Top 8 블루투스 원리 The 205 Correct Answer

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주파수 호핑이란 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 기법입니다. 즉, 블루투스는 할당된 79개 채널을 1초당 1,600번 호핑해 전파 간섭을 최소화하고 있는 것이죠.


[사이언스올 쇼미더사이언스] 누맛과 8화. 블루투스의 원리
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[세상을 바꾸는 무선통신기술] 제 1탄. 푸른 이빨의 ‘블루투스(Bluetooth)’ – 삼성반도체이야기

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블루투스(Bluetooth)의 원리와 이해 : 네이버 블로그

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블루투스 (Bluetooth) 의 역사 및 원리

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블루투스

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[세상을 바꾸는 무선통신기술] 제 1탄. 푸른 이빨의 ‘블루투스(Bluetooth)’ – 삼성반도체이야기

지금은 익숙하지만 불과 몇 십년 전만 해도 ‘무선’은 생소한 개념이었습니다. 유선 전화기, 유선 이어폰, 유선 스피커 등 전자기기 간 연결을 위해 ‘선’은 당연한 존재였기 때문이죠. 반면, 2020년이 된 지금의 ‘유선’은 다소 복잡하고 거추장스럽게 느껴지는 개념이 되었습니다.

선 없는 자유로움은 무선통신기술의 발전에서부터 시작됐는데요. 무선통신이란 전파를 이용해 선에 의한 연결 없이 원격지에 정보를 전달하는 통신기술을 뜻합니다. 전선 없이도 신호·부호·영상·음성 등의 정보를 전달할 수 있는 기술로, 안테나 설계기술, 레이더기술, 이동통신기술, 근거리 무선통신기술 등이 포함되죠.

이중 근거리 무선통신기술은 무선통신기기와 전자기기를 서로 연결해 정보를 교환하는데요. 근거리 무선통신기술 중 우리 생활에서 익숙한 ‘블루투스(Bluetooth)’에 대해 알아보겠습니다. 블루투스 스피커, 블루투스 이어폰 등 블루투스 제품의 대중화가 이뤄지면서 우리 실생활도 편리해 졌는데요. 블루투스의 어원과 기호의 유래부터 원리, 연결 방법까지 블루투스에는 어떤 이야기가 숨겨져 있을까요?

무선 기술 규격 통일의 원대한 꿈을 담은 ‘푸른 이빨’

블루투스는 스웨덴의 통신 장비 회사인 에릭슨이 1994년 시작한 무선 기술 연구를 시작으로, 비영리 단체 ‘블루투스 SIG(Special Interest Group)’을 통해 1998년 본격적으로 개발됐습니다. 블루투스라는 명칭은 10세기경 스칸디나비아 지역을 통일한 덴마크와 노르웨이 국왕 ‘하랄드 블로탄 고름손(Harald Blåtand Gormsen)’의 별명에서 나온 것인데요. ‘블루투스 SIG’가 자신들이 개발한 근거리 무선통신기술이 하나의 무선 기술 규격으로 통일되기를 바라며 공식명칭을 블루투스로 정했다는 비하인드 스토리가 있습니다.

하랄1세의 별명이 블루투스였던 이유는 블루베리를 좋아해 항상 치아가 푸르게 물들어 있었기 때문이라는 설과 파란색 의치를 가지고 있었기 때문이라는 설이 있다고 합니다. 블루투스 기호도 하랄의 H와 블루투스의 B에 해당하는 스칸디나비아의 룬 문자 ᚼ, ᛒ 두 개를 합쳐 탄생한 것이죠.

블루투스의 비밀은 주파수 호핑?!

블루투스는 산업, 과학, 의료용으로 할당된 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2402~2480MHz 범위에 있는 총 79개의 채널을 사용합니다. ISM은 전 세계가 공통적으로 할당된 주파수이기 때문에 전파 사용에 대한 허가를 받을 필요가 없는 영역대인데요. 이러한 이유로 시스템간의 전파 간섭이 생길 우려가 있어 블루투스는 주파수 호핑 방식을 취하고 있습니다. 주파수 호핑이란 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 기법입니다. 즉, 블루투스는 할당된 79개 채널을 1초당 1,600번 호핑해 전파 간섭을 최소화하고 있는 것이죠.

