지그비

Zigbee
이 기사는 무선 프로토콜에 관한 것입니다.가상의 인물은 지그비를 참고하세요.
지그비
Zigbee logo.svg
국제 표준IEEE 802.15.4
개발자접속 표준 얼라이언스
산업산업, 과학, 의료 및 IoT
물리 범위10~100미터
웹 사이트https://csa-iot.org/

Zigbee는 IEEE 802.15.4 기반의 통신 프로토콜 스위트로 가정용 자동화, 의료기기 데이터 수집, 기타 저전력 저대역폭 요구 등 무선 접속이 필요한 소규모 프로젝트용으로 설계된 소형 저전력 디지털 무선으로 퍼스널 에리어 네트워크를 구축하는 데 사용됩니다.따라서 Zigbee는 저전력, 저데이터 레이트 및 근접 무선 애드혹네트워크입니다.

Zigbee 사양으로 정의되어 있는 테크놀로지는 Bluetooth 등의 다른 무선 퍼스널에리어 네트워크(WPAN)나 Wi-Fi 등의 일반적인 무선 네트워크보다 심플하고 저렴한 것을 목적으로 하고 있습니다.응용 프로그램에는 무선 라이트 스위치, 가정용 에너지 모니터, 트래픽 관리 시스템 및 단거리 저환율 무선 데이터 전송을 필요로 하는 기타 소비자 및 산업 기기가 포함됩니다.

전력 소비량이 적기 때문에, 전력 출력과 환경 [1]특성에 따라, 송신 거리가 10~100 미터로 제한됩니다.지그비 장치는 중간 장치의 메시 네트워크를 통해 데이터를 전달하여 더 먼 곳에 도달함으로써 장거리 데이터를 전송할 수 있습니다.Zigbee는 일반적으로 긴 배터리 지속 시간과 안전한 네트워킹을 필요로 하는 낮은 데이터 전송률 애플리케이션에 사용됩니다.(지그비 네트워크는 128비트 대칭 암호화 키로 보호됩니다.) Zigbee는 250kbit/s의 정의된 속도로 센서 또는 입력 장치로부터의 간헐적 데이터 전송에 가장 적합합니다.

Zigbee는 1998년에 구상되어 2003년에 표준화되었으며 2006년에 개정되었습니다.그 이름은 꿀벌이 [2]벌집으로 돌아온 후 흔드는 춤을 지칭한다.

개요

ZigBee 모듈

Zigbee는 저비용[citation needed] 저전력 무선 메쉬 네트워크 표준으로 무선 제어 및 감시 애플리케이션의 배터리 구동 장치를 대상으로 합니다.Zigbee는 저지연 통신을 제공합니다.지그비 칩은 일반적으로 라디오 및 마이크로 컨트롤러와 통합되어 있습니다.Zigbee는 전 세계 대부분의 국가에서 2.4GHz의 산업, 과학 및 의료(ISM) 무선 대역을 운용하고 있습니다.일부 기기는 중국에서도 784MHz, 유럽에서도 868MHz, 미국 및 호주에서도 915MHz를 사용하지만 지역 및 국가에서도 여전히 대부분의 상업용 기기에 2.4GHz를 사용하고 있습니다.데이터 레이트는 20kbit/s(868MHz 대역)에서 250kbit/s(2.4GHz 대역)까지 다양합니다.

Zigbee는 IEEE 표준 802.15.4에서 정의된 물리층 및 미디어 액세스 제어를 기반으로 구축되어 저환율 무선 퍼스널 에리어 네트워크(WPAN)를 지원합니다.이 사양에는 네트워크층, 애플리케이션층, ZDO(Zigbee Device Objects) 및 제조업체 정의 애플리케이션 오브젝트의 4가지 주요 컴포넌트가 포함되어 있습니다.ZDO는 디바이스 역할 추적, 네트워크 가입 요청 관리, 디바이스 검색 및 보안 등의 일부 작업을 담당합니다.

