Zigbee

Wireless Tech. : 2007. 12. 4. 15:26
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좋은 까페 입니다.
http://cafe.naver.com/zigbee803.cafe


| ZigBee 란? |

  IEEE 802.15.4 위에 쓰는 모자로서 무선 스트리밍이나 Mesh네트워크를 수행하는 것이다.


 

| ZigBee 시장과 응용 |
  ZigBee는 빌딩자동화, 개인건강보호, 산업제어, 전등 및 상업제어, 컴퓨터 주변장치, 가전제품 분야의 시장에서 응용될 수 있다.


| ZigBee와  유사 표준 기술의 비교 |
  Wi-Fi는 무선 노트북에 이용되는 기술이며, Bluetooth는 핸즈프리 이어폰에 많이 활용되는 기술이며, ZigBee는 250Kbps로 저속이며 Standby 전류가 3uA로 저전력을 요구하는 전등제어, 센서 네트워크 등에 활용될 신 기술이다. 종단기기는 4Kbyte메모리가 필요하여 칩가격이 대단히 저렴하다.


| ZigBee 개발의 개요 |
  ZigBee 개발 환경을 구성하려면 ZigBee 센서 모듈과 호스트 컴퓨터 그리고 연결선 및 배터리, 개발 소프트웨어가 필요하다. 경제적 능력에 따라 개발키트를 구매하는 방법과 자체적으로 단품을 구매하여 구성하는 방법을 택할 수 있다.


| ZigBee 개발 킷트(EVK)의 구매 |
  - 제작사: FreeScale
  - 제품명: 13193EVK
  - http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=13193EVK
  - 금액: $1405.60
  - ZigBee 관련 제품 제작회사들
    * Cirrnet
    * Ember
    * Freescale Semiconductor
    * Helicomm, Inc
    * Jennic Ltd
    * MaxStream Inc.
    * Microchip
    * Renesas Technology America
    * Silicon Laboratories, Inc.


 

| 국내 ZigBee 개발 킷 개발사 |
  - 레이디오 펄스사에서 개발한 http://www.radiopulse.co.kr/
    * LIME(LM2400) http://www.radiopulse.co.kr/product/02-2.htm
  - 한국무선 인터네트사에서 개발한 http://www.korwin.co.kr/kor/
    * JN5121-EK000 http://www.korwin.co.kr/kor/mbusi/mb_zb_10.asp


 

| 자작 ZigBee개발 키트의 구성 |
  - ZigBee 모듈: PAN802154 ($24)
  - USB Multilink: ($126)
  - 배터리케이스 및 RS232C 커넥터 등은 자체 제작
  - 네이버의 ZigBee 카페 참조 http://cafe.naver.com/zigbee803


 

| ZigBee개발을 위한 Software |
  - SMAC (Source code and Sample Applications) : Free
  - IEEE 802.15.4 PHY/MAC (Object code)
  - Z-Stack (ZigBee Protocol Stack and applications in object code)
    * ZigBee Stack & Z-Tools per seat license per processor F8-ZSTACK-STD $999 USDUpdated
  - Test Tools (802.15.4 Utilities)
  - Embedded Bootloader


  ZigBee를 가장 간단하게 구현하는 방법은 하드웨어 장치에 S-MAC라이브러리를 활용하여 응용프로그램을 작성하는 방법이다. IEEE 802.15.4의 MAC을 이용하여 다양한 기능을 부여할 수 있고, ZigBee모든 기능을 포함시키려면 ZigBee 스택을 포함하여야 한다.


1. ZigBee의 기술
ZigBee 기술은 저속 저전력 기반의 무선개인영역 통신 기술로, IEEE 802.15.4 표준을 하위 표준(PHY & MAC)으로 하고, 상위에 NTW, APL을 표준화 하고 보안도 추가한 ZigBee연합에서 제정한 국제표준 스펙입니다.

