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Home networking with Zigbee

Home networking with Zigbee. 순천향대학교 정보기술공학부 컴퓨터시스템 연구실 유혜림 gotifls@nate.com. 2005.7.27 ( 수 ). 목차. X-10 프로토콜 WLAN Zigbee 란 ? Frame structure Channel access, addressing Device types Zigbee network Zigbee 의 보안 서비스 general operation framework(GOF).

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  1. Home networking with Zigbee 순천향대학교 정보기술공학부 컴퓨터시스템 연구실 유혜림 gotifls@nate.com 2005.7.27 (수)

  2. 목차 • X-10 프로토콜 • WLAN • Zigbee 란? • Frame structure • Channel access, addressing • Device types • Zigbee network • Zigbee의 보안 서비스 • general operation framework(GOF)

  3. X-10 프로토콜 (1/2) • 다양한 home기구들을 조작할 수 있는 home networking을 위해 많은 시도 끝에 설립된 가장 오래된 프로토콜 중 하나이다. • Sears Home Control System과 Radio Shack Plug in power system을 위해 1978년 소개 되었다. • 명령을 보내고 받기 위한 송전선 배선에 사용된다. • 네트워크는 송신, 수신기 그리고 X-10명령을 받고 전달하는 양지향성의 장치로 이루어져 있다. • 이용도와 단일성은 X-10을 가장 유명한 자동제어방식 표준으로 만든다. • 모든 home appliance들과 홈 네트워크를 형성하고 영향을 미치는 특별한 정보를 요청하지 않고도 Plug and Play 공정을 가능하게 한다. • 단점은 단순하게 느린 속도, 낮은 신뢰성, 안정성이다.

  4. WLAN

  5. Zigbee 란? (1/2) • HAN이 단일의 리모콘을 재배치시키기 위해 설계했다. • 비효율성, 낮은 데이터 비율을 지원하는 표준화된 무선 네트워크, 낮은 전력 소비, 보안과 신뢰성을 위한 시장의 필요를 만족시키기 위해 만들어 졌다. • 원격감시, 제어와 감각의 network application의 필요에 초점을 맞춘 표준화된 기술이다.

  6. Zigbee 란? (2/2)

  7. Frame structure (1/4)

  8. Frame structure (2/4) • 그림 2는 802.15.4에 의존하는 4개의 기본적인 프레임 타입을 보여준다. : data, acknowledge(ACK), MAC commander와 beacon • Data frame • 104bytes까지의 유효탑재량을 공급한다. • 프레임 연속은 패킷이 에러없이 받아지는 것이 가능하게 한다. • 이 프레임 구조는 어려운 상태에 신뢰성을 향상시켰다.

  9. Frame structure (3/4) • ACK frame • 802.15.4를 위한 중요한 구조 • 받는 자부터 보내는 자까지 패킷이 에러없이 받았던 것을 확인, 피드백을 공급한다. • 데이터 패킷 전송 후에 즉시 짧은 패킷을 프레임 사이에 보내는 “quiet time”의 이점을 가진다. • MAC command frame • 리모콘과 client node의 형태를 위해 구조를 규정한다. • 중앙 네트워크 매니저는 아무리 네트워크가 커도 clients’ command frame으로 구성된 MAC을 사용한다.

  10. Frame structure (4/4) • Beacon frame • 귀한 배터리 전력을 소비하는 이들 노드의 요구없이 모든 노드는 동기화를 유지한다.

  11. Channel access, addressing (1/2) • 두 채널 접속 구조는 802.15.4에 의해 수행된다. • Non-beacon 네트워크에, 충돌 기피와 함께 표준 ALOHA 반송파 감지 무선매체접근은 성공적으로 받아들여진 패킷을 위해 긍정회신을 전달한다. • Beacon 가능 네트워크에, 슈퍼프레임은 채널 접속으로 통제된다. • 슈퍼프레임은 매 시간 슬롯에 연결 자유 채널 접속을 위해 beacon사이에 예정된 간격과 같은 간격의 시간 슬롯을 16개 공급하는 전송 네트워크를 coordinator에 의해 수립한다.

  12. Channel access, addressing (2/2) • 구조는 전용의 대역폭과 낮은 대기시간을 보장한다. • 장치 주소들은 64bit IEEE와 임의의 16bit short addressing을 사용한다. • MAC내부의 주소영역은 소스와 예정 주소 정보를 포함할 수 있다.(P2P공정을 위해 필요하다) • 이중 주소정보는 네트워크 내부에 실패의 한 시점을 예방하기 위해 그물망 네트워크를 사용한다.

