블루투스 기술이란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

블루투스란 무엇인가요?

블루투스는 유명한 저전력 무선 기술입니다. Wi-Fi 및 다음과 같은 기술과 함께 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 기술로 사용하도록 설계되었습니다. ZigBee. 블루투스의 애플리케이션은 휴대폰 기반 애플리케이션부터 차량 센서 기반 애플리케이션까지 다양합니다. 하지만 다른 애플리케이션과 달리 블루투스는 단거리용으로 특별히 설계되었습니다. 블루투스는 1994년 에릭슨에 의해 처음 소개되었습니다. 블루투스를 도입한 유일한 목적은 유선 코드와 케이블 사용을 대체하기 위해서였습니다. 에릭슨은 노키아 및 인텔과 협력하여 1996년 블루투스 사양을 발표하고 정의하는 관리 단체인 SIG(Special Interest Group)를 결성했습니다. 수년에 걸쳐 SIG의 연합이 확대되면서 블루투스 기술 개발로 이어졌습니다. 2.4 GHz ISM(산업, 과학 및 의료용 애플리케이션) 주파수 대역을 기반으로 합니다. 초기 버전의 Bluetooth는 최대 1Mbps의 비트 전송률을 지원했습니다. 블루투스는 또한 블루투스의 보안 기능으로 인해 사이버 공격에 취약합니다. 이러한 모든 기능을 갖춘 Bluetooth는 최신 사물 인터넷(IoT) 솔루션에 이상적인 후보입니다.

블루투스는 어떻게 작동하나요?

블루투스는 주로 IoT 애플리케이션을 위한 WPAN 기술 솔루션으로 작동합니다. 무선 기술에는 크게 두 가지 유형이 있습니다. 다음과 같습니다,

1. 기본 속도(BR)/향상된 데이터 속도(EDR) 또는 클래식 블루투스
2. 저에너지(BLE 또는 LE)

물리 계층의 차이에도 불구하고 2.4 GHz에서 작동합니다. ISM 주파수 대역. 블루투스 네트워크는 처음에 다음과 같은 노드로 구성됩니다:

• 광고주: 이 디바이스 노드는 광고주 패킷을 전송합니다.
• 스캐너: 연결을 설정할 의도 없이 패킷을 수신하는 장치 노드입니다.

스캐너 디바이스 노드가 연결을 시작하려고 하면 이를 이니시에이터라고 합니다. 이 연결은 광고주가 게시한 연결 가능한 광고 이벤트에 대한 응답으로 시작됩니다. 마지막으로 연결이 설정됩니다. 이제 이니시에이터를 마스터라고 하고 광고주를 슬레이브라고 합니다. 마스터와 슬레이브 간의 이러한 연결을 피코넷이라고 합니다. 블루투스 BR/EDR의 경우, 피코넷에는 최대 하나의 마스터와 7개의 슬레이브가 있을 수 있습니다. 그러나 이러한 피코넷은 스캐터넷으로 확장될 수 있습니다. 스캐터넷에는 두 개의 피코넷이 결합되어 있으며, 두 번째 피코넷을 처리하는 두 번째 마스터가 있습니다. 이 보조 마스터는 두 피코넷 모두에 공동mmon이 됩니다.

블루투스의 경우 BLE 기술의 3비트 주소 지정에 비해 24비트 주소 지정으로 인해 수백만 개의 장치를 지원할 수 있습니다. 그러나 Bluetooth BLE에서는 마스터-슬레이브 연결 자체가 별도의 피코넷입니다. 따라서 각 장치는 별도의 채널에 있습니다.

연결이 설정된 후 마스터가 메시지를 보낸 후 슬레이브에게 응답을 요청합니다. 슬레이브는 적응형 주파수 호핑 기술을 사용하여 선택되고 기회가 주어집니다. 이를 통해 보안과 채널 할당을 최대한 활용할 수 있습니다.

피코넷에서 각 노드 또는 디바이스는 다음과 같은 상태에 있을 수 있습니다:

• 마스터
• 슬레이브
• 대기
• 주차됨

기본적으로 노드는 대기 모드에 있습니다. 대기 모드는 Bluetooth 5.0에서 더 이상 사용되지 않습니다.

블루투스 사양

Bluetooth 아키텍처에 대해 자세히 알아보기 전에 수년에 걸친 Bluetooth 사양의 차이점을 이해하는 것이 유용합니다. 다음 표에는 각 Bluetooth 사양의 주요 특징이 정리되어 있습니다.

자세한 사양 정보는 다음에서 확인할 수 있습니다. https://www.bluetooth.com/specifications/specs/. 현재 블루투스 버전은 2021년에 출시된 블루투스 5.3입니다. Bluetooth BLE는 IoT 애플리케이션의 요구 사항을 충족하도록 설계된 기술 중 하나입니다. 다음을 통해 메시 네트워킹 및 브로드캐스팅 기능을 지원합니다. 낮은 전력 소비 는 클래식 블루투스보다 이상적인 후보입니다. 클래식 블루투스는 피코넷에서와 같이 지점 간 co1TP14 통신만 처리할 수 있습니다.