2. ZigBee의 응용범위
Home Automation
Building Automation
Industrial Automation에 많이 활용될 전망입니다.

ZigBee 는 홈네트워크, 빌딩 및 산업 기기의 자동화,  컴퓨터 주변장치 연결, 가전제품 제어, 물류, 환경 모니터링, 군사, 보안, 재고관리, 동물관리, 자연재해관리, 지능형교통시스템(ITS), 텔레매틱스(Telematics), 헬스케어(Health Care)나 환자관리와 같은 휴먼 인터페이스(Human Interface)등의 다양한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 시장에 폭넓게 응용될 전망입니다.


3. 국내의 사정

정부 주도의 u-IT839에서 ZigBee기술은 다음과 같이 활용됩니다. 따라서 정부, 기업, 연구소 등에서 대단히 관심이 많은 기술이며, 국제 표준화작업에도 국내의 삼성이 Promote회원사(가장높은 지위의 12개사)이며, Etri등 연구소와 많은 기업이 회원사로 참여하고 있습니다.

국내에서는 임베디드(Embedded) 혹은 SoC(System On Chip)관련 업체들을 위주로 초소형 센서를 이용하여 무선으로 네트워크를 구성하고 통신하는 무선 센서네트워크를 지원하는 장비를 개발하고 있다. 대부분의 업체들은 ZigBee를 기반으로 하는 호환 장비를 개발하고 있고

ZigBee를 지원하는 제품개발을 하는 업체들은 대부분 해외에서 개발된 ZigBee칩을 사용하고, ZigBee프로토콜 스택을 구현하고 있다. ZigBee와 관련된 장비를 생산하는 국내업체는 <표>와 같습니다. [ZigBee 카페]참조 하세요.


4. 이 기술을 배우기위해서는 어디의 어떤 교육, 또는 책이 도움이 되는지 고수님들의 조언 부탁드립니다.

답) ZigBee에 대해 국내 전문 교육기관도 많이 개설되고 있습니다.

ZigBee카페(http://cafe.naver.com/zigbee803.cafe)에서 전문가들의 도움을 많이 받을 수 있습니다.

ZigBee 프로젝트
메뉴 아이콘ZigBee H/W Project 1
메뉴 아이콘ZigBee Simulation 1
메뉴 아이콘ZigBee모듈 실습1
ZigBee 소개
메뉴 아이콘ZigBee 묻고답하기
메뉴 아이콘ZigBee 강의
메뉴 아이콘ZigBee 응용
ZigBee 자료/논문/특허
메뉴 아이콘ZigBee 자료실
메뉴 아이콘ZigBee 국내논문
메뉴 아이콘ZigBee 국외논문
메뉴 아이콘zigBee 특허
ZigBee 웹사이트
링크 아이콘Zigbee Alliance
링크 아이콘IEEE 802.15.4
링크 아이콘MAC Overview
링크 아이콘PHY Overview
링크 아이콘한국ZigBee포럼
링크 아이콘ZigBee Wiki


5. 참고자료

1) http://cafe.naver.com/zigbee803.cafe 의 "논문자료" 중에 58, 69을 "ZigBee강의"119, 140에 워드로 입력하여 올려 두었습니다. ZigBee를 이해 하는데 도움이 많이 됩니다.


6. 참고서적

- ZigBee 지그비,  Draft를 9월15일 경에 ZigBee카페에 올려 드릴께요.

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ZigBee 소개

ZigBee는 저전력, 저가격, 사용의 편리성을 가진 근거리 무선네트워크의 대표적 기술 중의 하나로 IEEE 802.15.4 표준의 PHY층과 MAC층을 기반으로 상위 프로토콜 (Protocal)과 응용을 규격화한 기술로 원격제어 및 관리의 응용에 적합한 홈 오토메이션 등의 적용되며, 유비쿼터스 센서 네트워크 환경 구축에 중추적 역할을 담당할 기술이다.

 

ZigBee는WPAN의 국제표준 중의 하나로 무선이 갖는 장점 뿐만 아니라  구조까지 간단해서 크기가 작으며 설계가 쉽고 개발비용도 적게 든다. 칩셋 가격이 $1정도로 낮아질 전망이며, 저 전력인 반면 통신은 매우 안정적이다.

