IoT에 최적화해 진화하는 블루투스 5 ②

[테크월드=정환용 기자] 이 글에서는 블루투스 5의 새로운 기능을 설명하고, 블루투스 5가 어떻게 새로운 차원의 사물인터넷(Internet of Things, 이하 IoT) 애플리케이션을 가능하게 하는지 설명한다. 블루투스 5는 2배의 속도, 4배의 거리, 장거리용으로 8배의 애드버타이징 용량, 보다 견고한 연결, 더 우수한 사용자 경험, 보다 스마트한 비콘 기능을 제공한다.

8배의 애드버타이징 용량
비콘(Beacon)은 소형 블루투스 트랜스미터로, 스마트폰이나 태블릿처럼 자신의 거리 안에 들어오는 다른 블루투스 LE 디바이스로 데이터를 전송할 수 있다. 비콘 기능을 사용해서 이런 디바이스들로 짧은 메시지를 내보내고(Push), 간단한 통신까지 할 수 있다.

오늘날 비콘 기능은 상점 애드버타이징, 실내 위치 추적, 자산 추적 등에 많이 사용되고 있다. 비콘 기능은 블루투스의 성공적인 활용 사례의 하나로 빠르게 자리를 잡고 있으며, 앞으로 계속해서 빠른 속도로 성장할 것으로 전망된다. 분석가들의 전망에 따르면, 2021년에는 비콘 수가 5억 개 이상으로 늘어날 것으로 보인다.

블루투스 5에서 가장 중요한 향상 중의 하나가 블루투스 애드버타이징(비콘) 기능이다. 이 새로운 표준은 이전 버전과 비교해 비콘 기능을 대대적으로 업데이트하고 있다. 그럼으로써 훨씬 더 발전하고 지능적인 비콘을 개발할 수 있을 뿐 아니라, 블루투스 애드버타이징을 통한 단방향 데이터 스트리밍같이 완전히 새로운 활용 사례나 애플리케이션을 구현할 수 있게 됐다. 블루투스 애드버타이징 기능이 어떻게 향상됐는지 살펴보자.

데이터 세트 애드버타이징, 스캔 요청 이벤트 보고
블루투스 5의 애드버타이징 기능에서 가장 중요한 향상은 애드버타이징 데이터 셋(Advertising Data Set) 기능이다. 이 기능은 하나의 블루투스 5 기기로 복수의 애드버타이징 데이터 세트를 각각의 시간 간격과 애드버타이징 데이터를 사용해 전송할 수 있는 것이다. 예컨대 하나의 블루투스 비콘으로 애플 아이비콘(iBeacon)과 구글 에디스톤(Eddystone) 비콘을 동시에 전송할 수 있다.

블루투스 5 호환 디바이스로 원격 디바이스가 스캔 요청을 하는 것을 감지하고, 애플리케이션으로 이 요청을 보고할 수 있다. 이를 통해 애플리케이션이 자신이 내보낸 애드버타이징 패킷을 원격 디바이스가 수신했다는 것을 감지할 수 있다. 이것은 여러 면에서 유용하다. 원격 디바이스가 전송된 애드버타이징 패킷을 수신했다는 것을 감지할 수 있다면 애드버타이징을 멈출 수 있기 때문에 전력 소모를 줄일 수 있다.

2차 애드버타이징 채널
블루투스 4 디바이스는 3개의 애드버타이징 채널을 사용해 자신의 존재를 애드버타이징하고, 연결을 개설하고, 데이터를 브로드캐스팅할 수 있다. 단일 애드버타이징 패킷의 페이로드는 31바이트로 제한된다. 하나의 128비트 서비스 UUID가 애드버타이징 페이로드의 대부분을 차지하는데, 첨단 비콘 같은 애플리케이션에서는 이 점이 제약이 될 수 있다.

블루투스 5에서는 이를 크게 개선했다. 3개 애드버타이징 채널은 블루투스 4와 동일하게 유지되므로 역호환과 상호운용을 할 수 있다. 다만 이제는 이들 채널을 ‘1차 애드버타이징 채널’이라고 부른다. 이들 3개의 1차 애드버타이징 채널에 더해, 블루투스 5 디바이스는 나머지 37개 데이터 채널 중의 어떤 채널이든 2차 애드버타이징 채널로 사용할 수 있다. 덕분에 더 많은 데이터를 브로드캐스팅할 수 있고 1차 채널의 부담을 덜 수 있다. [표 1]은 블루투스 4와 5의 애드버타이징 채널을 비교한 것이다.

