Zigbee 지그비통신

 지그비  

대학시절  구상하던프로젝트가 있어서 결론적으로 사용하게 되었던 프로토콜이다.  

그후 몇년이 지난 지금 어쩌다보니 다시 찾게 된다. 

그만 많은 발전을 이루었는지 예전과는 다른 발전방향성과 새롭게 대두되는 

발전가능성과 사용성의 강점들로 인해 새롭게 조명되고있다.

가장 강점은 저절력 네트워크 구성 및 저렴한 가격이겠다.

아래는 관련 자료.

1. 개념 및 기본 정보 

zigbee 2004

zigbee 2006

zigbee pro

가장먼저

지그비 통신 구성에는 

p to p , start , mesh, multi hop 이 있다.

스펙  (네이버지식사전)

저속 전송 속도를 갖는 홈 오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술. 버튼 하나로 하나의 동작을 잡아 집안 어느 곳에서나 전등 제어 및 홈보안 시스템 VCR on/off 등을 할 수 있고, 인터넷을 통한 전화 접속으로 홈 오토메이션을 더욱 편리하게 이용하려는 것에서부터 출발한 기술이다. IEEE 802.15.4에서 표준화가 진행되며, 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀 방식은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS)이며, 데이터 전송 속도는 20~250kbps이다.

지그비 자체가 text base 저속 통신위주의 통신을 지향하기 떄문에 구현시에도 모듈간에 uart 인터페이스를 가지는경우가 많다.  그래서 임베디드환경에서 구현상의 이점을 가진다.  쉬우니까.

속도를 비교하자면 멀티미디어 지원이 가능한 블루투스 등을 가장 많이 비교하는데 속도면에 서는 많은차이를 보인다.

4배이상느리다.. 지그비가 하지만 연결망 구형이 훨씬다양하고 연결 시걸리는 타임이 엄청 차이난다. 

블루투스 10sec, 지그비 10ms.

블루투스는 p to p 지향이지만 지그비는 여러 연결을 사용할수 있다 하지만 사전에 연결 설정에 대한 정보를 설정 해놓아 한다.

전송거리.  실제 안테나 미설치지 100m 정도를 사용하능하고 그외 보조 장치 설치지 수 km 를 전송할수있다고 한다.

지그비 특징

      -  IEEE 802.15.4기반

      - WPAN기술중 최저 전력 : 100mW 미만

      - 이론상 100m 이내 통신가능, 실제 50m 정도

      - 이론상 65536 노드 수용가능.

      - 26의 채널이 존재, 250kbps 속도. (간단한 데이터를 전송하기 때문에 저속이여도 상관없다.)

     - 프로토콜 : 통신 규약

     - 표준 : 각각 다른 업체들마다 각기 다른 프로토콜이 아닌 동일한 프로토콜을 사용하도록 재정한것.

     - 지그비 표준 : IEEE 802.15.4 + 지그비 스펙

                          국제민간단체인 지그비 연합(Zigbee Alliance)에서 재정.

                          지그비 스펙 : NWK + APS + {security, ZDO}

     - 지그비 구조 : 스택 구조 ( 지그비 스택)

        IEEE 표준 [물리계층/매체접근제어(MAC)계층]

        지그비스펙 [네트워크 계층 / 응용지원 계층]

  4) 지그비 주파수

     - 2.4GHz(전세계) : 우리나라에서 사용 : 16채널 // ISM : 전파 사용의 제한이 없는 주파수 대역대 사용. (무선랜, 전자렌지등의 전파간섭 발생가능)

     - 915MHz(미국) : 10 채널

     - 868MHz(유럽) : 1 채널

[출처모듈] 1장. 지그비 개요|작성자 개구리

모듈 제조사에서는 zigbee 칩을 구매하여 모듈을 제작하는데 모든 네트워크 구성을 한모듈안에 넣는 경우는 없는것같다. 

애당초 구현 목적인 저가격일수가 없으니까. 

그래서 구매자는 모듈별 지원 망구성형태를 고려해서 구매해야한다.

그외 무선 특성이 나  그외 스펙은 속도를 제외한것 들에 대해서는 각 제조사마다의 재량에 달려있기 때문에 입맛에 맛는걸 구매하면된다. 편의 사항으로 zigbee to usb or rs232 등등이 있다. 

그러나  아래와 같은 부분은 유심히 살펴봐야한다. 위에서 언급한 지원사양이다. .

ZigBee 네트워크

·         Network topology: Mesh ·         Stack profile: ZigBee 2007 / ZigBee Pro ·         Network addressing: Channel, PAN ID, EPID

2. 구성 정보.

  

    크게  각 모듈은 다음 두가지 타입을 가진다. 

   FFD (Full function device ) RFD (reduced function device)

 FFD 는 

codinator, router, device 모드가 가능하다.

위 모드의 사용 장점으로는 네트워크 구성에 제약 없음, 코디네이터가능, 네트워크상의 모든장비와 통신가능

RFD 는 

Device 로만 동작가능 ,  제한된start 구성만 가능, 코디네이터 안됨, 부모라우터오만 통신 가능.

좀더 자세한 설명

지그비 코디네이터

가장 중요한 디바이스로 네트워크를 형성하고 다른 네트워트들과 연결시킨다. 각각의 네트워크에는 단 한 개의 코디네이터가있다. 지그비 코디네이터는 네트워크에 관한 정보를 저장할 수 있고, trust center 또는 보안 키를 위한 저장소로서의 역할도수행한다.

지그비 라우터

라우터는 애플리케이션 기능뿐만 아니라, 다른 디바이스로부터의 데이터를 전달할 수 있는 라이터로서의 기능도 할 수 있다.

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.

스택 그림 설명.

3. 통신 및 사용.

 지그비 의 통신 및 사용에 대한 설명

     처음 유념할것은  지그비의 통신프로톨에 대한것은 표준으로 정의 되어있지만. 해당 지그비모듈을 제조 하는 제조사는 사용의 편의 를위해 각각 다른 방향의 구현이 다르다. 그러기때문에 여러 제조사모듈을 혼합한다면 당연히.

상당히 구현에 불편함을 느껴야 할것이다.

가장 관심이 가는 데이터 송수신에는 

유니캐스트, 멀티 캐스트, 브로드 캐스트

유니캐스트는 특정 타겟, 멀티캐스트는 특정 장비그룹, 브로드캐스트는 네트워크 상에 존재하는 모든 지그비 장비에게.

 

그리고 커맨드 모드, (한 명령어로 허용되는 데이터향을 한번에 보냄), 데이터모드 (많은 양의 데이터를 보낼때 데이터모드로 변호나하여 데이터를 연속적으로 보냄.)    <<이것은 특정모듈 제조사에서만 지원하는 별도의 편의사양인듯.

여기서 유념할것은 

특정 장비에 대한 전송인데   모듈은 두개의 ID 정보를 가지는데 64bit (제조과정부여) 16bit(직접부여 네트워크 참여시 자동) 이 있다.

통신 의 구현 부분에서는 정식 표준 문서를 참조하는것이 좋을듯하다.

관련 사이트.

http://www.zigbee.org/

http://chipsen.com/index.html?PNO=132029614611729300&pg_no=131493870548142000&pageType=detail&uid=131970196231431800