Zig Bee Sepc. Xbee pro2 Tae-Jin

usn Taejk 0. USN 1. ZigBee network 2.1.1 Xbee Znet 2.5 Network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 Xbee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform usn 2009-2010 Tecomes 6

유비쿼터스 컴퓨팅 Taejk 언제, 어디서 사용자가 인지하지 않더라도 필요한 정보나 서비스를 제공할 수 있는 기술 유선망, 무선망, 고정망, 이동망 등의 수많은 망들 간의 연결이 필요 2009-2010 Tecomes 6

USN Taejk 유비쿼터스 사회의 기반기술 사람의 행동패턴 및 주변 환경을 감지할 수 있는기술 효율적으로 실행활 및 산업에 적용하여 향상된 서비스 제공 USN의 기본 목적 데이터 수집, 데이터 처리, 무선 통신을 통한 네트워크 형성 2009-2010 Tecomes 6

Ubiquitous Sensor Networks Taejk Ubiquitous Sensor Networks RFID와 무선 센서 노드들로 구성되는 네트워크: RFID 태그 감지 및 주변 환경 센싱 무선 통신을 통한 자유로운 네트워크 형성 관심을 두는 현상에 대한 정보 수집, 모니터 구성된 네트워크의 유지 무선 노드들끼리 무선 통신을 통해 기간망과 연결된 Sink 노드 (수집 노드)에게 수집된 데이터 전송 Ad-Hoc Network를 이용한 자율 통신망 구축 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Ad-hoc 통신 기법 특정 AP나 Base Station과 같은 중계기가 없더라도 각 무선 노드들 간에 자유로운 네트워크를 구성하는 기술 2009-2010 Tecomes 6

Ad-hoc Wireless Networks Taejk Ad-hoc Wireless Networks Ad-hoc Network의 구조 유선 망이나 기존에 설치된 망이 없음 Self-Organizing Networks 자유롭게 이동 가능. 라우터로 동작, 단말은 제외 Ad-hoc Network의 특징 쉽고 빠른 개발(유선망과 기지국이 필요 없다) 관리 비용 감소 제한된 자원(전력, 전송거리) 비 안정형 네트워크 (에러율이 높다) 보안 취약 (전송 데이터를 쉽게 모니터링) 2009-2010 Tecomes 6

WSN Taejk 특정 지역이나 공간상에 다수의 소형 센서노드 설치 기존 네트워크와의 차이점 주변 환경 및 사물 인식 정보 수집 응용 서비스에 활용 기존 네트워크와의 차이점 기존 네트워크: 상호간의 정보 전달 센서 네트워크: 자동화된 원격 정보 수집 무선과 소형의 센서노드 구현 기술 필수 배터리로 동작하는 저전력의 제한된 환경 고려 MCU, RF, 메모리, 저장소, 스마트 센서, SW 무선통신 소모 전력 > 센싱, 데이터 처리 소모 전력 2009-2010 Tecomes 6

End-to-End Wireless networks Taejk End-to-End Wireless networks Central Systems WAN Gateways Zigbee PAN Sensors Connectware Cellular WAN Applications WiFi Ethernet Local Access 2009-2010 Tecomes 6

Taejk GPS System 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee Application 2009-2010 Tecomes 6

ZigBee network Taejk 0. USN 1. ZigBee network 2.1.1 Xbee Znet 2.5 Network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 Xbee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform ZigBee network 2009-2010 Tecomes 6

ZigBee SOC Taejk 8bit Microcontroller Full Protocol Stack: <32K Simple Node-only Stack: <4K Coordinators Require Extra RAM Node-device Database Transaction Table Pairing Table 2009-2010 Tecomes 6

ZigBee stack Structure Taejk ZigBee stack Structure 2009-2010 Tecomes 6

Taejk ZigBee & IEEE 802.15.4 ZigBee Standard 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Cluster Tree 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk Star Cluster-Tree Mesh 노드가 PAN ZC에게 모든 패킷을 전달하는 방식의 통신 구성 간단 노드간 경로가 하나만 존재 Cluster-Tree Binary Tree DFS 방식 Mesh 여러 경로가 존재 구현 복잡 많은 메모리 확보 항상 전원 공급 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk 각 기기들은 사용 가능한 통신채널을 알아내기 위해 명시된 채널 리스트를 스캔 -PAN 생성- 각 기기들은 사용 가능한 통신채널을 알아내기 위해 명시된 채널 리스트를 스캔 스캔 끝나고 중복되지 않는 PAN ID를 선택하면 FFD에 의해 PAN이 존재함을 알리는 비컨 프레임을 다른 기기에전송해서 Discovery 과정이 시작 비컨 프레임을 수신한 기기들은 Association과정에 의해서 PAN에 참여 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk -Broadcast Transmissions- To accomplish this, all devices that receive a broadcast transmission will retransmit the packet 3 times. -Broadcast Transmissions- 불특정 다수 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network -Channel Scan- 2009-2010 Tecomes 6