최근 홈네트워크와 유비쿼터스에 대한 관심이 높아지면서 저속의 수십미터 이내 근거리 ZigBee 통신이 크게 주목 받고 있다. 이 ZigBee 기술은 정부가 주도하는IT839의 3대 인프라 중에 하나인u-센서 네트워크의 구현에 중추적인 기술로 고려된다.

ZigBee를 표준화 할때 응용의 촛점을 원격검침, 원격제어 또는 원격 모니터링에만 집중하므로 현재 대단한 인기를 얻고 있다.  ZigBee의 최적 응용 분야는 어떤 곳일까? 전송이 가끔씩 이루어지는 전문용어로 말하면 듀티사이클(duty cycle)이 낮은 저속통신의 응용 분야이다. 따라서 ZigBee의 응용 분야로는 디지털홈 구현, 빌딩자동화, 공장자동화  등의 유비쿼터스 환경의 구현이다. ZigBee 표준을 준수하는 기기들 간에는 서로 통신할 수 있어 네트워크를 구성하여 운용할 수 있는 상호운용성을 제공하는 것이 표준의 근본 취지이다. 예로서 가정의 전등제어, 가전제품, TV, 냉 난방, 문의 개폐,  보안 등을 하나의 네트워크로 통합할 수 있다.


저의가 졸업작품으로 zigbee를 사용해서 미아찾기 를 제작하려고 합니다.

이것을 제작하려면 어떤것들이 필요한지 장비를 알려주세요

자세히 원리와 부품들을 설명해주시면 감사하겠습니다.

자세한 사항 기입해주시면 내공 만땅요~

미아 찾기를 하려면


하드웨어 준비사항


1. ZigBee 모듈이 2개~3개 정도 있어야 합니다. 다음의 두 가지 모듈을 추천드립니다.

국내의 먕고칩도 좋습니다.


2.1 XBee 키트 중에 XBee-Pro를 구매하시면 거리도 멀리가고, 개발 툴들이 포함되어 있습니다. 대학생들에게는 25% 할인도 해 줍니다. (약 15만원)


2.1 PAN802.15.4라는 모듈은 약 2만 5천원인데, 달랑 모듈만 있습니다. 여기에 C언어로 프로그램을 해 넣어야 하는데요. 이때는 USB-MULTI-Link라는 핸드폰 크기의 하드웨어를 구매해야 합니다(12만원)

- 직접 제작해야 하는 것: 1.5V 건전지 두개를 넣는 통의 끝에 컴퓨터 속의 스피커를 본체와 연결할때 쓰는 것과 동일한 두 구멍으로 된 잭.


소프트웨어 준비사항

1. XBee 키트를 구매하면 소프트웨어가 포함되어 있습니다.

2. PAN802154를 구매한 경우 Freescale사 홈페이지에 가서

2.1 Code Warrior라는 소프트웨어 중에 Special Edition (무료)를 다운 받으세요.

2.2 SMAC 이라는 무료 프로그램을 다운 받으세요.


그리고는 C언어로 프로그램을 작성해야 합니다.

1. 거리가 멀어지면 수신 감도가 낮아 지는데 이것을 이용하고, 삼각 측량법으로

아이가 어디쯤 있는지 위치를 추적해야 합니다.

1.1 알고리즘을 만들기 전에 수신기를 여러곳 설치 할지,

1.2 아빠, 엄마, 누나, 아이 이렇게 나누어 가질지 고민을 하셔서 처리 하시면 될것 같습니다.


자세한 코드나 문의 사항은

http://cafe.naver.com/zigbee803에 올리시면 바로 바로 답변을 해 드립니다.


재미있고 즐거운 과제 되세요.

ZigBee공부해 보시면 정말 재미 있습니다.


감사합니다.

