블랙기술을 이해하면 지그비 무선통신 기술을 3분만에 이해할 수 있다

글로벌 통신 산업 기술의 발전은 무선, 광대역, IP라는 세 가지 주요 추세를 제시합니다. 많은 광대역 기술 중에서 무선, 특히 이동 통신 기술은 최근 몇 년 동안 통신 기술 시장의 가장 큰 하이라이트가 되었으며 미래 통신 기술의 중요한 부분입니다.

Zigbee는 IEEE802.15.4 표준을 기반으로 하는 저전력 개인 영역 네트워크 프로토콜입니다. 본 계약에서 규정하는 기술은 근거리, 저전력 무선통신 기술이다. 그 이름은 꿀벌이 날아다니는 날개와 지그재그로 움직이는 "춤"에 의존하여 동료들에게 꽃가루의 위치를 전달하기 때문에 발생합니다. 그룹 내 통신 네트워크. 이는 단거리, 낮은 복잡성, 자체 구성, 낮은 전력 소비 및 높은 데이터 전송률이 특징입니다. 주로 자동 제어 및 원격 제어 분야에 사용하기에 적합하며 다양한 장치에 내장될 수 있습니다. 간단히 말해서, ZigBee는 값싼 저전력 단거리 무선 네트워킹 통신 기술입니다.

지그비의 기술적 원리

지그비는 최대 65,000개의 무선 데이터 전송 모듈로 구성된 무선 데이터 전송 네트워크 플랫폼으로, 기존 이동통신의 CDMA 네트워크와 매우 유사하다. GSM 네트워크, 각 ZigBee 네트워크 데이터 전송 모듈은 모바일 네트워크의 기지국과 유사합니다. 각 네트워크 노드 사이의 거리는 표준 75미터에서 수백 미터까지 다양합니다. 또는 수 킬로미터까지 가능하며, 전체 ZigBee 네트워크를 다양한 기존 네트워크에 연결할 수도 있습니다. 예를 들어 베이징의 인터넷을 통해 윈난 어딘가의 ZigBee 제어 네트워크를 모니터링할 수 있습니다.

ZigBee 네트워크는 주로 데이터 전송의 자동 제어를 위해 구축되는 반면, 이동 통신 네트워크는 주로 음성 통신을 위해 구축됩니다. 각 모바일 기지국의 가치는 일반적으로 백만 위안 이상이며 각 ZigBee "기지국"의 가격은 1,000위안 미만입니다. 각 ZigBee 네트워크 노드는 데이터 수집 및 모니터링을 위해 센서와 같은 모니터링 개체에 직접 연결할 수 있을 뿐만 아니라 다른 네트워크 노드에서 전송된 데이터를 자동으로 전송할 수도 있습니다. 또한 각 ZigBee 네트워크 노드(FFD)는 자체 신호 범위 내에서 네트워크 정보 전송 작업을 수행하지 않는 여러 격리된 하위 노드(RFD)에 무선으로 연결할 수도 있습니다.

각 ZigBee 네트워크 노드(FFD 및 RFD)는 최대 31개의 센서와 제어 장치를 지원할 수 있으며, 각 센서와 제어 장치는 궁극적으로 8개의 서로 다른 인터페이스 방법을 가질 수 있습니다. 디지털 및 아날로그 수량을 수집하고 전송할 수 있습니다.

ZigBee 기술의 특징

ZigBee 기술은 단거리, 저복잡성, 저전력, 저속, 저가형 양방향 무선 통신 기술입니다. 주로 짧은 거리, 낮은 전력 소비 및 낮은 전송 속도를 갖는 다양한 전자 장치 간의 데이터 전송에 사용되며 주기적인 데이터, 간헐적인 데이터 및 낮은 응답 시간 데이터 전송이 포함된 일반적인 애플리케이션에도 사용됩니다.

마르코니가 라디오를 발명한 이후 무선 통신 기술은 데이터 속도와 전송 거리를 지속적으로 증가시키는 방향으로 발전해 왔습니다. 예: 광역 네트워크 내의 3세대 이동 통신 네트워크(3G)는 멀티미디어 무선 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다. 근거리 네트워크 내의 표준은 IEEE802.11의 1Mbit/s에서 IEEE802.11g의 54Mbit/s 데이터 속도까지 다양합니다. ZigBee 기술은 고정식, 휴대용 또는 모바일 장치에 복잡성, 비용 및 전력 소비가 매우 낮은 저비용, 저속 무선 통신 기술을 제공하기 위해 노력하고 있습니다.