CSMA-CA Taejk IEEE 802.15.4 MAC 부분계층은 CSMA-CA알고리즘을 이용하여 채널에 접근 -Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance-- IEEE 802.15.4 MAC 부분계층은 CSMA-CA알고리즘을 이용하여 채널에 접근 CSMA-CA 채널접속 방법은 별도의 채널코딩 기법을 사용하지 않고, 확산(Spreading)과 PSK 모듈레이션 만을 사용하는 전송구조 근거리의 저속 무선 통신에 한정된 용도로 낮은 가격으로 구현 이 방법은 사람들이 이야기하는 것과 유사한데 이야기하고 싶으면 먼저 다른 사람들이 이야기하는지 들어보고 아무도 이야기 하지 않으면 말을 시작한다. 만약 누가 이야기를 하고 있으면 내 순서를 기다렸다가 다시 시도한다. 해쉬 알고리즘의 일종인거 같음 2009-2010 Tecomes 6

Scanning Taejk Energy Detection 무선 수신 에너지를 감지 Active Scan 주변에 사용 가능한 PAN 있는지 스캔 Passive Scan 주변에 사용 가능한 PAN 있는지 스캔(수신만 함) Orphan Scan 통신이 두절된 기기를 찾음 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk PAN에 참여하게 되면 트리 구조로 네트워크 구성 이 트리 구조에 참여하지 못한 노드가 존재 할 수 있는데 이 노드는 64비트 주소를 통해 통신을 한다. 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk 64Bit 주소로 탐색을 실시 트리 구성 후 16Bit 주소를 부여 처음 전송되는 패킷에 목적지 주소를 기입 해당 주소를 찾아가는 방식 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network R3에서 R6로 데이터를 전송 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network Retry 4 times 2 times 2009-2010 Tecomes 6

S E C R Network Route Discovery Taejk 라우터를 찾기위해 AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector routing) 프로토콜에 기반한 검색을 한다. S E 처음 전송되는 패킷에 목적지 주소를 기입 해당 주소를 찾아가는 방식 AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) Routing Algorithm 주변 이웃 노드에 경로 탐색을 위해 브로드캐스트 방식으로 라우트 요청 메시지를 뿌리고 유니캐스트로 응답을 받아 경로를 만들어가는 방식 RREQ(Route Request) 요청 RREP(Route Response)가 돌아오는 루트를 다시 역으로 소스에서 데스니테이션까지 찾아감 C R 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network -ADOV- 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network -ADOV- 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk Route Reply (Unicast) Where R6 Sends a Route Reply to R3 2009-2010 Tecomes 6

ZigBee 보안 Taejk Access Control List-리스트 테이블에 있는 기기만이 통신이 가능 Freshness Counter-들어오거나 나가는 것을 셈하는 freshness counter 를 사용하여 공격자로부터 오는 반복적인 패킷을 차단 Integrity Code-어떤 공격자로 전달되는 패킷을 수정하는 것을 막기 위해 패킷의 마지막에 Integrity Code 를 붙여 패킷의 무결성을 확인 Authentication-Network Key 와 Link Key 를 이용하여 네트워크 레벨과 기기 레벨로 인증을 지원 Encryption-ZigBee 는 128-비트 AES Encryption 을 사용하고 Network Key 와 Link Key 를 이용하여 Network 레벨과 Device 레벨로 데이터를 암호화하여 패킷을 전송 0, 32, 64, 128 비트의 Integrity code 를 지원하며 Integrity Code 가 크면 메시지가 커지므로 적절한 것을 선택해서 사용해야 한다. 2009-2010 Tecomes 6