Zigbee 네트워크 계층은 스타 네트워크와 트리 네트워크 및 일반 메시 네트워킹을 기본적으로 지원합니다.각 네트워크에는 코디네이터 디바이스가 1개 필요합니다.스타 네트워크 내에서 코디네이터는 중앙 노드여야 합니다.트리와 메시 모두 Zigbee 라우터를 사용하여 네트워크 수준에서 통신을 확장할 수 있습니다.지그비의 또 다른 특징은 보안 통신 수행, 암호 키 구축 및 전송 보호, 프레임 암호화, 장치 제어 기능이다.IEEE 802.15.4에서 정의된 기본 보안 프레임워크를 기반으로 합니다.

역사

지그비 스타일의 자기 조직형 애드혹 디지털 라디오 네트워크는 1990년대에 구상되었다.IEEE 802.15.4-2003 Zigbee 사양은 2004년 [3]12월 14일에 비준되었습니다.Zigbee Alliance는 2005년 6월 13일 ZigBee 2004 사양으로 알려진 사양 1.0의 가용성을 발표했습니다.

클러스터 라이브러리

2006년 9월에 Zigbee 2006 사양이 발표되어 2004년[4] 스택이 폐지되었습니다.2006 사양은 2004년 스택에서 사용된 메시지와 키와 값의 쌍 구조를 클러스터 라이브러리로 대체하고 있습니다.라이브러리는 Smart Energy, Home Automation 및 Zigbee Light [5]Link와 같은 이름을 가진 클러스터로 알려진 그룹으로 구성된 표준화된 명령어, 속성 및 글로벌 아티팩트 세트입니다.

2017년 1월, Zigbee Alliance는 라이브러리 이름을 Dotdot으로 바꾸고 이모티콘(:)으로 나타낼 새로운 프로토콜로 발표했다.그들은 또한 이제 인터넷[6] 프로토콜을 사용하여 다른 네트워크 유형에서 추가로 [7]실행되며 스레드와 같은 다른 표준과 상호 연결될 것이라고 발표했다.공개 이후 Dotdot은 거의 모든 Zigbee [citation needed]디바이스에서 기본 애플리케이션 계층으로 기능하고 있습니다.

지그비 프로

지그비 2007으로도 알려진 지그비 프로는 2007년에 완성되었다.Zigbee Pro 장치는 기존 Zigbee 네트워크에 가입하여 작동할 수 있으며 그 반대도 마찬가지입니다.라우팅 옵션의 차이로 인해 Zigbee Pro 디바이스는 레거시 Zigbee 네트워크상의 비루팅 Zigbee 엔드 디바이스(ZED)가 되어야 하며 레거시 Zigbee 디바이스는 Zigbee Pro [8]네트워크상의 ZED가 되어야 합니다.2.4GHz ISM 대역을 사용하여 동작하며 서브GHz [9]대역을 추가합니다.

사용 사례

Zigbee 프로토콜은 낮은 전력 소비와 낮은 데이터 속도를 허용하는 임베디드 애플리케이션을 위한 것입니다.그 결과, 네트워크에서는 전력 소비량이 매우 적어집니다.개별 디바이스의 배터리 지속 시간은 2년 이상이어야 [10]합니다.

일반적인 어플리케이션 영역은 다음과 같습니다.

Zigbee는 노드 간 이동성이 높은 상황에는 적합하지 않습니다.따라서 높은 데이터 레이트와 높은 이동성이 존재하며 필요한 [citation needed][15]전장의 전술적 애드혹 무선 네트워크에는 적합하지 않습니다.

응용 프로그램프로파일

최초의 Zigbee 애플리케이션 프로파일인 Home Automation은 2007년 [citation needed]11월 2일에 발표되었습니다.이후 추가 애플리케이션 프로파일이 공개되었습니다.

