ZigBee is the emerging low-power, low-data rate industrial standard for ad hoc networks based on IEEE 802.15.4 PHY and MAC layers. Due to characteristics such as self-forming, self-healing, reliable communication, network scalability, and easy installation and maintenance, ZigBee is expected to be used in wireless sensor networks for remote monitoring, home control, and industrial automation. Specifically, it is considered as one of candidates for sensor network standards. However, the current ZigBee standard, which was released on Dec, 2004, needs to be improved on its inefficient tree routing and low power scheduling.
First, ZigBee tree routing has the problem that the packets follow the tree topology to the destination even if the destination is located nearby, while it can be used in end devices that have limited resources in that it does not require any routing tables to send the packet to the destination. To reduce the routing cost of ZigBee tree routing, we suggest the shortcut tree routing protocol that forwards the packet to the neighbor node if it can reduce the routing cost to the destination.
Second, we propose a distributed low power scheduling algorithm for wireless sensor networks as an alternative to the beacon scheduling algorithm that is not standardized yet in spite of being the main algorithm for low power consumption. Considering the sensor network's characteristic that all sensor nodes report the sensing information to the base station periodically, sensor nodes chooses their active period based on the tree level and sleeps in an inactive period to minimize the power consumption in the proposed algorithm.
The proposed schemes make ZigBee more powerful and attractive when ZigBee network protocol is used for the wireless sensor network applications. We expect the ZigBee to become an essential network protocol for the growth of ubiquitous sensor networks.
저전력, 저속의 표준의 무선 홈 네트워크 표준인 지그비는 네트워크의 자가 구성 및 자가 치유, 신뢰성 있는 통신, 네트워크 확장성, 무선 장치의 설치 및 운용 용이성 등의 장점 때문에 홈/빌딩 오토메이션, 가전, PC 주변장치, 의료 기기 등의 다양한 응용에 활용될 것으로 기대되고 있으며 특히, 유비쿼터스 센서 네트워크 표준의 대안으로 고려되고 있다. 그러나 2004 년12 월 발표된 현재의 표준에서는 트리 라우팅의 비효율성, 저전력 통신 기술부재 등 몇몇 기능에서 개선이 필요한 실정이다.
첫째로 트리 라우팅 프로토콜의 경우 시스템 자원이 한정된 단말 노드에서 라우팅 테이블 없이 목적지 노드의 주소만으로 데이터를 전송할 수 있는 장점을 가지는 반면, 가까이에 있는 목적지로의 전달에도 트리 구조를 따르게 되어 라우팅 비용이 많이 든다는 문제를 갖는다. 이를 해결하기 위해서 부모 및 자식 노드뿐만 아니라 이웃 노드와의 링크를 고려하여 라우팅 비용을 최적화할 수 있는 노드를 다음 홉의 노드로 선택하는 기법을 제안한다.
두 번째로 지그비 저전력을 위한 핵심 기술이지만 아직 표준화되지 않은 비컨 스케쥴링 기법의 대안으로 센서 네트워크를 위한 분산된 방식의 저전력 스케쥴링 기법을 제안한다. 제안하는 스케쥴링 방식에서는 센서 네트워크에서 각 노드들이 주기적으로 센싱 데이터를 싱크 노드에게 전달한다는 특징을 고려하여, 각 노드들이 자신의 트리 레벨을 바탕으로 자율적으로 활성 구간을 결정하고 비활성 구간에서 슬립 모드를 유지함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.
지금까지 지그비 프로토콜을 유비쿼터스 센서 네트워크 응용에 적용할 때에 보다 효율적으로 사용될 수 있도록 성능을 향상시키고, 다양한 응용에서 활용하기 위한 방안을 제안하였다. 이러한 노력을 통해 향후 지그비 프로토콜이 유비쿼터스 센서 네트워크의 발전에 있어서 핵심 기술로 발전할 수 있기를 기대한다.
