Zigbee는 802.15.4 표준 기반의 저속, 저전력, 저비용의 특징을 가진 무선통신기술로 IoT 센서네트워크 구성에 주로 활용됩니다. 수개월에서 수년간 동작이 가능한 저전력 특성 및 1달러 미만의 낮은 가격이 장점입니다. 이 문서에서는 지그비 기술의 특징, 스택구조 및 활용사례에 대해 자세히 정리해보겠습니다.
Zigbee 특징
스펙
Zigbee는 800MHz 및 2.4GHz ISM 대역을 사용하며 데이터 전송속도는 250kbps 정도로 낮은 편입니다. 하지만 수만 개 node의 연결이 가능하여 이 노드들을 서로 연결하여 센서네트워크 구성에 매우 유리한 장점을 가지고 있습니다.
지그비는 802.15.4 무선 프로토콜 스펙을 기반으로 구조가 간단하고 가벼워 저전력 동작에 포커스를 두고 개발된 무선기술입니다. 가령, 저전력 특성으로 배터리 교체 없이도 수개월에서 수년동안 동작할 수도 있습니다.
디바이스 종류
지그비는 최대 6만 5천개의 node를 상호 연결할 수 있습니다. 아래 이미지는 지그비 장치를 이용해 센서 네트워크를 구성한 개념도 입니다. 3가지 유형으로 구분할 수 있으며 디바이스 유형에 따른 역할은 다음과 같습니다.
| End Device | 네트워크의 종단에 위치한 디바이스로 부모 노드와 통신하며, 센서로부터 받은 데이터 등을 송신하며 장시간 대기할 수 있습니다. |
| Router | 보라색 원에 해당하는 장치로 각 End Device에 받은 데이터를 다음 node로 전달하는 라우팅 기능을 담당합니다. |
| Coordinator | 가장 중요한 디바이스의 하나로 각기 다른 두 개의 센서 네트워크를 연결해주는 역할을 합니다. 각 네트워크에는 한 개의 코디네이터가 있어서 다른 네트워크와 연결하는 게이트웨이와 같은 역할을 합니다. |
Zigbee 스택구조
지그비 스택구조는 아래와 같이 802.15.4 물리 계층과 이를 포함한 ZigBee 계층으로 구분할 수 있습니다. 상대적으로 다른 무선 프로토콜에 비해 매우 구조가 단순하며 제어 코드의 사이즈 역시 작습니다. 레이어별 기능은 다음과 같습니다
| 레이어 | 기능 |
| Application / Framework | 주변의 다른 기기를 탐색, 식별하는 기능을 담당하며, 다양한 애플리케이션을 제작할 수 있는 API를 제공합니다. |
| Network Layer | 바인딩 요청에 대한 수락과 회신 기능을 수행하며, 다수의 노드와 네트워크를 구성하기 위한 확장을 제공합니다. |
| MAC Layer / PHY | 800MHz, 2.4GHz 대역의 무선 통신 물리계층 기반 통신기능을 지원합니다. |
스펙비교
사물인터넷 통신기술로 많이 사용되는 블루투스와 NFC 스펙을 간단히 비교해보겠습니다. NFC의 경우 10m ~ 1m 이내의 작은 범위에서만 데이터 전송 가능한 근거리 통신기술로 보다 넓은 범위의 센서네트워크라면 지그비나 BLE를 사용하는 것이 좋습니다.
| Zigbee | NFC | 블루투스 |
| 802.15.4 표준 | ISO/IEC 1443A | 802.15.1 표준 |
| 250kbps | 400kbps | 1Mbps (BLE 기준) |
| 2.4GHz | 13.56MHz | 2.4GHz |
Zigbee 활용사례
지그비 허브
스마트홈에서 많이 사용하는 지그비 허브를 활용하면 다양한 집안 내 조명, 센서, 스위치 등을 허브를 통해 한 번에 연결하여 스마트폰을 통해 제어가 가능합니다.
스마트 솔루션
- 스마트공장: 스마트팩토리와 같은 자동화 제조공정을 구축하기 위해 공장내 다양한 기기나 시설 그리고 제품의 상태를 실시간으로 수집하고 이를 호스트 서버로 전송합니다.
- 스마트홈: 조명의 on/off 하거나 dimming 처리, 가스밸브제어, 냉난방제어, 가전기기 제어 등의 스마트홈 플랫폼 구성을 위해 디바이스간 통신 기능구현을 위해 사용할 수 있습니다. 다만, 저전력 동작 장치에 적합하며 가전과 같이 이미 충분한 전력을 공급받는 기기의 경우 WIFI 등의 범용적인 무선 기술이 더 개발에 효율적일 수 있습니다. (e.g. 삼성 Smart Things)
- 스마트팜: 하우스 내부의 온습도 제어나 환기시스템 및 외부 날씨 상태 모니터링과 같은 센서네트워크 디바이스의 통신 기기로 활용합니다.
만약 사물인터넷을 활용한 다양한 활용사례를 확인하고 싶으시다면 이전의 아래 글도 함께 확인해보시기 바랍니다.