블루투스 기기들이 인터넷에 직접 연결되고 보안 및 개인정보 보호 기능이 강화된다. 빨라진 전송속도는 당연, 물론 소비전력도 낮췄다. 블루투스 4.2 버전 얘기다.
 

다수의 표준이 난립하고 있는 근거리 무선통신 기술 시장에서, 올 한 해 블루투스의 약진이 특히 기대된다. 변화의 흐름을 빨리 읽고 신속하게 그 변화를 표준에 반영한다는 점에서 일단 그렇다. 위세도 대단하다. 블루투스 SIG에 따르면, 2014년 말 현재 회원사 수가 25,000개 사를 넘었다. 이는 전년 대비 25% 증가한 수치다. 여기에는 990개의 크고 작은 국내 기업도 포함돼 있다.

에렛 크로터(Errett Kroeter) 마케팅 수석이사는 “2014년 한 해에만 약 30억 대의 블루투스 탑재 기기가 출하됐으며, 2018년에는 이 숫자가 49억 대에 달하고 전체 스마트폰의 98%가 블루투스를 이용하게 될 것”이라고 말했다.

블루투스의 강점은 데이터와 음성을 동시에 처리하는 것이다. 최근 발표한 블루투스 4.2 버전에는 IP 연결 기능이 추가됨으로써, 블루투스 기기들이 인터넷에 직접 접속할 수 있다. 현재 주목받고 있는 비콘의 경우 정보를 전달하기 위한 통신 규격으로 블루투스 스마트(Bluetooth LE)주 1)를 이용한다. LE는 Low Energy를 나타내며 Bluetooth BR/EDR(Classic)의 물리(무선)계층/링크계층에 수정을 가해 전력 절감을 실현했다.

이 중 링크 계층에서는 피코넷이라고 불리는 동기 제어를 이용한 그룹 접속이 아니라 일대일 동기 접속을 채용했다. 7.5 m ~ 4000 ms 간격의 간헐 송수신 동작에 의해 송수신 이외에는 슬립 상태로 할 수 있다. 이외에도 링크 제어를 간소화하거나 필요한 송수신 시간을 단축하는 등 여러 가지 장치를 도입했다.

예를 들면 Bluetooth BR/EDR(Classic)의 경우, 기기 검색/동기 확립을 위한 통신 개시 수순에서 슬레이브(Slave) 기기 측의 전력 절감이 불가능했다. 하지만 블루투스 스마트 수순의 사양을 변경하는 방법으로 슬레이브 기기 측의 전력 절감을 실현했다. 구체적으로는 Bluetooth BR/EDR(Classic)의 ‘Inquiry+Page/Scanning 방식’에서는 마스터 기기가 주변의 슬레이브 기기에 문의해 접속을 개시하고, 선택한 기기를 호출해서 응답을 수신함으로써 동기를 확립한다. 때문에 슬레이브 기기 측은 상대가 되는 마스터 기기를 검출(IQ 패킷 수신)할 때까지 항상 수신기를 동작시켜야 했다.






이와는 반대로 블루투스 스마트의 Advertise/Scan 방식은 마스터 기기가 스캔으로 슬레이브 기기를 검색하고, 선택한 기기에 접속 요구 패킷을 보내기만 하면 동기가 확립된다. 슬레이브 기기는 마스터 기기로부터의 접속 요구 패킷이 도착할 때까지는 간헐 송신을 해서 소비 전력을 절감한다. 이로써 상대가 되는 마스터 기기가 존재하지 않는 환경에서 슬레이브 기기가 장시간 동작할 수 있게 됐다.
 
제조자 고유 정보로서 송신
 
블루투스 스마트의 애드버타이즈 기능은 전력 절감에 효과가 있기 때문에 배터리를 이용한 장시간 동작이 필요한 비콘과 궁합이 잘 맞는다. 비콘은 각사에서 검토를 진행해 왔으며, 일부는 제품으로 출시됐다. 비콘이 각광을 받게 된 계기는 애플이 아이비콘(iBeacon)이라는 이름의 기술 사양을 공개하고 실증시험을 개시하면서다.

블루투스 스마트의 애드버타이즈 패킷에는 Advertise Data라고 불리는 31옥텟(octet. 1옥텟은 8비트)의 정보를 부가한다. 이 정보에는 Bluetooth SIG에서 규정한 기기명과 탑재 프로파일 정보 외에도 제조자 고유의 정보를 부가할 수 있다. 아이비콘은 애플의 제조자 고유 정보로서 UUID, Major, Minor, Tx Power 등 4종류의 정보를 비콘 신호에 싣는다(그림 A-3).

