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CASE STUDY | 지그비 무선 메시 네트워킹

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작성자 테솔 작성일20-04-27 17:46 조회130회

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지그비 무선 메시 네트워킹

 

지그비는 저비용 저전력 무선 IoT 네트워크의 고유한 요구를 해결하기 위해 개방형 글로벌 표준으로 개발된 무선 기술입니다.

 

지그비는 저비용 저전력 무선 IoT 네트워크의 고유한 요구를 해결하기 위해 개방형 글로벌 표준으로 개발된 무선 기술입니다. 지그비 표준은 IEEE 802.15.4 물리적 무선 사양으로 작동하며 2.4GHz, 900MHz, 868MHz 라이선스가 없는 대역으로 작동합니다.


Zigbee 스택의 기반이 되는 802.15.4 사양은 2003 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 비준을 받았습니다. 사양은 배터리로 작동하는 저가형 장치를 위한 패킷 기반 무선 프로토콜입니다. 프로토콜을 통해 장치는 다양한 네트워크 토폴로지에서 통신할 있으며 동안 배터리 수명을 유지할 있습니다.

 

 


지그비 3.0 프로토콜

 

지그비 (Zigbee) 프로토콜은 지그비 얼라이언스 (Zigbee Alliance)의 회원사에 의해 만들어지고 비준되었으며, 300 개가 넘는 주요 반도체 제조업체, 기술 회사, OEM 및 서비스 회사가 지그비 얼라이언스 (Zigbee Alliance) 멤버십을 구성합니다. 지그비 프로토콜은 안전하고 안정적인 무선 네트워크 아키텍처로 특징 지어진 사용하기 쉬운 무선 데이터 솔루션을 제공하도록 설계되었습니다.


 

지그비의 장점


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지그비3.0 프로토콜은 상업용 및 산업용 어플리케이션에서 일반적으로 발생하는 잡음이 많은 RF 환경을 통해 데이터를 통신하도록 설계되었습니다. 버전 3.0은 기존 지그비 표준을 기반으로 하지만 시장 지정 및 기능에 관계없이 모든 장치를 동일한 네트워크에서 무선으로 연결할 수 있도록 시장별 애플리케이션 프로파일을 통합하였습니다. 또한 지그비 3.0 인증 체계는 다른 제조업체의 제품과의 상호 운용성을 보장합니다. 지그비 3.0 네트워크를 IP 도메인에 연결하면 인터넷을 포함한 LAN 또는 WAN의 스마트 폰 및 태블릿과 같은 장치에서 모니터링 및 제어가 가능하며 진정한 사물 인터넷이 실현됩니다.

 

지그비 프로토콜 기능은 다음과 같습니다

 

> 포인트--포인트와 같은 여러 네트워크 토폴로지 지원
> 포인트-투- 멀티 포인트 및 메시 네트워크
> 낮은 듀티 사이클 : 긴 배터리 수명 제공
> 낮은 대기 시간
> 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 (DSSS)
> 네트워크 당 최대 65,000 개의 노드
> 안전한 데이터 연결을 위한 128 비트 AES 암호화
> 충돌 방지, 재시도 및 확인

 

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지그비 3.0 소프트웨어 스택에는 네트워크에 노드를 시운전하기 위한 일관된 동작을 제공하는 '기본 장치'가 통합되어 있습니다. 근접 커미셔닝 방법 인 Touchlink를 포함한 일반적인 커미셔닝 방법 세트가 제공됩니다.

 

지그비 3.0은 향상된 네트워크 보안을 제공합니다. 두 가지 유형의 네트워크를 생성하는 두 가지 보안 방법이 있습니다.

 

> 중앙 보안 : 이 방법은 네트워크를 형성하고 결합 노드에 대한 네트워크 및 링크 보안 키 할당을 관리하는 코디네이터/신뢰 센터를 사용합니다.

> 분산 보안 : 이 방법에는 코디네이터 / 신뢰 센터가 없으며 라우터로 구성됩니다. 모든 지그비 라우터 노드는 네트워크 키를 결합 노드에 제공할 수 있습니다.

 


노드는 속한 네트워크에서 사용하는 보안 방법을 채택합니다. 지그비 3.0은 무선 네트워크의 확장 성과 복잡성을 지원하며 250 개 이상의 노드로 구성된 대규모 로컬 네트워크가 가능합니다. 지그비는 또한 이러한 네트워크의 동적 동작(네트워크에 노드가 연결되거나 끊어지고 다시 연결되는 현상)을 처리하고 상위 노드가 손실되었을 때 하위 노드가 상위 노드를 통해 네트워크에 다시 참여할 수 있도록 합니다. 지그비 메시 네트워크의 자가 치유 특성으로 인해 내부 라우팅을 방해하지 않고 노드가 네트워크에서 벗어날 수 있습니다.


지그비 3.0의 이전 버전과의 호환성은 Zigbee Light Link 1.0 또는 Home Automation 1.2 프로파일을 사용하여 이미 개발된 응용 프로그램이 지그비 3.0에도 준비되었음을 의미합니다. Smart Energy 프로파일은 기능 수준에서 지그비 3.0 과도 호환되지만 Smart Energy에는 프로파일 내에서만 해결되는 추가 보안 요구 사항이 있습니다.

장치 작동 중 소프트웨어 업데이트를 위한 지그비의 OTA (Over-The-Air) 업그레이드 기능을 통해 현장에 이미 배포된 장치의 응용 프로그램을 지그비3.0으로 완벽하게 마이그레이션 할 수 있습니다. OTA 업그레이드는 제조업체가 지그비 제품에서 지원하도록 권장되는 선택적 기능입니다.




메시 네트워크



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지그비 프로토콜의 핵심 구성 요소는 메시 네트워킹을 지원하는 기능입니다. 메시 네트워크에서 노드는 다른 노드와 상호 연결되어 여러 경로가 각 노드를 연결합니다. 정교한 내장 메시 라우팅 테이블을 통해 노드 간의 연결이 동적으로 업데이트되고 최적화됩니다.

메시 네트워크는 본질적으로 분산되어 있습니다. 각 노드는 네트워크에서 자체 검색할 수 있습니다. 또한 노드가 네트워크를 벗어나면 메시 토폴로지를 통해 노드가 새 네트워크 구조에 따라 라우팅 경로를 재구성할 수 있습니다. 메시 토폴로지 및 애드혹 라우팅의 특성은 단일 노드에서 변화하는 조건 또는 장애에서 더 큰 안정성을 제공합니다.



지그비 어플리케이션


지그비는 저비용, 저전력 솔루션으로 무선 네트워크를 광범위하게 구축할 수 있습니다. 다양한 모니터링 및 제어 어플리케이션을 위해 저렴한 배터리로 수년간 작동할 수 있습니다. 스마트 에너지 / 스마트 그리드, AMR (Automatic Meter Reading), 조명 제어, 빌딩 자동화 시스템, 탱크 모니터링, HVAC 제어, 의료 기기 및 차량 응용 분야 등 Zigbee 기술은 많은 분야에서 크게 발전된 방법입니다.



Digi XBee3 지그비 기술


Digi Zigbee Alliance의 회원이며 지그비 프로토콜을 기반으로 광범위한 네트워킹 솔루션을 개발했습니다. Digi XBee3는 다양한 장치에 연결할 수 있는 기능을 제공하며 구현하기 쉬운 솔루션을 제공하는 Digi의 최신 제품군입니다.