Bluetooth 4.1, 4.2, 5 호환 Bluetooth 저에너지 SoC 및 도구로 IoT 문제 해결(1부)

Bluetooth 4.1, 4.2, 5 표준 버전에 채택된 Bluetooth 저에너지 RF 프로토콜 소프트웨어('스택')의 대폭적인 업그레이드로 인해 사물 인터넷(IoT) 응용 분야를 비롯하여 Bluetooth의 소비자 기반을 뛰어넘은 광범위한 응용 분야에서 그 실용성이 획기적으로 개선되었습니다.

그러나, 기술의 급속한 발전과 더불어 Bluetooth 저에너지와 일반적인(또는 '클래식') Bluetooth의 성능 및 상호 운용성에 대한 불명확성은 혼란을 초래하고 있습니다. 설계자와 개발자가 Bluetooth의 기능을 최대한 이용하면서 설계를 최적화해야 하기 위해서는 어떤 유형의 기술이 자신의 특정 응용 분야에 가장 적합한지를 제대로 이해해야 합니다.

2부로 구성된 이 기사에서는 Bluetooth 저에너지를 정의하여 그러한 혼란을 해결합니다. 그런 다음, 4.1, 4.2, 5 버전 사양에 도입되어 새로운 응용 분야로 그 대상을 확대할 수 있도록 지원하는 기술 개선 사항에 대해 설명합니다. 이러한 응용 분야에는 초저전력, 범위 확대, 처리량 향상 및 애드버타이징 확장 추가가 포함됩니다. 또한, 이 기사에는 최신 버전의 사양과 완벽히 호환되는 Bluetooth 저에너지 시스템온칩(SoC)에 대한 예가 포함되어 있습니다.  

총 2부로 구성된 이 시리즈의 2부에서는 RF 기술 경험이 거의 없는 설계자가 다양한 공급업체의 SoC, 모듈, 펌웨어, 하드웨어 및 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 통해 Bluetooth 저에너지 무선 제품을 설계할 수 있는 방법에 대해 설명합니다.

저전력 소비에 최적화된 기술

Bluetooth 저에너지는 2010년 Bluetooth 4.0 버전이 채택되면서 상호 운용 가능한 초저전력 소비 Bluetooth 단거리 무선 기술 형태로 도입되었습니다. 이 기술로 인해 Bluetooth 생태계는 웨어러블과 같은 소형 배터리 정전 용량을 사용하는 응용 분야로 확대되었습니다. 대상 응용 분야에서의 마이크로 암페어 평균 전류를 특징으로 하는 이 기술은 클래식 Bluetooth를 보완합니다. 원래 사양의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 경량의 프로토콜 스택
• Bluetooth 4.0 이후 버전과의 상호 운용성
• 1Mpbs의 원시 데이터 전송률
• 약 10미터의 범위
• 다른 2.4GHz 전파원에 대한 우수한 내성

Bluetooth 저에너지 기술은 콤팩트한 무선 센서나 완전 비동기 통신을 사용할 수 있는 기타 주변 장치로부터 데이터를 전송하는 데 적합합니다. 이러한 장치는 수 바이트의 저용량 데이터를 불규칙적으로 전송합니다. 듀티 사이클은 초당 수 회에서 분당 1회 정도로 그보다 좀 더 길어지기도 합니다.

Bluetooth 4.0 핵심 사양의 경량 Bluetooth 저에너지 스택에는 비트를 전송하는 물리층(PHY), 패킷 구조와 제어를 정의하는 링크 계층(LL) 및 호스트 제어 인터페이스(HCI)가 포함됩니다. 이 3개의 계층을 통칭하여 Bluetooth 저에너지 링크 컨트롤러(또는 '컨트롤러')라고 합니다. 컨트롤러 위의 호스트 계층은 응용 분야와 서비스에 채널 기반의 추상화를 제공하는 논리적 링크 제어와 적응 프로토콜(L2CAP)을 통합합니다. 이 계층은 응용 제품 데이터의 조각화 및 조각 모음, 그리고 공유된 논리적 링크에서의 다중 채널 다중화와 역다중화를 수행합니다.

