비콘 시장에 활력을 불어넣는 블루투스 5
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비콘 시장에 활력을 불어넣는 블루투스 5
  • 양대규 기자
  • 승인 2018.12.12 11:30
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[테크월드=양대규 기자] 2016년 중반, 블루투스 5(Bluetooth 5)의 공식 발표는 블루투스 표준뿐만 아니라 블루투스 비콘(Beacon)을 기반으로 한 서비스 개발 측면에서도 중요한 이정표를 마련했다. 소비자 측면에서는 이 표준을 지원하는 스마트폰과 태블릿이 출시됐다(삼성전자는 갤럭시 8과 차세대 버전을, 애플은 아이폰 8과 X를 시장에 선보였다). 또한, 개발자 측면에서는 노르딕 세미컨덕터의 nRF52810와 nRF52840 SoC(Systems-on-Chip) 등의 칩을 사용해 비콘 기술의 확산을 뒷받침할 수 있는 확장된 도달거리와 증대된 데이터 처리용량, 그리고 긴 배터리 수명을 제공하는 비콘을 구현할 수 있게 됐다.

블루투스 비콘은 현재 다양한 제조업체와 전문 공급업체, 유통 채널 등을 통해 이미 시장이 구축된 상태다. 블루투스 SIG(Special Interest Group)는 2017년 시장 분석 보고서를 통해 2021년까지 연평균 130% 이상의 성장률을 기록할 것으로 전망했으며, 2017년에서 2018년 사이에 출하대수가 2600만 대에서 8300만 대로 증가할 것으로 분석했다. 또한 블루투스 비콘 시장은 2018년에 전환기를 맞이할 것으로 예상되고 있는데, 더 이상 비콘의 원래 개념에 고착되지 않고 상위 사양으로 업데이트가 가능하게 됨에 따라 보다 광범위한 애플리케이션 개발이 가능하게 될 것으로 전망되고 있다.

블루투스 5로 성능 향상

블루투스 LE(Bluetooth Low Energy) 4.0, 4.1, 4.2 버전으로 지원되는 기본적인 비콘 기술은 실제로 블루투스 풀 데이터 교환 중 한 측면 만을 사용하는 간단한 기기에 대해 정의한 것이다. 활성화되는 모든 블루투스 기기는 페어링을 개시하기 위해 주기적으로 ‘애드버타이즈먼트(Advertisement)’ 메시지를 전송한 다음, 데이터 교환을 진행한다. 비콘의 애드버타이즈먼트는 페어링을 요청하지 않고도 이를 식별하는 예약된 주소를 포함하고 있으며, 이는 직접 작동하는 고정 길이의 짧은 데이터 ‘페이로드’를 우선한다. 소비자들이 가까운 거리에 있을 때 짧은 비콘 통신을 자동으로 수신할 수 있지만, 이는 관련 앱을 실행하거나 정보를 제공하는 브라우저를 열어야 하는 등의 페이로드에 제한이 있다. 이런 제약으로 인해 비콘 애플리케이션은 한계가 있었다.

블루투스 5는 사용 가능한 애드버타이즈먼트 채널의 페이로드 크기가 37바이트에서 255바이트로 8배 증가했으며, 연쇄 모드(Concatenated Mode)를 통해 더 긴 메시지를 전송하기 위해 패킷을 함께 스트림할 수 있다. 따라서 소비자는 앱을 열지 않고도 비콘 전송 만으로도 유용한 정보를 수신할 수 있게 된다(또한 블루투스 5는 향상된 채널 공존성을 제공해, 비콘이 혼잡한 무선 환경에서도 쉽게 조정할 수 있고, 궁극적으로는 전력소모를 절감해 배터리 수명을 연장할 수 있도록 해준다).

센소로(Sensoro)와 같은 비콘은 블루투스 LE의 저전력 소모 특성을 이용해 배터리 수명을 연장했다.

애플과 구글의 아이비콘(iBeacon)과 에디스톤(Eddystone)은 개발자를 대상으로 하는 블루투스 LE 비콘 사양 중 ‘특수 경우’에 해당하며, 이 두 기술 또한 모두 진화하고 있다. 에디스톤은 특정 작업을 위해 다양한 데이터 프레임을 지원하는 개방형 포맷이다. 예를 들어, 특정 앱을 휴대형 기기에서 실행하지 않아도 안드로이드의 주변정보 알림(Nearby Notifications) 기능을 실행할 수 있다(휴대형 기기의 블루투스 트랜시버 스위치는 활성화돼 있어야 한다). 애플의 iOS 11의 변경사항 중 하나는 블루투스 사용을 중지하면 실행 중인 앱이 무선으로부터 연결은 끊어지지만, 트랜시버가 셧다운되지는 않는다(휴대형 기기의 UI에 더 깊이 개입하는 것).

새로운 응용 방법 모색

블루투스 5의 애드버타이징 확장 기능은 특히 IIoT(Industrial Internet of Things) 분야에서 비콘 기술의 위치-결정을 기반으로 한 애플리케이션 개발을 가속화시키고 있다. 언제든 모바일 객체(사람 또는 사물)의 위치를 결정함으로써 사람이나 자산을 추적할 수 있으며, 위치 결정은 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 이용해 비콘에서 수신기까지의 거리를 추정해 판단할 수 있다. 전송된 신호 강도와 거리에 따라 신호 강도가 감소하는 속도를 알면, 비콘에서 수신기까지의 거리를 간단하게 계산할 수 있다.

