Zigbee의 저전력화와 채널간섭 분석

강민구 ( Kang Mingoo ),신호진 ( Shin Hojin ) 한국인터넷정보학회 2010 인터넷정보학회논문지 Vol.11 No.3

무선PAN(Wireless Personal Area Network, WPAN)에서 Zigbee의 저전력화와 채널간섭을 개선하고자, Zigbee망의 전력소모와 통신패턴을 분석하였다. Zigbee의 ad-hoc특성인 토폴로지 변화로 인한 동적 망구성시 토폴로지의 저전력화를 위해 종단장치(end device)들이 채널검색주기를 설정할 때 종단장치의 배터리 수명을 고려한 통신패턴을 분석하였다. 또한, Zigbee의 Random Back off 통신방식에서 무선랜(WLAN)과 채널간섭을 고려한 통신패턴도 분석하였다. 이로서, Zigbee의 종단장치의 배터리 수명을 연장하고자 종단 장치의 채널검색 주기를 설정하는 통신패턴을 설정하였으며, Zigbee의 협력장치(coordinator)와 종단장치 사이의 최적의 통신패턴의 분석을 통해 채널간섭을 최소화 할 수 있었다. The battery consumption and the wireless communication pattern were analyzed for the low power and the improvement of channel interferences between of Zigbee networks and WPAN(Wireless Personal Area Network). The communication patterns considering end device`s battery saving during channel searching period were analyzed for low power consumption topology of Zigbee dynamic ad-hoc characteristics. And, the communication patterns were analyzed due to channel interferences between WLAN and Random Back off of Zigbee, too. As a result, the communication patterns of Zigbee`s coordinator and end devices is alleviated for the longer battery life time of Zigbee`s end device due to Zigbee`s end device setting techniques.

ZigBee 보안 메커니즘 분석

김봉환,임정미,박창섭 보안공학연구지원센터 2012 보안공학연구논문지 Vol.9 No.5

ZigBee는 가장 주목받고 있는 센서네트워크중 하나다. 최근에는 스마트그리드나 WBAN(Wireless Body Area Network)에 ZigBee가 많이 사용되면서 관심이 커지고 있다. 다른 센서네트워크와 마찬가 지로 ZigBee에서도 보안은 중요한 문제다. 그러나 ZigBee는 높은 성능을 가질 수 없기 때문에 복잡한 계산을 해야 하는 암호화 프로토콜을 탑재할 수는 없다. 본 논문에서는 ZigBee 명세서를 기준으로 하 여 이런 제한된 자원 내에서 ZigBee가 어떻게 구성되고 어떤 보안서비스가 적용되는지 알아본다.

사용자 편의성 및 안전성이 강화된 ZigBee 인증 프로토콜

유호제,김찬희,임성식,오수현 한국융합보안학회 2022 융합보안 논문지 Vol.22 No.1

The rapidly growing IoT market is expanding not only in general households but also in smart homes and smart cities. Among the major protocols used in IoT, ZigBee accounts for more than 90% of the smart home's door lock market and is mainly used in miniaturized sensor devices, so the safety of the protocol is very important. However, the device using Zig Bee is not satisfied with the omnidirectional safety because it uses a fixed key during the authentication process that conn ects to the network, and it has not been resolved in the recently developed ZigBee 3.0. This paper proposes a design meth od that provides omnidirectional safety to the ZigBee authentication protocol and can be quickly applied to existing protoco ls. The proposed improved ZigBee authentication protocol analyzed and applied the recently developed OWE protocol to ap ply ECDH, which has low computational volume and provides omnidirectional safety in IoT. Based on this, it provides the safety of the ZigBee authentication protocol, and it is expected that it will be able to provide user convenience as it does not require a separate certificate or password input. 빠르게 성장하고 있는 IoT 시장은 일반 가정에서뿐만 아니라 스마트홈이나 스마트시티까지 확대되고 있다. IoT에서 사용 하는 주요 프로토콜 중 ZigBee는 스마트홈의 도어락 시장에서 90% 이상 차지하고 있고 소형화된 센서 디바이스에서 주로 사 용하고 있어 프로토콜의 안전성이 매우 중요하다. 하지만, ZigBee를 사용하는 디바이스가 네트워크에 연결되는 인증과정에서 고정된 키를 사용하고 있어 전방향 안전성을 만족하지 못하고 있고, 최근에 개발한 ZigBee 3.0에서도 해결되지 못하였다. 본 논문에서는 ZigBee 인증 프로토콜에 전방향 안전성을 제공함과 동시에 기존 프로토콜에서도 빠르게 적용할 수 있는 설계방법 을 제안한다. 제안하는 개선된 ZigBee 인증 프로토콜은 IoT에서 연산량이 적고 전방향 안전성을 제공하는 ECDH를 적용하기 위해 최근 개발된 OWE 프로토콜을 분석 및 적용하였다. 이를 바탕으로 ZigBee 인증 프로토콜의 안전성을 제공하며, 별도의 인증서나 패스워드 입력이 필요하지 않아 사용자의 편의성 또한 제공할 수 있을 것으로 본다.