-------------------------------------첨부: PAN802154의 경우-----------------------------

실습 소프트웨어

  • CodeWarrior – Freescale사 평가 판 다운
  • SMAC – Freescale사 다운

실습 하드웨어

  • PAN802154- Panasonic ZigBee 센서, 약3만원
  • USB-MultiLink, 약 12만원
  • 건전지 2개, 건전지 케이스, 2핀 커넥터(컴퓨터 속의 메인보드와 스피커, LED등을 연결할 때 쓰이는 것과 동일함-중고 컴퓨터에서 잘라 쓸 것을 권장)

하드웨어 연결

  • USB Multilink를 컴퓨터의 USB와 센서의 JTAG(J1)에 연결한다.
  • 3.3V 전원을 센서보드에 인가한다. (J4-1: GND, J4-2: VDD)  

<그림> 모듈과 모듈에 USB Multilink를 연결한 것

C언어 버튼관련 소스코드

application.c에 있는 main()함수의 끝 부분에 있는 for(;;){ } 내부에 두 줄을 추가하고, 그 위에 버튼 초기값을 입력한다.

main()

{

……….

  PB0PU = 1;

  PB0DIR = 0;

  for (;;)

  {

   if(PUSH_BUTTON1==1) LED1=1; //꺼짐

   else                   LED1=0; //켜짐

  }

단계1: 폴더의 복사

  • Sample 프로그램 폴더 중에 하나를 복사해서 다른 폴더 이름을 붙인다. 원본을 그대로 보관하기 위해서 이다.
  • C:\Program Files\Freescale\SMAC4.1a\S08\apps에 있는 “SMAC Application Template”폴더를 마우스로 클릭하고 오른쪽 버튼을 눌러 복사하고, 이 폴더에서 붙여 넣기를 한 다음 폴더 이름을 “simple_button”으로 바꾼다.

<그림> 파일을 복사하기

단계2: CodeWarrior 프로그램의 실행

  • C:\Program Files\Freescale\SMAC4.1a\S08\apps\simple_button\3.1 폴더에 있는 myApp_SE.mcp 파일을 더블 클릭한다.
  • CodeWarrior가 잘 설치되었다면 “Freescale CodeWarrior”프로그램이 시작된다.

<그림> 파일 확장자 mcp를 더블 클릭하면 CodeWarrior가 실행됨

단계3: CodeWarrior에서 디바이스 설정

  • MC13192EVB는 Freescale EVB용인데, PAN802152와 호환이 된다.
  • CodeWarrior에서MC13192EVB를 선택한다.

<그림> 타깃보드의 설정

단계4: 소스 프로그램의 수정

  • C언어는 하나의 main() 함수를 가지며 이는 프로그램의 진입지점이다.
  • Sources->application.c 에 main(){ 함수가 들어 있음
  • main() 함수의 마지막 부분에 있는 for(;;){ } 블록은 무한 루프로 계속 반복된다. 이 블록 속에 프로그램을 삽입한다.

<그림> 소스 프로그램 변경을 위한 application.c 파일의 선택




ZigBee 하드웨어의 구성요소

무선RF칩 + 마이크로컨트롤러

사용자 삽입 이미지

사용자 삽입 이미지

ZigBee 계층의 구성요소

IEEE 802.14.4 표준 에서 정의 하는 2개의 계층은 PHY/MAC계층이며

  • 물리PHY계층 – 무선(Radio Frequency)
  • 매체접근제어MAC계층 – 충돌방지

ZigBee연합에서 정의한 스펙은 NWK계층과 APS계층이다.

  • 네트워크(NWK)계층
  • 응용지원APS계층

그리고 ZigBee연합에서는 보안과 ZDO에 대해서도 표준화 하였다.

  • 보안SSP(Security Service Provider)
  • ZDO(ZigBee Device Object)

ZigBee 기기의 구성요소

ZigBee네트워크를 구성하는 기기는 기능에 따라 ZigBee 코디네이터, (ZC), ZigBee 라우터(ZR)와 ZigBee종단기기(ZED)로 구분한다.