호스트 계층에는 또한 보안 관리자 프로토콜(SMP)과 속성 프로토콜(ATT)이 포함되어 있습니다. SMP는 고정 L2CAP 채널을 사용하여 장치 간에 보안 기능을 구현합니다. ATT는 고정 L2CAP 채널에서 적은 양의 데이터를 통신하는 방법을 제공합니다. 다른 장치의 서비스와 성능을 결정하는 장치 역시 ATT를 사용합니다. 일반 속성(GATT) 프로파일은 프로파일 데이터가 교환되는 구조를 지정합니다. 이 구조는 한 응용 제품에서 사용되는 서비스 및 특성 같은 기본 요소를 정의합니다. 마지막으로 일반 액세스 프로파일(GAP)은 Bluetooth 장치의 기본적인 요구 사항을 정의합니다. 응용 소프트웨어는 스택의 최상단에 위치합니다(그림 1).

그림 1. 컨트롤러, 호스트 및 응용 제품을 보여주는 Bluetooth 저에너지 프로토콜 스택. 일반 속성 프로파일(GATT)은 Bluetooth 장치의 기본적인 요구 사항을 정의합니다. (이미지 출처: 'Bluetooth Low Energy: The Developer’s Handbook', Robin Heydon)

4.0 버전부터 Bluetooth 핵심 사양에서 다음과 같은 두 가지 유형의 칩을 정의하므로 개발자들이 혼란을 느낄 수 있습니다.

• 위에서 설명한 Bluetooth 저에너지 칩과 스택
• 이전 버전의 기본 전송률(BR)/향상된 데이터 전송률(EDR)을 가지면서 모든 표준 버전 및 칩 제품과 상호 운용되도록 저에너지(LE) PHY와 결합된('BR/EDR + LE') 개조된 스택의 Bluetooth 칩

이 기사와 2부에서는 주로 Bluetooth 저에너지 장치에 중점을 둡니다. 여러 소비자 응용 분야에서 이 장치는 Bluetooth 칩과 함께 작동하지만 4.1, 4.2, 5 버전에 도입된 표준에 구현된 개선 사항으로 인해 IoT 응용 분야를 위한 독립형 장치로 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

Bluetooth 저에너지 칩은 다른 Bluetooth 저에너지 칩 및 Bluetooth 4.0 이후 버전을 따르는 Bluetooth 칩과 상호 운용됩니다. Bluetooth 칩은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 및 PC와 같이 대역폭보다 전력 소비의 중요성이 덜한 응용 분야에 사용됩니다. 하지만, Bluetooth 3.0 및 이전 버전을 준수하는 Bluetooth 칩과도 상호 운용됩니다(그림 2).

그림 2: Bluetooth 4.0은 두 개의 장치, 즉 Bluetooth 칩(BR/EDR + LE PHY 포함) 및 Bluetooth 저에너지 칩(LE PHY)(이미지의 중앙 및 오른쪽)을 기반으로 합니다. 이러한 장치는 상호 운용이 가능합니다. Bluetooth 칩은 또한 Bluetooth 3.0 및 이전 버전을 준수하는 클래식 Bluetooth 칩과도 상호 운용됩니다(왼쪽). (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

Bluetooth 저에너지 칩은 대기 시간을 최대화하고 빠른 연결과 낮은 피크 송/수신 전력을 사용하여 전력을 절약합니다. 클래식 Bluetooth가 고정 연결 간격을 가진 '연결 지향' 통신인 반면 Bluetooth 저에너지는 일반적으로 링크의 양 종단에서 서로의 상태를 인지하면서 필요한 경우에만 가능한 한 짧게 연결이 되는 절전 기능의 '비연결' 상태에 있는 것이 초저전력 소비의 핵심입니다.

Bluetooth에서 32개 채널을 사용하는 것에 비해 Bluetooth 저에너지는 3개의 애드버타이징 채널을 사용하여 다른 장치를 찾거나 자신의 존재를 알립니다. Bluetooth 저에너지는 다른 장치를 검색하는 데 0.6ms ~ 1.2ms 동안 활성화되지만, Bluetooth는 32개의 채널을 검색하는 데 22.5ms가 필요하기 때문에 결과적으로 20배 더 많은 에너지를 소비합니다.

