지그비(Zigbee) 모듈 완벽 해설: 특징, 기능, 활용 사례

블루투스보다 덜 복잡하면서 배터리 수명이 긴 유연한 네트워크 모델이 필요하신가요? 아니면 다중 노드 지원과 쉬운 설치가 가능한 목적지 디바이스를 찾으신다면, 지그비 모듈이 답입니다.

어떻게 동작할까요? 이 글에서 장치의 종합적 분석을 제공합니다. 개념, 프로토콜, 무선 모듈 동작 원리 등을 배워보세요.

지그비 모듈이란?

지그비 모듈은 얕은 데이터 IoT 바운드 디바이스용으로, 저전력 메시 무선 송수신기가 IEEE 802.15.4 지그비 시스템에서 구동됩니다. 2.4GHz, 900MHz, 868MHz 등 비면허 주파수 대역 사용. 배터리 구동 디바이스에 적합.

네트워크당 최대 65,000개 노드 연결 가능. DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum 변조)와 완벽 호환. 낮은 레이턴시로 128비트 AES 암호화 실행.

새천년 초 출시 후 여러 업데이트 거침. 현재 최신 버전은 Zigbee 3.0.

지그비 모듈 USB 특징

일반 USB(데이터 저장용)와 유사하지만, 이 고유 USB 동글은 주변 지그비 기기와 핸드셰이크해 무선 지그비 연결로 정보 스트림 전송 가능.

안정적인 2.4GHz 대역(ISM) 작동. IEEE 802 WPAN 표준 준수. RF 트랜시버 모듈로 DSSS 변조 실행. 지그비 USB 동글은 네트워크 센서/코디네이터이자 라우터 디바이스 역할도 겸함. 지그비 네트워크 시스템에 쉽게 추가 가능.

지그비 프로토콜의 독창성

지그비 프로토콜 계층은 OSI(개방형 시스템 상호접속)와 ISO(국제 표준 기구) 참조 모델과 연계. OSI/ISO 7계층 중 엄격히 저데이터/저출력 무선 네트워크 시스템만 실행.

MAC과 PHY가 지그비 프로토콜과 완벽 작동하는 하위 ISO/OSI 계층(IEEE 802.15.4 기반). 이 두 계층에 고유 보안 기능 내장.

아래는 지그비 네트워크 모델 메시를 실행하는 표준 시스템:

지그비 네트워크 메시

이미지 출처: ScienceDirect

지그비 모듈과 아두이노 연결 방법

아두이노와 지그비 모듈 인터페이싱의 최적 방법은 사용하는 지그비 시리즈 확인부터. 본문에서는 초보자 선호도 1위인 시리즈 1 지그비 모듈 기준 설명.

우선 동일 모델 지그비 모듈끼리는 서로 핸드셰이크 가능함을 인지해야 함.

단계별 진행

동일 모델 지그비 2개를 아두이노에 연결하는 단계:

1단계

첫 번째 모듈을 아두이노 보드에, 두 번째를 PC/마이크로컨트롤러/센서에 연결. 이후 두 지그비 모듈 모두 설정.

지그비 모듈 설정 단계:

• 시리얼 어댑터로 두 지그비 모듈을 PC 시리얼 포트에 연결
• 윈도우면 PuTTY 앱 다운로드, 아니면 가상 터미널 사용
• PC 시리얼 포트에 지그비 모듈 정상 설치 확인 (보드레이트: 9600, 데이터 비트 8, 정지 비트 1, 패리티 없음)
• 로컬 에코(Local Echo) 체크 후 'OK' 누르기
• 세션 시간 저장
• 가상 터미널 대시보드 'Connect' 버튼 클릭
• 지그비 모듈 연결 후 세션 이름 지정
• 지그비 모듈 연결 완료
• AT 명령어로 모듈 설정

2단계

모듈 전압 3.3~5V 필요. Adafruit XBee 어댑터는 두 전압 모두 지원. 어댑터 없으면 별도 전원 공급 필요.

아두이노-지그비 모듈 연결

3단계

위 그림에서 아두이노와 지그비의 RX/TX 단자 서로 연결됨.

4단계

성공적 연결 후 아두이노가 첫 번째 지그비에 명령/메시지 코드 전송. 동일 네트워크 주소 공유 및 설정 연결로 두 번째 지그비가 첫 번째로부터 명령 수신.

5단계

두 번째 지그비가 첫 번째 지그비의 명령을 연결된 시리얼 핀 통해 아두이노로 재전송.

6단계

아두이노-모듈 시리얼 핀 통신 성공 후 입력할 코드:

지그비 모듈과 라즈베리 파이 인터페이싱

라즈베리 파이에 병합된 두 지그비 모듈로 인터페이스 가능.

