Bluetooth

블루투스(줄여서 BT라고도 한다)란 개인 활용 범위(PAN)에서 디지털 통신 기기 연결 등을 위해 글로벌 표준으로 널리 이용되는 무선통신기술 표준이다.

• 1994년에 에릭슨이 최초로 개발
• ISM 대역에 포함되는 2.4~2.485GHz의 단파 UHF 전파를 이용하여 전자 장비 간의 짧은 거리의 데이터 통신 방식을 규정하는 블루투스는, 개인용 컴퓨터에 이용되는 마우스, 키보드를 비롯해, 휴대전화 및 스마트폰, 태블릿, 스피커 등에서 문자 정보 및 음성 정보를 비교적 낮은 속도로 디지털 정보를 무선 통신을 통해 주고 받는 용도로 채용되고 있다.

공식 홈페이지(한국어)

어원

블루투스란 이름은 노르웨이와 덴마크^[1]를 통합했던 왕 하랄 1세 블로탄(Harald Blåtand)에서 유래했다.

• 블로탄(Blåtand)은 '푸른 이빨'이라는 뜻으로, 이를 영어로 옮기면 블루투스(Blue tooth)
• 하랄 1세가 나라를 통일(연결)시키는 데 큰 업적을 남긴 것처럼, 여러전자제품의 무선 규격을 통일시키자는 의미로 명명^[2]
• 블루투스 로고도 하랄 블로탄의 이름을 룬 문자로 썼을 때의 머릿글자를 합친 모양(스칸디나비아 룬문자로 ᛡ는H, ᛒ는 B)^[3]
• 고유명사이면서도 뜻이 명확한 단어이다 보니 일부 국가에선 "푸른 이빨"에 대한 자국어로 불리기도 함^[4]

블루투스 기술이 등장한 초기엔 PAN(Personal Area Network)이라고 불리기도 하였다.

• 현재 PAN은 개인이 주변 기기들과 연결하는게 필요한 약 10m 내외의 범위를 가지는 네트워크를 포괄적으로 의미(RFID, NFC 등)
• 당시 PAN이 다양하게 발전하기 전엔 PAN 자체를 의미하는 것처럼 일부 통신사에서 활용하였으나 현재는 이렇게 불리지 않음

역사

• 1994년 에릭슨이 최초 개발을 시작
• 블루투스 SIG(Bluetooth Special Interest Group)라는 단체가 결성
• 1999년에 공식 발표

통신 구조

• 송신된 데이터가 패킷으로 분할되고, 각 패킷은 지정된 79개의 블루투스 채널들 중 하나로 전송
• 각 채널은 1MHz의 대역폭을 가지며 블루투스 4.0 이후로 40개의 채널에 2MHz의 간격을 사용
  • 예) 1번째 채널은 2,402~2,480MHz까지 사용한다.
• 변조는 가우시안 주파수 편이 변조(GFSK), π/4-차동 직교 위상 편이 변조(π/4-DQPSK), 8진 차동 위상 편이 변조(8DPSK)를 사용
• 주파수 도약 기술을 사용해서 채널을 초당 1600번씩 바꾸면서 동작
  • 특정 채널에 잡음이 강하거나 혼선이 일어나는 등의 문제가 생기면 이를 감지해서 그 채널을 제외하고 주파수를 도약
  • 채널 사이를 의사 랜덤하게 도약하거나, 적응형 주파수 도약을 사용

버전별 차이

블루투스 1.X

• 가장 초기에 나온 1.0부터 2002년에 등장한 1.1을 거쳐 1.2까지 개선
• 최대 전송 속도가 721kbps라서 대용량 데이터를 전송하기엔 부적절

블루투스 2.X +EDR(Enhanced Data Rate)

• 2004년 10월에 2.0 발표
  • 1.x의 최대 전송 속도인 721kbps에서 3Mbps로 향상된 데이터 속도(Enhanced Data Rate, EDR)를 지원
  • 다만 실제 최대 전송 속도는 약 2.1Mbps
• 2007년 7월 26일에 2.1 발표
  • 2.0과의 가장 눈에 띄는 차이는 페어링이 더 손쉽게 가능하도록 SSP(Secure Simple Pairing) 기능 추가
  • 그 외 커넥션 시 필터링이 쉽도록 EIR(Extended Inquiry Response)이 강화
  • Low Power 모드에서 소비전류를 줄이는 기능 추가