일단 연결되면, Bluetooth 저에너지는 37개 데이터 채널 중 하나로 전환된 다음, 79개 채널을 사용하는 원래의 Bluetooth 사양에서 처음 사용된 적응형 주파수 호핑(AFH) 기술을 사용해 의사 임의 패턴(pseudo-random pattern)으로 전파 방해를 피해 채널 간에 빠르게 전환됩니다. 또한, Bluetooth에서 검색, 연결, 데이터 전송, 인증, 종료로 이루어지는 연결 작업을 수행하는 데 수백 밀리초가 걸리는 데 비해 Bluetooth 저에너지는 3ms 내에 연결을 완료하여 에너지를 절약합니다.

이 기술은 또한 Bluetooth보다 더 '유연한' RF 파라미터를 사용하여 전력을 절약합니다. 두 기술 모두 가우시안 주파수 편이(GFSK) 변조를 이용하지만, Bluetooth Smart는 클래식 Bluetooth에서 사용하는 0.35 변조 인덱스 대신 0.5 변조 인덱스를 사용하여 전력 요구 사항을 낮춥니다. 더 낮은 변조 인덱스는 범위를 늘리고 내구성을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다.

마지막으로, Bluetooth 저에너지는 Bluetooth보다 더 짧은 패킷을 사용합니다. 이는 칩이 과열되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 전력을 소모하는 재보정 절차 및 폐쇄 루프 아키텍처를 사용할 필요를 없애줍니다.

IoT에 대한 대비

소비자 응용 분야에서 스마트폰은 일반적으로 Bluetooth 저에너지 장치의 데이터가 클라우드에 도달할 수 있도록 하는 '게이트웨이'로 작동합니다. 이는 피트니스 밴드와 같은 인간 중심의 응용 분야에서는 효과적이지만, 가정 자동화나 산업 자동화와 같이 스마트폰을 영구적으로 사용할 가능성이 적은 응용 분야에서는 완벽하지 않습니다. Bluetooth 4.1은 Bluetooth 기술이 IoT 응용 분야에 구현될 때 이러한 단점을 일부 해결하기 위해 도입되었습니다.

Bluetooth 4.1에는 하나의 장치가 Bluetooth 저에너지 '주변 장치'로 작동하면서 동시에 '허브'로 작동할 수 있는 기능이 추가되었습니다. 예를 들어, 스마트워치는 이제 Bluetooth 저에너지 심박계로부터 정보를 수집하는 허브로 작동하면서 동시에 핸드셋으로부터 오는 새로운 메시지 알림을 보여주는 스마트폰 주변 장치로 작동할 수 있습니다. 둘째, Bluetooth 4.1에는 IPv6(인터넷 통신 프로토콜의 최신 버전)에 사용 가능한 전용 채널을 생성할 수 있는 표준 수단이 추가되었습니다.

이 소프트웨어 업그레이드에 포함된 기타 개선 사항으로는 Bluetooth 저에너지와 셀룰러 LTE 간의 공존성 향상, 개발자가 재연결 시간 간격을 다르게 지정할 수 있도록 하여 개선된 연결, 벌크 데이터 전송 등이 있습니다.

한편, 국제 인터넷 표준화 기구(IETF)는 IPv6에 6LoWPAN(저전력 무선 근거리 개인 통신망) 사양을 추가했습니다. IPv4의 32비트 주소 지정을 넘어 IPv6의 128비트 주소 지정은 IoT에 추가되는 수십억 개의 소형 센서가 모두 고유 IP 주소를 가질 수 있도록 보장합니다. 이로 인해 그러한 소형 센서는 네트워크에서 다른 장치에 직접 연결할 수 있습니다. Bluetooth 저에너지의 경우, 센서는 이를 통해 IP 연결을 하고 변환하는 데 게이트웨이 서비스가 필요하지 않게 됩니다. 스마트폰은 광범위하게 사용되는 게이트웨이의 좋은 예입니다.

