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Zigbee Reference

Zigbee IoT 프로토콜 레퍼런스

25개 결과

Zigbee Reference 소개

Zigbee 레퍼런스는 스마트 홈, 산업 자동화, 빌딩 관리 시스템의 저전력, 저데이터 전송률 IoT 애플리케이션을 위해 설계된 IEEE 802.15.4 기반 메시 네트워킹 표준인 Zigbee 무선 통신 프로토콜에 대한 종합 가이드입니다. Coordinator의 PAN 생성, 채널 11~26에서의 채널 선택, Router와 End Device의 네트워크 참여 등 네트워크 형성부터 Zigbee Cluster Library(ZCL)를 사용한 애플리케이션 레이어 클러스터 작업까지 완전한 Zigbee 스택을 다룹니다.

이 레퍼런스는 Zigbee 개념을 여섯 가지 필수 카테고리로 분류합니다. 네트워크(PAN 형성, 참여/탈퇴, PAN ID 설정, 채널 선택), 디바이스(Coordinator, Router, End Device, Sleepy End Device 역할과 각각의 동작 및 전력 프로파일), 클러스터(On/Off, Level Control, Temperature Measurement, ZCL 클러스터 모델), 바인딩(디바이스 간 바인딩, 그룹 바인딩, 자동 속성 보고 설정, Find and Bind EZ-Mode), 보안(AES-128 Network Key 암호화, 안전한 참여를 위한 Install Code, Trust Center 아키텍처, 분산 보안 모드), 프로파일(Home Automation, Zigbee Light Link, Green Power 에너지 하베스팅, Zigbee 3.0 통합 표준)입니다.

Nordic nRF52840, Silicon Labs EFR32, Texas Instruments CC2652에서 ZBOSS 스택을 사용하여 Zigbee 펌웨어를 개발하든 이 레퍼런스는 안정적인 메시 네트워크를 구현하는 데 필요한 프로토콜 수준의 이해를 제공합니다. Zigbee의 자가 치유 메시 토폴로지를 통해 Router가 여러 홉에 걸쳐 데이터를 중계하고, Sleepy End Device는 적극적인 전력 관리를 통해 수년의 배터리 수명을 달성하며, ZCL은 벤더 간 상호 운용 가능한 애플리케이션 프로파일을 제공합니다. Base Device Behavior(BDB)와 의무적 Install Code 보안으로 모든 프로파일을 통합한 Zigbee 3.0을 통해 Philips Hue, IKEA TRADFRI, Amazon Echo 같은 제품에 사용되는 현대 표준을 다룹니다.

주요 기능

  • Coordinator의 채널 스캐닝과 PAN ID 할당을 포함한 PAN 형성 및 네트워크 참여/탈퇴 절차
  • Coordinator(Trust Center), Router(메시 중계), End Device, 폴링 간격이 있는 Sleepy End Device를 다루는 디바이스 역할 레퍼런스
  • On/Off(0x0006), Level Control(0x0008), Color Control(0x0300), Temperature Measurement(0x0402)를 포함한 ZCL 클러스터 작업
  • 직접 디바이스 간 통신, 그룹 주소 지정, 최소/최대 간격이 있는 자동 속성 보고를 위한 바인딩 설정
  • Trust Center 키 배포와 Install Code 사전 공유 키 안전 참여가 포함된 AES-128 Network Key 암호화
  • Initiator와 Target 엔드포인트 간 자동 바인딩을 위한 Find and Bind(EZ-Mode) 커미셔닝
  • Home Automation, Zigbee Light Link, Green Power 에너지 하베스팅, Zigbee 3.0 통합 프로파일 레퍼런스
  • 설정 가능한 에이징 타임아웃, RX-on-when-idle 제어, 롱 폴 간격을 갖춘 Sleepy End Device 전력 관리

자주 묻는 질문

Zigbee에서 Coordinator, Router, End Device의 차이점은 무엇인가요?

Coordinator는 PAN을 생성하고, 네트워크 주소를 할당하며, 라우팅 테이블을 관리하고, 보안 키 배포를 위한 Trust Center 역할을 합니다. 네트워크당 정확히 하나의 Coordinator가 존재합니다. Router는 메시 네트워크에서 데이터를 중계하고, 자식 디바이스를 관리하며, 항상 전원이 켜져 있습니다(always-on). End Device는 부모 Router를 통해서만 통신하며 다른 노드의 데이터를 중계할 수 없는 센서나 액추에이터입니다. Sleepy End Device는 슬립 모드를 지원하여 주기적으로 부모에게 대기 메시지를 확인하며, 수년의 배터리 수명을 달성합니다.

Zigbee의 메시 네트워킹은 어떻게 자가 치유 토폴로지를 가능하게 하나요?

Zigbee 메시 네트워크에서 Router는 라우팅 테이블을 유지하고 여러 홉을 통해 패킷을 목적지로 전달할 수 있습니다. Router가 실패하거나 경로를 사용할 수 없게 되면 네트워크가 자동으로 다른 Router를 통한 대체 경로를 발견합니다. 이 자가 치유 동작은 Router를 더 추가할수록 네트워크 신뢰성과 커버리지 범위가 모두 증가함을 의미합니다. 메시 토폴로지는 Wi-Fi 같은 스타 네트워크와 근본적으로 다른데, Coordinator 외에는 단일 장애점이 없습니다.

