[지그비란 무엇인가] 지그비의 구조, IEEE 802.15.4와 ZigBee Stack (http://blog.naver.com/ubicomputing/150095463657)

오늘은 지그비의 구조에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

아래 그림은 지그비 프로토콜 스택을 표여주는 그림입니다. 곰곰히 들여다 보면 크게 지그비 구조가 세부분으로 나뉘는데 확인하셨나요?

그림: http://postfiles7.naver.net/20101014_134/ubicomputing_12870195776719CHTY_JPEG/zigbee_layers.jpg?type=w2

예, IEEE 802.15.4부분과 Zigbee Alliance부분과 OEM부분입니다.  모든 IT기기에 HW/SW가 존재하듯이 지그비 구조도 더 단순하게 본다면 HW/SW로 볼 수있습니다. 여기서 하드웨어에 해당하는 부분이 IEEE 802.15.4 이고 소프트웨어에 해당하는 부분이 Zigbee Alliance부분이라고 볼 수 있습니다.  IEEE 802.15.4의 레이어를 보면 PHY와 MAC레이어를 보실수가 있는데 둘다 물리적 계층의 통신을 담당하는 부분이죠. 반면에 Network 및 Security 레이어는high level 지그비 프로토콜입니다. 그리고 그 지그비 프로토콜 위에서 지그비모듈 등을 제어하는 특정 어플리케이션이 제작되어 올라는 것이죠.

그러면 IEEE 802.15.4 부분을 살펴볼까요?

제가 사랑하는 위키피디아에 의하면 IEEE 802.15.4는

IEEE 802.15.4-2006은 물리 계층(PHY)과 미디어 액세스 콘트롤 계층(MAC)을 정의하는 표준으로서, 저속도 무선 개인 통신망(Low Rate Wireless Personal Networks, LR-WPANs)를 위한 표준 중 하나이다. IEEEE 802.15 워킹 그룹이 관리하고 있다.

IEEE 802.15.4-2006은 직비, 와이어리스하트(WirelessHART), 마이와이(MiWi) 표준의 기저 계층이 되었다. 앞서 말한 표준 각각은 IEEE 802.15.4-2006표준이 커버하고 있지 않은 상위 프로토콜 스택을 정의함으로써 완전한 통신망 솔루션을 제공하고자 하고 있다. 한편 IEEE 802.15.4-2006을 가지고 6LoWPAN(소위, 센서 네트워크와 IPv6 네트워크를 직접 연동하는 기술)과 표준 인터넷 프로토콜과 함께 써서, 이른바 와이어리스 임베디드 인터넷(Wireless Embedded Internet)을 만들 수 있기도 하다.

또,

IEEE 표준 802.15.4는 무선 개인 통신망(WPAN)의 기본적인 하위 네트워크 계층을 제공하기 위해 제정되었다. 특히, 장치간의 저가격, 저속도 유비퀴터스 통신을 지향하였다. (대조적으로, 최종 사용자를 염두에 둔 표준으로 Wi-Fi가 있다. ) 거의 갖추고 있는 인프라스트럭쳐 없이도, 서로 가까운 거리에 있는 장치끼리 저가격으로 통신을 할 수 있다는 점을 강조하였다. 게다가 저전력 소비까지도 염두에 두었다.

기본 프레임워크는 10 미터 거리 내, 대략 250 kbit/s 트랜스퍼 레이트를 전제조건으로 하였다. 한 종류만의 물리 계층(physicial layer)만 아닌 여러 종류의 물리 계층을 정의해두었다. 더 적은 전력소모를 요구하는 임베디드 시스템에 대해 트레이드오프를 하고자 물리 계층을 여러 개 정의한 것이었다. 최초의 저속도 스펙에서는 트랜스퍼 레이트가 약 20, 40 kbit/s 스펙이 포함되었다. 현재 버전에서는 트랜스퍼 레이트가 약 100 kbit/s인 스펙이 추가되었다.

저전력소모 스펙에서는 이것들보다 더 낮은 트랜스퍼 레이트도 고려될 수 있다. 한데, 앞서 말했듯이, WPAN 표준 중 802.15.4만이 가지고 있는 특징은 극도로 저렴한 제조 단가를 추구한다는 것이며, 기술적으로 단순함을 추구하는 것인데, 단, 이는 기술적 유연성과 일반성을 해치지 않는 범위 내에서 이루어져야 할 것이다.

IEEE 802.15.4에 들어간 중요한 특징들은, 리얼 타임 응용에 적합하도록 타임 슬롯(guaranteed time slot)을 예약하는 기능, CSMA/CA 을 이용한 콜리전 어보이던스, 보안성 있는 통신 지원 등이 되겠다. 또한, 제조사는 디바이스에 링크 퀄리티나 에너지 디텍션 등과 같은 전력 관리 기능을 포함시킬 수 있다.

IEEE 802.15.4 디바이스는 세 가지 가능한 무선 주파수 대역 중 하나를 골라 작동한다. PHY는 2450MHz(2400-2483.5), 868MHz(868-868.6), 915MHz(902-928) 에서 동작한다.

라고 합니다.

정리하자면 이런 이야기죠.

1. IEEE 802.15.4는 저속도 유비쿼터스 통신을 위해 만들었고,

2. IEEE 802.15 워킹그룹이 관리하고 있으며,

3. 저전력, 저렴한 제조단가를 추구하고,

4. 기술적으로는 단순함과 유연함을 추구한다.

지그비의 핵심적인 특징인 저전력, 낮은가격, 저속도, 네트워크 토폴로지(mesh) 등이 사실은 IEEE 802.15.4에 기인한 것이라는 것을 알 수 있습니다.

이에 반해 지그비 프로토콜 스택부분은

1. 네트워크 라우팅

2. 주소변환

3. Packet segmentation

4. 프로파일

5. 암호화

등의 특징을 가지고 있습니다.

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