원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈 설계에 대한 연구

이주현,이승호,Lee, Joo-Hyun,Lee, Seung-Ho 한국전기전자학회 2014 전기전자학회논문지 Vol.18 No.4

본 논문에서는 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈 설계방법을 제안한다. 제안된 ZigBee 원칩형 통신모듈 설계는 ZigBee 시스템 구성을 위해 일반적으로 사용되는 2개의 칩 제어 프로세서와 ZigBee RF 디바이스로 구성되는 방식을 한 개의 칩 모듈로 설계한다. 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈은 무선통신 통합제어부, 센서 및 고전압 발생부, 충전 및 전원회로부, 유선통신부, RF 회로부 및 안테나부 등으로 구성된다. 무선통신 통합제어부는 ZigBee를 위한 무선통신 제어 기능 및 방사선 측정 및 제어를 위한 기능을 수행한다. 센서 및 고전압 발생부는 2차에 걸쳐 500V의 고전압을 생성하여 GM Tube를 통해 감지된 방사선에 대한 펄스를 증폭 필터링 하는 기능을 수행한다. 충전 및 전원회로부는 리튬이온 배터리의 충전 및 원칩 프로세서에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 유선통신부는 PC와의 인터페이스 및 디버깅을 위한 USB 인터페이스 및 원거리 유선 통신이 가능하도록 RS-485/422 인터페이스 기능을 수행한다. RF 회로부 및 안테나부는 칩안테나를 적용할 수 있도록 RLC 수동소자를 적용하여 BALUN 및 안테나 임피던스 매칭 회로를 구성하여 무선통신이 가능하도록 한다. 제안된 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈을 설계 실험한 결과, 10m, 100m 구간에서 모두 데이터가 정상적으로 전송되어서 원격 방사선량 측정이 되었음을 확인할 수가 있었다. 또한 낮은 소비전류와 적은 비용으로 원격 방사선량 측정환경을 구축할 수 있었다. 따라서 방사선 측정장치의 선형성 확보 및 장치의 소형화를 통해 안정적인 방사선 측정 및 실시간 모니터링 환경을 구축할 수가 있었다. This paper suggests how to design a ZigBee-chip-based communication module to remotely measure radiation level. The suggested communication module consists of two control processors for the chip as generally required to configure a ZigBee system, and one chip module to configure a ZigBee RF device. The ZigBee-chip-based communication module for remote radiation measurement consists of a wireless communication controller; sensor and high-voltage generator; charger and power supply circuit; wired communication part; and RF circuit and antenna. The wireless communication controller is to control wireless communication for ZigBee and to measure radiation level remotely. The sensor and high-voltage generator generates 500 V in two consecutive series to amplify and filter pulses of radiation detected by G-M Tube. The charger and power supply circuit part is to charge lithium-ion battery and supply power to one-chip processors. The wired communication part serves as a RS-485/422 interface to enable USB interface and wired remote communication for interfacing with PC and debugging. RF circuit and antenna applies an RLC passive component for chip antenna to configure BALUN and antenna impedance matching circuit, allowing wireless communication. After configuring the ZigBee-chip-based communication module, tests were conducted to measure radiation level remotely: data were successfully transmitted in 10-meter and 100-meter distances, measuring radiation level in a remote condition. The communication module allows an environment where radiation level can be remotely measured in an economically beneficial way as it not only consumes less electricity but also costs less. By securing linearity of a radiation measuring device and by minimizing the device itself, it is possible to set up an environment where radiation can be measured in a reliable manner, and radiation level is monitored real-time.

