ZigBee 기술 아키텍처 및 그 응용

현재의 통신 세계에서 사용할 수있는 높은 데이터 속도 통신 표준이 많이 있지만 이들 중 어느 것도 센서 및 제어 장치의 통신 표준을 충족하지 않습니다. 이러한 높은 데이터 속도의 통신 표준은 낮은 대역폭에서도 낮은 대기 시간과 낮은 에너지 소비를 요구합니다. 사용 가능한 독점 무선 시스템의 Zigbee 기술은 저비용 및 저전력 소비이며 우수하고 뛰어난 특성으로 인해이 통신은 여러 임베디드 애플리케이션 , 산업 제어 및 홈 오토메이션 등. 전송 거리에 대한 Zigbee 기술 범위는 주로 전력 출력 및 환경 특성에 따라 10 ~ 100 미터 범위입니다.

Zigbee 기술이란 무엇입니까?

Zigbee 통신은 무선 개인 영역 네트워크 (WPAN)에 대한 IEEE 802.15.4 표준에 따라 제어 및 센서 네트워크를 위해 특별히 제작되었으며 Zigbee 얼라이언스의 제품입니다. 이 통신 표준 낮은 데이터 속도로 많은 장치를 처리하기 위해 물리적 및 MAC (Media Access Control) 계층을 정의합니다. 이 Zigbee의 WPAN은 868MHz, 902-928MHz 및 2.4GHz 주파수에서 작동합니다. 250kbps의 데이터 전송률은 센서와 컨트롤러 간의 데이터를 주기적 및 중간 양방향 전송에 가장 적합합니다.

Zigbee 기술이란 무엇입니까?

Zigbee는 범위 내에서 10 ~ 100 미터를 커버하는 애플리케이션을 제어하고 모니터링하기 위해 널리 배포되는 저비용 저전력 메시 네트워크입니다. 이 통신 시스템은 다른 독점적 인 단거리보다 저렴하고 간단합니다. Bluetoot와 같은 무선 센서 네트워크 h 및 Wi-Fi.

Zigbee 모뎀

Zigbee는 마스터-마스터 또는 마스터-슬레이브 통신에 대해 서로 다른 네트워크 구성을 지원합니다. 또한 배터리 전력이 절약되므로 다양한 모드에서 작동 할 수 있습니다. Zigbee 네트워크는 라우터를 사용하여 확장 할 수 있으며 더 넓은 영역의 네트워크를 구축하기 위해 많은 노드가 서로 상호 연결될 수 있습니다.

Zigbee 기술의 역사

1990 년에는 자체 구성 애드혹 기능이있는 디지털 라디오 네트워크가 구현되었습니다. IEEE 802.15.4-2003과 같은 Zigbee 사양은 2004 년 12 월 14 일에 승인되었습니다. 사양 1.0은 2005 년 6 월 13 일 ZigBee 2004의 사양이라고하는 Zigbee Alliance에서 발표했습니다.

클러스터 라이브러리

2006 년 9 월에 2004 년 스택을 대체하여 Zigbee 2006의 사양이 발표되었습니다. 따라서이 사양은 주로 클러스터 라이브러리를 통해 2004 스택 내에서 사용되는 메시지와 키-값의 쌍 구조를 대체합니다.

라이브러리에는 ZigBee의 Home Automation, Smart Energy 및 Light Link와 같은 이름을 가진 클러스터라는 그룹 아래에 계획된 일관된 명령 집합이 포함되어 있습니다. 2017 년에 라이브러리는 Zigbee Alliance에서 Dotdot로 이름을 바꾸고 새로운 프로토콜로 발표했습니다. 따라서이 Dotdot은 거의 모든 Zigbee 장치에서 기본 응용 프로그램 계층으로 작동했습니다.

Zigbee Pro

2007 년에 Zigbee 2007과 같은 Zigbee Pro가 완성되었습니다. 레거시 Zigbee 네트워크에서 작동하는 장치의 한 종류입니다. 라우팅 옵션의 차이로 인해 이러한 장치는 레거시 Zigbee 네트워크에서 비 라우팅 ZED 또는 Zigbee 엔드 장치 (ZED)로 전환되어야합니다. 레거시 Zigbee 장치는 Zigbee Pro 네트워크에서 Zigbee 엔드 장치로 전환되어야합니다. 2.4GHz ISM 대역을 통해 작동하며 sub-GHz 대역을 포함합니다.

Zigbee 기술은 어떻게 작동합니까?

