ZigBee 技術概要

1. ZigBee 技術概要 Wireless Japan （ワイヤレス ジャパン） 2008 年 7 月 23 日 東京

2. 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: drewg@sanjuansw.com

3. 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 • ZigBee 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 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

4. 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

5. 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

6. 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 機能セットと同一のアプリケーション サービス • 2 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

7. 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)

8. ZigBee および ZigBee PRO プロトコル スタック

9. スタックアーキテクチャ

10. ZigBee デバイスタイプモデル • デバイスのタイプを、エンド ユーザーの観点で識別 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 ... • 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 ロジカルデバイスタイプ ZigBee コーディ ネータ ZigBee ルータ ZigBee エンドデバイス • ZigBee ハードウェアプラットフォームのタイプを識別 802.15.4デバイスタイプ FFD – フル機能デバイス RFD – サブ機能デバイス • 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。

11. 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。

12. 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。

13. 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。

14. 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

15. 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 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 Controller Light Switch 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

16. 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プロファイルを記述

17. 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: • 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 • 2 つのセキュリティ モード • 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)

18. 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

19. 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 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 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 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 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)

20. 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 プロトコルまたはキートランスポート 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 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 ’ リンクキーのセキュアな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 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 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 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

21. 機能セットおよびアプリケーションの実装

22. 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。

23. 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

24. 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: • 21 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 • 28 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 !

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