블루투스 3.0 +HS(High Speed)

• 2009년 4월 21일에 발표
• 이전 버전에 비해 8배 가량 향상된 24Mbps 속도 제공
• 다만 3.0 +HS(High Speed)만 24Mbps를 지원
  • HS를 적용하지 않으면 2.X와 속도가 같음
• Bluetooth Link는 접속에만 관여하고, 실제 고속 데이터 통신은 802.11 [[Wi-Fi]] 쪽에 추가된 PAL(Protocol Adaptation Layer)를 이용

블루투스 4.X

블루투스 4.0

• 2010.6.30. 발표
• 클래식 블루투스(Classic Bluetooth), 고속 블루투스(Bluetooth High Speed), 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy)라는 프로토콜 포함
  • 클래식 블루투스(Classic Bluetooth)는 1.0부터 2.1로 이어져온 기존 블루투스 기술
  • 고속 블루투스(Bluetooth High Speed)는 3.0에서 더해진 Wi-Fi를 활용한 HS 고속전송 기술의 연장
  • 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy)는 전력소모를 최소화하고 배터리 수명을 연장하는 데 중점을 둔 새로운 프로토콜
    • 전지로 몇 년을 지속할 수 있는 주변기기가 주요 타겟이기 때문에, 속도는 다른 무선 전송 규격보다 상대적으로 느린 편
  • BLE만 지원되는 칩은 Single Mode라고 부르고, 이 칩이 탑재된 단방향 전송 제품을 'Bluetooth Smart'라고 부른다. 앞서 설명한 클래식 블루투스(Classic Bluetooth)와 함께 들어있는 칩은 Dual Mode라 부르며, 이 칩이 탑재된 양방향 전송 제품을 'Bluetooth Smart Ready'라고 부른다. 심장 박동 검사기 같은 류의 주변 기기는 어차피 측정값만 받으면 그만이니까 Single Mode 솔루션이 탑재되고, 스마트폰 등에는 Dual Mode 솔루션이 탑재된다. 각각 1Mbps와 3Mbps를 지원한다. HS를 지원한다면 24Mbps도 지원한다.

블루투스 4.1

• 2013.12.4. 발표

특징

• 공존성(Coexistence) 향상
  • 블루투스와 [[LTE]] 무선이 서로 통신 상태를 조정해 가까운 대역폭으로 인한 간섭 현상을 줄여준다.
• 더 나은 연결(Better Connections)
  • 블루투스 연결 장치끼리의 거리가 멀어져 잠시 연결이 끊어지게 되면, 블루투스 4.1 장치는 거리 내로 되돌아올 시 '''자동으로 재연결된다.''' 이 특징이 사용자들에게 가장 잘 체감되는 4.1의 하이라이트라고 보면 된다.
• 데이터 전송 개선(Improved Data Transfer)
  • 블루투스를 사용하는 악세서리 장치(헬스 기구) 등과의 통신 전송 상태를 보다 효율적으로 개선하였다.
• 개발자에게 더 많은 유연성 제공(More Flexibility to Developers)
  • 앞으로 있을 웨어러블 기기 붐에 대비한 업데이트로, 블루투스 연결을 통해 웨어러블 기기가 스마트폰의 주변장치이자 동시에 다른 장치와의 허브 역할도 가능
  • [[사물인터넷]](IoT, The Internet of Things)을 위한 새로운 IPv6 사용 표준 적용
  • 128비트 AES 암호화가 추가되어 보안성 증가

블루투스 4.2

• 2014.12.4 발표

특징

• 더욱 빨라진 전송 속도
  • 기존 4.0 규격 대비 전송 속도 2.5배 증가
  • 한 번에 보낼 수 있는 패킷 용량이 10배로 증가하여, 전송 오류와 배터리 소비를 모두 개선
• 사물인터넷을 위해 연결성 강화
  • IPv6나 6LoWPAN을 통해 인터넷에 직접 접속 가능
• 개인정보보호 강화
  • 사용자의 허락 없이 블루투스 기기 위치를 추적할 수 없도록 조치
  • 예) 애플의 아이비콘(iBeacon) 기술을 도입한 매장을 방문하더라도 사용자가 허용하지 않는 한 매장이 사용자의 위치를 마음대로 추적할 수 없음
  • 이 기능은 기존 블루투스 기기에 대한 펌웨어 업데이트만으로도 대응 가능

블루투스 5

블루투스 5.0

2016년 6월 17일에 공개되었으며, 2017년 초에 정식으로 출시되었다.

