Bluetooth Low Energy
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Bluetooth Low Energy
개요
Bluetooth Low Energy(이하 BLE)는 전력 소모를 극도로 줄이면서도 무선 통신 기능을 유지하기 위해 설계된 무선 통신 기술로, 전통적인 Bluetooth(Bluetooth Classic)와는 별도로 개발되었으며, Bluetooth 4.0 표준부터 도입된 기술입니다. 주로 배터리 수명이 중요한 IoT(Internet of Things) 기기, 웨어러블 디바이스, 스마트 홈 기기, 의료 장비 등에서 널리 사용됩니다.
BLE는 데이터 전송 속도는 낮지만, 매우 낮은 전력 소비와 간편한 연결 방식을 통해 수개월에서 수년간 배터리로 작동할 수 있는 기기를 가능하게 합니다. 이 문서는 BLE의 기술적 특징, 동작 원리, 주요 프로파일, 활용 사례 및 장단점에 대해 종합적으로 설명합니다.
기술적 특징
1. 전력 효율성
BLE의 가장 큰 특징은 극도로 낮은 전력 소모입니다. 기존 Bluetooth 대비 약 1/10 수준의 전력을 사용하며, 기기 대부분의 시간을 대기 상태로 유지하고, 짧은 주기로만 통신을 수행합니다. 이는 다음과 같은 전략을 통해 달성됩니다:
- 짧은 연결 시간: 데이터 전송 후 즉시 연결 종료
- 낮은 듀티 사이클(Duty Cycle): 주기적인 스캔과 전송만 수행
- 간단한 프로토콜 스택: 불필요한 오버헤드 제거
2. 주파수 대역 및 데이터 전송
- 주파수 대역: 2.4GHz ISM 대역 (Bluetooth와 동일)
- 채널 수: 총 40개 채널 (전통적 Bluetooth의 79개보다 적음)
- 광대역 채널(Advertising Channel): 3개의 주 광고 채널(37, 38, 39)을 사용해 초기 연결 시도
- 데이터 전송 속도: 최대 1Mbps (Bluetooth 4.0 기준), Bluetooth 5.0부터는 2Mbps까지 지원
3. 통신 거리
- 일반적으로 10~100m 범위 내에서 작동
- Bluetooth 5.0부터는 Long Range 모드(Coded PHY)를 통해 최대 400m까지 확장 가능
동작 원리
BLE는 두 가지 주요 동작 모드로 구성됩니다:
1. 광고**(Advertising)
- BLE 기기(주로 퍼리퍼럴)가 주기적으로 자신의 존재를 알리는 방식
- 주로 광고 패킷(Advertising Packet)을 통해 서비스 정보, 이름, UUID 등을 방송
- 스캐닝 기기(센트럴)가 이를 수신하고 연결 요청 가능
2. 연결**(Connection)
- 센트럴 기기가 광고를 수신한 후 연결을 요청하면, 퍼리퍼럴과 점대점 연결 형성
- 연결 후에는 데이터 교환이 가능하며, 연결 간격(Connection Interval) 을 조정해 전력 소모 최적화
3. 역할 구분
- 센트럴(Central): 연결을 시작하고 데이터를 수집하는 기기 (예: 스마트폰)
- 퍼리퍼럴(Peripheral): 광고를 송출하고 연결을 수락하는 기기 (예: 심박수 모니터)
- 브로드캐스터(Broadcaster): 데이터 송출만 하는 기기 (비연결형)
- 옵저버(Observer): 광고 패킷만 수신하는 기기
주요 프로파일과 서비스
BLE는 일반적인 통신 기능 외에, 특정 용도를 위한 표준화된 GATT(Generic Attribute Profile) 기반 프로파일을 제공합니다.
| 프로파일 이름 | 설명 |
|---|---|
| GAP(Generic Access Profile) | 기기 발견, 연결 설정 등 기본 동작 정의 |
| GATT(Generic Attribute Profile) | 데이터 구조 및 전송 방식 정의 (속성 기반) |
| HID over GATT | 무선 키보드, 마우스 등 입력 장치 지원 |
| Heart Rate Profile | 심박수 모니터링 기기용 |
| Battery Service | 배터리 잔량 정보 제공 |
| Device Information Service | 제조 정보, 모델명, 시리얼 넘버 제공 |
GATT는 서비스(Service), 특성(Characteristic), 디스크립터(Descriptor)로 구성된 계층 구조를 사용하여 데이터를 표현합니다.
활용 사례
- 웨어러블 기기: 스마트워치, 피트니스 밴드
- 의료 기기: 혈당 측정기, 산소포화도 측정기
- 스마트 홈: 스마트 도어락, 조명 제어, 온도 센서
- 비콘(Beacon): iBeacon, Eddystone를 활용한 위치 기반 서비스
- 산업 IoT: 원격 모니터링 센서, 자산 추적
장점과 단점
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 매우 낮은 전력 소비 | 데이터 전송 속도가 낮음 |
| 간편한 연결 및 설정 | 대용량 데이터 전송에 부적합 |
| 널리 지원되는 생태계 | 전자파 간섭 가능성 있음 (2.4GHz 공유 대역) |
| 저렴한 하드웨어 구현 가능 | 연결 거리 제한 있음 (기본 모드 기준) |
참고 자료 및 관련 문서
- Bluetooth Special Interest Group (SIG). (2016). Bluetooth Core Specification v5.0
- Nordic Semiconductor. Bluetooth Low Energy: A Comprehensive Guide
- Bluetooth.com 공식 사이트
- 관련 기술: Zigbee, Thread, NFC, LoRa
BLE는 지속적인 표준 개선을 통해 성능과 범위를 확장하고 있으며, 향후 Bluetooth 5.4, LE Audio 등 새로운 기능 도입으로 더욱 다양한 응용 분야에서 핵심 기술로 자리매김할 전망입니다.
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