Bluetooth 4.1에 도입된 전용 채널과 함께 IETF의 6LoWPAN 기술로 인해 Bluetooth 4.2에서는 Bluetooth 저에너지 스택에 인터넷 프로토콜 지원 프로파일(IPSP)을 포함할 수 있게 되었습니다. IPSP는 장치가 Bluetooth 저에너지 전송 계층에서 IPv6 패킷을 사용하여 IPSP를 지원하는 다른 장치를 찾아 연결하도록 해줍니다. 대부분의 주요 Bluetooth 저에너지 칩 공급업체는 이제 스택에 그러한 전송 계층을 포함합니다.

이제 Bluetooth 저에너지 장치는 IPSP를 추가하여 단순하고 저렴한 라우터나 게이트웨이를 통해 다른 모든 IPv6 지원 장치와 통신할 수 있습니다(그림 3). 그러한 라우터가 분석이나 조작 없이 IPv6 패킷을 중계하는 중립적 장치로 동작하기 때문에, 이미 사용되고 있지만 이전에는 Bluetooth 저에너지와 호환되지 않았던 수백만 개의 장치(예: 셋톱박스(STB)나 Wi-Fi 라우터)를 저렴한 비용으로 라우터로 작동하도록 조정할 수 있습니다.

그림 3: Bluetooth 4.2에서는 Bluetooth 저에너지(이전의 Bluetooth Smart)에 인터넷 프로토콜 지원 프로파일(IPSP)을 도입하여 장치가 단순하고 저렴한 라우터를 사용하여 인터넷 연결을 통해 다른 모든 IPv6 지원 장치와 연결할 수 있도록 합니다. 스마트폰 장치가 있는 경우 스마트폰 게이트웨이를 통한 인터넷 액세스도 가능합니다. (이미지 출처: Nordic Semiconductor)

Bluetooth 4.2와 해커와의 대결

Bluetooth 4.2에는 스마트 전구와 같은 Bluetooth 저에너지 장치가 인간의 간섭 없이 일상적으로 인터넷에 연결될 때 해킹에 대한 두려움을 해결해 주는 보안 요소가 도입되었습니다.

그중 하나가 저에너지(LE) 보안 연결입니다. Bluetooth 4.2까지, Bluetooth 보안의 기본적인 빌딩 블록은 SSP(시큐어 심플 페어링)이었으며, SSP에서는 한 개의 단기 키(STK), 링크 계층 암호화 및 인증을 위한 3개의 장기 키(LTK), 연결 서명 확인 키(CSRK) 및 ID 확인 키(IRK)라는 여러 암호화 키를 생성 및 배포한 후 장치 연결이 이루어졌습니다.

Bluetooth 4.2에는 훨씬 높은 강도의 보안이 도입되었습니다. 키 관리를 위해 Bluetooth 4.2 사양에는 연방 정보 처리 표준(FIPS)에서 추천하는 타원 곡선과 함께 비대칭 타원 곡선 암호법(ECC)이 추가되었습니다. 또한, 메시지 암호화에는 FIP가 승인한 AES-CCM(Advanced Encryption Standard-Counter with CBC-MAC) 암호화가 사용되었습니다. 그 결과 패시브 도청과 중간자 공격(MITM)과 같은 공격에 대해 이웃하는 장치 간 무선 연결을 보호할 수 있도록 링크 계층 보안이 강화되었습니다.

Bluetooth 4.2에 추가된 두 번째 보안 기술은 LE 프라이버시로, 이는 컨트롤러 레벨에서 사설 주소의 화이트리스팅을 지원하면서 호스트 장치뿐만 아니라 컨트롤러 장치에서 사설 주소 확인을 관리합니다.

또한, Bluetooth 4.2에서는 Power Class 1을 위한 최대 송신 전력 모드가 +10dB에서 +20dB로 증가되었으며 설계자는 이를 통해 외부 전력 어댑터를 없애고 공간과 비용을 절약하는 설계를 할 수 있게 되었습니다. Bluetooth 4.2에서 패킷 용량은 Bluetooth 4.1과 비교하여 27바이트에서 251바이트로 증가되었으며, 데이터 범위는 최대 2.5배 증가되었습니다. 이러한 향상은 장치 간 통신과 인터넷상의 연결이 더 효율적으로 수행되도록 하고 더 빠른 업로드를 가능하게 하며 OTA(무선) 펌웨어 업데이트를 더 자주 수행할 수 있도록 해줍니다.