Zigbee 기술은 서로 다른 장치가 서로 대화 할 수 있도록하여 디지털 라디오와 함께 작동합니다. 이 네트워크에서 사용되는 장치는 라우터, 코디네이터 및 최종 장치입니다. 이러한 장치의 주요 기능은 코디네이터의 지침과 메시지를 전구와 같은 단일 최종 장치로 전달하는 것입니다.

이 네트워크에서 코디네이터는 시스템의 원점에 배치되는 가장 필수적인 장치입니다. 각 네트워크에는 서로 다른 작업을 수행하는 데 사용되는 코디네이터가 하나뿐입니다. 그들은 채널을 스캔하고 최소한의 간섭을 통해 가장 적합한 채널을 찾는 데 적합한 채널을 선택하고, 그렇지 않으면 메시지가 네트워크에서 전송 될 수 있도록 네트워크 내의 모든 장치에 전용 ID와 주소를 할당합니다. .

라우터는 코디네이터와 다양한 노드 간의 메시지 라우팅을 담당하는 최종 장치 사이에 배열됩니다. 라우터는 코디네이터로부터 메시지를 받고 최종 장치가 메시지를받을 수있는 상황이 될 때까지 저장합니다. 또한 다른 최종 장치와 라우터가 네트워크에 연결할 수 있습니다.

이 네트워크에서 작은 정보는 Zigbee 네트워크 유형에 따라 라우터 또는 코디네이터와 같은 상위 노드와 통신하여 엔드 디바이스에서 제어 할 수 있습니다. 최종 기기는 서로를 통해 직접 대화하지 않습니다. 첫째, 모든 트래픽은 라우터와 같은 상위 노드로 라우팅 될 수 있으며, 라우터는 장치의 수신 측이이를 인식 할 수있는 상황이 될 때까지이 데이터를 보유합니다. 최종 장치는 부모로부터 대기중인 메시지를 요청하는 데 사용됩니다.

Zigbee 아키텍처

Zigbee 시스템 구조는 Zigbee Coordinator, Router, End device의 세 가지 유형의 장치로 구성됩니다. 모든 Zigbee 네트워크는 네트워크의 루트 및 브리지 역할을하는 하나 이상의 코디네이터로 구성되어야합니다. 코디네이터는 데이터 수신 및 전송 작업을 수행하는 동안 정보를 처리하고 저장할 책임이 있습니다.

Zigbee 라우터는 데이터가 다른 장치와주고받을 수 있도록하는 중간 장치 역할을합니다. 최종 장치는 그림과 같이 배터리 전원이 절약되도록 상위 노드와 통신하는 기능이 제한됩니다. 라우터, 코디네이터 및 최종 장치의 수는 스타, 트리 및 메시 네트워크와 같은 네트워크 유형에 따라 다릅니다.

Zigbee 프로토콜 아키텍처는 다양한 계층의 스택으로 구성됩니다. IEEE 802.15.4 이 프로토콜은 Zigbee 고유의 네트워크 및 애플리케이션 계층을 축적하여 완성되는 동안 물리적 계층과 MAC 계층으로 정의됩니다.

ZigBee 기술 아키텍처

물리적 계층 :이 계층은 각각 신호 송수신시 변조 및 복조 작업을 수행합니다. 이 레이어의 주파수, 데이터 속도 및 채널 수는 다음과 같습니다.

MAC 계층 :이 계층은 반송파 감지 다중 액세스 충돌 방지 (CSMA)를 통해 서로 다른 네트워크에 액세스하여 안정적인 데이터 전송을 담당합니다. 이것은 또한 통신 동기화를위한 비콘 프레임을 전송합니다.

네트워크 계층 :이 계층은 네트워크 설정, 최종 장치 연결, 네트워크 연결 해제, 라우팅, 장치 구성 등과 같은 모든 네트워크 관련 작업을 처리합니다.

애플리케이션 지원 하위 계층 :이 계층은 Zigbee 장치 개체 및 응용 프로그램 개체에 필요한 서비스가 데이터 관리 서비스를 위해 네트워크 계층과 인터페이스 할 수 있도록합니다. 이 계층은 서비스 및 요구 사항에 따라 두 장치를 일치시키는 역할을합니다.

애플리케이션 프레임 워크 : 키-값 쌍과 일반 메시지 서비스로 두 가지 유형의 데이터 서비스를 제공합니다. 일반 메시지는 개발자가 정의한 구조 인 반면 키-값 쌍은 애플리케이션 개체 내에서 속성을 가져 오는 데 사용됩니다. ZDO는 Zigbee 장치에서 응용 프로그램 개체와 APS 계층 간의 인터페이스를 제공합니다. 네트워크에 다른 장치를 감지, 시작 및 바인딩하는 역할을합니다.

