Transcript ZigBee PRO の特長

Wireless Control That Simply Works
ZigBee 技術概要
Wireless Japan
（ワイヤレス ジャパン）
2008 年 7 月 23 日
東京
Copyright © 2008 ZigBee
TM
Alliance. All Rights Reserved.
プレゼンター:
Drew Gislason（ドゥリュー・ギスラソン）
サンファン･ソフトウェア社
社長兼最高技術責任者
ZigBee Alliance アプリケーション･フレームワーク作業部会前書記
Eメール:
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[email protected]
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ZigBee 技術概要
■ 最新バージョンの ZigBee 規格: ZigBee-2007
■ ZigBee-2007 規格は、2 つの機能セットの定義を含む:
► ZigBee
機能セット
► ZigBee
PRO 機能セット
■ ZigBee 機能セットおよび ZigBee PRO 機能セットは、単一ネットワー
ク内全体にわたり限定的に相互運用:
► ZigBee
機器はエンドデバイスとして PRO ネットワークに参加可
能
PRO 機器はエンドデバイスとして ZigBee ネットワークに
参加可能
► ZigBee
■ ZigBee 機器および ZigBee PRO 機器は、同一ネットワーク上のアプ
リケーション レベルで完全に相互運用
■ ZigBee 機器および ZigBee PRO 機器は、ネットワークに
標準セキュリティ モードが使用されている場合、完全に相互運用
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ZigBee の特長について
■ ZigBee の特長
► アドホックの自己形成ネットワーク
 メッシュおよびクラスタ ツリー
 ユニキャスト、ブロードキャスト、およびグループキャスト
► ロジカルなデバイス
タイプ
 コーディネータ、ルータ、およびエンド デバイス
 PAN ID コンフリクトおよび周波数アジリティ用のオプションナル ネットワーク マネージャ
► 標準アプリケーション
サービス
 デバイスおよびサービスの検出
 オプショナル認知サービス
 オプショナルのフラグメンテーション/再構築サービス
 アプリケーション メッセージの標準定義をサポートするクラスタ ライブラリ
 同一ネットワーク内にある公共および製造業者独自のプロファイルの混合をサポートするメカ
ニズム。標準 ZigBee ネットワークおよびアプリケーションによって、すべてをサポート
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ZigBee の特長について （続き）
■ ZigBee の特長 (続き)
► セキュリティ
 ネットワークおよびアプリケーション レベルでの認証と暗号化
 AES-128 bit 暗号方式の対称キー
 キー階層: ネットワーク キーおよびアプリケーション リンク キー (オプション)
► 認定
 プラットフォーム適正証明
 製造業者仕様製品証明
 パブリック プロファイル製品証明
 定期的に実施される相互運用性イベント
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ZigBee PRO の特長について
■ ZigBee PRO の特長
► アドホックの自己形成ネットワーク
 メッシュのみ
 多対一およびソース ルーティング機能強化
 ネットワーク層マルチキャスト
► ZigBee
機能セットと同一のロジカル デバイス タイプ (ZC、ZR、ZED)
 PAN ID コンフリクトおよび周波数アジリティ用のオプションナル ネットワーク
マネージャ
► ZigBee
►2
機能セットと同一のアプリケーション サービス
つのセキュリティ モード:
 ZigBee 機能セットと互換性を持つ標準セキュリティ
 高度セキュリティ
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ZigBee PRO の特長について （続き）
■ ZigBee PRO の特長 (続き)
► セキュリティ
 AES-128 bit 暗号方式の対称キー
 ネットワークおよびアプリケーションレベルでの認証と暗号化
 キー階層: マスター キー (オプション)、ネットワーク キーおよびリンク キー
(オプション)
► 認定
 プラットフォーム適正証明
 製造業者仕様製品証明
 パブリック プロファイル製品証明
 定期的に実施される相互運用性イベント (2003 年後半から四半期ベースで
実施)
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ZigBee および ZigBee PRO プロトコル スタッ
ク
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スタック アーキテクチャ
Application
Object 1
Endpoint 0
APSDE-SAP
Application Support Sublayer (APS)
IEEE 802.15.4
defined
Security
Service
Provider
ZigBee TM Alliance
defined
APS Security
Managemen
Management
t
NLDE-SAP
Security
Management
Layer
interface
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Reflector
Management
NLME-SAP
Network (NWK) Layer
Message
Broker
Routing
Management
MLDE-SAP
Network
Management
MLME-SAP
Medium Access Control (MAC) Layer
End manufacturer
defined
Layer
function
APS Message
Broker
PLME-SAP
PD-SAP
Physical (PHY) Layer
2.4 GHz Radio
868/915 MHz Radio
-
ZDO Management Plane
Endpoint 1
APSDE-SAP
APSMESAP
Endpoint 240
APSDE-SAP
…
ZigBee Device Object
(ZDO)
NLME-SAP
Application
Object 240
ZDO Public
Interfaces
Application (APL) Layer
Application Framework
ZigBee デバイス タイプ モデル
アプリケーション
デバイス タイプ
例えば
照明
センサー
例えば
照明コント
ローラ
ZigBee ロジカル
デバイス タイプ
ZigBee
コーディ
ネータ
ZigBee
ルータ
802.15.4
デバイス タイプ
FFD –
フル機能デバイス
...