솔루션의 신속한 업그레이드 실현

Bluetooth 저에너지 기술의 개방형 표준과 시장에서의 성공으로 인해 Bluetooth 4.0, 4.1, 4.2를 채택한 지 얼마 되지 않아 많은 수의 공급업체와 제품이 시장에 넘쳐나고 있으며, 일반적으로 이들이 선택하는 경로는 SoC입니다. 좋은 예로, 2012년 출시된 Nordic Semiconductor의 nRF51 계열을 들 수 있습니다. ARM Cortex-M0 프로세서에 기반을 둔 이 제품은 Bluetooth 저에너지 트랜시버, 플래시와 RAM 메모리, 온보드 전력 관리 기능 및 소수의 I/O를 포함하고 있습니다.

Dialog Semiconductor의 DA14680 SoC도 비슷한 형식을 따르고 있습니다. 이 칩은 ARM Cortex-M0 프로세서, Bluetooth 저에너지 무선 통신, 8Mb 플래시, 64kB OTP ROM, 128kB 데이터 SRAM, 128kB ROM, 온칩 전력 관리 기능과 여러 기타 주변 장치를 포함한 Bluetooth 4.2 호환 장치입니다(그림 4).

그림 4: Dialog Semiconductor의 DA14680은 내장형 ARM 프로세서를 둘러싼 BLE SoC 기반의 전형적인 Bluetooth 4.2 호환 제품으로 민감한 2.4GHz 무선 통신, 플래시, RAM 및 ROM을 갖추고 있습니다. (이미지 출처: Dialog Semiconductor)

Nordic과 Dialog사 이외에도 많은 다른 Bluetooth 4.1, 4.2 IC 공급업체에서 개발자를 위한 솔루션을 제공하고 있습니다. 이 중에서 주목할 만한 업체로는 Texas Instruments(TI)와 Cypress Semiconductor가 있습니다.

범위 및 대역폭이 향상된 Bluetooth 5

2016년 12월에 소개된 최신 버전의 Bluetooth 기술인 Bluetooth 5(예상했던 '5.0'이 아님)는 Bluetooth 저에너지를 IoT를 위한 기반 기술로 한 걸음 더 나아가게 합니다. 이 기술에는 범위와 대역폭을 향상시키는 많은 향상된 기능이 구현되었습니다.

대역폭 증가는 이전 버전의 Bluetooth 저에너지에 사용된 1Mbps PHY 대신 2Mbps PHY를 적용시킨 결과입니다. Bluetooth 5 패킷 구조 내의 고정 오버헤드로 인해 PHY 대역폭을 두 배로 올린다고 해서 바로 데이터 전송 속도가 두 배가 되지는 않지만, 개발자는 Bluetooth 4.2의 1Mbps PHY로부터 얻는 800kbps와 비교할 때 약 1.4Mbps의 데이터 전송 속도를 얻을 수 있을 것으로 기대할 수 있습니다(그림 5).

그림 5: Bluetooth 5는 Bluetooth 4.2의 251바이트 페이로드를 유지하지만 2Mpbs PHY를 통해 전송 시간을 단축하고 대역폭을 높여줍니다. Bluetooth 4.2에서는 1Mbps PHY를 통해 800kbps의 속도를 얻지만, Bluetooth 5에서는 2Mbps PHY를 통해 1.4Mbps에 도달할 수 있습니다. 그러나 Bluetooth 5의 범위 부스팅 기능을 사용할 경우 이러한 대역폭 이점이 사라집니다. (이미지 출처: Bluetooth.com)

더 빠른 처리율은 많은 응용 분야에서 이점이긴 하지만, IoT에서의 주요 장점은 더 신속한 OTA 업데이트이며, 이는 더 많은 기능과 더 높은 수준의 보안을 제공할 수 있도록 정기적인 성능 향상을 필요로 하는 IoT 센서에 있어 중요한 고려 사항입니다. 게다가, 2Mbps PHY를 사용하면 주어진 양의 데이터를 전송하는 데 1Mbps 장치보다 더 짧은 시간 동안 무선 통신이 활성화되므로 에너지가 절감됩니다. 무선 통신은 또한 중간 절전 모드로 더 오랜 시간 머물러 있게 되며 이로 인해 추가로 전력 소비가 줄어듭니다.