이 무선 통신 기술은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

1. 낮은 전력 소비

작업 모드에서 ZigBee 기술은 전송 속도가 낮고 양이 많습니다. 전송되는 데이터의 양이 적기 때문에 신호 송수신 시간이 매우 짧습니다. 둘째, 비작업 모드에서는 ZigBee 노드가 절전 모드에 있습니다. 장치 검색 지연은 일반적으로 30ms, 절전 활성화 지연은 15ms, 활성 장치 채널 액세스 지연은 15ms입니다.

짧은 작동 시간, 정보 전송 및 수신을 위한 낮은 전력 소비 및 절전 모드 채택으로 인해 ZigBee 노드는 배터리 작동 시간이 6개월에서 약 2년까지 매우 절전됩니다. 동시에 배터리 시간은 배터리 유형, 용량, 애플리케이션 시나리오 등 다양한 요인에 따라 달라지므로 ZigBee 기술은 프로토콜에서 배터리 사용도 최적화합니다. 일반적인 응용 분야의 경우 알카라인 배터리는 몇 년 동안 지속될 수 있으며, 전체 시간에 대한 작동 시간 비율(작업 시간 + 절전 시간)이 1% 미만인 경우 배터리 수명은 10년을 초과할 수도 있습니다.

2. 안정적인 데이터 전송

ZigBee의 MAC 계층(Media Access Control Layer)은 Talk-When-Ready 충돌 방지 메커니즘을 채택합니다. 완전히 확인된 데이터 전송 메커니즘에 따라 데이터 전송이 필요한 경우 즉시 전송됩니다. 전송된 각 데이터 패킷은 수신자로부터 확인 정보를 기다렸다가 확인 정보가 수신되지 않으면 응답해야 합니다. 충돌이 발생하여 다시 전송될 것임을 나타냅니다. 이 방법은 시스템 정보 전송의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에 데이터 전송 시 경쟁과 충돌을 피하기 위해 고정 대역폭이 필요한 통신 서비스를 위해 전용 시간 슬롯이 예약되어 있습니다. 동시에 ZigBee는 지연에 민감한 애플리케이션에 최적화되어 있으며 통신 지연 및 절전 상태 활성화 지연이 매우 짧습니다.

3. 대용량 네트워크

ZigBee는 저속, 저전력 소비, 단거리 전송 특성으로 인해 간단한 장치를 지원하는 데 매우 적합합니다. ZigBee는 전기능 장치(FFD)와 축소 기능 장치(RFD)라는 두 가지 유형의 장치를 정의합니다. 완전한 기능을 갖춘 장치의 경우 49개의 기본 매개변수를 모두 지원해야 합니다. 단순화된 기능 장치의 경우 최소 구성에서 38개의 기본 매개변수만 지원하면 됩니다. 전기능 장치는 축소된 기능 장치 및 기타 전기능 장치와 통신할 수 있으며 개인 영역 네트워크 코디네이터, 코디네이터 또는 장치의 세 가지 방식으로 작동할 수 있습니다. 반면에 기능이 제한된 장치는 전체 기능 장치와만 통신할 수 있으며 매우 간단한 애플리케이션에만 사용됩니다. ZigBee 네트워크에는 최대 255개의 ZigBee 네트워크 노드가 포함되며, 그 중 하나는 마스터 장치이고 나머지는 슬레이브 장치입니다. 네트워크 코디네이터를 통해 전체 네트워크는 최대 64,000개 이상의 ZigBee 네트워크 노드를 지원할 수 있으며, 각 네트워크 코디네이터는 서로 연결될 수 있으며, ZigBee 네트워크 노드의 수는 상당할 것입니다.

4. 호환성

ZigBee 기술은 기존 제어 네트워크 표준과 완벽하게 통합됩니다. 네트워크 코디네이터(Coordinator)를 통해 자동으로 네트워크가 구축되며, 채널 접속에는 캐리어 센싱/충돌 감지(CSMA-CA) 방식이 사용된다. 안정적인 전달을 위해 전체 핸드셰이크 프로토콜도 제공됩니다.