Wi-Fi 간섭 환경에서 ZigBee 소자의 채널 특성 및 링크 품질 평가

안성범(Ahn, Sung-Bum),김현호(Kim, Hyeon-Ho),최상진(Choi, Sang-Jin),노도환(Rho, Do-Hwan),반재경(Pan, Jae-Kyung) 한국산학기술학회 2012 한국산학기술학회논문지 Vol.13 No.11

본 논문에서는 Wi-Fi 환경에서 ZigBee 통신 시 채널별 특성 및 링크 품질을 나타내는 PRR, RSSI, LQI를 측정하고 평가하였다. Wi-Fi의 간섭에 의하여 Wi-Fi와 ZigBee의 겹치는 채널과 겹치지 않는 채널에서의 RSSI와 LQI 값이 PRR과 어떠한 관계가 있는지를 확인하기 위해 Wi-Fi 껐을 때와 켰을 때, 그리고 Wi-Fi를 이용하여 파일 다운 로드 시 세 가지 경우에 대하여 실험하였다. Wi-Fi 간섭 환경에서 ZigBee 채널 특성 및 링크 품질 측정을 위해서 Wi-Fi와 ZigBee 수신단을 고정한 상태에서 ZigBee 수신단과 송신단 사이의 거리를 변화시켜가며 실험하였다. ZigBee 송신단은 ZigBee 수신단으로 매초 256 bits의 패킷을 보낸다. Wi-Fi 송신단과 ZigBee 수신단 위치에 따른 PRR값을 채널별로 측정하였고, ZigBee의 송, 수신단의 위치에 따른 RSSI와 PRR, LQI와 PRR을 역시 앞에서의 세 가지 경우 에 대하여 측정하였다. 그 결과 Wi-Fi의 영향이 없을 때는 PRR 및 RSSI, LQI가 채널에 관계없이 비슷하였고, Wi-Fi 의 영향이 커질수록 PRR의 값이 ZigBee와 겹치는 채널에서는 감소하였지만, 겹치지 않는 채널에서는 비슷하였다. 또한, RSSI와 LQI의 값은 Wi-Fi의 영향과 채널에 관계없이 비슷함을 확인하였다. 따라서 Wi-Fi 환경에서 ZigBee 통 신의 간섭 탐지를 위해서 RSSI와 LQI의 사용은 적절하지 않으며, PRR을 이용해야 함을 알 수 있다. In this paper, we have measured PRR, RSSI and LQI of ZigBee channels under Wi-Fi environment and have assessed channel characteristic and link quality. To confirm any relationship among RSSI, LQI values and PRR under Wi-Fi interference in overlapping and non-overlapping channels of Wi-Fi and ZigBee, the experiments were performed without Wi-Fi, with Wi-Fi and file download through Wi-Fi. Under Wi-Fi interference, We perfomed experiments to ensure channel characteristics and link quality by fixing Wi-Fi and ZigBee receiver and varying the distance between ZigBee receiver and transmitter. ZigBee transmitter sends packet of 256 bits every second to ZigBee receiver. PRR was measured from ZigBee with variance of distance between fixed Wi-Fi and ZigBee. RSSI, LQI, PRR were measured from ZigBee with fixed Wi-Fi, fixed ZigBee receiver and variance of distance of ZigBee transmitter. As a result, we confirmed decrease of PRR under Wi-Fi interference but RSSI, LQI values similar regardless of overlapped or non-overlapped channel and Wi-Fi interference. Therefore, PRR should be used for interference detection in ZigBee communication under Wi-Fi environment but RSSI and LQI are not appreciate.

Zigbee 기반 USIM 구현 및 서비스 모델

박윤기(Yoonki Park),신용태(Yongtae Shin) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.5

2세대 이동통신 GSM에서 SIM 카드를 모태로 하여, 3세대 이동통신망은 USIM 카드를 사용하고 있다. 세계적으로 Contact-UISM과 Combi-USIM, NFC 카드가 상용화되어 서비스하고 있으며, 현재는 NFC 기반 대용량 HD-USIM 카드 표준이 확정되어 연구 개발 중에 있다. 본 연구에서는 근거리 통신 지원 기술인 Zigbee와 USIM을 융합하기 위한 구현 기법 및 이를 활용한 주요한 서비스모델을 제시하고자 한다. Zigbee 기반 USIM을 구현하여 핸드폰 단말기에서 테스트한 결과 반경 15m 이내에서 서비스가 가능함을 확인하였다. 다만, 실제 서비스 상용화를 위해서는 환경적 요인을 고려하여 구축이 되어야 한다. We have used USIM card in 3G network, advanced from SIM card in GSM. Throughout the world, it has already provided the service of Contact-USIM and Combi-USIM, NFC-USIM and nowadays, the standard of HD-USIM based NFC is settled, therefore it has been developing. On this research, We provide implementation techniques for technology convergence of Zigbee and USIM, Also, We provide Service Model used USIM based on Zigbee. We've got the test result of USIM based on Zigbee built in mobile phone. The communication distance is within 15-meter radius. When we commercialize the real service by USIM based Zigbee, We have to consider the environment of the developed services.