Bluetooth 5는 Bluetooth 4.2 범위의 최대 4배 범위를 제공하며 이는 많은 IoT 응용 분야에서 장점이 됩니다. 예를 들어, 저전력 무선 기술의 범위를 향상시키기 위해 종종 구현되는 더 복잡한 메시 네트워킹을 사용하지 않고 Bluetooth 5의 향상된 범위를 사용하여 가정 내 모든 스마트 전구가 스타 토폴로지를 통해 중앙 허브와 통신할 수 있습니다. 범위의 향상은 통신 시 수신기에서 발생하는 오류를 감지하고 수정하는 순방향 오류 수정(FEC) 기술에서 비롯됩니다. 결정적으로 이 기술의 초저전력 장점을 통해 송신 전력 증가 없이도 범위를 증가시킬 수 있습니다.

엔지니어와 개발자는 '범위'를 수신된 신호로부터 데이터를 정확하게 추출할 수 있는 최대 거리로 정의합니다. 범위가 늘어나면 신호대 잡음비(SNR)도 증가하고 오류 디코딩이 발생하기 시작합니다. Bluetooth 수신기는 통신이 끊어지기 전에 최대 0.1%의 비트 오류율(BER)을 허용할 수 있습니다. 송신기의 전력을 높이는 대신, 최대 BER가 훨씬 더 큰 범위에서 발생할 수 있도록 수신기 감도가 향상되었습니다.

Bluetooth 4.2 버전은 순환 중복 검사(CRC)를 사용하여 패킷 오류를 검사합니다. 수신기는 CRC를 재계산하여 해당 값을 송신기가 패킷에 부여한 값과 비교합니다. CRC 값에 차이가 있으면 이는 오류가 발생했음을 나타냅니다. 하지만 4.2에는 수신기에서의 오류 수정을 위한 메커니즘이 포함되지 않았습니다. 대신 수신기에서 일반적으로 패킷이 재전송되도록 요청했으며 그로 인해 전반적인 처리량 속도가 저하되었습니다.

Bluetooth 5의 FEC 기술은 하드웨어를 변경하지 않고도 수신기 감도를 개선합니다. 단점은 이 기술이 오류 수정을 용이하게 하기 위해 패킷에 중복 비트를 추가한다는 것입니다. 이 때문에 사용 가능한 두 개의 코딩 체계 중 어떤 코딩 체계를 적용하느냐에 따라 유효 데이터 전송률이 500kbps 또는 125kbps까지 감소할 수 있습니다. 불행히도 2Mbps PHY는 FEC 기술을 지원하지 않으며, 따라서 중복 비트에 의한 유효 처리량 감소를 보상하는 데 사용할 수 없습니다.

FEC가 유효 처리량을 줄이기 때문에 Bluetooth 무선 통신은 특정한 양의 데이터 처리를 위해 4배의 장거리 작동을 사용할 때 훨씬 더 오랜 시간 동안 고전력 상태에 있어야 합니다. 이 때문에 코딩 체계에 따라 다르긴 하지만 표준 Bluetooth 저에너지 패킷의 페이로드를 전송하는 데 코딩되지 않은 전송과 비교하여 13배 더 긴 시간이 걸릴 수 있습니다. 최대 전력 소비는 영향을 받지 않지만, 평균 전력 소비는 크게 증가하고 이로 인해 배터리의 충전 전력을 더 빨리 소비하게 됩니다.

또한, Bluetooth 5의 기타 향상된 기능으로 애드버타이징 확장이 도입되었습니다. 애드버타이징 확장은 페이로드의 크기를 27바이트에서 251바이트로 늘려 더 효율적인 데이터 전송을 가능하게 합니다. 이러한 특징을 가장 잘 응용한 분야는 비컨으로, 비컨을 사용하면 소매점에서 애드버타이징 패킷에 더 많은 정보를 담아 소비자의 스마트폰에 전송할 수 있습니다. 최신 버전의 또 다른 특징은 동보 통신에 데이터 채널을 사용할 수 있는 기능입니다.