필요 자재 및 부품

• 라즈베리 파이 4
• 지그비 1mW 와이어 안테나 - 시리즈 1 (2개)
• 지그비 익스플로러 동글 (2개)

단계

1. X-CTU 소프트웨어로 동일 보드레이트의 두 지그비-라즈베리 파이 4 페어링
2. 두 지그비를 USB 동글에 장착 후 하나만 라즈베리 파이 USB 포트 연결
3. 다른 USB 포트를 PC에 연결
4. PC에 FTDI 드라이버 설치로 USB 통신 확보
5. 보드레이트와 하이퍼터미널 구축 후 연결 디바이스 대응 컴포트(Comport) 선택

지그비 모듈 응용 분야

• 무선 로봇 및 리모컨
• 무선 네트워크 디바이스
• 홈 빌딩 자동화 (무선 제어)
• 무선 제어 온도 센서

지그비 모듈 프로젝트: 지그비 브리지 만들기

필요 자재

• 지그비 전용 디바이스 (오스람 전구, 필립스 휴, 벨킨 스위치 등)
• 지그비 지원 USB 어댑터 동글 (CC2531 등)
• 라즈베리 파이
• Zigbee2mqtt 앱

단계

1. Zigbee2mqtt 앱 실행 (플라티퍼스가 백엔드에서 USB 동글과 통신용으로 사용). 웹사이트 지침 따라 OS별 시작법 및 지원 디바이스 확인.
2. 로컬 디바이스에 MQTT 설치 후 서버 실행 확인. Raspbian/Ubuntu/Debian에서 Mosquitto로 변경 시 아래 코드 사용:

코드 스크린샷 1

3. 아래 코드로 zigbee2mqtt 설치:

코드 스크린샷 2

4. 시스템 서비스 생성을 위해 다음 코드 라인 입력:

코드 스크린샷 3

5. 위 코드 실행 후 zigbee2mqtt 설정 파일 생성. 보통 permit_join 옵션 포함. 초기 지그비 기기 연결 시 'TRUE'로 설정. 오류 연결 방지 위해 나중에 'FALSE'로 변경. 언제든 변경 가능.

6. 지그비 전용 디바이스를 새 네트워크와 성공적으로 페어링 후 'permit_join' 실행 확인. 팩토리 리셋으로 달성. 방식은 바운드 디바이스에 따라 엄격함. 필립스 휴 라이트는 앱에서 리셋. 디머 스위치 버튼 10초 이상 누르기. 다른 기기는 자체 리셋 버튼. 브랜드별 상이.

7. 모든 지그비 디바이스 메쉬 네트워크 연결 후 설정 완료 시 아래 같은 로그 확인:

코드 스크린샷 4

8. MQTT와 HTTP 확장으로 지그비로 플라티퍼스와 Redis 실행

코드 스크린샷 5

9. 다음 코드 파일 수정:

HTTPS와 지그비 인증 활성화.

코드 스크린샷 6

10. 플라티퍼스 또는 시스템 서비스 실행 → 호스트/IP(지그비 IP) 새 브라우저에서 열기. 네트워크 조작/변경 가능.

11. 파이썬 코드, HTTP, 구성된 플라티퍼스 서버 사이드 기본 API로 통신 요청.

코드 스크린샷 7

코드 스크린샷 8

코드 스크린샷 9

자주 묻는 질문 (FAQ)

왜 지그비가 블루투스보다 나은가요?

넓은 커버리지 면에선 지그비 우위. 데이터 전송 속도는 블루투스가 더 빠름.

지그비가 Wi-Fi 모듈인가요?

아닙니다. 지그비는 WPAN 기반으로 Wi-Fi와 다른 기술.

왜 지그비 모듈이 비싼가요?

가격은 여러 파라미터에 따라 달라짐. 모듈당 $2~$14.7 예상. 대용량 메모리 풋프린트와 계산 집약적 프로토콜 탓에 고가.

라즈베리 파이에 지그비가 내장돼 있나요?

아니요. 하지만 RaspBee로 라즈베리 파이를 범용 지그비 게이트웨이로 변환 가능 (대부분 표준 파이 하우징에 맞는 소형 폼팩터).

라즈베리 파이에서 지그비 어떻게 쓰나요?

먼저 두 지그비를 연결: 하나를 랩탑 USB 포트, 다른 하나를 라즈베리 파이 2 USB 포트 연결.

라즈베리 파이가 지그비 허브가 될 수 있나요?

가능합니다. 지그비가 라즈베리 파이와 호환되기 때문.

마무리

장거리 데이터 전송으로 더 먼 노드 도달, 저데이터레이트 애플리케이션, 보안 네트워크, 긴 배터리 수명이 필요하면 지그비 모듈 고려해볼 만합니다.

이 모듈을 자동화 도구로 도입하고 싶으신가요? 아니면 주제 관련 질문이 있으신가요? 언제든 연락 주세요.