누구나 할 수 있다! 간단한 블루투스 연결 방법

블루투스 기기를 서로 연결하는 것을 ‘페어링(Pairing)’이라고 하는데요. 블루투스 페어링은 생각보다 어렵지 않습니다. 먼저, 블루투스 기능을 지원하는 마스터 기기와 슬레이브 기기를 준비합니다. 예를 들어 스마트폰과 무선 이어폰을 연결한다면, 스마트폰이 마스터가 되고 이어폰이 슬레이브가 됩니다. 무선 이어폰 기기를 켜고 스마트폰의 블루투스를 활성화하면 이내 주변의 모든 블루투스 기기를 탐색하는데요. 탐색된 목록에서 무선 이어폰을 터치하면 연결됩니다.

마스터 기기가 될 노트북과 휴대폰이 블루투스를 지원하지 않을 경우에는 블루투스 동글(dongle, 중계기)을 사용하면 됩니다. 블루투스 동글은 일반적으로 USB포트에 연결하는 방식이지만, 기기에 따라 별도의 전용 동글이 필요할 때도 있습니다.

무선통신 시대 공신으로 우뚝 선 블루투스, 오늘도 진화 중

1999년 첫 규격이 공개된 블루투스는 지금까지 꾸준히 개선의 개선을 거듭하며 지금의 무선 시대를 이끌고 있는데요. 버전이 높아질수록 데이터 전송 속도, 소비 전력 효율, 도달 거리 등 블루투스의 스펙은 점점 향상하고 있습니다. 최신 버전 5.0은 이전 버전인 4.2보다 도달거리는 4배, 전송 속도는 2배 늘어났죠.

차세대 블루투스의 핵심 변화는 도달 거리 확대, 전송 속도 향상, 그리고 블루투스 기기끼리 데이터를 공유하는 메쉬 네트워킹(Mesh Networking)입니다. 블루투스로 메쉬 네트워킹을 실현하기위해 ‘블루투스 SIG’는 지난 2017년, 여러 개의 기기를 블루투스로 연결하는 블루투스 메쉬를 발표했습니다. 기존의 블루투스는 근거리에서 일대일로만 연결됐지만, 이제는 점차 적용범위를 넓혀 빌딩 자동화, 센서 네트워크 등의 사물 인터넷(IoT) 시장에 도전장을 내민 것이죠. 오늘도 현재진행형인 블루투스의 진화가 우리의 일상을 어떻게 변화시킬지 기대됩니다.

실생활에 편리함을 선사하는 무선통신에 대해 알아보는 코너 <세상을 바꾸는 무선통신기술> 첫 화에서는 블루투스를 소개했는데요. 블루투스 외에도 와이파이와 NFC 등 무선 시대의 전성기에 크게 일조한 무선통신기술을 소개해 드릴 예정이니 많은 기대 부탁드립니다.

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블루투스(Bluetooth)의 원리와 이해

안녕하세요 류하입니다.

블루투스에 대해 들어보지 않으신 분은 없을거에요.

하지만 이 기능에 대한 원리는 뭔지 잘 모르고 사용하시는 분들이 많을텐데요.

오늘은 우리 실생활에 밀접한 관련을 갖고 있는 블루투스에 대해 알아보려고 해요.

블루투스는 휴대폰, 노트북, 이어폰, 헤드폰 등의 휴대기기를 서로 연결해

정보를 교환하는 근거리 무선 기술 표준을 뜻해요.

주로 10미터 안팎의 초단거리에서 저전력 무선연결이 필요할 때 쓰이죠.

블루투스의 원리

블루투스의 무선 시스템은 ISM(Industrial Scientific and Medical)

주파수 대역인 2402~2480MHz, 총 79개의 채널을 사용하는데요.

* ISM(Industrial Scietific and Medical : 공업용, 과학용, 의료용 등으로 사용되는 고주파 설비로,

전파사용에 대해 허가를 받을 필요가 없어 저전력의 전파를 발산하는 개인 무선기기에 주로 쓰인다.

여러 시스템들과 같은 주파수 대역을 사용하기 때문에 시스템간 전파 간섭이 생길 우려가 있어요.

이를 예방하기 위해 블루투스는 주파수 호핑 방식을 취합니다.

* 주파수 호핑(Frequency Hopping) : 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며, 패킷을 조금씩 전송하는 기법.

블루투스는 할당된 79개 채널을 1초당 1600번 호핑한다.