5. 보안

Zigbee는 데이터 무결성 검사 및 인증 기능을 제공하여 데이터 전송 시 세 가지 수준의 보안을 제공합니다. 첫 번째 수준은 실제로 보안 방법이 없습니다. 특정 응용 프로그램의 경우 보안이 중요하지 않거나 상위 계층에서 충분한 보안 보호를 제공한 경우 장치는 이 방법을 선택하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 두 번째 보안 수준에서는 장치가 ACL(액세스 제어 목록)을 사용하여 승인되지 않은 장치가 데이터를 획득하지 못하도록 방지할 수 있습니다. 세 번째 보안 수준은 데이터 전송 중에 AES(Advanced Encryption Standard)에 속하는 대칭 암호를 사용합니다. AES는 데이터 페이로드를 보호하고 공격자가 합법적인 장치를 가장하는 것을 방지하는 데 사용할 수 있습니다. 각 애플리케이션은 해당 보안 속성을 유연하게 결정할 수 있습니다.

6. 낮은 구현 비용

모듈의 초기 비용은 약 US$6로 추정되며, 이는 곧 US$1.5~2.5로 인하될 예정이며 Zigbee 프로토콜은 특허입니다. -무료. 현재 저속, 저전력 UWB 칩셋의 가격은 최소 20달러입니다. ZigBee의 목표 가격은 단 몇 센트에 불과합니다. 저렴한 비용도 ZigBee의 핵심 요소입니다.

7. 짧은 지연

절전 상태에서 통신 지연 및 활성화 지연은 매우 짧습니다. 일반적인 검색 장치 지연은 30ms이고 활성에 대한 지연은 15ms입니다. 장치 채널 액세스는 15ms입니다. 따라서 ZigBee 기술은 대기 시간 요구 사항이 엄격한 무선 제어 애플리케이션(예: 산업 제어 상황 등)에 적합합니다.

ZigBee와 WiFi의 차이점

유사점:

1. 둘 다 단거리 무선 통신 기술입니다.

2 둘 다; 2.4GHz 주파수 대역을 사용합니다.

3. 둘 다 DSSS 기술을 사용합니다.

차이점:

1. 전송 속도가 다릅니다. ZigBee의 전송 속도는 높지 않지만(<250Kbps) 전력 소비는 매우 낮습니다. 일반적으로 배터리로 전원을 공급할 경우 WiFi(무선 LAN)는 고속(11Mbps)을 갖습니다. ) 및 높은 전력 소비가 있으며 일반적으로 전원 공급 장치에 사용됩니다.

2. 애플리케이션 시나리오가 다릅니다. ZigBee는 무선 센서 네트워크와 같은 저속, 저전력 애플리케이션에 사용되며 산업 제어, 환경 모니터링, 스마트 홈 제어 및 기타 분야에 적합합니다. WiFi는 일반적으로 특정 범위(예: 건물)를 커버하는 데 사용되는 무선 네트워크 기술입니다(커버리지 범위는 약 100미터). 표현의 형태는 우리가 흔히 사용하는 무선 라우터입니다. 건물에 무선 라우터를 설치하면 기본적으로 건물에 있는 모든 노트북(무선 네트워크 카드 포함)이 무선으로 인터넷에 접속할 수 있습니다.

3. 시장 상황이 다르다. 새로운 기술인 ZigBee는 2004년 첫 번째 표준 버전이 출시된 이후 급속한 개발과 홍보를 진행해 왔지만 현재는 비용 및 신뢰성 문제로 인해 대규모로 홍보되지 않고 있습니다. WiFi 기술은 훨씬 더 성숙해졌습니다. 많은 응용 프로그램이 있습니다. 일반적으로 둘 사이에는 큰 차이가 있으며 시장 포지셔닝도 다르고 경쟁도 그리 크지 않습니다. 단지 두 가지가 동일한 기술적 유사성을 갖고 있을 뿐이지만 둘 사이의 상호 간섭은 여전히 상대적으로 큽니다. 특히 Wi-Fi와 ZigBee의 간섭이 더욱 그렇습니다.

