블루투스 (Bluetooth) 의 역사 및 원리

블루투스 (Bluetooth)란 무엇??

 

 현재 이 블로그를 보고 있는 사람 중에 블루투스를 모르는 사람은 없을 것이다. 그래도 블루투스를 한 문장으로 설명하자면 '근거리에서 전자기기 간에 선 연결 없이 주파수로 데이터를 교환할 수 있게 하는 기술'로 정의할 수 있다. 현재 포스팅을 하고 있는 현시점에 블루투스 5.0까지 나와있어서 기존의 근거리?라고 말하기도 무서울 정도로 통신 거리가 비약적으로 늘어났지만 앞으로 블루투스의 개념과 스택 구조, 개발에 대한 포스팅을 위해서 간단히 블루투스의 역사부터 설명하고자 한다. 기술의 시작부터 현재까지의 발전과정을 알면 앞으로의 블루투스 진영에서의 목표를 알 수 있지 않을까???

 

 위에 보이는 것이 우리가 흔히 볼 수 있는 블루투스의 로고이다. 우선 이름의 유래부터 알아보자. 블루투스라는 이름은 덴마크의 국왕 '해럴드 블루투스'에서 따왔다고 한다. 이 해럴드 블루투스는 스칸디나비아를 통일한 인물이기 때문에 모든 전자기기가 통합적으로 이어진다는 의미를 두고 있다고 한다. 여담으로 당시에 이름을 두고 고민하던 엔지니어들은 에릭슨과 노키아 엔지니어들인데 에릭슨과 노키아가 발트해를 둘러싼 스웨덴과 핀란드에 각각 기반을 둔 기업인 것도 한몫했다고 한다. 

 

블루투스의 시작??

 

 블루투스는 1994년 에릭슨이 최초로 개발한 디지털 통신 기기를 위한 개인 근거리 무선 통신 산업 표준!이라고 우리의 위키트리에 명시되어 있다. 이후 1998년 Special Interest Group (SIG) 줄여서 시그라는 그룹이 생겨나면서 블루투스 기술의 본격적인 개발이 이루어지기 시작했다. 이 그룹에는 이름만 들어도 알만한 에릭슨, 인텔, 레노버, MS, 애플 등으로 구성이 되었다. 이후 회원수도 증가하여 2년 후 바로 블루투스 1.0이 출시된다. 블루투스의 버전별 차이를 알기 전에 먼저 블루투스의 원리를 알면 좋을 것 같다.

 

블루투스 원리??

 

 블루투스 무선 시스템은 2402 ~ 2480 MHz까지 총 79개의 채널을 사용한다. 이 때문에 블루투스의 사용 대역을 2.4 GHz라고 한다. (2.4 GHz 주파수의 경우 Industrial Scietific Medical (ISM) 대역을 사용하고 있어 전파사용에 대한 허가를 받을 필요가 없이 사용할 수 있다.) 2.4 GHz를 사용하는 블루투스의 경우 여러 시스템들과 같은 주파수를 사용하기 때문에 전파 간의 간섭이 생길 수 있기 때문에 블루투스는 이를 방지하기 위해 주파수 호핑 방식을 사용한다. 여기서 말하는 주파수 호핑이란 데이터를 전송할 때 79개의 채널 중 하나를 독점하여 데이터를 전송하는 방식이 아닌 빠르게 채널을 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 방식이다. 하나의 채널로 연결하여 데이터를 보낼 경우 다른 주파수와 간섭이 생길 수 있기 때문이다. 이 때문에 블루투스는 앞서 말한 79개의 채널을 1초당 1600번 호핑 (Hopping)하여 데이터를 전송한다.

 

ex) 블루투스는 마스터 기기와 슬레이브 기기로 구성된다. 블루투스 이어폰을 예로 들면 스마트폰이 마스터이고 이어폰이 슬레이브가 된다. 서로가 블루투스로 연결이 되면 두 기기간의 주파수 호핑 방법으로 데이터를 주고받는 것이다.

 

그렇다면 현재 블루투스 5.0까지의 발전과정을 알아보도록 하겠다.

 

블루투스 버전??

 

블루투스 1.0

- 1998년 SIG 그룹 결성 2년 이후 최초로 등장한 블루투스 버전으로 주파수 호핑 방법을 채택하여 발전했다. 하지만!! 연결을 위한 하드웨어 장치를 사전에 입력해줘야 하는 문제로 현재처럼 두 장치 사이간 익명 연결이 불가능했다.

