지그비 기술 설계,건축 및 응용
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지그비 무선 네트워킹 기술 소개
지그비는 기본적으로 센서와 제어 시스템 간의 양방향 통신에 사용되는 무선 네트워킹 표준을 지원하는 802.15.4 기반의 저전력,낮은 데이터 레이트입니다. 그것은 10~100 미터의 범위를 커버,블루투스와 와이파이 같은 단거리 통신 표준입니다. 블루투스와 와이파이 미디어,소프트웨어 등과 같은 복잡한 구조의 전송을 지원하는 높은 데이터 속도 통신 표준 동안되는 차이,
지그비 기술은 센서로부터 그와 같은 간단한 데이터의 전송을 지원합니다. 그것은 약 250 킬로바이트의 낮은 데이터 속도를 지원합니다. 작동 주파수는 868 메가 헤르츠,902 928 메가 헤르츠 및 2.4 기가 헤르츠입니다. 지그비 기술은 주로 저전력,저렴한 비용,낮은 데이터 속도 및 긴 배터리 수명이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다.
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지그비 기술의 역사
지그비 표준은 필립스,미쓰비시 전기,엡손,아트멜,텍사스 인스트루먼트 등과 같은 많은 주요 회사를 포함하여 지그비 얼라이언스에 의해 개발되었습니다. 이 동맹은 비영리 단체로 2002 년에 형성되었다.2452>
지그비 아키텍처
지그비 네트워크 프로토콜은 다음과 같다.자신의 네트워크 및 응용 프로그램 계층과 함께 물리적 및 맥 레이어 4 표준.
그림 1:지그비 아키텍처
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아래 각 층에 대한 설명입니다.
- 물리 계층:이것은 가장 낮은 프로토콜 계층이며 무선 송수신기를 제어 및 활성화하고 채널 주파수를 선택하고 채널을 모니터링합니다. 또한 무선 장치와의 통신을 담당합니다. 데이터 또는 명령의 통신은 패킷을 사용하여 수행됩니다. 각 패킷은 동기화 헤더(수신기 동기화를 담당),물리적 헤더(프레임 길이에 대한 정보를 포함)및 페이로드(프레임으로 상위 레이어에 의해 제공되며 데이터 또는 명령을 포함)로 구성됩니다.
- 중간 액세스 제어 또는 맥 레이어:그것은 물리적 계층과 네트워크 계층 사이의 인터페이스 역할을합니다. 이 비콘 활성화 네트워크에서 비콘 및 장치의 동기화의 생성에 대한 책임이 있습니다. 맥 프레임은 비콘 프레임(코디네이터가 비콘을 전송하는 데 사용),데이터 프레임,인정 프레임 또는 명령 프레임 일 수 있습니다. 맥 헤더(보안 및 주소 지정에 대한 정보 포함),가변 길이 크기 맥 페이로드(데이터 또는 명령 포함)및 맥 바닥 글(데이터 확인을위한 16 비트 프레임 검사 시퀀스 포함)으로 구성됩니다.
- 네트워크 계층:이 계층은 응용 프로그램 계층과 맥 계층을 연결합니다. 네트워크 형성 및 라우팅을 관리합니다. 새 네트워크를 설정하고 네트워크 토폴로지를 선택합니다. 이 경우 페이로드가 손상 될 수 있습니다. 헤더에는 네트워크 수준 주소 지정 및 제어에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 페이로드는 응용 프로그램 하위 레이어 프레임을 포함합니다.
- 응용 프로그램 지원 하위 계층:응용 프로그램 지원 데이터 엔티티 및 응용 프로그램 지원 관리 엔티티의 두 엔티티를 통해 응용 프로그램 및 네트워크 계층에 일련의 서비스를 제공합니다. 이러한 엔터티는 해당 서비스 액세스 포인트를 통해 액세스됩니다.: 이 계층은 네트워크에서 가장 높은 계층이며 사용자 응용 프로그램과 지그비 장치 개체를 보유하는 응용 프로그램 개체를 호스팅하는 책임이 있습니다. 단일 지그비 장치에는 프로토콜 계층을 제어하고 관리하는 최대 240 개의 애플리케이션 개체가 포함될 수 있습니다. 각 응용 프로그램 개체는 사용자 또는 지그비 얼라이언스에 의해 개발 된 하나의 응용 프로그램 프로필 또는 프로그램으로 구성 될 수 있습니다. 응용 프로그램 프로필은 네트워크의 데이터 전송 및 수신을 담당합니다. 장치 유형 및 각 장치의 기능은 응용 프로그램 프로필에 정의됩니다. 지그비 디바이스 오브젝트는 애플리케이션 오브젝트,디바이스 프로파일 및 애플리케이션 서브 레이어 간의 인터페이스 역할을 합니다.