Zigbee Smart Energy 2.0 사양은 Internet Protocol 기반 통신 프로토콜을 정의하여 에너지 및 물의 전달 및 사용을 모니터링, 제어, 통지 및 자동화합니다.Zigbee Smart Energy 버전 1의 사양을 [16]강화한 것입니다.플러그인 전기차 충전, 설치, 구성 및 펌웨어 다운로드, 선불 서비스, 사용자 정보 및 메시징, 부하 제어, 수요 응답 및 유선 및 무선 네트워크에 대한 공통 정보와 애플리케이션 프로필 인터페이스를 위한 서비스를 추가합니다.다음과 같은 파트너가 개발하고 있습니다.

Zigbee Smart Energy는 6LoWPAN 헤더 [17][18]압축을 사용하여 IEEE 802.15.4를 통해 표준 IPv6 트래픽을 라우팅하는 네트워크 레이어인 Zigbee IP에 의존합니다.

2009년, 소비자가전 컨소시엄(RF4CE)과 Zigbee Alliance는 공동으로 무선 주파수 리모컨 표준을 제공하기로 합의했습니다.지그비 RF4CE는 TV나 셋톱박스 등 폭넓은 가전제품용으로 설계되어 있습니다.풍부한 통신과 신뢰성, 향상된 기능과 유연성, 상호 운용성, 가시권 [19]장벽이 없는 등 기존 원격 제어 솔루션에 비해 많은 이점을 약속했습니다.지그비 RF4CE 사양에서는, 가전제품의 리모트 제어 등, 저비용의 디바이스로 작은 메모리 구성으로 실행할 수 있는, Zigbee 기능의 서브셋을 사용하고 있습니다.

무선 하드웨어

Zigbee가 사용하는 라디오 디자인은 아날로그 무대가 거의 없고 가능한 한 디지털 회로를 사용한다.무선과 마이크로컨트롤러를 1개의 모듈에 통합한 제품을 사용할 [20]수 있습니다.

Zigbee 인정 프로세스에는 물리 레이어의 요건에 대한 완전한 검증이 포함됩니다.동일한 검증된 반도체 마스크세트에서 파생된 모든 무선은 동일한 RF 특성을 가집니다.지그비 라디오는 전력과 대역폭에 매우 엄격한 제약을 가합니다.오동작하는 미인증 물리층에서는 Zigbee 네트워크상의 다른 디바이스의 소비전력이 증가할 수 있습니다.따라서, 무선은 802.15.4-2006 표준의 조항 6에 따라 테스트됩니다.

이 표준에서는 라이선스가 없는 2.4~2.4835GHz(세계), 902~928MHz(미국 및 호주) 및 868~868.6MHz(유럽) ISM 대역에서의 동작을 지정합니다.2.4GHz 대역에는 5MHz 간격으로 16개의 채널이 할당되지만 각각 2MHz의 대역폭만 사용합니다.무선은 다이렉트시퀀스 확산 스펙트럼 부호화를 사용합니다.이것은 변조기로의 디지털스트림에 의해 관리됩니다.868 및 915MHz 대역에서는 Binary Phase-Shift Keying(BPSK; 바이너리 위상 편이 키)이 사용되며, 2.4GHz 대역에서는 기호당 2비트를 전송하는 Offset Quadrature Phase-Shift Keying(OQPSK; 오프셋 직교 위상 편이 키)이 사용됩니다.

미가공 무선 데이터 레이트는 2.4GHz 대역에서는 채널당 250kbit/s, 915MHz 대역에서는 채널당 40kbit/s, 868MHz 대역에서는 20kbit/s입니다.패킷 오버헤드와 처리 지연으로 인해 실제 데이터 스루풋은 지정된 최대 비트환율보다 낮아집니다.2.4GHz 전송 거리에 있는 실내 애플리케이션의 경우, 건축 자재, 관통할 벽의 수 및 해당 지리적 [22]위치에서 허용되는 출력 전력에 따라 10-20m이다.무선의 출력 전력은 보통 0~20dBm(1~100mW)입니다.

디바이스 유형 및 동작 모드

Zigbee 장치에는 세 가지 클래스가 있습니다.