이 호핑 패턴이 블루투스 기기간에 동기화 되어야 통신이 이루어지게 되요.

블루투스는 기기간 마스터(Master)와 슬레이브(Slave) 구성으로 연결되는데,

마스터 기기가 생성하는 주파수 호핑에 슬레이브 기기를 동기화 하지 못하면 통신이 이루어지지 않아요.

예를 들어, 스마트폰과 헤드폰을 연결하게 되면 스마트폰이 마스터, 헤드셋이 슬레이브가 되는거에요.

이로 인해 다른 시스템의 전파 간섭을 피해 안정적으로 연결될 수 있게 됩니다.

참고로 하나의 마스터 기기에는 최대 7대의 슬레이브 기기를 연결할 수 있으며,

마스터 기기와 슬레이브 기기의 통신만 가능할 뿐 슬레이브 기기 간의 통신은 불가능 해요.

허나 마스터와 슬레이브 역할은 고정된 것이 아니기에

상황에 따라 사용자가 서로 역할을 바꾸면 통신이 가능하게 됩니다.

블루투스의 발전

블루투스 1.1/1.2(2004년/2005년)

데이터 전송속도는 최대 1Mbps, 실제 처리량은 723kbps 정도 되는 초창기 블루투스에요.

블루투스 2.0(2004년)

각 채널마다 4-DQPSK(전송채널당 2비트) 혹은 8-DQPSK(전송채널당 3비트)를 적용.

블루투스 1.1/1.2의 3배의 효율을 낼수 있게 발전. 기기간 연결 거리 또한 길어졌어요.

그리고 이때부터 1대 다수 연결이 가능하게 됩니다.

위에서 설명한 최대 7개까지 한번에 연결 가능하게 개발되요.

그리고 데이터 전송 속도 또한 최대 3Mbps로 빨라지게 됩니다.

블루투스 3.0(2009년)

2009년 발표된 블루투스 3.0은 전송속도를 끌어올리는데 집중한 버전이에요.

블루투스 2.0이 3Mbps 였던 것에 반해 3.0은 24Mbps로 8배 가량 전송 속도를 끌어 올린 것이 가장 큰 특징이라고 할 수 있어요. 전송 속도가 빨라지면서 PC와 모바일 기기에서 많이 쓰이기 시작합니다.

블루투스 4.0(2010년)

2010년에 채택된 표준인 블루투스 4.0은 기존 블루투스와 고속전송, 저전력 등을 포함한 규격이에요.

블루투스 3.0와 속도적인 면에서는 큰 차이가 없으나, 전력소비 면에서 큰 차이를 갖게 되요.

블루투스 4.0의 전력소비는 블루투스 3.0의 10%밖에 되지 않아요.

따라서 블루투스 4.0을 채택한 제품들은 동전 모양의 초소형 배터리로 수년 이상 사용이 가능하기에

앞으로 개발될 사물인터넷 등 다양한 분야에서 출시 될 것으로 예상되고 있어요.

블루투스 4.2(2014년)

2014년 하반기에 공개된 기술로 최근 이슈인 사물인터넷(IoT)에 대한 대응이 더 긴밀해졌어요.

앞으로 사물인터넷의 영역확대에 큰 기여를 할 버전이 될 전망이에요.

블루투스가 주목 받는 이유

블루투스 기능이 발전되면서 앞으로는 블루투스가 중요한 부분을 차지 할텐데요.

그 이유에 대해 정리해보았어요.

1. 블루투스는 저렴한 가격에 저전력으로 사용할 수 있다는 점

2. 블루투스는 주파수 대역을 나누기 때문에 데이터 전송을 여러 주파수에 걸쳐서 분할해 보낼 수 있는 점.

3. 블루투스 신호는 적외선과 다르게 벽이나 가방 등을 통과하여 전송 될 수 있으므로,

배선이나 연결 상황을 육안으로 확인할 필요가 없고, 장애물이 있어도 신호를 주고 받을수 있는 점.

4. 주파수 특성도 전 방향으로 신호가 전송되므로

각 장치를 연결하기 위해 일정한 각도를 유지할 필요가 없는 점.

5. 전 세계 수많은 국가가 블루투수 표준 규격을 준수하기에

세계 어디에서나 같은 기술을 이용할 수 있는 점.

이상으로 블루투스에 대해 알아보았습니다​.^^

블루투스 (Bluetooth) 의 역사 및 원리

블루투스 (Bluetooth)란 무엇??