Zigbee 작동 모드 및 토폴로지

Zigbee 양방향 데이터는 비 비콘 모드와 비콘 모드의 두 가지 모드로 전송됩니다. 비콘 모드에서 코디네이터와 라우터는 들어오는 데이터의 활성 상태를 지속적으로 모니터링하므로 더 많은 전력이 소비됩니다. 이 모드에서 라우터와 코디네이터는 언제든지 노드가 깨어나 통신 할 수 있기 때문에 휴면 상태가 아닙니다.

그러나 대부분의 장치가 네트워크에서 오랜 기간 동안 비활성 상태에 있기 때문에 더 많은 전원 공급이 필요하고 전체 전력 소비가 낮습니다. 비콘 모드에서 최종 장치의 데이터 통신이 없으면 라우터와 코디네이터가 절전 상태로 들어갑니다. 이 코디네이터는 주기적으로 깨어나 비콘을 네트워크의 라우터로 전송합니다.

이러한 비콘 네트워크는 시간 슬롯에서 작동합니다. 즉, 필요한 통신으로 인해 듀티 사이클이 낮아지고 배터리 사용량이 길어질 때 작동합니다. Zigbee의 이러한 비콘 및 비 비콘 모드는 주기적 (센서 데이터), 간헐적 (라이트 스위치) 및 반복적 인 데이터 유형을 관리 할 수 ​​있습니다.

Zigbee 토폴로지

Zigbee는 여러 네트워크 토폴로지를 지원하지만 가장 일반적으로 사용되는 구성은 스타, 메시 및 클러스터 트리 토폴로지입니다. 모든 토폴로지는 하나 이상의 코디네이터로 구성됩니다. 스타 토폴로지에서 네트워크는 네트워크를 통해 장치를 시작하고 관리하는 하나의 코디네이터로 구성됩니다. 다른 모든 장치는 코디네이터와 직접 통신하는 최종 장치라고합니다.

이것은 모든 엔드 포인트 장치가 필요한 산업에서 사용됩니다. 중앙 컨트롤러와 통신 이며이 토폴로지는 간단하고 배포하기 쉽습니다. 메시 및 트리 토폴로지에서 Zigbee 네트워크는 코디네이터가 라우터를 응시하는 여러 라우터로 확장됩니다. 이러한 구조를 통해 모든 장치는 데이터에 중복성을 제공하기 위해 다른 인접 노드와 통신 할 수 있습니다.

노드가 실패하면 정보는 이러한 토폴로지에 의해 다른 장치로 자동 라우팅됩니다. 중복성이 산업의 주요 요소이므로 메시 토폴로지가 주로 사용됩니다. 클러스터 트리 네트워크에서 각 클러스터는 리프 노드가있는 코디네이터로 구성되며 이러한 코디네이터는 전체 네트워크를 시작하는 상위 코디네이터에 연결됩니다.

저비용 및 저전력 작동 모드 및 토폴로지와 같은 Zigbee 기술의 장점으로 인해이 단거리 통신 기술은 Bluetooth, Wi-Fi 등과 같은 다른 독점 통신에 비해 여러 애플리케이션에 가장 적합합니다. Zigbee의 범위, 표준 등과 같은 비교는 아래에 나와 있습니다.

Zigbee에서 데이터 전송률이 낮은 이유는 무엇입니까?

Bluetooth는 물론 고속 데이터를 제공하는 WiFi와 같은 다양한 유형의 무선 기술이 시장에 나와 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 ZigBee 개발의 주된 목적은 무선 제어 및 모니터에 활용하는 것이기 때문에 Zigbee의 데이터 속도는 더 낮습니다.

이러한 응용 프로그램에서 사용되는 통신 빈도와 데이터의 양은 매우 적습니다. 그러나 IEEE 802.15.4와 같은 네트워크는 높은 데이터 속도를 얻을 가능성이 있으므로 Zigbee 기술은 네트워크 IEEE 802.15.4를 기반으로합니다.

IoT의 Zigbee 기술

우리는 Zigbee가 Bluetooth 및 WiFi와 유사한 통신 기술의 한 종류라는 것을 알고 있지만, 홈 자동화 애플리케이션을위한 옵션 인 Thread와 같은 새로운 네트워킹 대안도 많이 있습니다. 주요 도시에서는 IoT 기반의 더 넓은 지역 사용 사례를 위해 Whitespace 기술이 구현되었습니다.