2차 애드버타이징 패킷
새로운 애드버타이징 채널과 더불어, 블루투스 5는 ‘ADV_EXT_IND’라고 하는 새로운 애드버타이징 패킷 타입을 도입했다. 1차 애드버타이징 채널에 이 패킷을 사용함으로써 2차 애드버타이징을 통해 추가적인 데이터가 제공된다는 것을 지시할 수 있다. ADV_EXT_IND 패킷은 어느 채널로 애드버타이징이 발생되고, 언제 발생되고, 어떤 블루투스 PHY를 사용하는지 등 2차 애드버타이징에 대한 정보를 담을 수 있다.

아주 간단한 형태일 때, [그림 1]에서 보듯 2차 애드버타이징 채널에 추가적인 애드버타이징 페이로드를 담고 있는 AUX_ADV_IND 패킷을 전송할 수 있다. AUX_ADV_IND 패킷은 최대 255바이트의 페이로드를 담을 수 있다.

하나의 AUX_ADV_IND 패킷이 담을 수 있는 것보다 더 많은 데이터를 전송하고자 하는 경우에는, [그림 2]에서 보듯 ‘AUX_CHAIN_IND’ 패킷을 사용해 여러 개의 2차 애드버타이징을 연속으로 전송할 수 있다. AUX_CHAIN_IND 패킷은 255바이트 이상의 애드버타이징 페이로드를 전송하기 위해 추가적인 AUX_CHAIN_IND 패킷에 관한 포인터를 포함할 수 있다.

주기적 애드버타이징
블루투스 5의 애드버타이징 기능과 관련해 향상된 또 다른 기능이 주기적 애드버타이징(Periodic Advertising) 모드다. 이름에서 알 수 있듯 이 기능은 애드버타이징 데이터를 일정한 간격으로 규칙적으로 내보낼 수 있으며, 하나 또는 여러 개의 스캐너가 청취할 수 있다. 주기적 애드버타이징 모드는 ADV_EXT_IND 패킷을 사용해 지시되고, 이 패킷은 AUX_ADV_IND 패킷을 지시한다. 이 패킷은 간격, 호핑 시퀀스, 애드버타이징주 주소를 비롯해 주기적 애드버타이징 모드에 관한 정보를 담는다. 또한, 정해진 간격으로 주기적 애드버타이징 데이터를 담고 있는 ‘AUX_SYNC_IND’ 패킷을 전송할 수도 있다.

애드버타이저는 일정한 간격으로 새로운 ADV_EXT_IND 패킷을 전송할 수 있다. 그러므로 새로운 스캐너는 이 데이터 스트림으로 동기화할 수 있고, 기존 스캐너는 끊어진 동기화를 재개할 수 있다.

블루투스 5를 지원하는 스마트폰과 태블릿
블루투스 5를 지원하는 스마트폰 또는 태블릿은 2017년에 시장에서 처음 선보였다. 새로운 블루투스 표준이 발표되고 시장의 대부분 단말기로 그 표준을 지원하기까지는 대개 2~4년이 걸린다. 블루투스 5를 지원하는 첫 번째 단말기는 삼성 갤럭시 S8이었다. 이 스마트폰은 블루투스 LE 2M PHY를 지원한다. 아직은 이런 새로운 기능들이 선택적이기 때문에 특정 디바이스가 블루투스 5의 어떤 기능들 을 지원하는지는 제조업체에 확인해야 한다.

맺음말
블루투스 5는 기능을 향상시키거나 새로운 기능들을 추가하고 있다. 그럼으로써 이미 확고하게 기반을 다지고 있는 이 무선 표준이 지금과 같은 IoT 시대에 시장에서 더 앞서나갈 수 있게 됐다. 블루투스 5가 IoT의 필요에 맞게 개선됨으로써 진화하는 스마트 홈, 의료용, 웨어러블, 자동차, 비콘, 위치 추적, 그 밖의 다양한 IoT 애플리케이션으로 블루투스 디바이스의 사용은 계속해서 더 늘어날 것이다.

실리콘랩스는 최초의 블루투스 5 지원 제품으로 ‘EFR32 블루투스 게코 SoC’를 이미 출시하고 있다. 이들 제품은 블루투스 LE 2M PHY와 일부 애드버타이징 향상 기능을 지원한다.

작성: 헨릭 스넬만(Henrik Snellman), 미코 사볼라이넨(Mikko Savolainen), 예레 크나피야(Jere Knaappila), 파시 라히칼라(Pasi Rahikkala)
제공: 실리콘랩스(Silicon Labs)