• 1.0 Mbps와 10m(class 2)이던 최대 속도와 최대 거리를 선택 가능
  • 최대 속도와 최대 거리를 유연하게 선택 가능
  • 전송거리를 희생하는 대신 최대속도를 2.0 Mbps로 2배로 높이거나 반대로 전송 속도를 희생하는 대신 전송거리를 최대 4배로 늘릴 수 있음
• 패킷의 최대 길이를 늘려서 페어링 없이 통신하는 비연결 데이터 브로드캐스트 용량 8배 향상
  • 전송폭 증가로 더 많은 [[IoT]] 장치들이 연결 가능하고, 더 많은 데이터 전송 가능
• 저전력 블루투스(BLE) 연결을 통한 실내측위, 블루투스 비콘 기술에 관련된 서비스 기능들 추가

블루투스 5.1

• 2019.1.21. 발표
• 방향 감지 기능이 추가

블루투스 5.2

• 2020.1.7. 발표^[5]
• 클래식과 HS의 오디오 코덱 표준인 SBC에 이어서 LE Audio 표준으로 도입되는 LC3(Low Complexity Communication Codec) 지원

블루투스 5.3

• 2021.7.13. 발표
• 저 레이턴시가 필요없는 환경에선 고 레이턴시 통신을 하여 전력 소모 감소
• 암호화 키 조절, 채널분류 향상 등으로 통신 신뢰도 개선

클래스

블루투스 통신에 이용되는 전파의 강도를 나타내는 개념

• 쌍방이 같은 클래스일 필요는 없음

CLASS	최대 출력	최대 송수신 거리
CLASS 1	100mW	100m
CLASS 2	2.5mW	10m
CLASS 3	1.0mW	1m
CLASS 4	0.5mW	50cm

프로파일

블루투스는 여러 종류의 장비로의 통신에 사용되는 규격인 이유로, 장비의 종류에 따라 규정되는 각각의 별도의 프로토콜이 존재한다. 이들 프로토콜의 사용법을 프로파일이라는 용어로 표준화하고 있다. 통신하고자 하는 장비와 장비 간에, 동일한 프로파일을 가지고 있는 경우에만, 그 프로파일을 이용한 통신이 가능하다. 대표적인 프로파일은 다음과 같은 것들이 있다.

GAP (Generic Access Profile)

블루투스 장비의 접속/인증/암호화를 규정하는 프로토콜.

SDAP (Service Discovery Application Profile)

다른 블루투스 장비가 제공하는 기능(프로파일)을 참조하는 용도의 프로토콜.

DUN (Dial-up Networking Profile)

휴대전화 등을 통해 인터넷에 다이얼 업 접속을 할때 사용되는 프로파일

FTP (File Transfer Profile)

컴퓨터 사이의 데이터 통신을 위한 프로파일. 참고로 파일전용 프로토콜 FTP와는 관계 없음.

HID (Human Interface Device Profile)

컴퓨터 마우스 또는 키보드 등의 입력장비와 무선으로 연결하기 위한 프로파일

HSP (Headset Profile)

블루투스를 내장한 헤드셋과의 통신을 위한 프로파일. 모노 음성 수신 뿐만 아니라, 마이크로의 쌍방 통신도 규정.

HFP (Hands-Free Profile)

차내 또는 헤드셋을 통한 핸즈프리 통화를 위한 프로파일. HSP 기능에 추가로 통신의 발신/착신 기능을 규정.

A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)

음성을 리시버가 달린 헤드폰(또는 이어폰)으로 전송하는 프로파일. HSP/HFP가 모노 음성인 것에 반해, 스테레오 고음질 음성을 지원.

AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile)

AV기기의 리모콘 기능을 구현하는 프로파일

블루본(BlueBorne) 취약점

• KISA 블루투스 취약점 정보
• 관련기사

같이 보기

• 비컨
• APT-X

참고 문헌

• 위키백과 - 블루투스
• 공식 홈페이지(한국어)

각주