  • Zigbee 코디네이터(ZC): 코디네이터가 네트워크 트리의 루트를 형성하여 다른 네트워크에 브리지 할 수 있습니다.원래 네트워크를 시작한 장치이기 때문에 각 네트워크에는 정확히 1개의 Zigbee 코디네이터가 있습니다(Zigbee LightLink 사양은 Zigbee 코디네이터 없이 작동할 수 있으므로 기성 가정용 제품에서 더 유용하게 사용할 수 있습니다).보안 [23][24]키의 트러스트 센터 및 저장소 역할을 포함하여 네트워크에 대한 정보를 저장합니다.
  • Zigbee Router(ZR): 어플리케이션 기능을 실행하는 것 외에 라우터는 중간 라우터로서 기능해, 다른 디바이스로부터 데이터를 전달할 수 있습니다.
  • Zigbee End Device(ZED): 부모 노드(코디네이터 또는 라우터)와 통신하기에 충분한 기능을 갖추고 있어 다른 디바이스에서 데이터를 릴레이할 수 없습니다.이 관계에 의해, 노드가 상당시간 sleeve 상태가 되어, 배터리 지속 시간이 길어집니다.ZED는 최소한의 메모리를 필요로 하기 때문에 ZR이나 ZC보다 제조 비용이 저렴합니다.

현재의 Zigbee 프로토콜은 비콘 지원 및 비콘 지원 네트워크를 지원합니다.비콘이 네이블이 아닌 네트워크에서는 비슬롯되지 않은 CSMA/CA 채널액세스 메커니즘이 사용됩니다.이런 유형의 네트워크에서는 일반적으로 Zigbee 라우터는 리시버를 계속 활성화하여 추가 [25]전력을 필요로 합니다.다만, 이것에 의해, 필요에 따라서, 일부의 디바이스가 계속적으로 수신하는 한편, 다른 디바이스는 송신하는 이종 네트워크가 가능하게 됩니다.이종 네트워크의 일반적인 예는 무선 라이트 스위치입니다.램프의 Zigbee 노드는 램프의 주전원에 의해 안정적으로 전원이 공급되기 때문에 지속적으로 수신할 수 있으며, 배터리 구동식 라이트 스위치는 스위치를 돌릴 때까지 sleeve 상태를 유지합니다.이 경우 스위치는 웨이크업하여 램프에 명령어를 송신하고 확인 응답을 수신하고 sleep 상태로 돌아갑니다.이러한 네트워크에서는 램프 노드는 Zigbee 코디네이터가 아니더라도 적어도 Zigbee 라우터가 됩니다.스위치 노드는 일반적으로 Zigbee 엔드 디바이스입니다.비콘 대응 네트워크에서는 Zigbee 라우터는 정기적으로 비콘을 전송하여 다른 네트워크 노드에 존재 여부를 확인합니다.노드가 비콘 사이에서 sleep 상태가 되어 배터리 수명이 길어질 수 있습니다.비콘 간격은 데이터 레이트에 따라 달라집니다.250kbit/s에서는 15.36밀리초~251.65824초, 40kbit/s에서는 24~393.216초, 20kbit/s에서는 48밀리초~786.432초입니다비콘 간격이 길면 정확한 타이밍이 필요하기 때문에 저비용 제품에서는 구현 비용이 많이 들 수 있습니다.

일반적으로 Zigbee 프로토콜은 전력 사용을 줄이기 위해 무선 켜짐 시간을 최소화합니다.비콘 네트워크에서는 비콘이 전송되는 동안만 노드가 활성화되어야 합니다.비콘 대응이 아닌 네트워크에서는 소비전력은 절대적으로 비대칭적입니다.어떤 디바이스는 항상 활성화 되어 있는 반면 다른 디바이스는 대부분의 시간을 수면 상태로 보냅니다.

