계층은 ZigBee 사양에 정의되어 있습니다. 모든 네트워크 작업을 처리합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 네트워크 설정
• 최종 장치 연결 및 연결 해제
• 라우팅
• 장치 구성

4. 애플리케이션 지원 하위 계층

이 계층은 최종 디바이스가 네트워크 계층과 상호 작용할 수 있는 서비스를 제공합니다. 이러한 서비스는 애플리케이션 지원 데이터 엔티티와 애플리케이션 지원 관리 엔티티에서 제공합니다.

5. 애플리케이션 레이어

이 계층은 지그비 아키텍처의 마지막이자 최상위 계층입니다. 이 계층에는 사용자 애플리케이션과 ZDO(ZigBee 디바이스 객체)가 있습니다. ZDO는 애플리케이션 객체와 지그비 디바이스의 애플리케이션 지원 하위 계층 간에 인터페이스를 제공하는 역할을 담당합니다. 또한 새 디바이스를 바인딩하고 네트워크에서 기존 디바이스를 제거하는 역할도 담당합니다.

지그비는 언제 고려해야 할까요?

ZigBee가 설계 애플리케이션에 적합한 이유를 파악하기 전에 그 이유를 알아보겠습니다. 먼저 시중에서 사용 가능한 몇 가지 ZigBee 사양을 살펴봅시다. ZigBee에는 세 가지 주요 사양이 있습니다:

• 지그비 프로: 저전력 장치 간 co1TP14 통신을 제공합니다. 또한 에너지 하베스팅을 통해 자체 전력을 사용하는 디바이스를 장려하는 '그린 파워'라는 새로운 기능도 제공합니다.
• ZigBee RF4CE: ZigBee 표준의 복잡한 메시 네트워킹 기능이 필요하지 않은 간단한 ZigBee 사양입니다.
• ZigBee IP: 이 사양은 IPv6 기반의 완전한 무선 메시 네트워크를 제공합니다.

지그비는 저전력 소비가 필요하고 수많은 디바이스가 서로 연결되어 있는 애플리케이션에 이상적입니다. ZigBee는 높은 데이터 속도가 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않으며 1m~100m 거리에 가장 적합합니다. 또한 높은 신뢰성이 필요한 애플리케이션에도 적합합니다. 높은 신뢰성은 지그비 메시 네트워킹을 통해 달성됩니다. ZigBee 메시 네트워크의 또 다른 흥미로운 특징은 자가 복구 기능입니다. 이 자가 복구 기능은 네트워크가 변화하는 환경에 따라 자동으로 스스로 복구할 수 있도록 도와줍니다. 또한 ZigBee는 communication을 보호하기 위해 무선 AES-128-CCM 암호화 기능을 갖추고 있습니다.

지그비의 장점과 단점

업계에서 가장 많이 찾는 다른 IoT 및 M2M WPAN 솔루션과 ZigBee를 비교해 보겠습니다.

지그비의 애플리케이션

지그비는 전력 소비가 낮고 인기가 높아지면서 현대 사회의 다양한 업종과 산업에서 사용되고 있습니다. 지그비 얼라이언스가 날로 성장하면서 서로 다른 장치들이 서로 상호 운용할 수 있게 되면서 지그비는 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 지그비가 배포되는 주요 애플리케이션 분야는 다음과 같습니다:

• 스마트 기기: 여기에는 스마트 가전제품과 스마트 건강 모니터링 장치가 포함됩니다. 이러한 기기는 기기의 모니터링 및 제어가 필요한 특정 개인 공간으로 제한됩니다.
• 스마트 조명 시스템: 이러한 시스템은 원격으로 또는 사내 애플리케이션을 사용하여 빛의 투과를 제어함으로써 주어진 공간의 조명 변화를 관리합니다.
• 스마트 에너지 관리 시스템: 여기에는 사용자가 환경과 유틸리티의 중요한 변수를 모니터링하고 제어하는 데 도움이 되는 스마트 미터와 스마트 태양광 추적 장치가 포함됩니다.
• 스마트 쇼핑 공간: 스마트 슈퍼마켓과 소매점에서는 ZigBee 기반 센서와 디바이스를 사용하여 스스로 학습하는 시스템을 운영할 수 있습니다. 여기에는 스마트 쇼핑 카트 및 전자제품 진열대가 포함됩니다.
• 스마트 주차 시스템: 지그비를 사용하여 주차 공간을 효과적으로 관리하여 사용자 요구 사항을 개선할 수 있습니다.

결론

결론적으로 ZigBee는 저전력 및 낮은 데이터 속도를 필요로 하는 WPAN 네트워크에 이상적인 후보라고 할 수 있습니다. 지그비 얼라이언스에 가입하는 조직과 산업이 증가함에 따라 지그비는 미래를 위한 유망한 기술입니다.