  • ZigBee 코디네이터(ZC: Coordinate)
    • ZigBee 네트워크 마다 단 하나만 존재하는 네트워크 관리자
    • 전기능기기(Full Function Device)
    • 네트워크가 형성되면 Router로도 작동
  • ZigBee 라우터(Router)
    • 옵션(Optional) 네트워크 구성성분
    • ZC나 다른 ZR, ZED와 연계됨
    • 전기능기기(Full Function Device)
    • 멀티 홉(Multi-hop) 라우팅 처리
  • ZigBee 종단기기(ZED: End Device)
    • 옵션(Optional) 네트워크 구성성분
    • ZC 또는 ZR과만 연계됨
    • 라우팅 기능이 없음

ZigBee 네트워크에서 구성요소들의 특징을 살펴보면 노드 번호 할당에 16비트 주소를 사용하므로 65,536개까지 연결 될 수 있다. Star, Cluster-Tree, Mesh의 세 가지 네트워크 형태가 지원되며, 네트워크에 가입하는데 시간이 짧게 걸리고, 휴면에서 빠르게 깨어난다. Star네트워크 형태는 가장 단순한 네트워크 형태이며 저 가격의 네트워크를 구성할 수 있다. Mesh네트워크 형태는 라우터와 코디네이터가 하나 이상의 경로를 선택할 수 있다. 전송에서 이상이 발생하면 다른 경로로 연결하여 전송할 수 있다.

---------------------------------------------------------------

ZigBee 작동원리


사용자 삽입 이미지

어떤 OS기반으로 작성되는지에 따라 조금씩 다릅니다.

Option

Feature

SMAC

Simple Media

Access Control

Simple data frame structure

No storage of data packets, no retransmission

Bi-directional or peer-to-peer operation

Very little resources required

No licenses or royalties

IEEE 802.15.4

PHY and MAC

Software

Standardized protocol for reliable delivery of data

Storage and retransmission of data packets

CSMA-CA radio channel access

Optional superframe structure with beacons

Optional guaranteed time slots

All devices have unique 64-bit IEEE address

Star or cluster-tree wireless network

No licenses or royalties

ZigBee

Network Stack

Based on the IEEE 802.15.4 data transfer mechanism

Standard user profiles offer interoperability

Cluster-tree and mesh networks

Security and data encryption

ZigBee software stack license required



문의하신 내용은 대부분 무선 통신 표준 기술들입니다. 간단하게 적어 보았는데

영업에 도움 되시면 좋겠습니다. 앞으로 이런 기술을 활용한 기기들이 많이 출시 될 전망입니다. 특히 ZigBee기술을 눈여겨 보세요.


WiFi (IEEE 802.11b 표준)는 노트북 등에서 사용하는 무선 전송기술입니다.

WLAN은 Wileless LAN으로 WiFi와 유사합니다. 혼용해서 씁니다.


ZigBee (IEEE 802.15.4  표준)는 저전력, 250Kbps 전송기술로 자주 전송이 일어 나지 않는 전등의 점멸, 가전 제품의 원격제어, 공장 자동화에 쓰일 수 있는 기술입니다. IEEE 802.15.4 규격을 바탕으로 하는데 이 규격을 WPAN이라고 합니다. 이것은 Wireless Personal Area Network이라고 하는데,

이 기술을 눈여겨 봐야 합니다. 앞으로 센서 네트워크라는 것이 많이 활용될 전망인데 ZigBee를 이용합니다.


Bluetooth(802.14.1) 는 ZigBee와 비교가 되는 기술인데, 컴퓨터와 프린터의 캐이블을 대신할 수 있는 무선 통신입니다. 무선 이어폰 등에 적합한 기술로, 자주 통신이 발생하는 경우에 사용됩니다.


차세대 고속판 블루투스(Bluetooth)는 UWB(ultra wideband) 기술을 채용하게 될 전망입니다.

Wmax는 스팰링이 잘못 된것 같은데요:

혹시 Wimax라면 무선랜의 운영 및 인증을 위한 국제연합 입니다.(비영리 단체)


ZigBee에 대한 문의 사항은 : ZigBee 카페를 방문하세요.  http://cafe.naver.com/zigbee803.cafe

 

사용자 삽입 이미지

혹시 더 자세히 알고 싶으시면

카페 ZigBee에 질문을 올려 주세요. ZigBee803

지그비를 이용해서 무선 이어폰을 만들려고 합니다.(졸업 작품)

컴퓨터나 핸드폰에 꽂는 송신부와 이어폰으로 듣는 수신부를 만들려고 하는데 감이 잡히질 않습니다.