블루투스 아키텍처

이제 블루투스 아키텍처의 기본 구조에 대해 간단히 살펴보겠습니다. Bluetooth 스택에는 세 가지 기본 구성 요소가 있습니다:

• 하드웨어 컨트롤러
• 호스트 소프트웨어
• 애플리케이션 프로필

이 아키텍처는 다양한 기능을 처리하는 프로토콜 또는 레이어로 구성됩니다. 또한 프로파일은 프로토콜을 사용하여 기능을 구현하는 기능입니다. 블루투스 5.0 스택을 고려할 때 장치는 두 가지 모드에서 찾을 수 있습니다:

• 듀얼 모드: BR/EDR 및 LE 모드를 모두 지원하는 장치
• 단일 모드: BR/EDR 또는 LE 모드를 지원하는 장치

블루투스 안정성

무선 co1TP14통신의 가장 큰 문제 중 하나는 간섭의 존재입니다. 간섭은 무선 매체에서 패킷 충돌 및 손실로 인해 발생합니다. 간섭을 극복하기 위해 Bluetooth는 다음과 같은 기술을 사용합니다:

• 블루투스 패킷은 더 작고 빠릅니다: 더 빠르게 이동하고 더 작기 때문에 다른 패킷과 충돌할 확률이 줄어듭니다.
• Bluetooth는 적응형 주파수 호핑(AFH)으로 알려진 특수 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS)을 사용합니다. 여기서 주어진 주파수 대역은 서로 다른 채널로 분리되며 패킷은 전송 중에 채널 간에 호핑됩니다. 또한 혼잡하거나 손상된 채널을 식별하여 이를 피할 수 있습니다.
• 블루투스는 또한 지점 간 메시지가 제대로 전달되었는지 확인하기 위한 확인 메시지를 지원합니다. 메시 네트워킹.
• 또한 메시 네트워킹에서는 블루투스 패킷이 여러 채널에서 여러 복사본으로 재전송됩니다. 따라서 가장 시끄러운 환경에서도 적절한 전송이 보장됩니다.

블루투스는 얼마나 안전한가요?

WPAN에서 IoT 디바이스를 활성화할 때 가장 중요한 것은 선택한 전송 기술이 제공하는 보안 수준입니다. 무선 기술 중에서는 당연히 블루투스가 가장 안전한 선택입니다. 이는 전송된 패킷이 여러 채널 간에 빠르게 호핑되는 AFH 기술을 사용하기 때문입니다. 그러나 전송의 보안을 더욱 강화하기 위해 Bluetooth SIG는 필요에 따라 활성화할 수 있는 다양한 보안 기능을 제공하고 있습니다. 예를 들어, Bluetooth 대역 외 기술 페어링을 사용하여 다양한 취약성으로부터 연결을 보호할 수 있습니다.

블루투스 범위는 어떻게 되나요?

블루투스는 WPAN 무선 기술로 단거리 및 밀폐된 공간에서 사용하기에 이상적입니다. 작동 범위를 향상시키기 위해 다양한 조치를 취했지만 특정 요인에 따라 달성 가능한 범위가 결정됩니다. 이러한 요소는 다음과 같습니다:

• 환경에서의 경로 손실.
• 트랜시버 안테나의 이득입니다.
• 선택한 라디오 스펙트럼입니다. 주파수 대역이 작을수록 범위가 넓어집니다.
• 선택한 물리적 매체. Bluetooth에는 BR/EDR, HS 및 BLE와 같이 데이터 전송률이 다른 다양한 옵션이 장착되어 있습니다.

따라서 위에서 언급한 요소에 따라 범위를 결정하는 것은 IoT 설계자의 선택입니다.

IoT에서 블루투스의 장단점

Bluetooth의 장점은 다음과 같습니다:

• 다른 무선 기술의 간섭에 대한 민감성
• 낮은 전력 소비
• 데이터 및 음성 전송에 모두 사용 가능

Bluetooth의 단점은 다음과 같습니다:

• 보안이 손상될 수 있습니다.
• Wi-Fi와 비교했을 때 낮은 대역폭
• 느림(여전히 선택할 수 있는 다양한 옵션이 있음)

결론

블루투스는 저전력 소비가 필요한 IoT 애플리케이션에 이상적인 후보입니다. 이상적으로는 다른 무선 전송의 간섭이 많은 지역에 더 적합합니다. 그러나 이러한 문제점과 단점에도 불구하고 블루투스는 홈 오토메이션과 같은 WPAN IoT 애플리케이션에 있어서는 유명한 선택입니다.