ZigBee
エンド
デバイス
RFD –
サブ機能デバイス
• デバイスのタイプを、
エンド ユーザーの
観点で識別
• ロジカル デバイス
タイプを、特定の
ZigBee ネットワーク
内に配置
• ZigBee ハードウェア
プラットフォームの
タイプを識別
• ZigBee 製品は、アプリケーションと、ZigBee のロジカルおよびフィジカル デバイス タイプとの組み合わ
せにより構成されます。
• 組み合わせの特定要件は、プロファイルが定義しますが、製造業者が要件を設定することもできます。
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ZigBee および ZigBee PRO ネットワーク
コミュニケーション モデル (メッシュ ルーティング)
ZigBee コーディネータ (FFD)
ZigBee ルータ (FFD)
ZigBee エンド デバイス (RFD または FFD)
メッシュ リンク
注: メッシュ ネットワーキングは、帯域幅およびRAM 効率の高いルーティング方法です。
メッシュは、ZigBee および ZigBee Pro ネットワーク双方によってサポートされています。
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ZigBee ネットワーク コミュニケーション モデル
(クラスター ツリー ルーティング)
ZigBee コーディネータ (FFD)
ZigBee ルータ (FFD)
ZigBee エンド デバイス (RFD または FFD)
注: クラスター ツリー ルーティングは、ZigBee (SP1) ネットワークにおいて、メッシュがビジー
の場合に使用される予備のルーティング方法です。
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ZigBee PRO ネットワーク コミュニケーション
モデル (多対一およびソース ルーティング)
ZigBee コーディネーター (FFD)
コンセントレーター
ZigBee ルータ (FFD)
ZigBee エンド デバイス (RFD または FFD)
メッシュ リンク
注: ネットワーク内のどのルータもコンセントレーターになり得えます (ZC に限定されません)。 ソース ルーティ
ングは、ほとんどのノードでの RAM が制限された大規模ネットワークにおいて、スケーリングを可能にします。
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ZigBee および ZigBee PRO
ネットワーク トポロジーおよびルーティング
■
メッシュ ネットワーク ルーティングは、ネイバーを通じたルーティング パケットが形成したパスを経由
して、あらゆるソース デバイスから、あらゆるデスティネーション デバイスへのパスの形成を許可
► テーブル ルーティングは、簡素化されたバージョンの AODV (アドホック オンデマンド ディスタ
ンス ベクトルルーティング) を使用。これは、ITEF (インターネット エンジニアリング作業部会)
のMANET (モバイル アドホック ネットワーキング) への準拠
► ZigBee および ZigBee PRO 双方の機能セットで使用
■ クラスター ツリー ネットワークルーティングは、ネットワーク形成を通じて構築されたツリー構造内で、
デスティネーションに到達するまでパケットの上下を指示
► “ネットマスク” タイプのツリー ルーティングを使用 (親子リンクの上下)
► 一定時間、親子リンクが使用できないと失敗
► ZigBee 機能セットのみで使用
■ 多対一 およびソース ルーティング の特長は、特定のデータ転送シナリオにおけるテーブルサイズ
要件が大きいメッシュ ネットワーク ルーティングでの制限を解消
► 多対一は、各デバイスの単一のルーティング テーブル エントリを通じて、ネットワーク内のどの
デバイスのデータも、よく知られたコンセントレーターへとルートさせることが可能
► 単一ネットワーク内に、複数のコンセントレーターが可能
► ソース ルーティングは、コンセントレーターが各デバイスにレスポンス返答をルートすることが
可能。これにより、追加のルート テーブル エントリなしに、多対一のデータ リクエストを提供
■ エンド デバイスは低電力 (両方の機能セットとも）。 ルーティングには加わらず、アプリケーションが
特定した時間に、ペアレント (ルーターまたはコーディネータ) とのみ通信
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ZigBee アプリケーション モデル
■ デバイスは、アプリケーション
ZigBee デバイス
オブジェクト (例えば
■