Xbee Znet 2.5 Network Taejk 0. USN 1. ZigBee network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 Xbee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform Xbee Znet 2.5 Network 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Diagram 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Diagram 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk 지그비 상태 표시 지그비 상태 설정 CH : 현재 채널 OP :현재 PAN ID ID : PAN ID 설정 (0-0XFFFF) SC : 등록할 채널 설정 SD : 채널 스캔 시간 설정 (0-0X07 ) Scan Time = SC * (2 ^ SD) * 15.36ms. (SC=# channels) NJ : RFD 등록 시간 설정 (Open/Closed Network) ff는 항상 등록 가능 SD : 채널 탐색을 어느 정도 할 것인지 NJ : 라우터나 엔드디바이스 등록을 언제 마감할지 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk 지그비 상태 표시 DH/DL(0-0XFFFFFFFF): 64 Bit 목적지 주소 MY: 현재 지그비의 주소 0:coor 그외 rout/end SH/SL: 64 Bit 주소 DH/DL(0-0XFFFFFFFF): 64 Bit 목적지 주소 0xffff: 브로드 캐스트 0x0000: 코디네이터 *PAN내 코디네이터 주소는 항상 0임 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network Coordinator Router 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Network Peer to peer :: Unicast Coor Rout1 2009-2010 Tecomes 6

Network Taejk NI: 디바이스의 임의 ASCII코드 명칭 BH:브로드캐스트 방식에서 최대 홉 수를 지정 0: 맥시멈 홉 2009-2010 Tecomes 6

Security Taejk 지그비 네트워크 보안 (PAN 자체 암호를 거는 방법) EE: 활성화 EO: 암호화 옵션 전송 데이터에 보안키를 더하는 방법 Trust center 진입 키를 사용하는 방법 KY: 128 bit AES 보안키 2009-2010 Tecomes 6

Sleep Taejk SM: 슬립 모드 설정 ST: 깨어 있는 시간 SP: 잠들어 있는 시간 Awake 모드 일때: 버퍼에 저장 되는 데이터 유효시간을 설정 SP*2.5ms로 최대30초 이하로 설정된다. SP: 주기적인 슬립 시간 SN: w 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Sleep PIN HIBERNATE 핀 조작으로 깨울 수 있다. 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Sleep 슬립 시간:SP(320m초~28초) * SN(1~65535) 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Sleep 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Sleep 2009-2010 Tecomes 6

I/O Line Taejk IR Command에 따라 Sample rate를 결정할 수 있다. IR에 입력되는 값은 샘플링 주기 (ms) 가 된다. 샘플링 된 데이터는 지정된 목적지 (DH+DL)로 전송 디지털 I/O의 변화를 감지한다. 10비트 즉, 10개의 I/O를 감지할 수 있다. (모듈에서 지원하는 DIO 개수) Range: 0 – 0xFFFF 2009-2010 Tecomes 6

Taejk I/O Line 2009-2010 Tecomes 6

I/O Line Taejk V+는 측정 전압 Thresh hold를 정하는 것이다. Ex) 0x0000 = 0V, 0x3FF=1.2V Thresh hold Value(mV)=(Thresh hold Voltage / 1023) *1200 Thresh hold Voltage(mV) = (Thresh hold Value /1200)*1023 Resolution : 10bit = 65535 VCC Pin Voltage Voltage(mV) = (Value /1200)*1023 2009-2010 Tecomes 6

Network Commission & Diagnostics Taejk 0. USN 1. ZigBee network 2.1.1 Xbee Znet 2.5 Network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 XBee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform Network Commission & Diagnostics 2009-2010 Tecomes 6

Device Placement Taejk ND Command를 기다리는 시간 RANGE: 0X20-0XFF X 100 MS Default time: 0x3c (6초) ND command: Network 내에 가입된 모든 노드들을 찾는다. 2009-2010 Tecomes 6

Device Placement Taejk ND Command를 Broadcast로 수행 가입된 모든 노드들은 노드의 정보를 담아 응답 한다. Response Format 2009-2010 Tecomes 6

Device Placement Taejk Coor Rout1 Rout2 Coordinator만 수행 가능. 2009-2010 Tecomes 6

Device Placement Taejk Source (Cluster ID & End Point) issue -> Mesh Mesh Network를 구성하기 위해 Device가 설치된 위치를 전부 파악하고 있어야한다. 2009-2010 Tecomes 6

