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사물인터넷(IoT) 기술, 블루투스 5(Bluetooth)

2019-06-04


근거리 무선 기술 표준인 블루투스(Bluetooth)

블루투스(Bluetooth)는 IoT의 기반이 되는 기술 중 하나로 휴대폰, 노트북, 이어폰, 헤드셋 등의 휴대기기를 서로 연결해 정보를 교환하는 근거리 무선 기술 표준이다. 주로 10미터 안팎의 초단거리에서 저전력 무선 연결이 필요할 때 쓰인다. 다른 기술에 비해 상대적으로 저렴하고 전력 소모가 적어 스마트폰과 노트북 대부분에 기본으로 장착되어 있다. 블루투스는 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역인 2400~2483.5MHz 주파수를 이용해 통신한다. 이 주파수는 국제 전기 통신 연합이 무선 통신 이외의 산업, 과학, 의료용과 이와 유사한 고주파 에너지원으로 사용하기 위해 지정된 주파수 대역이다. 블루투스는 이 대역에서 아래 2MHz 위 3.5MHz의 보호대역을 두었다. 그리고 각 채널의 대역폭을 1MHz로 해 총 79개의 채널을 쓴다. 와이파이와(WiFi) 지그비(ZigBee) 등의 제품과 같은 주파수 대역을 이용한다. 또한 전자레인지도 이 주파수대의 에너지를 사용하며, 그렇기 때문에 전파 간섭을 필수적으로 예방해야 하고 주파수 도약(Frequency Hopping)을 사용한다.

 
통신이 가능하기 위해서는 동기화되어야만 한다

주파수 도약은 주파수 호핑이라고도 불리우며, 채널을 특정한 패턴에 따라 빠르게 이동하며 데이터를 전송하는 방식이다. 블루투스는 79개 채널을 1초당 1600번씩 이동하고, 이 이동 패턴이 기기 간에 동기화되어야만 사용할 수 있다. 동기화되지 않으면 통신이 이루어지지 않고, 이로 인해 다른 시스템의 전파간섭을 피해 안정적으로 연결될 수 있다. 블루투스 기기 간 연결은 마스터와 슬레이브로 구성되며, 하나의 마스터 기기에는 최대 7대의 슬레이브 기기를 연결할 수 있다. 하나의 마스터에 연결된 슬레이브 기기들은 마스터 기기와 통신을 할 수 있을 뿐 슬레이브 기기 간의 통신은 불가능하다. 즉, 스마트폰에 연결된 이어폰과 마우스는 스마트폰과 통신할 뿐 직접 두 기기가 통신하지 않는다는 의미이다. 하지만 마스터와 슬레이브는 고정된 것이 아니며, 상황에 따라 마스터와 슬레이브가 바뀔 수도 있다.

 

 
블루투스를 지원하지 않는 기기는 블루투스 동글로 연결

블루투스 기기를 서로 연결하기 위해서는 마스터 기기, 슬레이브 기기 모두 블루투스를 지원해야하고, 그중에서 연결을 원하는 슬레이브 기기를 선택하면 즉시 연결된다. 블루투스 기기에 따라 연결 시 암호를 입력해야 하는 경우도 있고, 이 암호는 일반적으로 슬레이브 기기에 부여된 문자 또는 숫자를 입력한다. 일단 한번 연결되면 그 이후부터는 각 기기의 전원과 블루투스를 켤 때마다 자동으로 연결된다. 블루투스를 지원하는 헤드셋이나 키보드는 있는데, 정작 마스터 기기가 될 노트북, 휴대폰이 블루투스를 지원하지 않을 경우가 있다. 이것은 블루투스 동글(Dongle)을 통해 해결할 수 있는데, 일반적으로 USB메모리 모양을 하고 있어서 USB포트에 연결하는 방식으로 쉽게 이용할 수 있다.

 
 
 
블루투스 기술 가지

블루투스 기술은 크게 블루투스 BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)과 블루투스 LE(Low Energy)로 구분할 수 있다. 블루투스 BR/EDR은 지속적인 포인트 투 포인트 디바이스 연결을 가능하게 함으로써, 무선 오디오 시장에 혁신을 가져온 기술이다. 블루투스 2.0 버전부터 도입되었으며, 다중연결 시나리오의 단순화로 데이터 전송량이 늘면서 전력 소비가 줄어든 효과를 함께 얻게 됐다. 블루투스 LE는 필요에 따라 연결이 가능하고 한 번의 충전으로 오랜 기간 사용을 요구하는 커넥티드 디바이스 시장 및 비콘 시장 성장의 주축이다. 블루투스 4.0 버전부터 도입되었고, 기존의 기술에서 저전력, 거리감지 기능, 신체활동측정 기능 등을 추가했다.