  13. Device types (1/2) • Zigbee 네트워크는 세가지 디바이스 타입을 지원한다. • network coordinator • 전체 네트워크의 지식을 유지한다. • 세가지 타입중 가장 섬세한 타입이다. • 가장 많은 메모리와 컴퓨팅 파워를 요구한다. • full function device(FFD) • 모든 802.15.4의 기능과 그 기준에 의해 설정된 특징들을 지원한다. • network coordinator로서 작동될 수 있다.

  14. Device types (2/2) • reduce function device(FRD) • 낮은 비용과 복잡성으로 제한된(기준에 의해 설정된) 기능성으로 옮겨간다. • 일반적으로 네트워크 에지 디바이스에서 발견된다.

  15. Zigbee network (1/3) • Zigbee network는 slave node의 전력을 보존하도록 설계되었다. • slave nodes는 깊은 슬립 모드에 있고, 오직 network에 존재하는 확증되는 시간의 일부를 위해서만 깨어난다. • Zigbee network는 beacon이나 non-beacon 환경을 사용할 수 있다. • Beacon은 HAN이라고 인정하고 슈퍼프레임의 구조를 묘사하는 network device의 두 역할을 하곤 한다.

  16. Zigbee network (2/3) • non-beacon 모드는 간단하다. • 전통적인 multiple-access system은 간단한 peer와 near-peer 네트워크에 사용된다. • 각 client는 자발적으로 대화를 시작할 수 있지만 무심코 다른 것을 방해할 수 있는 두가지 방법의 무선통신 네트워크와 같이 영향을 미친다. • 수취인은 부름을 들을 수 없거나 채널이 이미 사용 중일수도 있다. • Client 단위에서 보안 시스템을 사용한다. • 원격 조작 단위는 네트워크에 그들의 연속된 존재를 알리는 것을 기초로, 멋대로가 아닌 규칙적으로 일어난다.

  17. Zigbee network (3/3) • beacon 모드 • Cluster tree나 그물 망같은 광범위한 네트워크에 조작 전력 소비를 위한 구조이다. • 두가지 무선 통신 네트워크는 채널을 조정하고 호출을 처리하는 중앙 발송인을 가진다. • beacon 모드의 가장 중요한 가치는 시스템의 전력 소비를 줄일 수 있다는 것이다. • network coordinator가 배터리로 작동될 때, 적합하다.

  18. Zigbee의 보안 서비스 • Zigbee는 명시된 네 가지 보안 서비스에 대해 IEEE 802.15.4 MAC 부계층의 보안 모델에 영향을 미친다. • Acess control –네트워크 내부에 신뢰받는 장치 목록을 유지한다. • Data encryption –좌우대칭키 128bit AES 사용 • Frame integrity –암호표기법의 키없이 단체에 의해 수정을 가짐으로 데이터를 보호한다. • 재생되어온 데이터 프레임을 거부하는 잇따른 새로운 것 –네트워크 제어장치는 만약 새로운 가치가 새로운 것으로 업데이트 되지 않는다면 그것은 거부당하고 장치로부터 마지막에 알려진 가치와 함께 새로운 가치를 비교한다.

  19. network layer (1/2)

  20. network layer (2/2) • 네트워크 층은 그들의 바꾸려는 목적지의 보안과 통로 프레임을 수행하는 network coordinator가 사용하는 장치를 관련지어 생각하거나 분리해서 생각한다. • Network coordinator의 네트워크 층은 새로운 네트워크가 시작되고 새로이 연합된 장치의 주소를 할당하기 위해 책임을 가진다. • 네트워크 층은 복합의 network topology를 지원한다.

  21. general operation framework(GOF) • GOF는 프로토콜 스택의 이용과 휴식 사이의 glue layer이다. • GOF는 현재는 sub-addressing과 addressing mode 그리고 자치, power source, sleep mode와 coordinator의 타입같은 장치 묘사를 포함한 다양한 구성요소를 갖는다 • GOF의 특수화된 방법인 object 모델을 사용하면, 사건과 데이터 포맷은 set/get 명령과 그들의 응답을 구성하는 application에 의해 사용된다.

  22. IEEE를 바탕으로 한 zigbee는 센서, 작동장치, appliance와 가치있는 추적 장치를 위한 데이터 통신을 통합하는 잠재력을 가진다. • Zigbee는 개인적인 오토메이션, utility metering, 장난감같은 영역에 사용될 수 있다. • 하지만, 홈 오토메이션은 zigbee 가능 장치를 위한 가장 큰 시장이다.

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