지그비의 네트워크 토폴로지
지그비 네트워크는 스타와 피어 투 피어 토폴로지 인 인기있는 토폴로지를 지원합니다. 각 네트워크 토폴로지는 지그비 코디네이터,지그비 라우터 및 지그비 엔드 장치의 세 가지 유형의 노드로 구성됩니다. 코디네이터는 네트워크의 각 장치에 고유 주소를 할당하는 작업을 수행하고 네트워크의 메시지를 시작 및 전송하며 네트워크의 고유 식별자를 선택합니다. 지그비 네트워크 토폴로지
그림 2:지그비 네트워크 토폴로지
스타 토폴로지에서 코디네이터는 네트워크 내의 장치를 시작하고 관리하는 중앙 장치입니다. 각 코디네이터는 영향 지역 내의 다른 네트워크에서 사용되지 않는 고유 식별자를 선택합니다. 각 엔드 장치는 코디네이터와 통신합니다. 최종 장치는 일반적으로 코디 네이 터 또는 코디 네이 터와 통신할 수 있는 코디 네이 터입니다.
피어 투 피어 토폴로지에서,각 엔드 디바이스는 그 주변에 배치된 서로 통신할 수 있다. 이 장치는 알람 시계 기능이 포함 되어있어 기상,알림등을 원하는 시간에 설정할 수 있습니다 그러나 이러한 유형의 토폴로지에는 네트워크 내의 한 장치만 통신하는 무선 통신망이 포함될 수 있습니다. 피어 투 피어 토폴로지는 메시 토폴로지 또는 트리 토폴로지일 수 있습니다.
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통신 사용하여 지그비
데이터 전송 코디네이터와 장치 또는 피어 투 피어 사이에있을 수 있습니다. 코디네이터와 장치 간의 데이터 전송은 비콘 활성화 및 비콘 활성화 두 가지 방법을 사용하여 수행 할 수 있습니다.
비콘 인에이블 네트워킹에서는 경합없는 채널 액세스 방법이 사용된다. 여기서 코디네이터는 각 장치에 특정 시간 슬롯을 할당합니다. 여기서 네트워크의 모든 장치를 동기화해야합니다. 이는 코디네이터에서 각 장치(노드)로 비콘 신호를 전송하여 각 장치가 시계를 동기화하도록 보장합니다. 그러나,이 때 자신의 시계를 동기화하는 것보다 다른 작업에 장치의 배터리 수명을 감소 끝낼 수 있습니다.
디바이스가 동기화되면,상기 디바이스는 캐리어 센스 다중 액세스를 이용하여 코디네이터에게 데이터를 전송할 수 있다. 요청을 보낼 때 코디네이터는 승인을 다시 보냅니다. 코디네이터에서 장치로 데이터를 전송하려면 비콘 메시지와 함께 장치로 전송하라는 표시가 나타납니다. 그런 다음 장치는 이 표시를 수신하고 데이터 요청 메시지를 보냅니다. 코디네이터는 이 데이터 요청 수신 확인을 보내고 해당 데이터를 전송합니다.
비콘 네트워킹에서 코디네이터는 비콘 메시지를 전송하지 않는다. 오히려,각 장치는 동일한 주파수 채널에서 데이터를 전송한다. 이 장치는 채널이 명확한 즉시 데이터를 전송합니다. 코디네이터에서 장치로 데이터를 전송하기 위해 장치는 먼저 데이터 요청 메시지를 코디네이터에게 보낸 다음 후자는 데이터의 가용성에 따라 널 길이 페이로드로 데이터 메시지를 전송합니다. 보류 중인 데이터가 없는 경우 코디네이터는 보류 중인 데이터가 없음을 나타내는 승인을 보냅니다.
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지그비 기술의 응용
홈 오토메이션:지그비 기술은 홈 오토메이션을 실현하는 데있어 가장 신뢰할 수있는 기술임을 입증합니다. 에너지 소비,물 관리,조명 제어 등을 제어하고 모니터링하는 것과 같은 다양한 응용 프로그램 지그비 기술을 사용하여 자동화를 통해 쉽게 만들어졌다.
그림 3:지그비 홈 오토메이션
산업 분야의 다른 응용 분야로는 공정 제어,에너지 관리,인력 추적 등이 있습니다.
의료 자동화:의료 자동화의 일반적인 예는 원격 상태 모니터링입니다. 사람은 건강 정보를 수집하는 신체 매개 변수 측정 센서가있는 지그비 장치를 착용합니다. 이 정보는 지그비 네트워크에서 인터넷 프로토콜 네트워크로 전송 된 다음 의료 담당자(의사 또는 간호사)에게 전송되며,의사는 수신 된 정보를 기반으로 적절한 약물을 처방합니다.
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위의 세 가지 외에도 지그비 기술의 많은 응용 프로그램이 있습니다. 이 지그비 기술에 대한 간략한 소개입니다. 이 기술에 관한 다른 정보는 아래의 코멘트 섹션에서 환영합니다.
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