ZigBee エンド デバイス)
照明スイッチ
オブジェクト
■
■
オン-オフ
Light Switch
Light Controller
■
ZigBee デバイス
オブジェクト (例えば
ZigBee コーディネータ)
照明制御
オブジェクト
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■
オブジェクトを通じ
てモデル化
アプリケーション オブジェクトは、クラスター およ
び属性の交換を通じて通信
各プロファイル オブジェクトは、単一または複数
のクラスターおよび属性を、内包することが可能
結合メカニズムによって、クラスター/属性の相互
運用可能な交換を確立
クラスター/属性は：
► 直接、デスティネーテョン アプリケーション
オブジェクトへ送信 (すなわち、
ターゲット デバイスへも到達)
ZigBee デバイス オブジェクトを通じて、
ジェネリックな ZigBee デバイスの機能を
提供
ZigBee アプリケーション モデル （続き）
■ アプリケーション
プロファイル は、アプリケーション スペースを定義
する一連のメッセージへのアグリーメント (例えば、“ホーム オートメ
ーション” または “スマート エネルギー”)
■ エンドポイント は、単一の ZigBee 無線に追加される論理的延長で、
エンドポイント番号がアドレス指定した複数のアプリケーションに対す
るサポートを許可 (1-240)
■ キー リレーションシップ:
►各
ZigBee デバイスには、最大 240 のエンドポイント (エンドポイント 0 は、 ジェ
ネリックなデバイス能力の記述用に確保。エンドポイント 255 は、すべてのエンド
ポイントへの信号送信用に確保。エンドポイント 241 から 254 は、将来の使用に
備えて確保)
► 各エンドポイントに、一つのアプリケーション
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プロファイルを記述
セキュリティ サービス プロバイダー (SSP)
■
各レイヤーにおけるセキュリティ:
►
►
■
2 つのセキュリティ モード
►
►
■
NWK コマンド フレームに対する NWK 層セキュリティ (ルート リクエスト、ルート応答、
ルート エラー)
APS サブレイヤー フレームに対する APL 層セキュリティ
標準セキュリティ モード (ZigBee および PRO 機能セット) – 2 つの NWK キー、NWK
キーを介した APL セキュリティ。NWK キーの交換能力。アプリケーション層における
通信デバイス ペアに対するアプリケーション リンク キーをオプションで使用
高セキュリティ モード (PRO 機能セットのみ) – 2 つの NWK キー、アプリケーション層
における通信デバイス ペアに対する別のリンク キー。 キー交換およびキー確立用の
トラスト センター付きマスター キー。NWK キーの交換能力。すべての通信デバイス
ペア間のエンティティ認証
セキュリティ実装
►
トラスト センター – ネットワーク キーの作成と配信。アクティブから二次的なネットワー
ク キーへの変換を管理 (標準および高セキュリティ モード)。マスター キーおよびトラ
スト センター リンク キーの確立と交換をオプションでサポート (標準セキュリティ モー
ドではオプション、高セキュリティ モードでは必須)
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セキュリティ サービス プロバイダー (SSP) （続き）
■ キー階層
►
マスター キー (トラスト センターからの *in the clear* でプログラム可能、ま
たは提供可能) – 高セキュリティ モードのみ
►
ネットワーク キー (あらゆるデバイスからのすべての NWK コマンド、および
APS メッセージングに使用) – 標準および高セキュリティ モード
►
リンク キー (通信デバイスの各ペアに使用) – 標準および高セキュリティ
モード
■ 2 つのセキュリティ モードが持つ特長
►
認証および暗号
►
新鮮なセキュリティ情報 (フレーム カウンター)
►
メッセージ統合
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標準モードでのセキュリティ サービス
セキュアでない
キートランスポート
工場インストールまたは
帯域外インストール
NWK キー
2 つの (またはグループ) デバ
イス間のセキュリティ ベース
キートランスポート サービス
NWK キーのセキュアでない
キートランスポート
NWK キーを、セキュリティ サービス
のベースとして使用
認証サービス
デバイスが NWK キーを共有
するための認証をセキュアに
