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블루투스 스탠다드와 테크놀러지

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CASE STUDY 작성자 테솔 조회 21회 작성일 21-07-15 18:08

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블루투스 스탠다드와 테크놀러지 


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IoT용 블루투스

Bluetooth는 수신기 감도, 전송 전력 및 안테나 이득과 같은 요인에 따라 비교적 짧은 거리(일부 경우 최대 1km)에서 통신하도록 설계된 무선 PAN(개인 영역 네트워크) 프로토콜입니다. 전 세계적으로 라이센스가 필요 없는 2.4GHz 주파수 범위에서 작동합니다 


Bluetooth 기술은 원래 개인용 컴퓨터와 휴대폰을 스피커, 헤드셋 및 키보드와 같은 액세서리 및 주변 장치에 연결하는데 필요한 RS-232 데이터 케이블을 대체하기 위해 만들어졌습니다. 그러나 모바일 POS 시스템에서 웨어러블, 교통 관리 및 산업 어플리케이션에 이르기까지 광범위한 사용을 지원하면서 상상할 수 없는 수준으로 성장하였습니다. 



블루투스의 간략한 역사 

Bluetooth 1998 Ericsson, IBM, Intel, Nokia Toshiba 5개 회사 간의 파트너십을 통해 성장한 비영리 무역 협회인 Bluetooth SIG(Special Interest Group)의 출범과 함께 시작되었습니다. 첫 번째 상용 제품은 1년 후 출시되었습니다. 편리함, 유연성 및 저렴한 비용 덕분에 Bluetooth는 빠르게 인기를 얻었고 휴대폰 및 랩톱과 같은 소비자 제품에서 거의 보편적으로 사용할 수 있게 되었습니다. 또한 거의 모든 새 기종의 차량에 표준 기능으로 사용되어, 차내 인포테인먼트 시스템을 지원하고 운전자가 핸즈프리 호출을 할 수 있도록 지원합니다.
 

SIG는 통신, 컴퓨팅, 네트워킹 및 가전 산업으로부터 전 세계 5개 회원사로 구성된 원래 그룹에서 35,000개 이상의 회원사로 성장했습니다. 이 단체는 워싱턴의 커크랜드에 본부를 두고 있습니다. 



오늘날의 블루투스 기술 

소비자 시장에서 널리 받아들여진 이후, 새로운 블루투스 프로토콜로 인해 이 기술은 사물 인터넷(IoT)에서 중요한 역할을 할 수 있게 되었습니다. Digi 개발 플랫폼은 개발자가 이 기술을 설계에 쉽게 통합할 수 있도록 Bluetooth를 지원합니다. 예를 들어 Digi ConnectCore® 시스템 온 모듈 제품군은 Bluetooth 연결에 대해 사전 인증을 받은 상태로 제공됩니다. Digi XBee® Mobile SDK는 고객이 Digi XBee3 모듈과 상호 작용하는 Bluetooth 응용 프로그램을 설계하는데 도움이 됩니다. 


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Bluetooth는 이제 세 가지 다른 프로토콜로 제공되며 각 프로토콜은 특정 사용 사례에 최적화 되어 있습니다. Bluetooth는 원래 근거리용으로 설계되었지만 최신 버전은 최대 1마일까지 신호를 전송할 수 있습니다. 현재 사용 가능한 세 가지 프로토콜은 Bluetooth Classic, BLE(Bluetooth Low Energy) Bluetooth Mesh입니다. 



Bluetooth Classic 사용 사례 및 응용 사례 

Bluetooth Classic 프로토콜은 매일 또는 매주 충전할 수 있는 장치용으로 설계되어 크기가 제한된 네트워크에 가장 적합합니다. 근거리에서 최대 2.1Mbps의 높은 처리량 데이터를 스트리밍하도록 설계되었습니다. 초기에는 가까운 거리의 유선 제품을 무선화 시키도록 설계가 되었으며, 현재의 Bluetooth Classic은 일반적으로 수백 개의 장치를 호스팅하는 센서 네트워크와 같은 IoT 어플리케이션에는 확장성이 떨어집니다. 



Bluetooth Low Energy (BLE) 사용 사례 및 응용 사례 

Bluetooth Low Energy(BLE - 원래 Bluetooth Smart라고 함)는 대용량 데이터 스트림을 처리할 필요가 없고 배터리가 몇 달 또는 몇 년 동안 지속되어야 하는 어플리케이션의 근거리에서 낮은 대역폭 연결을 지원합니다. BLE는 지속적으로 업데이트되고 있습니다. 이제 Bluetooth 5.0에서 BLE는 오늘날 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 무선 프로토콜 중 하나입니다. 


BLE장치는 소형 코인 배터리로 작동할 수 있으므로 BLE는 소량의 데이터만 전송하고 장기간 무인으로 실행하여야 하는 장치에 적합합니다. 이 기능은 보청기 및 제세동기와 같은 다양한 의료 기기, 웨어러블 및 임플란트를 지원합니다. 


