블루투스 표준과 IoT 활용: Classic, BLE, Mesh

블루투스는 Classic, BLE, Mesh 세 가지 프로토콜로 나뉘며, 각각 최적화된 사용 사례가 다릅니다.

IoT용 블루투스를 소개하는 사진.

Bluetooth는 수신기 감도, 전송 전력, 안테나 이득 같은 요인에 따라 비교적 짧은 거리(일부 경우 최대 1km)에서 통신하도록 설계된 무선 PAN(개인 영역 네트워크) 프로토콜입니다. 전 세계에서 라이선스 없이 쓸 수 있는 2.4GHz 주파수 범위에서 작동합니다.

Bluetooth는 원래 개인용 컴퓨터와 휴대폰을 스피커, 헤드셋, 키보드 같은 액세서리와 주변 장치에 연결하는 RS-232 데이터 케이블을 대체하려고 만들었습니다. 지금은 모바일 POS 시스템에서 웨어러블, 교통 관리, 산업 응용까지 폭넓게 쓰이며 상상하기 어려운 수준으로 성장했습니다.

역사

1998년 Bluetooth SIG 출범에서 시작했습니다

Bluetooth는 1998년 Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba 5개 회사의 파트너십으로 비영리 무역 협회 Bluetooth SIG(Special Interest Group)가 출범하며 시작되었습니다. 첫 상용 제품은 1년 뒤에 나왔습니다.

편리함, 유연성, 저렴한 비용 덕분에 Bluetooth는 빠르게 인기를 얻어 휴대폰과 랩톱 같은 소비자 제품에서 거의 보편적으로 쓰입니다. 거의 모든 새 기종 차량에 표준 기능으로 들어가 차내 인포테인먼트 시스템과 운전자의 핸즈프리 호출을 지원합니다.

SIG는 통신, 컴퓨팅, 네트워킹, 가전 산업의 5개 회원사로 시작해 35,000개 이상의 회원사로 성장했으며 본부는 워싱턴의 커크랜드에 있습니다.

현재

새 프로토콜로 IoT에서도 쓰입니다

소비자 시장에서 널리 받아들여진 뒤, 새로운 블루투스 프로토콜 덕분에 이 기술은 사물 인터넷(IoT)에서 중요한 역할을 하게 되었습니다. Digi 개발 플랫폼은 개발자가 이 기술을 설계에 쉽게 통합하도록 Bluetooth를 지원합니다.

예를 들어 Digi ConnectCore® 시스템 온 모듈 제품군은 Bluetooth 연결에 대해 사전 인증을 받은 상태로 나옵니다. Digi XBee® Mobile SDK는 Digi XBee3 모듈과 상호 작용하는 Bluetooth 응용 프로그램을 설계하도록 돕습니다.

블루투스 프로토콜 세 가지를 소개하는 그림.

Bluetooth는 이제 세 가지 프로토콜로 나뉘며, 각각 특정 사용 사례에 최적화되어 있습니다. 원래는 근거리용으로 설계되었지만 최신 버전은 최대 1마일까지 신호를 전송할 수 있습니다. 현재 쓸 수 있는 프로토콜은 Bluetooth Classic, BLE(Bluetooth Low Energy), Bluetooth Mesh입니다.

Classic

Bluetooth Classic은 근거리 대용량 스트리밍용입니다

Bluetooth Classic 프로토콜은 매일 또는 매주 충전할 수 있는 장치용으로 설계되어, 크기가 제한된 네트워크에 가장 알맞습니다. 근거리에서 최대 2.1Mbps의 높은 처리량 데이터를 스트리밍하도록 설계되었습니다.

처음에는 가까운 거리의 유선 제품을 무선화하려고 설계되었으며, 지금의 Classic은 보통 수백 개의 장치를 호스팅하는 센서 네트워크 같은 IoT 응용에는 확장성이 떨어집니다.

BLE

BLE는 저전력 소량 데이터에 알맞습니다

BLE(원래 Bluetooth Smart)는 대용량 데이터 스트림이 필요 없고 배터리가 몇 달 또는 몇 년 지속되어야 하는 응용에서, 근거리 낮은 대역폭 연결을 지원합니다. BLE는 계속 업데이트되고 있으며, Bluetooth 5.0에 이르러 오늘날 전 세계에서 가장 널리 쓰이는 무선 프로토콜 중 하나입니다.

BLE 장치는 소형 코인 배터리로 작동할 수 있어, 소량의 데이터만 전송하고 장기간 무인으로 실행해야 하는 장치에 알맞습니다. 이 특성으로 보청기, 제세동기 같은 의료 기기와 웨어러블, 임플란트를 지원합니다.

위치 비콘, 디지털 저울, 온도 모니터, 조명 컨트롤러 같은 저대역폭 배터리 응용과, 가전 제품, 피트니스 모니터, 스마트 시계, TV 셋톱박스, 리모컨 같은 소비자 제품에도 널리 쓰입니다. BLE 비커닝은 소매점, 쇼핑몰 등 건물 내부에서 위치를 파악하고 시스템 성능과 허용 오차 임계값을 모니터링하는 실내 위치 확인 시스템을 지원하도록 설계되었습니다.

BLE 활용 분야를 나타내는 사진.