비콘이 만드는 영역 UUID, Major, Minor는 유저가 자유롭게 설정할 수 있으며, 비콘의 종류를 애플리케이션이 판단할 수 있도록 하는 기능을 한다. 나머지 비콘에서 송출하는 송출 파워 Tx Power는 비콘의 수신 강도를 비교해 비콘 단말기와 수신 단말기의 거리(Immediate, Near, Far 3단계와 Unknown)를 추정한다. 이 측위 기능을 탑재함에 따라 수많은 비콘 중에서 가까이에 있는 비콘 단말기를 판별할 수 있게 됐다.




장시간 구동을 위해서는 애드버타이즈 모드를 비접속 모드로 하거나 송신 채널 맵을 제한하면 전력을 절감할 수 있다. 비콘 시스템이 한 단계 더 발전하기 위해서는 정보의 비밀성을 반드시 확보해야 한다. 현재의 애드버타이즈 패킷은 누구에게나 정보를 송신할 수 있다. 블루투스 스마트 규격에서 애드버타이즈 데이터의 암호화는 규정되어 있지 않기 때문에 비밀성이 낮다.
 
블루투스의 진화
 
블루투스 스마트는 보다 사용하기 편리한 통신 규격으로 발전하고 있다. 블루투스 스마트는 Bluetooth v4.0에 기반을 두고 있다. 저에너지 기능을 포함하고 있기 때문에 소규모 데이터를 정기적으로 보내는 애플리케이션에 적합하다. Bluetooth SIG는 작년 12월초 IoT(Internet of Things) 시대를 겨냥해 향상된 보안(SMP 수순의 고도화)과 더 빨라진 전송 속도(벌크 전송 지원), 그리고 IP 연결성이 필요한 애플리케이션에 대응할 수 있도록 v4.2 규격을 공식 채택했다.

4.2 버전에 포함된 IPSP(Internet Protocol Support Profile)는 블루투스 스마트 센서가 IPv6 및 6LoWPAN을 통해 인터넷에 직접 접속할 수 있도록 한다. 또한 128비트 AES 암호화를 통해 미국 정부가 요구하는 수준의 보안 기능을 제공하며, 패킷 용량이 확장되어 데이터 전송속도 역시 이전 버전에 비해 2.5배 빨라졌다.

각 블루투스 워킹그룹에서는 복잡한 토폴로지 대응도 논의하고 있으며 새로운 애플리케이션을 위한 프로파일의 검토도 활발히 진행하고 있다. 예를 들어, 카메라 컨트롤 프로파일(Camera Control Profile)은 스마트폰을 통해 카메라 기능을 조종하면서 직접 사진을 찍을 수 있는 기능을 제공한다. 이 애플리케이션 프로파일은 삼성전자 인도 연구소에서 맨 처음 제안했다. 또 LG전자에서 발휘한 이지페어링(Easy Pairing) 프로파일은 블루투스 기기 간에 연결성을 좀 더 편리하게 하기 위해 개발에 박차를 가하고 있다.

이와 관련 Bluetooth SIG 한국지사의 최현무 지사장은 “국내 회원사들뿐만 아니라 해외 회원사들이 블루투스 관련 기기들을 좀 더 편리하게 사용하고자 여러 가지 프로파일 스펙을 계속해서 개발하고 있다”고 말했다.





LG전자 이민수 책임연구원은 “LG전자는 IoT 시대를 열기 위해 블루투스 4.1에서 제공하고 있는 IPv6 기능을 지원하는 혁신적인 제품들을 출시할 예정”이라며 “자체 블루투스 테스트 랩을 두고 있는 LG전자는 블루투스 제품의 끊임없는 혁신과 품질 향상에 박차를 가하고 있다”고 말했다.
LG전자는 현재 ‘CES 2015 혁신상’을 수상한 G플렉스2 스마트폰을 비롯해 울트라북, 스마트 오디오(Smart Audio), 사운드바, 헤드셋, 홈시어터, LED 조명 등에 블루투스 기능을 제공한다.

최현무 지사장에 따르면, Bluetooth SIG는 국내 자동차 회사와도 상호호환성 및 향후 애플리케이션에 관련된 협력을 하고 있다. 블루투스를 이용한 TPMS(타이어 압력 모니터링 시스템)도 개발돼 상용화를 앞두고 있다.