ZigBee는 저전력 WLAN (무선 근거리 통신망) 사양입니다. 배터리를 끄는 자주 연결되는 장치를 통해 적은 전력을 사용하여 더 적은 데이터를 제공합니다. 이로 인해 개방형 표준은 M2M (machine-to-machine) 통신과 산업용 IoT (사물 인터넷)를 통해 연결되었습니다.

Zigbee는 전 세계적으로 수용되는 IoT 프로토콜이되었습니다. 이미 Bluetooth, WiFi 및 Thread와 경쟁하고 있습니다.

Zigbee 장치

IEEE 802.15.4 Zigbee의 사양에는 주로 FPD (Full-Function Devices)와 RFD (Reduced-Function Devices)와 같은 두 가지 장치가 포함됩니다. FFD 장치는 사양 내에서 설명 된 다양한 작업을 수행하며 네트워크 내의 모든 작업을 채택 할 수 있습니다.

RFD 장치에는 부분 기능이 있으므로 제한된 작업을 수행하고이 장치는 네트워크 내의 모든 장치와 대화 할 수 있습니다. 네트워크 내에서주의를 기울일뿐만 아니라 작동해야합니다. RFD 장치는 FFD 장치와 간단하게 대화 할 수 있으며 스위치를 활성화 및 비활성화하여 스위치를 제어하는 ​​것과 같은 간단한 애플리케이션에 사용됩니다.

IEEE 802.15.4 n / w에서 Zigbee 장치는 Coordinator, PAN Coordinator 및 Device와 같은 세 가지 역할을 수행합니다. 여기서 FFD 장치는 코디네이터이자 PAN 코디네이터 인 반면 장치는 RFD / FFD 장치입니다.

코디네이터의 주요 기능은 메시지를 전달하는 것입니다. 개인 영역 네트워크에서 PAN 컨트롤러는 필수 컨트롤러이며 장치는 코디네이터가 아닌 것처럼 알려져 있습니다.
ZigBee 표준은 Zigbee 디바이스, PAN 코디네이터, 코디네이터 및 아래에서 논의되는 코디네이터, 라우터, 엔드 디바이스와 같은 ZigBee의 표준 사양에 따라 3 개의 프로토콜 디바이스를 생성 할 수 있습니다.

Zigbee 코디네이터

FFD 장치에서는 네트워크를 형성하는 데 사용되는 PAN 코디네이터입니다. 네트워크가 설정되면 네트워크 내에서 사용되는 장치에 대한 네트워크 주소를 할당합니다. 또한 최종 장치간에 메시지를 라우팅합니다.

Zigbee 라우터

Zigbee 라우터는 Zigbee 네트워크의 범위를 허용하는 FFD 장치입니다. 이 라우터는 네트워크에 더 많은 장치를 추가하는 데 사용됩니다. 때로는 Zigbee End Device 역할을합니다.

Zigbee 엔드 디바이스

이것은 센서에 물리적으로 연결되어 제어 작업을 수행하는 라우터도 코디네이터도 아닙니다. 애플리케이션에 따라 RFD 또는 FFD가 될 수 있습니다.

ZigBee가 WiFi보다 나은 이유는 무엇입니까?

Zigbee에서는 데이터 전송 속도가 WiFi에 비해 낮기 때문에 최고 속도는 250kbps입니다. Wi-Fi의 속도가 느릴 때보 다 훨씬 적습니다.

Zigbee의 또 다른 최고의 품질은 전력 사용률과 배터리 수명입니다. 프로토콜은 일단 조립되면 잊어 버릴 수 있기 때문에 몇 달 동안 지속됩니다.

ZigBee를 사용하는 장치는 무엇입니까?

다음 장치 목록은 ZigBee 프로토콜을 지원합니다.

• Belkin WeMo
• 삼성 SmartThings
• Yale 스마트 잠금
• 필립스 후에
• Honeywell의 온도 조절기
• 이케아 트라 드 프리
• 보쉬의 보안 시스템
• 삼성의 Comcast Xfinity Box
• Hive Active 난방 및 액세서리
• 아마존 에코 플러스
• 아마존 에코 쇼

모든 Zigbee 장치를 개별적으로 연결하는 대신 모든 장치를 제어하려면 중앙 허브가 필요합니다. 위에서 언급 한 장치 인 SmartThings와 Amazon Echo Plus는 Wink 허브처럼 네트워크 내에서 중요한 역할을 수행하는 데 사용할 수도 있습니다. 중앙 허브는 네트워크에서 지원되는 모든 장치를 검색하고 중앙 앱을 통해 위 장치를 간단하게 제어 할 수 있습니다.