Smart Energy Profile 2.0을 제외하고, Zigbee 디바이스는 IEEE 802.15.4-2003 Low-Rate Wireless Personal Area Network(LR-WPAN) 표준에 준거해야 합니다.이 표준은 하위 프로토콜 계층(PHY) 및 데이터 링크 계층의 미디어 액세스 제어 부분을 지정합니다.기본 채널액세스 모드는 carrier-sense multiple access with collision overjoid(CSMA/CA; 콜리젼 회피)입니다.즉, 노드는 인간이 대화하는 방식과 다소 유사한 방식으로 통신합니다. 즉, 노드가 시작하기 전에 다른 노드가 대화하고 있지 않은지 간단히 확인합니다.CSMA/CA는 다음 3가지 예외에서 사용되지 않습니다.

  • 메시지 확인 응답
  • 비콘은 일정한 타이밍 스케줄로 송신됩니다.
  • 저지연 실시간 요건을 가진 비콘 대응 네트워크 디바이스에서도 보증된 타임슬롯을 사용할 수 있습니다.

네트워크층

네트워크 계층의 주요 기능은 MAC 서브레이어의 올바른 사용을 보장하고 다음 상위 레이어, 즉 애플리케이션레이어에서 사용하기 위한 적절한 인터페이스를 제공하는 것입니다.네트워크 계층은 네트워크 연결, 연결 해제 및 설정과 같은 네트워크 기능을 처리합니다.네트워크 확립, 주소 할당, 디바이스 추가 및 삭제가 가능합니다.이 레이어는 스타, 메시 및 트리 토폴로지를 사용합니다.

전송 계층의 데이터 엔티티는 애플리케이션 계층의 방향으로 프로토콜 데이터 단위를 생성 및 관리하고 현재 토폴로지에 따라 라우팅을 수행합니다.제어 엔티티는 새로운 디바이스의 설정을 처리하고 새로운 네트워크를 확립합니다.네이버 디바이스가 네트워크에 속해 있는지 여부를 판단하고 새로운 네이버와 라우터를 검출할 수 있습니다.

네트워크 계층에서 사용되는 라우팅 프로토콜은 AODV입니다.[26]행선지 디바이스를 검색하려면 , AODV 를 사용해 루트 요구를 모든 네이버에 브로드캐스트 합니다.다음으로 네이버는 수신처에 도달할 때까지 요구를 네이버에 브로드캐스트합니다.수신처에 도달하면, 루트 응답은 송신원으로의 최저 코스트 패스에 따라서 유니캐스트 송신으로 송신됩니다.송신원은 응답을 수신하면 경로 내 넥스트홉의 수신처 주소와 관련된 경로비용을 사용하여 라우팅 테이블을 업데이트합니다.

응용 프로그램레이어

애플리케이션 계층은 규격에 의해 정의된 최상위 계층이며 최종 사용자에 대한 Zigbee 시스템의 효과적인 인터페이스입니다.Zigbee 사양에 의해 추가된 대부분의 컴포넌트로 구성되어 있습니다.ZDO(Zigbee 디바이스 객체)와 그 관리 절차 및 제조사가 정의한 어플리케이션 객체는 모두 이 계층의 일부로 간주됩니다.이 레이어는 테이블 바인딩, 바인딩된 디바이스 간에 메시지 전송, 그룹 주소 관리, 패킷 재구성 및 데이터 전송 등을 수행합니다.Zigbee 디바이스 프로필 서비스를 담당하고 있습니다.

주요 컴포넌트

Zigbee 프로토콜 스택의 프로토콜인 ZDO(Zigbee Device Object)는 전체 장치 관리, 보안 키 및 정책을 담당합니다.위에서 설명한 바와 같이 디바이스의 역할을 코디네이터 또는 엔드 디바이스로 정의할 뿐만 아니라 네트워크상의 새로운 디바이스의 검출과 제공되는 서비스의 식별도 담당합니다.그런 다음 외부 디바이스와의 안전한 링크를 확립하고 그에 따라 바인딩 요구에 응답할 수 있습니다.