ZigBee 이웃노드 협력 기반의 신뢰성있는 Wi-Fi AP 발견 방법

임상순(Sangsoon Lim),이수철(Suchul Lee),유준(Joon Yoo),김종권(Chong-Kwon Kim) 한국정보과학회 2013 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.40 No.6

최근 스마트폰 및 무선 통신 가능한 소형 모바일 장치들에 다수의 무선 인터페이스(Wi-Fi, Bluetooth, Celluar, ZigBee) 장착이 일반화 되고 있으며, 이 환경에서 Wi-Fi 인터페이스를 통한 무선 인터넷 접속이 큰 관심사가 되고 있다. 특히 모바일 환경에서 무선 인터넷 접속을 제공하기 위하여 소형 모바일 장치가 Wi-Fi 인터페이스를 항상 켜놓는 것은 매우 큰 에너지 낭비를 초래하므로 ZigBee와 같은 저전력 인터페이스를 활용하여 필요시 Wi-Fi AP 발견을 돕는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, Wi-FiAP를 ZigBee 인터페이스가 직접 감지하고 패턴을 분석하는 방법들의 경우 Wi-Fi와 ZigBee 인터페이스의 수신 감도의 차이로 인하여 ZigBee 인터페이스로 Wi-Fi AP를 발견하지 못하는 회색지대(Grey Zone)가 발생하게 된다. 본 논문에서는 분석 및 실험 결과를 바탕으로 회색 지대를 정의하고 이로 인한 발견 효율성 저하를 복구하기 위한 ZigBee 이웃노드 협력 기반 신뢰성 있는 Wi-Fi AP 발견 시스템인 NAZ를 제안한다. NAZ의 단일 홉 협력 통신을 통해서 회색 지대에 존재하는 노드들 중 최대 90%까지 Wi-FiAP를 추가적으로 발견할 수 있는 것을 알 수 있다. Internet access over Wi-Fi networks has been dramatically increasing in recent years. The limited coverage of Wi-Fi networks results in challenging problem of discovering new Wi-Fi access points(APs). In particular, an active scanning method of a Wi-Fi interface severely wastes the precious energy of mobile devices. The use of a low power ZigBee interface is an attractive solution to detect Wi-Fi APs in terms of energy efficiency. However, it still suffers from considerable false detection in the grey zone. In this paper, we characterize the grey zone that degrade the detection accuracy when mobile devices employ ZigBee interface to search Wi-Fi APs. In addition, we propose NAZ, that uses a cooperative communication mechanism among ZigBee interfaces to increase the detection rate of Wi-Fi APs. The results show that NAZ recovers the grey zone by up to 90%.

Zigbee 통신 solution을 이용한 거리 측정

김영근,허창우,Kim, Young-Keun,Hur, Chang-Wu 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.10

현대에 컴퓨터를 기반으로 무선으로 데이터를 측정하고 제어하는 device들이 보편화되어 있으며, 낮은 가격으로 높은 성능을 낼 수 있는 device들이 각광 받고 있다. 그리고 산업 환경에서 유선 이용이 불가능한 곳이나 직접 사람이 들어갈 수 없는 위험한 장소의 거리 측정 할 때 Zigbee 통신 Solution을 이용한다면 공간의 제약 없이 컴퓨터로 데이터를 분석 처리 할 수 있다. Zigbee 통신은 기존의 RF나 bluetooth등에 비해 전력소모에서 효율적이고 battery 사용을 장시간 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 시스템 구현 비용이 아주 저렴하기 때문에 네트워크에 많은 노드들을 설치 할 수 있다. 이에 본 논문에서 구현한 거리 측정 무선 송/수신 시스템은 여러 개의 LMC(Laser Measuring Control)와 이에 상응하는 여러 개의 Slave Zigbee에서 하나의 Master Zighee 까지 무선으로 데이터를 송신한다. Master Zigbee는 LMC에서 측정한 데이터들을 수신 받아 컴퓨터로의 처리를 하고자 하였다. At the present day, devices for measurement and control of data by wireless based computer have been generalized. The devices with low cost and high performance have been spotlighted. If Zigbee communication solution is used in dangerous places and places that can not in use wire communication, computer can process data without limitation. Zigbee communication solution is effective in power consumption as compared with RF or bluetooth and can use battery. System cost of Zigbee also is very low, so can install lots of nodes. The system made in this paper transmit by wireless many LMCs(Laser Measuring Control) of wireless transmission system for distance measurement and many slave Zigbee to a master Zigbee.