우선 송신부를 만들려면 8051이나 AVR같은 마이크로 프로세서에 지그비 모듈을 사다 달고  그리고 수신부에도 마이크로 프로세서를 이용해 지그비 모듈을 달고 수신을 하는 것 같은데 제 생각이 맞는 건가요?  맞다면 어떤 마이크로프로세서가 적당한지 추천 부탁드립니다.

지그비 모듈은 모두 구입해서 만드는 것인데 저희가 무엇을 어떻게 해야 하는지 좀 알려주시면 감사하겠습니다.

1. 쉽게 구현하는 방법

Freescale아니 Panasonic 또는 Chipcon의 ZigBee 모듈을 2개 구입을 합니다.


1.1 모듈 하나에는 보통 2개의 10bit A/D 컨버터가 포함이 되어 있는데, 이중에 한 단자에 마이크를 이 단자에 연결을 합니다.

1.2 다른 한 모듈의 A/D 단자에는 스피커를 연결합니다.

1.3 SMAC(Simple MAC) 이라는 소프트웨어를 Freescale사에서 다운을 받습니다.

1.4 CodeWarrior라는 통합환경에서 C언어로 프로그램을 작성하고 바이너리 코드를 모듈의 플래시 메모리에 옮깁니다.

1.5 Test해 봅니다.


2. 회로를 직접 디자인해 보는 방법

2.1 MCU칩의 선택

2.2 RF모듈의 선택

3.3 PCB Design

3.4 Test

3.5 Software 탑재

3.6 최종 테스트

http://cafe.naver.com/zigbee803 에 접속해 보시면 많은 자료들이 있습니다.



[참고]  Analog Input Source Sample


#include "pervinfo.h"

// 10 bit demo blocking

void main(void)
{
    UINT16 x;

    setupProcessor();
    setupLEDs();
    setupAnalogIn( TEN_BIT, 8 );
    turnOnAnalogIn();
    enableAnalogChannel( 1 );
   
    for (;;)
    {
        x = analogIn10bit( 1 );
        LED1 = OFF;
        LED2 = OFF;
        LED3 = OFF;
        LED4 = OFF;
        if ( x > 205 )
            LED1 = ON;
        if ( x > 410 )
            LED2 = ON;
        if ( x > 615 )
            LED3 = ON;
        if ( x > 820 )
            LED4 = ON;
    }
}


// 10-bit demo with interrupts
// this one just keeps converting over and over again

void conversionComplete(void);

void main(void)
{
    setupProcessor();
    setupLEDs();
    setupInterruptDrivenAnalogIn( TEN_BIT, 8, conversionComplete );
    turnOnAnalogIn();
    enableAnalogChannel( 1 );
   
    startAnalogRead( 1 );
   
    for (;;)
    {
    }
}

void conversionComplete()
{
    UINT16 x;
    x = get10bitResult();
   
    LED1 = OFF;
    LED2 = OFF;
    LED3 = OFF;
    LED4 = OFF;
    if ( x > 205 )
        LED1 = ON;
    if ( x > 410 )
        LED2 = ON;
    if ( x > 615 )
        LED3 = ON;
    if ( x > 820 )
        LED4 = ON;
   
    startAnalogRead( 1 );
}
*/

/*
// 8 bit demo blocking

void main(void)
{
    UINT8 x;

    setupProcessor();
    setupLEDs();
    setupAnalogIn( EIGHT_BIT, 8 );
    turnOnAnalogIn();
    enableAnalogChannel( 1 );
   
    for (;;)
    {
        x = analogIn8bit( 1 );
        LED1 = OFF;
        LED2 = OFF;
        LED3 = OFF;
        LED4 = OFF;
        if ( x > 51 )
            LED1 = ON;
        if ( x > 102 )
            LED2 = ON;
        if ( x > 153 )
            LED3 = ON;
        if ( x > 209 )
            LED4 = ON;
    }
}
*/



위키피디아 링크
http://en.wikipedia.org/wiki/ZigBee

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Posted by Real_G
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