또한 위치 비콘, 디지털 저울, 온도 모니터, 조명 컨트롤러 및 기타 저대역폭 배터리 작동 등과 같은 어플리케이션이나 가전 제품, 피트니스 모니터, 스마트 시계 및 TV 셋탑박스, 리모콘를 포함한 다양한 소비자 제품에도 널리 사용됩니다. BLE의 비커닝은 사람들이 소매점, 쇼핑몰 또는 기타 건물 내부의 위치를 파악하고 시스템 성능 및 허용 오차 임계값을 모니터링 할 수 있는 실내 위치 확인 시스템을 지원하도록 설계되었습니다. 


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BLE 장치 및 칩은 매우 비용 효율적일 수 있습니다. 포인트--포인트 프로토콜로서 네트워크의 물리적 크기는 약 30피트의 기존 Bluetooth 범위로 제한되지만 이 측정 항목은 앞에서 설명한 요소에 따라 크게 다릅니다. (Bluetooth 범위에 영향을 미치는 변수에 대한 자세한 내용은 Bluetooth 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다.) 그러나 BLE Bluetooth Classic보다 대역폭 용량이 훨씬 낮아 미디어 스트리밍과 관련된 데이터 볼륨이 큰 환경에는 적합하지 않습니다. 


BLE를 지원하는 Digi 개발 솔루션에는 Digi ConnectCore 6UL, Digi ConnectCore 8X Digi ConnectCore 8M Nano 모듈이 있습니다. 또한 Digi XBee3 모듈은 BLE를 모바일 장치에 연결하려는 개발자를 위한 무선 연결 옵션으로 통합하여 전화 또는 태블릿을 사용하여 무선 네트워크를 설정하고 테스트할 수 있도록 합니다. 



Bluetooth Mesh 사용 사례 및 응용 사례 

2017년 출시된 Bluetooth Mesh(BT Mesh)는 포인트--포인트 BLE를 확장하여 노드가 중계기 역할을 하는 메시 네트워크를 생성하여 한 장치의 범위를 넘어 네트워크를 확장합니다. 메시로 형성된 네트워크는 기존의 사용 범위를 훨씬 넘어 목적지로 메시지를 전달할 수 있도록 데이터를 라우팅하며, 수백 개의 장치를 포함하도록 확장할 수 있는 매우 큰 물리적 네트워크를 형성할 수 있습니다. 네트워크는 Zigbee와 유사한 저장 및 전달, 부모/자녀 관계에 있는 최종 장치에 대한 절전 지원을 통해 자체 구성 및 자가 복구 기능을 제공합니다. 또한 Bluetooth Mesh는 저비용, 저에너지 사용 및 우수한 보안 기능을 제공합니다. 


Bluetooth Mesh 네트워크는 스마트 빌딩 및 기타 다양한 산업용 IoT(IIoT) 어플리케이션을 관리하기 위해 수백 개의 연결된 장치를 제어, 모니터링 및 자동화할 수 있습니다. Bluetooth Mesh는 처음에 조명 시장을 위해 설계되었습니다. 라우터 노드에 지속적으로 전원을 공급해야 하기 때문에 상시 전원을 사용할 수 있는 대부분의 조명 어플리케이션에 적합합니다. 센서 네트워크는 Bluetooth Mesh에서도 지원할 수 있지만 센서 자체는 상시 전원을 사용할 수 있는 곳에서 구현해야 합니다. 



IoT 어플리케이션용 블루투스 

블루투스는 점점 더 다양한 IoT 어플리케이션에서 다양한 고객의 필요에 의해 사용되고 있습니다. 다음은 Bluetooth의 여러 사용 사례의 예입니다. 


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> 자산 추적 및 위치 서비스: 실시간 위치 서비스(RTLS) 솔루션은 공장이나 창고의 장비 및 작업자 위치, 병원의 의료 기기 및 직원 위치를 정확히 찾아내는 등 자산과 사람을 추적하는데 사용됩니다. 


> 빌딩 자동화: 조명, 보안, 난방, 환기 및 에어컨(HVAC)을 포함한 필수 건물 시스템의 중앙 자동화를 통한 무선 블루투스 연결은 에너지를 절약하고 운영 비용을 절감하며 건물의 핵심 시스템의 수명을 연장하는 것에 도움이 될 수 있습니다. 


> 상태 모니터링: 공장 전체에 걸쳐 대규모로 구축된 센서 네트워크를 통하여 시스템 성능을 실시간으로 모니터링하며 유지보수를 줄이고 어플리케이션 업데이트를 개선하며 전반적인 운영 효율성을 높일 수 있습니다. 


> 탱크 모니터링: Bluetooth 연결은 Digi Connect® Sensor+와 같은 장치를 사용하는 탱크 및 밸브 모니터링 응용 프로그램과 같은 중요 알림에 유용합니다. 블루투스를 통해 센서 값에 대한 즉각적인 피드백을 로컬 설치자, 정비사 또는 운전자에게 제공합니다. 