ZigBee와 Bluetooth의 차이점은 무엇입니까?

Zigbee와 Bluetooth의 차이점은 아래에서 설명합니다.

LoRa와 ZigBee의 차이점은 무엇입니까?

LoRa와 Zigbee의 주요 차이점은 아래에서 설명합니다.

Zigbee 기술의 장점과 단점

Zigbee의 장점은 다음과 같습니다.

• 이 네트워크는 유연한 네트워크 구조를 가지고 있습니다.
• 배터리 수명이 좋습니다.
• 전력 소비가 적습니다.
• 수정하기 매우 간단합니다.
• 약 6500 개의 노드를 지원합니다.
• 더 적은 비용.
• 자체 치유가 가능할뿐만 아니라 더 안정적입니다.
• 네트워크 설정은 매우 쉽고 간단합니다.
• 중앙 컨트롤러가 포함되어 있지 않으므로 부하가 네트워크 전체에 고르게 분산됩니다.
• 리모컨을 사용하여 가전 제품 모니터링 및 제어가 매우 간단합니다.
• 네트워크는 확장 가능하며 ZigBee 단말 장치를 네트워크에 쉽게 추가 / 원격시킬 수 있습니다.

Zigbee의 단점은 다음과 같습니다.

• 소유자의 Zigbee 기반 장치를 제어하려면 시스템 정보가 필요합니다.
• WiFi와 비교할 때 안전하지 않습니다.
• Zigbee 기반 가전 제품 내에서 문제 발생시 높은 교체 비용
• Zigbee의 전송률은 더 적습니다.
• 여러 최종 장치는 포함되지 않습니다.
• 공식적인 개인 정보에 사용되는 것은 매우 위험합니다.
• 커버리지 제한이 적어 실외 무선 통신 시스템으로 사용되지 않습니다.
• 다른 유형의 무선 시스템과 마찬가지로이 ZigBee 통신 시스템은 권한이없는 사람에게 방해가되기 쉽습니다.

Zigbee 기술의 응용

ZigBee 기술의 응용은 다음과 같습니다.

공업 자동화: 제조 및 생산 산업에서 통신 링크는 다양한 매개 변수와 중요 장비를 지속적으로 모니터링합니다. 따라서 Zigbee는이 통신 비용을 상당히 절감 할뿐만 아니라 제어 프로세스를 최적화하여 안정성을 높입니다.

홈 오토메이션 : Zigbee는 원격으로 가전 제품 제어 조명 시스템 제어, 기기 제어, 난방 및 냉각 시스템 제어, 안전 장비 작동 및 제어, 감시 등으로 사용됩니다.

스마트 미터링 : 스마트 계량의 Zigbee 원격 작업에는 에너지 소비 대응, 가격 지원, 전력 도난에 대한 보안 등이 포함됩니다.

스마트 그리드 모니터링 : 이 스마트 그리드에서 Zigbee 운영에는 원격 온도 모니터링 , 오류 찾기, 무효 전력 관리 등.

ZigBee 기술은 무선 지문 출석 시스템 및 홈 자동화와 같은 엔지니어링 프로젝트를 구축하는 데 사용됩니다.

Zigbee 기술의 아키텍처, 운영 모드, 구성 및 응용 프로그램에 대한 간략한 설명입니다. 이 제목에 대해 더 잘 이해할 수 있도록 충분한 콘텐츠를 제공해 주셨기를 바랍니다. 따라서 이것은 Zigbee 기술의 개요에 관한 것이며 IEEE 802.15.4 네트워크를 기반으로합니다. 이 기술의 설계는 매우 강력하여 모든 종류의 환경에서 작동합니다.

다양한 환경에 대한 보안과 유연성을 제공합니다. Zigbee 기술은 네트워크가 광범위한 지역을 제어 할 수 있도록하여 일관된 메시 네트워킹을 제공하고 저전력 통신을 제공하기 때문에 시장에서 많은 인기를 얻었습니다. 그래서 이것은 완벽한 IoT 기술입니다. 여기에 질문이 있습니다. 시장에서 사용할 수있는 다양한 무선 통신 기술은 무엇입니까? 추가 도움말 및 기술 지원이 필요하면 아래에 의견을 남겨주세요.