Application Support Sublayer(APS; 응용 프로그램서포트 서브레이어)는 스택의 다른 주요 표준 컴포넌트이며, 이를 통해 명확하게 정의된 인터페이스와 제어 서비스를 제공합니다.네트워크 레이어와 애플리케이션레이어의 다른 요소 간의 브리지로서 기능합니다.이러한 바인딩 테이블을 데이터베이스 형식으로 최신 상태로 유지합니다.이 테이블을 사용하여 필요한 서비스와 다양한 디바이스가 제공하는 디바이스에 따라 적절한 디바이스를 찾을 수 있습니다.지정된 두 계층 간의 결합으로서 프로토콜 스택의 계층 간에 메시지를 라우팅하기도 합니다.

커뮤니케이션 모델

Zigbee 고급 커뮤니케이션 모델

애플리케이션은 원하는 작업을 수행하기 위해 협력하는 통신 객체로 구성될 수 있다.태스크는 일반적으로 각 기기에 대해 대부분 로컬이며, 예를 들어 각 가전제품의 제어 등입니다.Zigbee의 초점은 네트워크를 형성하는 개별 Zigbee 노드 내에 상주하는 많은 다른 장치 간에 작업을 분배하는 것입니다.

네트워크를 형성하는 오브젝트는 ZDO 인터페이스에 의해 감시되는 APS에 의해 제공되는 설비를 사용하여 통신합니다.1개의 디바이스 내에 존재할 수 있는 어플리케이션오브젝트 번호는 1 ~240입니다.ZDO 데이터 인터페이스용으로 0, 브로드캐스트용으로 255가 예약되어 있습니다.241 ~ 254 의 범위는 현재 사용되고 있지 않지만, 장래에 존재할 가능성이 있습니다.

응용 프로그램오브젝트가 사용할 수 있는 서비스는 다음 두 가지가 있습니다(Zigbee 1.0).

  • Key-Value Pair Service(KVP; 키값 쌍 서비스)는 설정 목적으로 사용됩니다.get, set 및 event primitive에 기반한 단순한 인터페이스를 통해 오브젝트 속성의 설명, 요구 및 변경을 가능하게 하며, 일부는 응답 요구를 허용합니다.구성에서는 XML을 사용합니다.
  • 메시지 서비스는 정보 처리에 대한 일반적인 접근 방식을 제공하도록 설계되었으며, KVP에 의해 발생하는 애플리케이션 프로토콜과 잠재적인 오버헤드를 조정할 필요가 없습니다.APS 프레임 경유로 임의의 payload를 송신할 수 있습니다.

주소 지정도 애플리케이션 계층의 일부입니다.네트워크 노드는 IEEE 802.15.4 준거 무선 트랜시버와1개 또는 복수의 디바이스 기술(폴링 또는 설정 가능, 또는 이벤트를 통해 감시할 수 있는 어트리뷰트의 집합)으로 구성됩니다.트랜시버는 어드레싱의 기초가 되며 노드 내의 디바이스는 1 ~240 범위의 엔드포인트 식별자에 의해 지정됩니다.

통신 및 디바이스 검출

애플리케이션이 통신하려면 애플리케이션을 지원하는 디바이스는 공통 애플리케이션 프로토콜(메시지 유형, 형식 등)을 사용해야 합니다.이러한 규칙 세트는 프로파일로 그룹화되어 있습니다.또, 소정의 프로파일의 컨텍스트내에서 일의인 입출력 클러스터 식별자를[clarify] 일치시켜, 디바이스내의 착신 또는 발신 데이터 플로우와 관련지어 바인딩을 결정한다.바인딩 테이블에는 소스 및 대상 쌍이 포함됩니다.

사용 가능한 정보에 따라 디바이스 검출 방법은 다를 수 있습니다.네트워크 주소가 인식되면 유니캐스트 통신을 사용하여 IEEE 주소를 요구할 수 있습니다.그렇지 않으면 청원이 방송됩니다.엔드 디바이스는 단순히 요청된 주소로 응답하고 네트워크 코디네이터 또는 라우터는 관련된 모든 디바이스의 주소를 전송합니다.