블루투스 기기를 보호하기 위해, Bluetooth SIG는 블루투스 기기가 블루투스 규격과 일치하는지 또는 타사 제품과 상호호환이 있는지를 시험하기 위한 인증 프로그램을 운영하고 있다. 블루투스 기기의 표준에 대한 인증은 BQRB(Bluetooth Qualification Review Board)에서 관할하고, 인증 프로그램의 기능 및 역할 보증은 BQRB로부터 위임 받은 BQA가 담당한다. 블루투스 기기의 테스트는 BQRB로부터 인정받은 BQTF(Bluetooth Qualification Test Facility)에서 수행하고, 블루투스 기기의 인증은 BQRB로부터 위임 받은 위원들로 구성된 BQB(Bluetooth Qualification Body)가 담당한다. 또한, BQRB에게 기술적인 자문 등을 위해 BQB, BQTF 등으로 구성된 포럼인 BTAB(Bluetooth Technical Advisory Board)을 운영하고 있다.

최현무 지사장은 “국내 기업과의 협력의 일환으로 블루투스 제품을 생산하기 이전에 인증 과정을 대행해 주는 BQTF와 블루투스 공인 테스트 시설인 BRTF(Bluetooth Recognized Test Facility)를 두고 있다”며 “Bluetooth SIG는 국내 다섯 군데의 BQTF와 두 군데의 BRTF를 통해 1년에 약 460개 이상의 국내 회원사 제품이 원활하게 인증을 받을 수 있도록 기술지원을 하고 있다”고 말했다.

BQTF와 BRTF는 Bluetooth SIG가 TCRL 내의 ‘카테고리 A 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(HC) 레벨 또는 그 하위’로 식별된 블루투스 인증 테스트를 수행할 역량이 있다고 공인한 테스트 랩이다. 여기에는 RF 테스트, 프로토콜 및 프로파일 준수 테스트, 프로파일 상호운용성 테스트가 포함된다. BQTF와 BRTF의 주요 차이점은 BQTF는 모든 Bluetooth SIG 회원에게 테스트를 제공하는 반면, BRTF는 자신의 회사에 한해서만 테스트를 수행할 수 있다.

Bluetooth SIG는 작년 10월에 스마트 메시(Smart Mesh) 스터디 그룹을 발족했다. 이와 관련 크로터 마케팅 수석이사는 “스마트 메시 스터디 그룹에는 CSR를 비롯해 여러 제조사들이 참여하고 있다. 그러나 스마트 메시는 작년 3월 발표된 CSR의 CSR 메시(Mesh) 인플리멘테이션과 같지 않다”고 강조했다. 그는 또 “Bluetooth SIG는 회원사들이 함께 모여 메시 통신을 블루투스 환경에서 어떻게 구현할 것인지 현재 논의 중에 있으며 우선순위를 높게 두고 있는 작업인 만큼 올해 많은 일이 진행될 것”이라고 말했다.

크로터 이사는 경쟁기술 대비 블루투스의 최대 장점으로 유연성, 개발 및 사용의 용이성, 그리고 이를 토대로 다양한 제품과 애플리케이션을 만들 수 있다는 점을 꼽았다. 그는 “전 세계 소비자의 96% 이상이 블루투스에 대해서 알고 있고, 96%의 스마트폰에 블루투스가 적용돼 있다는 점을 감안했을 때, 또 기술적인 이점을 봤을 때 블루투스가 자연스러운 선택이 될 것이라고 생각한다”고 말했다. ES



BLUETOOTH : 과거와 현재
 
블루투스(Bluetooth) 무선 기술은 점점 더 다양해지는 기기들을 위해 간편하고, 보안이 뛰어난 연결성을 제공하면서 사물인터넷(IoT)의 근간이 되는 글로벌 무선 표준의 자리를 넘보고 있다. 블루투스 스마트(Bluetooth Smart) 기술은 업데이트가 가능한 플랫폼과 낮은 소비전력을 통해 모바일 폰, 소비 가전, PC, 자동차, 헬스 및 피트니스, 스마트 홈 등을 위한 새로운 애플리케이션을 만들어내고 있다.

블루투스 코어 시스템은 RF 트랜시버, 베이스밴드, 프로토콜 스택으로 구성돼 있다. 이 시스템은 기기들 간의 연결과 다양한 클래스의 데이터 교환을 가능하게 한다.
 