현재 이 블로그를 보고 있는 사람 중에 블루투스를 모르는 사람은 없을 것이다. 그래도 블루투스를 한 문장으로 설명하자면 ‘근거리에서 전자기기 간에 선 연결 없이 주파수로 데이터를 교환할 수 있게 하는 기술’로 정의할 수 있다. 현재 포스팅을 하고 있는 현시점에 블루투스 5.0까지 나와있어서 기존의 근거리?라고 말하기도 무서울 정도로 통신 거리가 비약적으로 늘어났지만 앞으로 블루투스의 개념과 스택 구조, 개발에 대한 포스팅을 위해서 간단히 블루투스의 역사부터 설명하고자 한다. 기술의 시작부터 현재까지의 발전과정을 알면 앞으로의 블루투스 진영에서의 목표를 알 수 있지 않을까???

위에 보이는 것이 우리가 흔히 볼 수 있는 블루투스의 로고이다. 우선 이름의 유래부터 알아보자. 블루투스라는 이름은 덴마크의 국왕 ‘해럴드 블루투스’에서 따왔다고 한다. 이 해럴드 블루투스는 스칸디나비아를 통일한 인물이기 때문에 모든 전자기기가 통합적으로 이어진다는 의미를 두고 있다고 한다. 여담으로 당시에 이름을 두고 고민하던 엔지니어들은 에릭슨과 노키아 엔지니어들인데 에릭슨과 노키아가 발트해를 둘러싼 스웨덴과 핀란드에 각각 기반을 둔 기업인 것도 한몫했다고 한다.

블루투스의 시작??

블루투스는 1994년 에릭슨이 최초로 개발한 디지털 통신 기기를 위한 개인 근거리 무선 통신 산업 표준!이라고 우리의 위키트리에 명시되어 있다. 이후 1998년 Special Interest Group (SIG) 줄여서 시그라는 그룹이 생겨나면서 블루투스 기술의 본격적인 개발이 이루어지기 시작했다. 이 그룹에는 이름만 들어도 알만한 에릭슨, 인텔, 레노버, MS, 애플 등으로 구성이 되었다. 이후 회원수도 증가하여 2년 후 바로 블루투스 1.0이 출시된다. 블루투스의 버전별 차이를 알기 전에 먼저 블루투스의 원리를 알면 좋을 것 같다.

블루투스 원리??

블루투스 무선 시스템은 2402 ~ 2480 MHz까지 총 79개의 채널을 사용한다. 이 때문에 블루투스의 사용 대역을 2.4 GHz라고 한다. (2.4 GHz 주파수의 경우 Industrial Scietific Medical (ISM) 대역을 사용하고 있어 전파사용에 대한 허가를 받을 필요가 없이 사용할 수 있다.) 2.4 GHz를 사용하는 블루투스의 경우 여러 시스템들과 같은 주파수를 사용하기 때문에 전파 간의 간섭이 생길 수 있기 때문에 블루투스는 이를 방지하기 위해 주파수 호핑 방식을 사용한다. 여기서 말하는 주파수 호핑이란 데이터를 전송할 때 79개의 채널 중 하나를 독점하여 데이터를 전송하는 방식이 아닌 빠르게 채널을 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 방식이다. 하나의 채널로 연결하여 데이터를 보낼 경우 다른 주파수와 간섭이 생길 수 있기 때문이다. 이 때문에 블루투스는 앞서 말한 79개의 채널을 1초당 1600번 호핑 (Hopping) 하여 데이터를 전송한다.

ex) 블루투스는 마스터 기기와 슬레이브 기기로 구성된다. 블루투스 이어폰을 예로 들면 스마트폰이 마스터이고 이어폰이 슬레이브가 된다. 서로가 블루투스로 연결이 되면 두 기기간의 주파수 호핑 방법으로 데이터를 주고받는 것이다.

그렇다면 현재 블루투스 5.0까지의 발전과정을 알아보도록 하겠다.

블루투스 버전??

블루투스 1.0

– 1998년 SIG 그룹 결성 2년 이후 최초로 등장한 블루투스 버전으로 주파수 호핑 방법을 채택하여 발전했다. 하지만!! 연결을 위한 하드웨어 장치를 사전에 입력해줘야 하는 문제로 현재처럼 두 장치 사이간 익명 연결이 불가능했다.