이런 전략은 GPS 신호를 사용할 수 없는 곳에서 ‘실내용 GPS’ 기능을 제공하는데 이상적이지만, 신호 전파는 건물 구조나 내부 벽, 가구, 심지어 사람들로부터도 영향을 받기 때문에 현실은 다소 복잡할 수 있다. 지정된 영역 내에서 비콘 신호의 강도를 맵핑할 수 있으며, 이러한 맵(서명이라고도 함)을 앱에서 사용할 수 있도록 할 수 있다. 계산된 신호 프로파일이 아닌 측정된 신호 프로파일을 사용하면 정확도를 향상시킬 수 있으며, 앱은 신호 강도 맵 프로파일에 액세스해 호스트 위치에 대한 측정을 개선할 수 있다. 이런 솔루션의 정확도에 대한 합리적인 기대치는 1에서 수미터 범위이다. 그러나 벨기에의 반도체와 시스템 연구 센터인 IMEC은 최근 블루투스 LE 비콘 기술을 사용해 30cm에 이르는 정확도를 구현할 수 있다고 발표했다. 이런 향상된 성능은 현재 UWB(Ultra-Wideband)로 구현된 고가의 경쟁 제품과 유사하며, 따라서 개발자는 고정밀 추적이나 산업용 애플리케이션에 이를 적용할 수 있을 것이라고 언급했다.

자산 추적을 위한 비콘 기술

자산 추적을 위한 비콘 구축 전략은 달라지고 있다. 비콘은 추적할 아이템을 정하고, 해당 신호는 인프라 주변에 분산된 블루투스 LE 노드 네트워크를 통해 수신된다. 비콘의 신호가 3개(또는 그 이상)의 터미널을 통해 수신되는 경우, 삼각측량을 통해 위치 정보를 얻을 수 있다. 대상이 되는 자산은 거의 모든 것 또는 모든 사람이 될 수 있다. 비콘은 이미 환자를 추적하는 헬스케어나 직원과 방문객의 이동을 확인해야 하는 민감한 현장에 도입돼 있다.

비콘이 시스템의 모바일 요소가 되면, 이를 태그라고 하며, NFC(Near Field Communication) 태그와 중복될 가능성이 있다. 실제로는 충돌이 거의 없을 것으로 예상되고 있는데, 이는 블루투스 5 애플리케이션은 이 버전의 확장된 도달거리 기능을 사용해, 범위가 수십에서 수백 미터로 확장되는 반면, NFC는 근접식 ‘리더기 인식(Present-to-Reader)’ 형태로 사용되기 때문이다. 또한 무전원 또는 ‘패시브’ 블루투스 태그 개념이 제시됐는데, 한 스타트업 기업은 수집할 충분한 RF 에너지가 있는 환경에서는 충분히 실현할 수 있다고 주장하고 있다. 비콘/태그 설계자는 노르딕의 nRF52810과 같은 일반적인 SoC를 사용해 배터리 수명을 획기적으로 늘리기 위해 광전지와 같은 에너지 수집원을 적용할 수 있다. 노르딕은 자사의 ‘인포센터(Infocenter)’를 통해 이같은 솔루션에 대한 레퍼런스 디자인을 제공하고 있다.

블루투스 5에서 비콘 메시지에 대한 추가 데이터 페이로드는 앱 또는 브라우저를 사용하지 않고도 충분한 양의 데이터(예, 일부 측정된 파라미터 또는 상태 데이터)를 전송할 수 있도록 해준다. 온도 측정이 하나의 사례가 될 수 있다. 예를 들면, 저장된 약품이 온도 제한 범위를 벗어나는지 확인할 수 있다. 기본적인 비콘의 고정된 사전 설정 메시지와 비교해 이 애플리케이션의 차이점은 마이크로컨트롤러가 매 전송 시 메시지 프레임을 재구성해야 한다는 것이다. 그 일환으로 메시지의 무결성을 검증하기 위한 체크섬을 포함하고 계산해야 하지만, 이는 일반적으로 노르딕의 nRF52 시리즈에 채택된 ARM 코어텍스(Cortex) MCU에게 큰 부담이 되는 수준은 아니다.

리테일 매장에서 애드버타이징 확장 기능을 이용하면, 비콘은 앱이나 브라우저를 사용하지 않고도 충분한 양의 데이터를 전송할 수 있다. 출처: 에스티모트(Estimote)

더 많은 서비스가 블루투스에 의해 측정되는 위치 정보에 의존함에 따라 보안 문제에 대한 관심도 대두되고 있다. 비콘 신호는 여러 악의적인 공격(GPS를 비롯한 다른 기술도 마찬가지)으로부터 안전하지 못하다. 하지만 노르딕의 실리콘을 사용할 경우, 하드웨어 레벨의 보안 등급(변조 감지)을 디바이스에 적용할 수 있으며, 소프트웨어 보안 스위트도 제공된다.

올해, 블루투스 비콘은 GPS, Wi-Fi, NFC(RFID)를 비롯한 위치-결정 기술 분야에서 입지를 강화해 나가고 있다. 이런 기술들은 모두 각각의 역할을 수행하고 있지만, 블루투스 5에서 제공하는 도달거리를 구현할 수는 없으며, 또한 소형 배터리 셀로 수개월에서 수년에 이르는 배터리 수명을 제공할 수 없다. 이를 위해 노르딕은 성능 요건은 물론, 비용 효율성을 모두 충족시킬 수 있는 ARM 코어텍스 M4 MCU 기반의 nRF52810 SoC를 통해 비콘 애플리케이션을 위한 블루투스 5를 지원하고 있다.

글 | 그레이엄 프로핏(Graham Prophet)

자료제공 | 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)