블루투스 핵심 규격

다른 무선 표준과 달리 블루투스 핵심 규격은 링크 계층과 애플리케이션 계층에 대한 정의를 모두 제공해 데이터 및 음성 애플리케이션을 지원한다.
 
블루투스 4.2

블루투스 4.2는 핵심 규격에 대한 중요 업데이트로서, 블루투스 스마트에 흥미로운 특징과 혜택을 제공한다.
 
이 핵심 규격은 다음의 이점을 포함한다.
 
▲ (IPv6/6LoWPAN 또는 블루투스 스마트 게이트웨이 등) 유연한 인터넷 연결성 옵션들을 지원해 IoT를 가능하게 한다.
▲ 높은 수준의 개인정보보호 기능, 전력 효율성, 업계표준 보안 기능을 통해 블루투스 스마트를 더욱 스마트하게 한다.
▲ 더 커진 패킷 용량과 더 빨라진 데이터 전송 속도로 블루투스 스마트를 더욱 빠르게 한다.


블루투스 4.1

블루투스 핵심 규격 4.1은 기존에 채택된 블루투스 핵심 규격 부록(CSA 1, 2, 3, 4)의 장점을 모두 취한 동시에 새로운 특징과 혜택이 더해진 업데이트다. 버전 4.1은 소비자를 위한 유용성을 향상시키고, IoT를 위한 필수적인 연결로서의 블루투스 기술의 위치를 공고히 했다.
 
▲ 유용성 향상 - “사용하면 그냥 바로 작동한다”는 소비자들에 대한 블루투스 브랜드의 약속 확장. 이 규격에는 LTE를 포함해 널리 사용되는 휴대전화 기술들과 매끄럽게 동작하고, 사람의 개입이 거의 필요 없이 연결이 유지되 더욱 효과적인 데이터 교환이 가능해지도록 만드는 몇몇 새로운 특징이 탑재됐다.
▲ 개발자들이 혁신할 수 있도록 유도 - 듀얼 모드 기술과 링크 계층 토폴로지 소프트웨어 기능들을 통해 혁신적인 블루투스 제품 및 솔루션을 만들어낼 수 있는 유연성을 개발자들에게 제공한다.
▲ IoT의 현실화 - 기기가 전용 통신 채널을 구성하도록 만들어 IP-기반 연결성에 대한 기초를 만들고, 이를 통해 블루투스 기술이 IoT 환경에서 위치를 강화한다.
 
블루투스 스마트 기술

블루투스 스마트는 2010년 소개된 기술이며 제조업체, 개발자 및 일반소비자들에게 다양한 혜택을 제공한다. 블루투스 스마트는 블루투스 핵심 규격 버전 4.0에서 처음 도입된 저에너지 블루투스 특징에 대한 브랜드명이다.

블루투스 스마트는 단순히 전력친화적인 특징을 넘어서, 애플리케이션 친화적이기도 하다. 이 기술은 다른 무선기술들에 비해 획기적으로 소량의 전력만을 소비하기 때문에 전력 친화적이다. 비용이 적게 들고, 블루투스 스마트 센서를 위한 애플리케이션을 만들어내기 위한 유연한 개발 아키텍처를 제공하기 때문에 애플리케이션 친화적이기도 하다. 이로 인해 개발자들이 심장박동수 모니터, 칫솔, 신발 등과 같은 일상생활 속의 물건들을 연결된 세상 속으로 불러오고, 이런 물건들이 소비자들이 이미 소유하고 있는 블루투스 스마트와 호환되는 스마트폰, 태블릿, 또는 유사한 기기들과 서로 통신하도록 만들 수 있도록 한다.
 
블루투스 스마트 기술은 다음과 같은 특징이 있다.
▲ 극소량의 최대 소비전력, 평균 소비전력, 대기 모드 전력
▲ 코인형 배터리로 수년간 작동
▲ 다양한 벤더들 제품 사이의 상호호환성
 
EDR(Enhanced Data Rate)

블루투스 핵심 규격 버전 2.1은 소비자들이 블루투스 기기를 용이하게 연결할 수 있도록 제작됐다. “간편하고, 안전한 페어링(Simple, Secure Pairing)”의 도입을 통해 블루투스 v2.1은 소비자가 연결 메뉴에서 “블루투스 기기 추가하기(add Bluetooth device)”를 선택할 수 있도록 만들었다. 이 업데이트로 인해 기기들이 서로를 발견하고 자동으로 연결되게 됐다. 이외에도 핵심 규격에 다음과 같은 개선사항이 추가됐다.
 