 

블루투스 1.1

- 2002년 IEEE 표준으로 승인된 버전으로 기존 1.0과 1.0b의 문제점을 수정한 점이 특징이며 신호 강도 지표 (Signal Strength Indicator) RSSI를 수신받을 수 있게 됐다.

 

블루투스 1.2

- 2005년 IEEE 표준으로 승인받은 버전으로 전송속도는 큰 차이가 없지만, 오류나 음성, 신호의 품질 손실을 막는 기술이 추가됐다. 실제 전송 속도는 1.1과 동일한 723 kbps 정도이다.

 

블루투스 2.0 + EDR

- 버전이 1에서 2 버전으로 바뀌면서 데이터 속도가 3 Mbps로 크게 증가하였다. EDR은 강화된 데이터 전송 (Enhanced Data Rate)를 말한다. (이론상의 전송 속도는 3 Mbps이고, 실제 데이터 전송 속도는 2.1 Mbps 정도이다.)

- 다중 연결 시나리오의 단순화로 데이터 전송량이 늘면서 전력 소비가 줄어든 효과를 함께 얻은 버전이다. 

* 일반 블루투스 2.0 도 있지만, 기본 틀은 블루투스 1.2와 거의 비슷하기 때문에 다루지 않는다*

 

블루투스 2.1 + EDR

- 2007년 채택된 2.1 버전은 장치의 이름이나 서비스 목록 등 다양한 정보를 제공하도록 개선되었다. 

- 근거리 무선통신 (NFC)에 대응하는 기능이 추가됨으로 NFC 라디오 인터페이스를 사용할 수 있다면 자동적으로 안전하게 접속이 가능하다.

- 3배에서 10배까지 배터리 수명이 증가하였다.

 

블루투스 3.0 + HS

- 2009년에 발표되었으며, 최대 속도를 24 Mbps로 끌어올렸다. HS는 High Speed를 뜻하며 기기간 대용량 파일 전송이 가능하며, 내장된 전력 관리 기능으로 전력 소모를 크게 줄였다.

 

블루투스 4.0 (Bluetooth Low Energy의 시작)

- 2010년 발표되었으며, 기존 블루투스의 콧속 전송과 저전력 기능을 포함한 규격이다. 

- 블루투스 클래식, 블루투스 스마트, 블루투스 스마트 레디로 구성되며 고속 전송은 블루투스 클래식, 스마트 레디는 일반적인 노트북이나 스마트폰에 사용된다.

- 저전력에 초점을 맞춘 BLE의 경우 전송 속도는 1 Mbps로 IoT 통신에 강점을 가진다.

 

블루투스 4.1

- 2013년 발표되었으며, 4.0에 기능이 추가된 마이너 업데이트 버전이다. 

- LTE와의 공존성을 높여 서로 간의 간섭 현상을 줄였다

- 블루투스 연결 장치끼리 거리 문제로 잠시 연결이 끊어져도 다시 자동 연결이 되도록 기능을 추가했다.

- 웨어러블 기기가 허브의 역할을 할 수 있게 되었으며, IPv6 표준이 탑재되어 있다.

 

블루투스 4.2

- 2014년 발표되었으며 사물인터넷 지원을 위한 특징을 도입했다. 새로운 인터넷 프로토콜 지원 프로파일이 추가되었으며, 데이터 전송 거리의 증가와 개인정보 보호, 보안 등이 핵심이다. 

 

블루투스 5.0

- 2016년 정식으로 소개되었으며 IoT에 초점을 맞췄다. 

- 블루투스 4 버전의 1 Mbps의 속도에서 두배 늘린 2 Mbps의 속도를 가진다.

- 4.2 LE에 비해 4배 긴 전송거리인 243m까지 전송이 가능하다.

 

 

블루투스 5.0에 대해서는 다음에 자세히 포스팅 전체적으로 다루도록 하겠다. 

 

이번 포스팅에서는 블루투스에 대해서 간략하게 알아봤다. 블루투스는 점차 발전하면서 IoT 진영에 맞도록 변화한 거 같다. 현재는 저전력과 적당한 데이터 전송 크기로 IoT에 적합한 기술로 사용되고 있는 것 같다.

 

다음 포스팅부터는 조금 기술적으로 들어가려고 한다. 블루투스를 개발하기 전에 알게 되는 블루투스 스택부터 차근차근 설명해보겠다.

 

그럼 20000