Zigbee와 GPS를 이용한 실내 위치 인식 시스템 개발

류정탁(Jeong Tak Ryu),김인경(In Kyung, Kim) 한국산업정보학회 2012 한국산업정보학회논문지 Vol.17 No.4

본 논문에서는 ZigBee와 GPS를 이용한 실내 위치 인식 시스템을 설계하였다. 본 연구에서 설계한 위치 인식 시스템은 실외 위치 인식에 대표적으로 사용되는 GPS 값을 실내 위치 인식에 사용함으로서 기존 실내와 실외로 구분되던 위치 인식 기술을 하나로 통합하였다. 개발된 시스템은 노드간의 거리를 이용하여 위치를 구하는 방식으로 노드 간의 거리는 ZigBee의 수신 신호 세기를 이용하여 거리를 계산하는 방식을 사용하였다. 그러나 ZigBee의 수신 세기의 경우 거리에 따라 달라지나 그 값이 정확하지 않아 오차가 크다. 이 오차를 줄이기 위하여 개발 시스템에서는 ZigBee의 출력 파워를 5단계로 조절하여 거리에 따른 수신 신호 세기를 세분화하였다. 이동 노드가 신호를 발생하면 고정 노드에서는 수신된 신호의 세기와 자신의 GPS 정보를 고정 노드로 전송을 한다. 이동 노드에서는 수신된 정보를 이용하여 자신의 위치를 구하는 방식을 제안하였다. This paper proposes a new indoor location recognition system using a ZigBee network and a global positioning system(GPS). The proposed location recognition system applies GPS values that are mainly used for outdoor location recognition, to indoor location recognition; hence the techniques conventionally separated for the indoor and outdoor location recognition are integrated into one location recognition technique. The proposed system recognizes a location using the distance between nodes. Although the distance between nodes can be calculated by measuring the strength of the received ZigBee signals, generally the measured distance is not accurate and has high error rates since the strength of the ZigBee signals is different depending on the distance. In order to reduce the error rate we have subdivided the output power of the received ZigBee signals into five levels. When a moving node generates a signal, each fixed node transmits the received signal strength and its own GPS information to other nodes, so the moving node can find its own accurate location in terms of the received signals.

유비쿼터스 헬스케어를 위한 Zigbee/PLC 게이트웨이 시스템 구현

김성윤,강경일,권민수,이영철,Kim, Sung-Yun,Kang, Kyung-Il,Kweon, Min-Su,Rhee, Young-Chul 한국전자통신학회 2010 한국전자통신학회 논문지 Vol.5 No.3

본 논문에서는 유비쿼터스 헬스케어를 위한 Zigbee/PLC 게이트웨이 시스템을 구현하였다. 게이트웨이를 이용하여 Zigbee 통신과 전력선 통신 간의 원활한 정보 교환을 위한 프로토콜 변환 알고리즘을 설계 및 구현하였다. Zigbee/PLC 게이트웨이 시스템은 센서 모듈, Zigbee 모듈, 전력선 모뎀, 게이트웨이로 구성되며, 움직이는 물체가 무선 센서에 감지되면 Zigbee 모듈을 통해 게이트웨이로 전송된다. Zigbee/PLC 게이트웨이에서는 전송받는 데이터를 분석하여, 실시간 모니터링을 위해 전력선 통신망을 통해 외부로 전송된다. 구현된 시스템은 독거노인 활동량 분석, 방범 시스템, 홈 네트워크 서비스 등 다양한 분야에서 활용가능하다. In this paper, Zigbee/PLC gateway system is designed for Ubiquitous health care. A protocol conversion algorithm for smooth information exchange between Zigbee and PLC communication has been implemented on the gatway. If a moving object is detected by wireless sensor, the data is transmitted to gateway. Zigbee/PLC gateway analyzes received data and transmits to Power Line Communication for real-time monitoring. Implemented system is can support elder who lives alone activity analysis, crime prevention system, Home network service.