둘 사이의 하드웨어 메모리 요구 사항 비교: ZigBee: 32~64KB+, WiFi: 1MB+;

둘 사이의 배터리 전원 공급 지속 시간 비교: ZigBee: 100~1000일, WiFi: 1~5일; 전송 거리 비교(일반 용도, 고전력 안테나 전송 장치 없음): ZigBee: 1~1000M; WiFi: 1~100M; ZigBee 단점: 네트워크 대역폭 비교: ZigBee: 20~250KB/s; WiFi: 11000KB/s; ZigBee는 대역폭이 낮고 전송 속도가 느립니다.

ZigBee의 기술적 응용

ZigBee는 저속 근거리 무선 통신 기술로서 고유한 특성을 갖고 있으므로 이에 맞게 맞춤화된 응용 프로그램도 있습니다. 애플리케이션 측면은 다른 기술과 겹칠 수 있습니다. ZigBee의 가능한 애플리케이션에는 스마트 홈, 산업 제어, 자동 검침, 의료 모니터링, 센서 네트워크 애플리케이션 및 통신 애플리케이션이 포함됩니다.

1. 스마트 홈

집에는 조명, TV, 냉장고, 세탁기, 컴퓨터, 에어컨 등 수많은 가전제품과 전자 장비가 있을 수 있습니다. 과거에는 경보기, 카메라 등 장비를 지점간(point-to-point) 제어만 할 수 있었지만, 지그비(ZigBee) 기술을 사용하면 이러한 전자, 전기 장비를 연결해 네트워크를 형성할 수 있으며, 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결되어 사용자가 언제 어디서나 집안 상황을 편리하게 모니터링하고 집에서 배선의 수고를 덜 수 있습니다.

2. 산업용 제어

공장 환경에는 수많은 센서와 컨트롤러가 있으며 이를 네트워크에 연결해 모니터링하고 운영 관리를 강화할 수 있습니다. 그리고 비용을 절감하세요.

3. 센서 네트워크 애플리케이션

센서 네트워크도 최근 연구 핫스팟이며 화물 추적, 건물 모니터링 및 환경 보호와 같은 측면에서 좋은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 센서 네트워크에는 저비용, 저전력 소모, 자동 네트워킹, 손쉬운 유지 관리, 높은 신뢰성을 갖춘 노드가 필요합니다. ZigBee는 네트워킹과 낮은 전력 소비라는 이점으로 인해 센서 네트워크 애플리케이션을 위한 좋은 기술 선택이 됩니다.

Zigbee 기술에는 여전히 문제점이 있습니다

Zigbee 기술은 2004년 세계에서 가장 빠르게 발전하고 시장 전망이 가장 높은 10대 신기술 중 하나로 선정되었습니다. 지금까지 국내외 많은 제조사에서 다양한 Zigbee 제품을 개발, 생산하고 응용 홍보에 많은 노력을 기울여 왔습니다. 특정 실제 문제를 해결하는 데 실제로 완전히 사용되며 의미 있는 사례는 매우 제한적입니다.

지그비가 패션이 된 것 같지만 아직은 진정한 실용 신기술은 아니다. 그렇기 때문에 우리는 새로운 기술임과 동시에 기술적 개선과 성숙, 시장 개척의 과정이 필요하다는 사실을 오랜 기간 동안 지그비 기술을 적용해 실질적인 문제를 해결해 나가는 과정에서 다음과 같은 사실도 발견했습니다. 매우 중요함: 단기적으로 해결하기가 매우 어렵다고 생각되는 문제:

1. Zigbee의 핵심 기술 중 하나는 동적 네트워킹 및 동적 라우팅, 즉 Zigbee 네트워크는 네트워크의 노드 수 변화를 고려하고, 네트워크의 각 노드는 일정 시간이 지나면 무선 신호 통신을 통해 네트워크를 재구성해야 하며, 한 노드에서 다른 노드로 정보가 전송될 때마다 다양한 가능한 경로를 검색하고 가장 짧은 경로부터 시도해야 합니다. 이후에는 무선 네트워크 관리 문제가 발생합니다. 이들 모두에는 많은 양의 대역폭 리소스가 필요하고 데이터 전송 지연이 증가합니다. 특히 네트워크 노드 수가 증가하고 전송 시간도 증가합니다. 따라서 Zigbee의 무선 주파수 전송 속도는 250kbps이지만 다중 전송 후 실제 사용 가능한 속도는 크게 줄어들고 데이터 전송 지연도 크게 늘어나 무선 네트워크 관리가 더욱 까다로워집니다. 이것이 현재 Zigbee 네트워크의 데이터 전송에 있어서 가장 큰 문제점이다.