Zigbee Cluster Library(ZCL)란 무엇이며 상호 운용성을 어떻게 가능하게 하나요?

ZCL은 기능별로 분류된 표준화된 명령 및 속성 그룹을 정의합니다. 각 클러스터는 숫자 ID를 가지며(예: On/Off는 0x0006, Level Control은 0x0008, Temperature Measurement는 0x0402) 서버 측 속성과 클라이언트 측 명령을 모두 지정합니다. 모든 Zigbee 디바이스가 동일한 클러스터 정의를 구현하므로, 두 제품이 모두 On/Off 클러스터를 지원하면 한 벤더의 스위치가 다른 벤더의 조명을 제어할 수 있습니다. 이 클러스터 기반 아키텍처가 Zigbee 생태계의 다중 벤더 상호 운용성을 가능하게 합니다.

Zigbee 디바이스 간 바인딩은 어떻게 동작하나요?

바인딩은 소스 엔드포인트와 대상 엔드포인트 간에 직접 통신 링크를 생성합니다. 바인딩 후 소스 디바이스는 매번 주소를 지정하지 않고도 대상에 직접 클러스터 명령을 보낼 수 있습니다. 그룹 바인딩은 그룹 주소로 명령을 보내 해당 그룹에 참여한 모든 디바이스에 도달합니다. 리포팅 설정은 바인딩된 소스에서 대상으로 자동 속성 보고(예: 60초마다 또는 0.5도 변화 시 온도 보고)를 가능하게 합니다. Find and Bind(EZ-Mode)는 검색 프로토콜을 통해 이 과정을 자동화합니다.

Zigbee 보안은 Network Key와 Install Code로 어떻게 동작하나요?

Zigbee는 네트워크 레이어에서 AES-128 암호화를 사용합니다. Trust Center(Coordinator)가 Network Key를 생성하고 인증된 모든 디바이스에 배포합니다. 기본 중앙 집중식 보안 모델에서 새 디바이스는 참여 시 Network Key를 수신합니다. Install Code는 디바이스별 사전 공유 키(16바이트 + 2바이트 CRC)를 사용하여 더 강력한 보안을 제공하며, 디바이스 참여 전에 Trust Center에 등록됩니다. Install Code는 키 교환을 위한 고유 Link Key를 도출하여 참여 과정에서의 도청을 방지합니다. Zigbee 3.0은 Install Code 지원을 의무화합니다.

Sleepy End Device란 무엇이며 어떻게 저전력 소비를 달성하나요?

Sleepy End Device(SED)는 RX-on-when-idle가 false로 설정된 End Device로, 대부분의 시간 동안 라디오가 꺼져 있습니다. 롱 폴 간격(예: 60초마다)에 따라 주기적으로 깨어나 부모 Router에 대기 메시지가 있는지 확인합니다. 에이징 타임아웃(예: 64분)은 부모가 메시지를 버퍼링하는 기간을 정의합니다. 이 적극적인 슬립 스케줄과 2.4GHz IEEE 802.15.4 라디오의 낮은 송신 전력이 결합되어 SED가 코인 셀 배터리로 수년간 작동할 수 있어 센서와 스위치에 이상적입니다.

Zigbee 3.0과 이전 Zigbee 프로파일의 차이점은 무엇인가요?

Zigbee 3.0은 모든 이전 애플리케이션 프로파일(Home Automation, Light Link, Building Automation 등)을 Base Device Behavior(BDB)에 따라 단일 표준으로 통합합니다. 3.0 이전에는 다른 프로파일의 디바이스가 같은 네트워크에서도 상호 운용할 수 없었습니다. Zigbee 3.0은 Install Code 보안을 의무화하고, 간소화된 디바이스 페어링을 위한 EZ-Mode 커미셔닝을 도입하며, 인증된 모든 디바이스가 애플리케이션 도메인에 관계없이 상호 운용 가능하도록 보장합니다. 2016년 이후 인증된 제품은 Zigbee 3.0을 준수해야 합니다.

Green Power 프로파일은 에너지 하베스팅 디바이스에서 어떻게 동작하나요?

Green Power는 배터리 대신 버튼 누름, 움직임, 빛, 온도 차이에서 에너지를 수확하는 초저전력 디바이스를 위한 Zigbee 프로파일입니다. Green Power Device(GPD)는 에너지 하베스팅 이벤트에 의해 트리거되는 짧은 단방향 전송을 보냅니다. Green Power Proxy(일반적으로 Router)가 이 프레임을 Zigbee 네트워크로 중계합니다. GPD는 영구적인 전원이 없으므로 사전 커미셔닝된 키를 사용한 간소화된 보안을 사용하며 네트워크 상태를 유지할 수 없습니다. 이 프로파일은 EnOcean 기반 제품 같은 에너지 하베스팅 스위치에 사용됩니다.