Device Placement Taejk ZA: PAN /클러스터 여부 SE: 시작 엔드 포인트 DE: 목적 엔드 포인트 CI: 클러스터 ID 설정 -Linking Test- ZA :1 CI :0x12 SE:0x08 DE:0x08 DH &DL: 조작할 디바이스의 어드레스를 쓴다. -> test 문자를 보내 응답 확인. 동종의 디바이스를 모아 클러스터를 구성한다. 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Device Placement 2009-2010 Tecomes 6

RSSI Taejk RSSI [Received signal strength indication] ATDB: 최종 홉을 수행한 거리를 측정 즉, 가장 멀리 있는 디바이스와의 거리가 아닌 전체 네트워크 호핑 신호세기를 측정. this value only indicates the quality of the last hop 2009-2010 Tecomes 6

Support Commission Taejk Pin 20을 Commission Button으로 바꾼 후 외부에서 동작을 입력 2009-2010 Tecomes 6

Support Commission Taejk ATCB Command로 Push button효과를 낼 수 있다. 2009-2010 Tecomes 6

Associate LED Taejk ATLT Command로 주기 설정 Default coor: 500ms rout/end: 250ms 2009-2010 Tecomes 6

Associate LED Taejk ATAI :0x22 Receive Packet 응답 점멸 외부 푸쉬 버튼 동작 : PAN Join 승인 2009-2010 Tecomes 6

Taejk Associate LED 외부 Push Button 조작시 PAN Join 과정 2009-2010 Tecomes 6

API Operation Taejk 0. USN 1. ZigBee network 2.1.1 Xbee Znet 2.5 Network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 XBee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform API Operation 2009-2010 Tecomes 6

Taejk API Mode 2009-2010 Tecomes 6

Taejk API Frame 2009-2010 Tecomes 6

Taejk API Frame 2009-2010 Tecomes 6

API Frame Taejk API = 1 API = 2 FrameType Frame ID 지그비에 설정된 64bit 목저지 주소 API = 1 Escape characer 0x7D를 삽입 뒤 데이터는 0x20과 xor 연산 지그비에 설정된 16bit 목저지 주소 데이터 전송 호핑 수 체크섬을 뺀 프레임 길이 byte 전송 데이터 Tae-Jin API = 2 Checksum 2009-2010 Tecomes 6

Taejk API Frame In addition to 64- and 16-bit addresses, ZigBee supports endpoints, cluster IDs and profile IDs. ZigBee transmissions specify: Source and Destination Addresses Source and Destination Endpoints Cluster ID Profile ID [Src 16-bit Addr] [Dest 16-bit Addr] [Src Endpoint] [Dest Endpoint] [Cluster ID] [Profile ID] [Payload] 2009-2010 Tecomes 6

API Frame Taejk 최대 홉수는 32이다. 코디네이터의 64bit 목적지 주소는 0x00으로 대체 될 수 있다. 이외 API Frame은 Manual을 참고 2009-2010 Tecomes 6

Taejk API Frame ZigBee RF Data packet 2009-2010 Tecomes 6

API Frame Taejk Specify 64-bit address (16-bit optional) Data is delivered to the specified endpoint, cluster ID, and profile ID on the remote device Can send ZDO commands Sender’s 64- and 16-bit addresses Endpoint, cluster ID, and profile ID information 2009-2010 Tecomes 6

Tiny OS Taejk 0. USN 1. ZigBee network 2.1.1 Xbee Znet 2.5 Network 1.2 Network Commission & Diagnostics 1.3 API Operation 1.4 Xbee code Development 2.2.1 Tiny OS 2.2 nesC 2.3 Platform Tiny OS 2009-2010 Tecomes 6

Referrence Taejk XBee PRO ZNet 2.5 Document Indoor/Urban: up to 100 m Outdoor line-of-sight: up to 1.6 km Transmit Power Output: 100 mW (20 dBm) EIRP Receiver Sensitivity: -102 dBm RF Data Rate: 250,000 bps TX Current: 295 mA (@3.3 V) RX Current: 45 mA (@3.3 V) Power-down Current: < 1 µA @ 25oC Retries and Acknowledgements DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Each direct sequence channel has over 65,000 unique network addresses available Point-to-point, point-to-multipoint and peer-to-peer topologies supported Self-routing, self-healing and fault-tolerant mesh networking Document XBee™ ZNet 2.5/XBee-PRO™ ZNet 2.5 OEM RF Modules manual 2009-2010 Tecomes 6