 
 
 
블루투스 LE 기반 블루투스 메시 네트워킹

 블루투스 LE를 기반으로 하여 출시된 블루투스 메시는 다대다 디바이스 통신을 지원하고, 대규모 디바이스 네트워크 생성을 최적화한다. 산업용 수준의 안정성, 확장성 및 보안성을 갖췄고, 글로벌 상호 운용성을 지원한다. 특히, 수천 개의 디바이스들이 서로 안정적이고 안전하게 통신해야 하는 건물 자동화, 센서 네트워크, 자산 추적 등의 사물인터넷 솔루션에 적합하다. 메시 네트워크는 저전력 블루투스 연결의 범위를 확장하며, '매니지드 플러드(Managed Flood)'라는 기술을 사용하기 때문에 수만 개의 장치의 끝 없는 요청을 처리할 수 있다. 블루투스 메시 네트워킹은 컨슈머를 넘어 공장 자동화 시스템, 스마트 오피스, 스마트 시티 등으로 블루투스의 활용을 확대하는 전환점이 될 것이다. 공장에서 조명 스위치를 한꺼번에 끄거나 켜야 하는 경우가 많은데, 메시 네트워킹이 이를 손쉽게 관리가 가능하도록 한다.

 
 
 
블루투스 5, 더 넓고 빠르고 보다 정확하다

현재 블루투스는 5.0 버전이며, 블루투스 4.2의 대대적인 업그레이드 버전이다. 이론적으로는 장애물이 없는 환경에서 무려 400m까지 연결할 수 있고, 스마트폰을 눈에 보이지 않을 정도로 멀리 떨어진 블루투스 스피커와 연결할 수 있다. 블루투스 5는 현실적인 구성에서 최대 120m까지 연결할 수 있는데, 블루투스 4.2의 4배에 달하는 거리이다. 데이터 전송 속도 역시 2배로 늘어나 2Mbps가 된다. 더 빨라진 속도와 더 넓은 접속 거리, 오류 정정기능으로 디바이스의 펌웨어 전송을 한층 쉽게 만들어 주고, 자동차나 지능형 계량기, 사람 몸 속에 심는 의료기기 등에 유용하다. 또한 블루투스는 기본적으로 두 기기 간에 페어링(연결)이 이루어지는데, 브로드캐스트라는 기능을 활용하면 별도의 페어링 없이 주변의 비콘과 다중으로 통신할 수 있따. 블루투스 5는 이 브로드캐스트 용량을 8배 늘려 한층 다양한 비콘 서비스를 활용할 수 있도록 했다. GPS 활용이 불가능한 건물 내에서 스마트폰으로 고객의 위치를 정확히 파악해 마케팅에 활용하는 예를 꼽을 수 있다.

 
 
 
블루투스의 밝은 미래

블루투스는 기기와 기기를 연결하는 역할을 넘어 기기와 인터넷 클라우드를 연결하는 게이트웨이 역할까지 넘보고 있다. 차세대 블루투스에 탑재될 블루투스 게이트웨이 아키텍처는 블루투스 기기와 클라우드를 직접 연결해 스마트폰이나 태블릿 없이도 사물인테넛 기기들을 원격으로 제어할 수 있는 기능을 제공한다. 와이파이를 쓰기 위해 주로 사용하는 인터넷 공유기에 블루투스 칩이 들어가기 시작한 것도 이 때문이다. 공유기는 블루투스 IoT 기기들의 허브 역할을 하면서 인터넷으로는 외부에 있는 사용자나 클라우드 서비스와 연결해주는 역할을 한다. 블루투스와 와이파이가 상호 보완적으로 공존하는 시대가 온 것이다. 이제 스마트워치를 어디에 뒀는지 고민할 필요가 없어진다. 블루투스로 연결된 스마트워치의 위치를 바로 파악할 수 있으니까 말이다. 블루투스가 다양한 사물인터넷과 결합해 사람들의 생활을 어디까지 변화시킬지 기대되는 바이다.