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フレーム セキュリティ サービス
すべてのフレームをセキュアに
(キートランスポートは除く)
高セキュリティ モードでのセキュリティ サービス
セキュアでない
キートランスポート
工場イン
ストール
SKKE プロ
マスター キー
2 つのデバイス間の
長期セキュリティ ベース
トコルまた
はキートラ
ンスポート
トラスト センターからの
セキュアなキートランスポート
キートランスポート サービス
‘マスター’ キーのキートラン
スポートをセキュアに
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リンク キー/NWK キー
2 つの (またはグループ)
デバイス間のセキュリティ
ベース
フレーム セキュリティ サービス
すべてのフレームをセキュアに
(キートランスポートは除く)
‘グループ ’ リンク キーの
リンク キーを、セキュリティサービス
のベースとして使用
セキュアなキートランスポート
認証サービス
デバイスがリンク キーを共有
するための認証をセキュアに
キートランスポート サービス
‘グループ ’ リンク キーのキート
ランスポートをセキュアに
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機能セットおよび
アプリケーションの実装
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機能セット
■ アプリケーション プロファイルのファミリーに対する、スタック パラメー
タ、設定およびポリシーのアグリーメント (製造業者が指定するアプリ
ケーション プロファイルを含む)
■ 現在の機能セット:
► ZigBee
(メッシュ ルーティング + クラスター ツリー ルーティング)
 ビーコンのないメッシュ ネットワーク
 いかなるアプリケーションもサポート
► ZigBee
PRO (機能を向上させたメッシュ ルーティング)
 ビーコンのないメッシュ ネットワーク
 大規模ネットワークに対する機能向上サポート
 より優れたセキュリティ モード
 ZigBee 機能セットと互換性のあるアプリケーション層
■ 機能セット識別子は、ビーコン ペイロードで提供。デバイスは、望まし
い機能セットをサポートしている適切なネットワークに参加。
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実装
■ コミッショニング
► デバイスは、特定の機能セット用にプログラム、または、
別の機能セットのネットワーク参入用にプログラム。
 同じ機能セットを持つ複数のネットワークが存在する場合、アプリケーションには、
デバイスが正しいネットワークを選択するためのメカニズムが必要
► セキュリティ
キーの提供 (無線によって提供されない場合)
► ネットワークにおけるコマンド/制御リレーションシップの構築
(バインディング)
► コミッショニングは、指定のコミッショニング
ツール (ノートブック コンピュータまたは
PDA) によって、あるいは、リモートコントロールまたはデバイスにキープレスをインスト
ールすることによって、実行可能
■ アプリケーションサポートに必要な一般的なメンテナンス作業
► 既存ネットワークへの新規デバイスの追加
► ネットワークの統合
► ネットワーク内のデバイスの交換
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まとめ
■ ZigBee および ZigBee PRO 機能セットは、アドホックの自己形成ネットワーク ト
ポロジーを提供し、メッシュ ルーティングをサポート
■ ZigBee および ZigBee PRO 機能セットは、特定のコンフィギュレーション パラメ
ータおよびネットワーク設定に関するアグリーメントを提供し、複数のベンダーが
総合運用できるネットワークを形成
■ ZigBee アプリケーション プロファイルは、総合運用可能なデバイス タイプの作成
に必要なドキュメント方式を提供する、メッセージ形式およびコマンド/応答交換の
アグリーメント
■ ZigBee エコシステムの現在のステータス:
のプラットフォームにおける ZigBee および ZigBee PRO 機能セットに対
して、45 の製品リスティング。これにより、アプリケーション開発者に利用価
値の高い環境を提供し、相互運用可能な製品の実装を加速
► 21
のスマート エネルギーおよびホーム オートメーション製品の製造業者が、
先月の相互運用イベントに参加 !
► 28
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