2. 영어 관점에서 Zigbee라는 단어는 "Zig"와 "bee"라는 두 단어로 구성됩니다. 중국어로 이전의 "Zig"는 "Zig" 모양의 경로를 의미하고 그 뒤의 영어 단어 "bee"는 벌을 의미합니다. 우리는 Zigbee 네트워크 기술이 네트워크 노드 간 정보 전송을 통해 꿀벌이 정보를 전송하는 방식을 모방한 것으로 이해합니다. 한 노드에서 다른 먼 노드로 메시지를 전송하는 상호 전송. 일반 표준 Zigbee 노드에 따라 계산하면 개방된 공간에서 데이터를 전송할 때마다 직선 전송 거리가 평균 50m 증가하며, 실내에서 직선 거리 500m를 전송하려면 10번의 전송이 필요합니다. Zigbee에서 사용하는 2.4G 전송 주파수는 일반적으로 반사를 통해 전송됩니다. 건물의 방해로 인해 특정 거리를 전송하려면 더 많은 네트워크 노드를 사용해야 하는 경우가 많습니다. 위의 첫 번째 기사에서 분석한 바와 같이 이는 Zigbee 네트워크에 적합하지 않습니다. 물론 증폭기를 사용하여 Zigbee 네트워크 노드의 전송 거리를 늘릴 수도 있습니다. 그러나 이는 필연적으로 네트워크 노드의 전력 소비와 비용을 크게 증가시켜 Zigbee의 저비용 및 저전력 소비라는 원래 목적을 잃게 됩니다. 또한 실내에서 전송 거리를 늘리기 위해 이 방법을 사용하는 경우에는 효과가 제한적입니다. 분명히, 중앙 지점이 실외에 있고 터미널 모듈이 실외에 있는 스타 네트워크 통신 구조가 더 합리적입니다.

3. Zigbee의 핵심 기술 중 하나는 각 네트워크 노드가 정보 수집 지점 역할과 중앙의 명령 실행 외에도 언제든지 네트워크에서 데이터를 전송하는 작업을 수행한다는 것입니다. 이런 방식으로 네트워크 노드의 트랜시버는 항상 수신 및 전송 상태에 있어야 합니다. 이는 최소 전력 소비가 최소 약 20mA라는 것을 의미합니다. 일반적으로 증폭기를 사용하는 장거리 네트워크 노드의 전력 소비는 다음과 같습니다. 일반적으로 약 150mA입니다. 네트워크 노드의 정상적인 작동을 보장하기 위해 배터리 드라이브를 사용하는 것은 분명히 어렵습니다.

4. Zigbee의 각 노드는 자동 네트워킹 및 동적 라우팅에 참여하므로 각 네트워크 노드의 마이크로 컨트롤러는 상대적으로 복잡하고 비용은 당연히 더 높습니다. 또한, Zigbee 네트워크를 기반으로 하는 특정 애플리케이션에 대한 개발 작업량이 더 많습니다.

요약하자면, 우리는 Zigbee 네트워크가 실제로 많은 경우에 많은 실제 애플리케이션에서 네트워크 전송 효율성, 대역폭 및 노드 모듈 전력 소비를 희생한다고 믿습니다. 중요한 동적 네트워킹 및 동적 라우팅 기능은 정상적인 상황에서 네트워크 노드와 데이터 전송 경로가 고정되어 있는 경우가 많기 때문입니다. 따라서, 현재의 지그비 기술은 노드 전력소모 문제, 네트워크 데이터 전송의 낮은 효율 및 긴 지연 문제, 제한된 데이터 전송 거리 문제 등을 해결하지 못하고 있으며, 이는 현재의 지그비 기술이 존재하는 근본적인 이유이다. 좋은 승진이 어렵습니다.