블루투스 1.1

– 2002년 IEEE 표준으로 승인된 버전으로 기존 1.0과 1.0b의 문제점을 수정한 점이 특징이며 신호 강도 지표 (Signal Strength Indicator) RSSI를 수신받을 수 있게 됐다.

블루투스 1.2

– 2005년 IEEE 표준으로 승인받은 버전으로 전송속도는 큰 차이가 없지만, 오류나 음성, 신호의 품질 손실을 막는 기술이 추가됐다. 실제 전송 속도는 1.1과 동일한 723 kbps 정도 이다.

블루투스 2.0 + EDR

– 버전이 1에서 2 버전으로 바뀌면서 데이터 속도가 3 Mbps로 크게 증가 하였다. EDR은 강화된 데이터 전송 (Enhanced Data Rate)를 말한다. (이론상의 전송 속도는 3 Mbps이고, 실제 데이터 전송 속도는 2.1 Mbps 정도이다.)

– 다중 연결 시나리오의 단순화로 데이터 전송량이 늘면서 전력 소비가 줄어든 효과를 함께 얻은 버전 이다.

* 일반 블루투스 2.0 도 있지만, 기본 틀은 블루투스 1.2와 거의 비슷하기 때문에 다루지 않는다*

블루투스 2.1 + EDR

– 2007년 채택된 2.1 버전은 장치의 이름이나 서비스 목록 등 다양한 정보를 제공하도록 개선되었다.

– 근거리 무선통신 (NFC)에 대응하는 기능이 추가됨으로 NFC 라디오 인터페이스를 사용할 수 있다면 자동적으로 안전하게 접속이 가능하다.

– 3배에서 10배까지 배터리 수명이 증가하였다.

블루투스 3.0 + HS

– 2009년에 발표되었으며, 최대 속도를 24 Mbps로 끌어올렸다. HS는 High Speed를 뜻하며 기기간 대용량 파일 전송이 가능하며, 내장된 전력 관리 기능으로 전력 소모를 크게 줄였다.

블루투스 4.0 (Bluetooth Low Energy의 시작)

– 2010년 발표되었으며, 기존 블루투스의 콧속 전송과 저전력 기능을 포함한 규격 이다.

– 블루투스 클래식, 블루투스 스마트, 블루투스 스마트 레디로 구성되며 고속 전송은 블루투스 클래식, 스마트 레디는 일반적인 노트북이나 스마트폰에 사용된다.

– 저전력에 초점을 맞춘 BLE의 경우 전송 속도는 1 Mbps로 IoT 통신에 강점 을 가진다.

블루투스 4.1

– 2013년 발표되었으며, 4.0에 기능이 추가된 마이너 업데이트 버전이다.

– LTE와의 공존성을 높여 서로 간의 간섭 현상을 줄였다

– 블루투스 연결 장치끼리 거리 문제로 잠시 연결이 끊어져도 다시 자동 연결이 되도록 기능을 추가했다.

– 웨어러블 기기가 허브의 역할을 할 수 있게 되었으며, IPv6 표준이 탑재되어 있다.

블루투스 4.2

– 2014년 발표되었으며 사물인터넷 지원을 위한 특징을 도입했다. 새로운 인터넷 프로토콜 지원 프로파일이 추가되었으며, 데이터 전송 거리의 증가와 개인정보 보호, 보안 등이 핵심이다.

블루투스 5.0

– 2016년 정식으로 소개되었으며 IoT에 초점을 맞췄다.

– 블루투스 4 버전의 1 Mbps의 속도에서 두배 늘린 2 Mbps의 속도를 가진다.

– 4.2 LE에 비해 4배 긴 전송거리인 243m까지 전송이 가능하다.

블루투스 5.0에 대해서는 다음에 자세히 포스팅 전체적으로 다루도록 하겠다.

이번 포스팅에서는 블루투스에 대해서 간략하게 알아봤다. 블루투스는 점차 발전하면서 IoT 진영에 맞도록 변화한 거 같다. 현재는 저전력과 적당한 데이터 전송 크기로 IoT에 적합한 기술로 사용되고 있는 것 같다.

다음 포스팅부터는 조금 기술적으로 들어가려고 한다. 블루투스를 개발하기 전에 알게 되는 블루투스 스택부터 차근차근 설명해보겠다.

그럼 20000

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