이 확장 디스커버리[clarify] 프로토콜을 통해 외부 디바이스는 네트워크 내의 디바이스와 해당 디바이스가 제공하는 서비스에 대해 검출할 수 있습니다.이것에 의해, 검출 디바이스(이전에 주소를 취득한 디바이스)가 쿼리했을 때에 엔드포인트가 리포트할 수 있습니다.매칭 서비스도 사용할 수 있습니다.

클러스터 식별자를 사용하면 테이블은 네트워크 내에서 항상 사용할 수 있어야 하며 코디네이터는 상시 전원을 공급받을 가능성이 높기 때문에 Zigbee 코디네이터에 의해 유지되는 바인딩 테이블을 사용하여 보완적인 엔티티의 바인딩을 강제합니다.애플리케이션에 따라서는 상위 계층에서 관리되는 백업이 필요할 수 있습니다.바인딩에는 확립된 통신 링크가 필요합니다.링크 존재 후 애플리케이션 및 보안 정책에 따라 네트워크에 새 노드를 추가할지 여부가 결정됩니다.

커뮤니케이션은 어소시에이션 직후에 실시할 수 있습니다.다이렉트 어드레싱에서는 무선 주소와 엔드 포인트 ID가 모두 사용됩니다.간접 어드레싱에서는 관련된 모든 필드(주소, 엔드 포인트, 클러스터 및 어트리뷰트)가 사용되며 네트워크 코디네이터로 전송되어야 합니다.네트워크 코디네이터는 어소시에이션을 유지하고 통신 요구를 변환합니다.간접 주소 지정은 일부 장치를 매우 단순하게 유지하고 스토리지에 대한 필요성을 최소화하는 데 특히 유용합니다.이들 2가지 방법 외에 디바이스 내의 모든 엔드포인트에 대한 브로드캐스트를 사용할 수 있으며 그룹 주소 지정은 지정된 디바이스 세트에 속하는 엔드포인트 그룹과의 통신에 사용됩니다.

보안 서비스

Zigbee는 정의 기능 중 하나로 안전한 통신을 수행하고 암호 키의 확립과 전송을 보호하며 데이터를 암호화하기 위한 기능을 제공합니다.IEEE 802.15.4에서 정의된 기본 보안 프레임워크를 기반으로 합니다.

기본 보안 모델

기밀성을 보장하기 위한 기본 메커니즘은 모든 키 입력 자료의 적절한 보호입니다.키는 보안 아키텍처의 토대입니다.그 때문에, 그 보호가 가장 중요하기 때문에, 키는 시큐러티하지 않은 채널을 개입시켜 전송 되는 일은 없습니다.이 규칙에 대한 일시적인 예외는 이전에 설정되어 있지 않은 디바이스의 네트워크에 대한 추가 초기 단계에서 발생합니다.키의 초기 설치 및 보안 정보 처리에서 신뢰성이 전제되어야 합니다.Zigbee 네트워크 모델은 애드혹네트워크가 외부 디바이스에 물리적으로 액세스 할 수 있는 경우가 있기 때문에 특히 보안상의 고려사항에 주의할 필요가 있습니다.또한 작업 환경의 상태 또한 예측할 수 없습니다.

프로토콜 스택 내에서, 서로 다른 네트워크 계층은 암호화로 분리되지 않으므로, 액세스 정책이 필요하며, 기존 설계가 가정됩니다.디바이스 내의 오픈 트러스트 모델에서는 키 공유가 가능하기 때문에 잠재적인 비용이 현저하게 절감됩니다.단, 프레임을 작성하는 레이어는 프레임의 보안을 담당합니다.악성 디바이스가 존재할 수 있기 때문에 모든 네트워크층의 payload를 암호화하여 부정 트래픽을 즉시 차단해야 합니다.단, 네트워크 키를 전송하여 통합 보안 레이어를 그리드에 할당하는 경우는 예외입니다.