▲ 더 적어진 소비전력 - 소비전력이 줄어 배터리 수명 증가, 블루투스 핵심 규격 2.1+EDR은 배터리 수명을 최대 5배 연장
▲ 보안성 개선 - 사용자의 개입이 필요한 페어링 시나리오에서, 숫자와 알파벳을 섞어 쓰는 16자리 무작위 PIN 코드보다 더 강력한 보안기능을 가진 6자리 암호로 도청방지기능 제공
▲ NFC - v2.1에서 제공하는 페어링 개선으로 인해 애플리케이션이 필요로 할 경우 NFC 기능의 사용 가능
스펙트럼(Spectrum)
블루투스 기술은 공용 ISM 주파수 대역인 2.4 GHz - 2.485 GHz 대역에서 작동하며, 초당 1,600회의 호핑을 하는 대역 확산(Spread Spectrum), 주파수 호핑, 풀 듀플렉스 시그널을 사용한다.
 
간섭(Interference)

블루투스 기술의 적응형 주파수 호핑(AFH) 역량은 2.4 GHz 대역을 공유하는 다른 무선기술과의 간섭문제를 해결하기 위해 고안됐다. AFH는 스펙트럼 대역 내에서 사용이 가능한 주파수를 이용하기 위한 것인데, 기술적으로는 다른 기기가 사용 중인 주파수를 인식해 이를 피하는 방법으로 구현된다. 적응형 호핑 기술은 2.4 GHz - 2.485 GHz 주파수 대역을 각각 1 MHz의 폭을 가진 79개의 주파수 구간으로 나누고, 이 중 간섭이 발생하지 않는 구간을 사용하는 것으로 주파수 대역 내에서 더 효과적인 전송을 가능하도록 만든다. 이로 인해 블루투스 기술이 작동하는 주파수 대역 내에 다른 기기가 다른 무선기술을 사용하고 있더라도 간섭을 피할 수 있다.
 
통신거리

블루투스 기술의 통신거리는 애플리케이션에 따라 다르다. 최소 거리는 핵심 규격에 의해 필수사항으로 정해져 있지만, 최대 거리는 각 제조사가 구현하고자 하는 애플리케이션에 따라 조정할 수 있다.
▲ Class 3 라디오 -최대 1미터
▲ Class 2 라디오-모바일 기기에서 가장 많이 보이는 형태로, 100미터
▲ Class 1 라디오-주로 산업용 애플리케이션에서 많이 사용하며, 100미터
 
전력

가장 자주 쓰이는 라디오 클래스는 Class 2인데, 2.5 mW의 전력을 가진다. 블루투스 기술은 매우 적은 전력만을 소비하도록 설계됐다. 기기가 사용되고 있지 않은 대기상태 일 경우 소비전력을 더 낮출 수 있도록 저전력 특성이 더욱 강화됐다.

3.0 HS 버전의 일반 대체 MAC/PHY (Generic Alternate MAC/PHY)는 고속 기기를 위한 원격 증폭기를 발견해 데이터 전송을 위해 필요할 때만 라디오를 켜도록 만들어서 전력소비를 최적화하는 것은 물론, 라디오의 보안성도 개선하는 효과가 있다. 고속 데이터 전송이 아니라 배터리 수명의 연장에 초점을 맞춘 기기를 위해 최적화된 저에너지 블루투스 기술은 클래식 블루투스 기술에 비해 적게는 절반부터, 많게는 1/100의 전력만을 소비한다.

블루투스 무선 기술은 단거리 통신 기술이다. 블루투스 기술의 핵심 특징은 견고성, 저전력, 저비용이다. 블루투스 핵심 규격은 균일한 구조를 정의해 다양한 종류의 기기가 서로 연결되고 통신할 수 있도록 만든다.

블루투스 기술이 구현된 전자 기기 간의 연결은 이런 기기들이 피코넷(piconet)이라고 불리는 단거리, 애드혹(ad-hoc) 네트워크를 통해 무선으로 통신할 수 있도록 만든다. 피코넷에 속해 있는 각각의 기기들은 한 피코넷 내에서 최대 7개의 기기와 동시에 연결될 수 있으며, 각 기기들은 몇 개의 피코넷에 동시에 속할 수도 있다. 이것은 사용자들이 자신의 블루투스 기기를 연결할 수 있는 방법이 사실상 무한정하다는 뜻이다.