> 지능형 교통 관리 시스템(ITS): 지나가는 차량에서 감지된 Bluetooth 장치는 도로의 차량 수 및 속도와 같은 정보를 제공하여 실시간 고속도로 표지판 업데이트, 적응형 교통 제어 및 긴급 차량 경로 지정과 같은 어플리케이션을 지원할 수 있습니다. 이러한 어플리케이션에 대한 "블루투스 스캔" Digi TX54  Digi TX64 라우터에서 수행할 수 있습니다. 또한 Bluetooth 기능이 있는 라우터는 교통 시스템 유지 관리 직원에게 연결 및 데이터 통신을 제공할 수 있습니다. 


> 의료 어플리케이션: 환자 모니터링 및 진단을 위한 무선 블루투스 기능은 간병인과 의료진이 중요한 정보를 즉시 사용할 수 있도록 합니다. 의료 사용 사례에는 상태 진단, 약물 투여 및 환자 정보 전송을 지원하는 웨어러블 기기가 포함됩니다. 


접촉자 추적: COVID-19 대유행은 기술이 바이러스 확산을 막는 것에 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다. 블루투스는 신속한 응답을 위해 실시간으로 데이터를 추적, 기록 및 전송하기 위해 정확한 접촉 추적을 지원할 수 있습니다.


> 승차권 공유 및 대여 신청 : 시내 또는 리조트 지역에서 대여 자전거와 스쿠터를 모니터링하고 관리하는 직원은 현장에서 블루투스 어플리케이션을 사용하여 배터리 및 기타 시스템을 확인할 수 있습니다. 공용 자전거 및 스쿠터 대여는 Bluetooth 비커닝 기능이 있는 Digi XBee Cellular LTE-M/NB-IoT 장치를 사용하는 또 다른 사용 사례입니다. 


> 태양광 및 풍력 발전 단지: 많은 태양열 또는 풍력 발전 단지에는 각 태양광 패널 또는 터빈에 무선 모듈이 부착됩니다. Bluetooth를 사용하여 기술자는 현재 값, 생산성 또는 서비스 필요성을 평가하기 위한 측정값을 얻을 수 있습니다. 


티켓 유효성 검사 시스템: 많은 인파가 모인 스포츠 이벤트, 콘서트 및 기타 이벤트는 Bluetooth가 장착 판독기를 사용하여 바코드 또는 QR 코드가 있는 티켓을 확인할 수 있습니다.


> 길 찾기: Bluetooth 실내 위치 확인 시스템(IPS) GPS의 실내 커버리지 문제를 빠르게 극복하기 위한 표준이 되어 방문자가 공항, 기차역에서 박물관 및 스포츠 경기장에 이르기까지 넓은 공공 장소를 탐색할 수 있도록 도와줍니다. 



Digi XBee Mobile SDK로 블루투스 앱 구축하기 

Digi XBee 3 시리즈 및 셀룰러 모뎀에는 모바일 장치를 통한 로컬 구성 및 제어를 위한 통합 Bluetooth Low Energy가 포함되어 있습니다. Digi는 엔지니어가 XBee를 사용하여 Bluetooth 어플리케이션의 설계 및 개발 속도를 높일 수 있도록 Digi XBee Mobile SDK(소프트웨어 개발 키트)를 제공합니다. Digi XBee Mobile SDK Bluetooth를 통해 Digi XBee 3 모듈과 상호 작용하는 iOS Android 모바일 앱을 만드는 프로세스를 단순화하는데 도움이 되는 라이브러리, 코드 예제 및 문서 세트입니다. 


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IoT 어플리케이션에 블루투스를 추가하면 네트워크 커미셔닝, 구성 및 문제 해결에 엄청난 가치를 더합니다. 하지만 IoT 어플리케이션과 모바일 장치를 통합하기 위한 모바일 앱을 만드는 것은 까다로울 수 있습니다. Bluetooth 지원 모바일 앱 설계와 관련된 복잡한 인증 및 암호화 때문입니다. Digi XBee Mobile SDK는 이러한 프로세스를 단순화하고 신속하게 처리할 수 있도록 지원합니다. 



블루투스 성장과 미래 기회 

Bluetooth SIG 2021 Bluetooth 시장 업데이트에 따르면 Bluetooth 기술은 2025년까지 연간 60억 개 이상의 장치에 탑재될 것으로 예상됩니다. 이 보고서에 따르면 오늘날 주요 Bluetooth 사용 사례 및 시장 요구 사항에는 오디오 스트리밍, 데이터 전송, 위치 서비스 및 장치 네트워크가 포함됩니다. 또한 SIG는 다음을 예측합니다. 


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 또는 활용하는 모든 조직은 단기 및 장기 계획에 블루투스를 포함해야 합니다. 물론 블루투스는 시장에 출시된 여러 무선 기술 중 하나에 불과합니다. 하지만 비용 효율성, 보안 및 사용 편의성과 같은 많은 업계가 자사의 강점을 활용하고 있는 상황에서 모든 조직이 새로운 기능과 ROI를 실현하기 위해 블루투스 통합에 대한 잠재적인 사용 사례를 평가하는 것이 중요합니다.