보안 아키텍처

Zigbee 보안 아키텍처는 CCM*[27]을 기반으로 하며 암호화 및 무결성 전용 기능을 CCM 모드에 추가합니다.Zigbee는 128비트 키를 사용하여 보안 메커니즘을 구현합니다.키는 Zigbee 계층 및 MAC 하위 계층에서 사용할 수 있는 네트워크 또는 사전 설치, 합의 또는 전송을 통해 획득된 링크 중 하나에 연결할 수 있습니다.링크 키의 확립은 링크 키의 대응을 제어하는 마스터 키에 근거한다.최종적으로는 네트워크 전체의 보안에 의존하기 때문에 적어도 초기 마스터 키는 안전한 매체(트랜스포트 또는 프리 인스톨)를 통해 취득해야 합니다.링크 키와 마스터 키는 애플리케이션 계층에서만 볼 수 있습니다.서비스마다 링크 키의 단방향 변형을 사용하여 누출 및 보안 위험을 방지합니다.

키 배포는 네트워크의 가장 중요한 보안 기능 중 하나입니다.시큐어 네트워크는, 다른 디바이스가 시큐러티 키의 배포에 신뢰하는, 하나의 특별한 디바이스, 즉 트러스트 센터를 지정합니다.디바이스에는 트러스트 센터주소와 초기 마스터 키가 프리로드되어 있는 것이 이상적입니다.순간 취약성이 허용되면 위의 설명과 같이 전송됩니다.특별한 보안 요구가 없는 일반적인 어플리케이션에서는 (초기 안전하지 않은 채널을 통해) 트러스트 센터에서 제공하는 네트워크 키를 사용하여 통신합니다.

따라서 트러스트 센터는 네트워크 키를 모두 유지하고 포인트 투 포인트보안을 제공합니다.디바이스는 초기 마스터 키를 제외하고 트러스트 센터에서 제공된 키에서 발신된 통신만 받습니다.보안 아키텍처는 다음과 같이 네트워크 계층 간에 분산됩니다.

  • MAC 서브레이어는 싱글홉의 신뢰성 높은 통신을 가능하게 합니다.일반적으로 사용하는 보안 수준은 상위 계층에 의해 지정됩니다.
  • 네트워크 계층은 라우팅, 수신 메시지 처리 및 요청을 브로드캐스트할 수 있습니다.사용 가능한 경우 발신 프레임은 라우팅에 따라 적절한 링크키를 사용합니다.그렇지 않으면 네트워크 키가 사용됩니다.
  • 애플리케이션 계층은 ZDO와 애플리케이션 모두에 주요 설정 및 전송 서비스를 제공합니다.

독일 전자잡지 하이제온라인에 따르면 지그비홈오토메이션 1.2는 이미 알려진 변경 불가능한 폴백키를 암호화 협상에 사용하고 있다.이로 인해 암호화가 매우 [28]취약해집니다.

시뮬레이션

ns-2, OMNeT++, OPNET, NetSim 등의 네트워크 시뮬레이터를 사용하여 IEEE 802.15.4 Zigbee 네트워크를 시뮬레이트할 수 있습니다.이러한 시뮬레이터에는 사용자가 수정할 수 있는 오픈소스 C 또는 C++ 라이브러리가 포함되어 있습니다.이를 통해 사용자는 하드웨어를 구현하기 전에 새로운 알고리즘의 유효성을 판단할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "ZigBee Specification FAQ". ZigBee.org. Zigbee Alliance. Archived from the original on June 27, 2013. Retrieved June 14, 2013.
  2. ^ Gislason, Drew. "ZigBee Wireless Networking". EE Times.
  3. ^ ZigBee Document 053474r06, Version 1.0: ZigBee Specification. ZigBee Alliance. 2004.
  4. ^ IEEE 802.15 WPAN Task Group 4 (November 27, 2019). "IEEE 802.15". IEEE802.org. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Retrieved October 18, 2012.
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