BLE 장치와 칩은 비용 효율이 높을 수 있습니다. 포인트-투-포인트 프로토콜이라 네트워크의 물리적 크기는 기존 Bluetooth 범위인 약 30피트로 제한되지만, 이 수치는 앞서 설명한 요인에 따라 크게 달라집니다. 범위에 영향을 미치는 변수는 Bluetooth 웹사이트에서 볼 수 있습니다. 다만 BLE는 Classic보다 대역폭 용량이 훨씬 낮아 미디어 스트리밍처럼 데이터 볼륨이 큰 환경에는 맞지 않습니다.

BLE를 지원하는 Digi 개발 솔루션에는 Digi ConnectCore 6UL, Digi ConnectCore 8X, Digi ConnectCore 8M Nano 모듈이 있습니다. Digi XBee3 모듈도 BLE를 모바일 장치에 연결하려는 개발자를 위한 무선 연결 옵션으로 통합되어, 전화나 태블릿으로 무선 네트워크를 설정하고 테스트할 수 있습니다.

Mesh

Bluetooth Mesh는 수백 개 장치로 확장합니다

2017년에 나온 Bluetooth Mesh(BT Mesh)는 포인트-투-포인트 BLE를 확장해, 노드가 중계기 역할을 하는 메시 네트워크를 만들어 한 장치의 범위를 넘어 네트워크를 넓힙니다. 데이터를 라우팅해 기존 사용 범위를 훨씬 넘어 목적지로 메시지를 전달하며, 수백 개의 장치를 포함하는 매우 큰 물리적 네트워크를 만들 수 있습니다.

Zigbee와 비슷한 저장 및 전달 방식과, 부모/자녀 관계의 최종 장치에 대한 절전 지원으로 자체 구성 및 자가 복구 기능을 갖춥니다. 저비용, 저에너지 사용, 우수한 보안 기능도 특징입니다.

Bluetooth Mesh 네트워크는 스마트 빌딩과 여러 산업용 IoT(IIoT) 응용을 관리하려고 수백 개의 연결된 장치를 제어, 모니터링, 자동화할 수 있습니다. 처음에는 조명 시장을 위해 설계되었으며, 라우터 노드에 지속적으로 전원을 공급해야 해서 상시 전원을 쓸 수 있는 대부분의 조명 응용에 알맞습니다. 센서 네트워크도 지원하지만 센서 자체는 상시 전원을 쓸 수 있는 곳에 구현해야 합니다.

활용 사례

IoT에서 블루투스를 쓰는 사례

블루투스는 점점 더 다양한 IoT 응용에서 고객의 필요에 따라 쓰이고 있습니다. 다음은 대표적인 사용 사례입니다.

블루투스 IoT 활용 사례를 나타내는 사진.

지능형 교통 관리 시스템과 접촉자 추적 활용은 Digi의 교통 관리와 접촉자 추적 솔루션 페이지에서 볼 수 있습니다.

앱 개발

Digi XBee Mobile SDK로 블루투스 앱을 만듭니다

Digi XBee3 시리즈와 셀룰러 모뎀에는 모바일 장치로 로컬 구성과 제어를 하는 통합 Bluetooth Low Energy가 들어 있습니다. Digi XBee Mobile SDK(소프트웨어 개발 키트)는 엔지니어가 XBee로 Bluetooth 응용의 설계와 개발 속도를 높이도록 만든 라이브러리, 코드 예제, 문서 세트입니다. Bluetooth로 Digi XBee3 모듈과 상호 작용하는 iOS와 Android 모바일 앱을 만드는 과정을 단순화합니다.

Digi XBee Mobile SDK 활용 화면.

IoT 응용에 블루투스를 더하면 네트워크 커미셔닝, 구성, 문제 해결에서 큰 가치를 얻습니다. 하지만 IoT 응용과 모바일 장치를 통합하는 모바일 앱을 만드는 일은 Bluetooth 지원 앱 설계의 복잡한 인증과 암호화 때문에 까다로울 수 있습니다. Digi XBee Mobile SDK는 이 과정을 단순화하고 빠르게 처리하도록 돕습니다.

전망

2025년까지 연간 60억 개 장치에 탑재됩니다

Bluetooth SIG의 2021년 Bluetooth 시장 업데이트는 Bluetooth 기술이 2025년까지 연간 60억 개 이상의 장치에 탑재될 것으로 예상합니다. 이 보고서는 주요 Bluetooth 사용 사례와 시장 요구로 오디오 스트리밍, 데이터 전송, 위치 서비스, 장치 네트워크를 꼽습니다.

• 2021년에서 2025년 사이 10% CAGR
• 2025년에 Bluetooth 지원 장치의 70%는 상용 장비
• 2021년부터 2025년까지 싱글 모드 BLE 장치의 연간 출하량 3배 증가

IoT에서 무선 연결을 설계, 구축, 활용하는 모든 조직은 단기와 장기 계획에 블루투스를 포함해야 합니다. 블루투스는 시장에 나온 여러 무선 기술 중 하나이지만, 비용 효율성, 보안, 사용 편의성 같은 강점을 많은 업계가 활용하고 있습니다. 새로운 기능과 ROI를 얻으려면 블루투스 통합의 잠재적 사용 사례를 평가하는 것이 중요합니다.

관련 제품

• Digi XBee Mobile SDK
• Digi ConnectCore® 6UL
• Digi ConnectCore 8M Nano
• XBee3 LTE-M/NB-IoT 글로벌 셀룰러 모뎀

자주 묻는 질문

참고 자료

• Bluetooth SIG
• Bluetooth SIG 2021 Bluetooth 시장 업데이트
• Digi International