지그비 무선 메시 네트워킹, Zigbee 3.0 특징

지그비는 저비용 저전력 무선 IoT 네트워크의 고유한 요구를 해결하려고 개발한 개방형 글로벌 표준입니다.

지그비(Zigbee)는 IEEE 802.15.4 물리 무선 사양으로 작동하는 저비용 저전력 무선 IoT 표준입니다. 라이선스가 없는 2.4GHz, 900MHz, 868MHz 대역에서 동작합니다.

지그비 스택의 기반인 802.15.4 사양은 2003년 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 비준을 받았습니다. 배터리로 작동하는 저가형 장치를 위한 패킷 기반 무선 프로토콜로, 장치가 여러 네트워크 토폴로지에서 통신하며 몇 년 동안 배터리 수명을 유지하게 합니다.

프로토콜

지그비 3.0은 300개 넘는 회원사가 만든 표준입니다

지그비 프로토콜은 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance) 회원사가 만들고 비준했습니다. 300개가 넘는 주요 반도체 제조업체, 기술 회사, OEM, 서비스 회사가 회원입니다. 안전하고 안정적인 무선 네트워크 아키텍처를 특징으로 하는, 사용하기 쉬운 무선 데이터 방식으로 설계되었습니다.

지그비의 장점을 설명하는 이미지.

지그비 3.0 프로토콜은 상업용과 산업용 응용에서 흔한 잡음 많은 RF 환경에서 데이터를 통신하도록 설계되었습니다. 버전 3.0은 기존 지그비 표준을 바탕으로 하되 시장별 응용 프로파일을 통합해, 시장 지정과 기능에 관계없이 모든 장치를 같은 네트워크에서 무선으로 연결합니다.

지그비 3.0 인증 체계는 다른 제조업체 제품과의 상호 운용성을 보장합니다. 지그비 3.0 네트워크를 IP 도메인에 연결하면 인터넷을 포함한 LAN 또는 WAN의 스마트폰과 태블릿 같은 장치에서 모니터링하고 제어할 수 있어 진정한 사물 인터넷이 구현됩니다.

기능

네트워크당 최대 65,000개 노드를 지원합니다

지그비 프로토콜의 기능은 다음과 같습니다.

• 포인트-투-포인트, 포인트-투-멀티포인트, 메시 네트워크 등 여러 네트워크 토폴로지 지원
• 낮은 듀티 사이클로 긴 배터리 수명
• 낮은 대기 시간
• 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS)
• 네트워크당 최대 65,000개의 노드
• 안전한 데이터 연결을 위한 128비트 AES 암호화
• 충돌 방지, 재시도, 확인

지그비 3.0 소프트웨어 스택과 네트워크 구성을 설명하는 이미지.

지그비 3.0 소프트웨어 스택에는 네트워크에 노드를 시운전하는 일관된 동작을 제공하는 기본 장치가 통합되어 있습니다. 근접 커미셔닝 방법인 Touchlink를 포함한 일반적인 커미셔닝 방법 세트를 제공합니다.

보안

보안은 중앙 방식과 분산 방식으로 나뉩니다

지그비 3.0은 향상된 네트워크 보안을 제공하며, 두 가지 유형의 네트워크를 만드는 두 가지 보안 방법이 있습니다.

노드는 속한 네트워크가 쓰는 보안 방법을 따릅니다.

확장성

250개 이상의 노드로 대규모 네트워크를 구성합니다

지그비 3.0은 무선 네트워크의 확장성과 복잡성을 지원해 250개 이상의 노드로 이뤄진 대규모 로컬 네트워크를 만들 수 있습니다. 네트워크에 노드가 연결되고 끊어지고 다시 연결되는 동적 동작을 처리하며, 상위 노드를 잃으면 하위 노드가 상위 노드를 거쳐 네트워크에 다시 참여하게 합니다. 지그비 메시 네트워크의 자가 치유 특성 덕분에 내부 라우팅을 방해하지 않고 노드가 네트워크에서 빠질 수 있습니다.

지그비 3.0은 이전 버전과 호환됩니다. Zigbee Light Link 1.0 또는 Home Automation 1.2 프로파일로 이미 개발한 응용 프로그램이 지그비 3.0에도 준비되어 있다는 뜻입니다. Smart Energy 프로파일은 기능 수준에서 지그비 3.0과 호환되지만, 프로파일 안에서만 해결되는 추가 보안 요구 사항이 있습니다.

지그비의 OTA(Over-The-Air) 업그레이드 기능으로 장치를 작동하는 중에 소프트웨어를 업데이트할 수 있어, 현장에 이미 배포한 장치의 응용 프로그램을 지그비 3.0으로 옮길 수 있습니다. OTA 업그레이드는 제조업체가 지그비 제품에서 지원하도록 권장하는 선택 기능입니다.

메시

메시 네트워크는 노드가 서로 여러 경로로 연결됩니다

메시 네트워크 구조를 설명하는 이미지.

메시 네트워킹 지원은 지그비 프로토콜의 핵심 구성 요소입니다. 메시 네트워크에서는 노드가 다른 노드와 서로 연결되어 여러 경로가 각 노드를 이으며, 내장된 메시 라우팅 테이블이 노드 간 연결을 동적으로 업데이트하고 최적화합니다.

메시 네트워크는 본질적으로 분산되어 있어 각 노드가 네트워크에서 스스로 검색할 수 있습니다. 노드가 네트워크를 벗어나면 메시 토폴로지로 새 네트워크 구조에 맞게 라우팅 경로를 다시 구성합니다. 메시 토폴로지와 애드혹 라우팅의 특성 덕분에 단일 노드의 조건 변화나 장애에도 더 안정적입니다.

활용

지그비는 여러 모니터링과 제어 분야에 쓰입니다

지그비는 저비용 저전력으로 무선 네트워크를 넓게 구축할 수 있습니다. 여러 모니터링 및 제어 응용에서 저렴한 배터리로 수년간 작동할 수 있습니다.

• 스마트 에너지 / 스마트 그리드
• AMR(Automatic Meter Reading)
• 조명 제어
• 빌딩 자동화 시스템
• 탱크 모니터링
• HVAC 제어
• 의료기기 및 차량 응용 분야

Digi XBee3

Digi XBee3는 지그비 기술을 담은 최신 제품군입니다

Digi는 Zigbee Alliance 회원이며 지그비 프로토콜을 바탕으로 폭넓은 네트워킹 제품을 개발했습니다. Digi XBee3는 여러 장치에 연결하는 기능을 갖췄고 구현하기 쉬운 Digi의 최신 제품군입니다.

자주 묻는 질문

참고 자료

• IEEE 802.15.4
• Zigbee Alliance
• Digi XBee3