상용 Bluetooth 5 호환 BLE 칩은 이제 막 시장에 등장하기 시작하고 있습니다. 그러한 솔루션 중 하나가 TI의 CC2640R2F SimpleLink Bluetooth 저에너지 SoC입니다. 이 Bluetooth 5 칩에는 ARM Cortex-M3 프로세서, -97dBm의 감도를 가진 Bluetooth 4.2 및 Bluetooth 5 호환 2.4GHz 무선 통신, 온칩 DC/DC 컨버터와 적절한 사양의 I/O와 주변 소자가 통합되어 있습니다. 또한 TI에서 제공하는 광범위한 SDK, 참조 설계와 기타 소프트웨어 도구는 이 SoC를 지원합니다.

Bluetooth 5는 현재 경쟁 기술인 ZigBee와 ANT+가 제공하는 메시 네트워킹 기능은 지원하지 않습니다. 여러 제조업체가 Bluetooth 저에너지에 기반을 둔 전용 메시 기술을 구현하였으며, 특히 현재 Qualcomm의 일부인 CSR가 이에 해당합니다. 메시가 IoT 응용 분야에서 핵심 요구 사항이 될 가능성이 높기 때문에 Bluetooth SIG에서 그러한 메시 기술 구현을 위해 노력하고 있다는 것은 그리 놀랄 일이 아니며, Bluetooth 표준의 다음 업데이트(2017년 후반 예정)에서는 메시 네트워킹을 지원할 것으로 예상됩니다.

결론

표준 4.1, 4.2 및 5 버전에 채택된 Bluetooth 저에너지 RF 프로토콜 소프트웨어('스택')의 많은 주요 업그레이드를 통해 전력 소비 감소, 범위 확장 및 더 많은 처리량을 필요로 하는 응용 분야에서 해당 인터페이스의 유용성이 더 높아졌습니다. 하지만, 이러한 변화는 여러 가지 혼란 또한 초래했습니다. 개발자가 자신이 원하는 응용 분야에서 가장 적합한 버전의 Bluetooth 기술을 최대한 활용하기 위해서는 그러한 업그레이드와 그 영향에 대해 포괄적으로 이해해야 합니다.

앞에서 설명된 바와 같이, 이전 버전의 Bluetooth를 위한 제품 솔루션이 폭넓게 출시되어 있으며 Bluetooth 5 제품 또한 빠르게 증가하고 있습니다. 이러한 솔루션은 스마트폰과 같은 복잡한 게이트웨이가 아니라 단순하고 저렴한 라우터를 통해 센서, 제품 또는 응용 제품이 IoT에 연결될 수 있도록 해줍니다. 그러한 연결성을 통해 일상적인 최신 제품이 매우 향상된 기능을 갖출 수 있으며 해당 기능을 장치의 수명 동안 자주 업데이트할 수 있습니다.

2부에 대한 소개: 이 점을 기억하면서 총 2부로 구성된 이 시리즈의 2부에서는 광범위한 Bluetooth 4.2 및 5 호환 SoC와 모듈을 사용하는 제품을 설계하는 방법에 대해 설명합니다.

검증된 스택, 오픈 소스 응용 소프트웨어, 참조 설계 및 제조사에서 제공하는 개발 도구가 결합된 이러한 부품은 RF 엔지니어링의 난제를 상당 부분을 제거했습니다. 2부에서는 Bluetooth 저에너지 무선 제품의 개발이 여전히 쉬운 일이 아니지만, 엔지니어가 난관을 피하여 규제 승인을 충족하고 Bluetooth 표준을 준수하며 고객을 만족시키는 제품을 설계할 수 있다는 점에 대해 설명합니다.

참고 자료:

1. “Getting Started with Bluetooth Low Energy,” Kevin Townsend, Carles Cufí, Akiba, and Robert Davidson, O’Reilly.
2. “Bluetooth Low Energy: The Developer’s Handbook,” Robin Heydon.
3. “Exploring Bluetooth 5 - Going the Distance,” Martin Woolley, Bluetooth.com.
4. “A look in to Bluetooth v4.2 for Low Energy Products”