Dev - Bluetooth란?

안녕하세요 Diana 입니다.

 

요즘 일상생활에서 Bluetooth 디바이스가 많이 사용되는데요.

에어팟, 키보드, 마우스 등의 디바이스 뿐만 아니라 차량 내부의 carplay 또는 애플의 에어태그 또한 Bluetooth를 사용합니다.

그럼 Bluetooth는 대체 무엇일까요?
오늘은 Bluetooth의 개념과 iOS에서 Bluetooth를 다루는 프레임워크인 CoreBluetooth에 대해 알아보겠습니다.

 

 

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✅ Bluetooth란?

Bluetooth는 근거리에서 디바이스 간 데이터를 무선으로 교환하거나, 개인 통신망(Personal Area Network, PAN)을 구성하기 위해 사용되는 근거리 무선 통신 기술입니다.

주로 스마트폰, 태블릿, 노트북과 같은 모바일 디바이스와 이어폰, 스피커, 키보드, 센서, IoT 기기 등 다양한 주변 기기 간의 통신에 활용됩니다.

 

Bluetooth 기술은 Bluetooth SIG(Special Interest Group) 라는 국제 표준화 단체에서 관리하고 있습니다.

• Bluetooth 규격은 SIG에서 정의 및 관리
• SIG 인증을 받은 디바이스라면
  • 서로 다른 제조사에서 제작되었더라도 동일한 Bluetooth 규격을 기반으로 상호 운용(Interoperability) 가능

이로 인해 특정 제조사에 종속되지 않고, 다양한 디바이스 간 연결이 가능하다는 장점을 가집니다.

 

Bluetooth는 일반적인 PAN 기술과 마찬가지로 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역을 사용합니다.

• 전 세계적으로 라이선스 없이 사용 가능한 대역
• Wi-Fi, 무선 키보드/마우스 등 다양한 무선 기술과 공유
• 간섭을 줄이기 위해 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식을 사용
• Bluetooth는 5GHz 대역을 사용하지 않습니다.

Bluetooth는 지속적으로 버전 업그레이드를 거쳐 왔으며, 이 중 Bluetooth 4.0은 Bluetooth 기술의 큰 전환점이 된 버전입니다.

Bluetooth 4.0부터는 하나의 규격 안에 세 가지 동작 모드가 정의되었습니다.

1. Classic Bluetooth

Classic Bluetooth는 기존의 전통적인 Bluetooth 방식입니다.

• 페어링(Pairing)이 필수
• 비교적 높은 전송 속도
• 오디오 스트리밍 및 연속 데이터 전송에 적합
• EDR(Enhanced Data Rate) 지원

2. Bluetooth Low Energy (BLE)

BLE(Bluetooth Low Energy) 는 Classic Bluetooth의 높은 전력 소모 문제를 보완하기 위해 도입된 모드입니다.

• Bluetooth Smart라고도 불림
• 저전력 통신에 최적화
• 짧은 데이터 전송을 빠르게 수행
• 페어링은 필수가 아닌 선택 사항
• 센서 기반 디바이스에 적합

3. High Speed Bluetooth

High Speed Bluetooth는 Bluetooth와 Wi-Fi를 결합한 방식으로,
대용량 데이터 전송을 목적으로 설계되었습니다.

 

이 세 가지 모드 중에서도, 저는 저전력 통신을 핵심으로 하는 BLE(Bluetooth Low Energy) 에 대해 구조와 개념을 중심으로 자세히 살펴보겠습니다.

 

✅ BLE(Bluetooth Low Energy) 란?

BLE(Bluetooth Low Energy)는 기존 Bluetooth Classic 대비 훨씬 낮은 전력 소모로 동작하도록 설계된 무선 통신 기술입니다.
이러한 특성 덕분에 작은 배터리로 장시간 동작해야 하는 디바이스에 적합하며, 다음과 같은 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

• 헬스 및 피트니스 디바이스 (심박 측정기, 활동량 측정기 등)
• Home IoT 디바이스 (온습도 센서, 스마트 조명, 스마트 도어락 등)
• 위치 추적 디바이스 (AirTag와 같은 트래커)

BLE를 이해하기 위해서는 아래의 핵심 개념들을 먼저 알아둘 필요가 있습니다.

1. Central

Central은 BLE 통신에서 연결을 주도적으로 시작하는 역할을 담당하는 디바이스입니다.
일반적으로 스마트폰, 태블릿, PC 등이 Central 역할을 수행합니다.

• 주변의 Peripheral 디바이스를 Scan(검색) 합니다.
• 특정 조건(이름, UUID 등)에 맞는 Peripheral에 연결을 요청합니다.
• 연결 이후에는 Peripheral이 제공하는 데이터를 읽거나(Read),
  설정 값을 쓰거나(Write),
  변경 사항을 구독(Notify / Indicate) 합니다.

개념적으로는 Client 역할과 유사합니다.

2. Peripheral

Peripheral은 Central의 요청을 받아 데이터를 제공하는 디바이스입니다.
센서, 액세서리, IoT 기기 등이 여기에 해당합니다.

• 자신의 존재를 알리기 위해 Advertising(광고 패킷 송신) 을 수행합니다.
• Central이 연결하면, 미리 정의된 데이터 구조(Service / Characteristic)를 통해 데이터를 제공합니다.
• 예시:
  • 심박수 측정기
  • 온·습도 센서
  • 스마트 체중계
  • BLE 기반 액세서리

개념적으로는 Server 역할과 유사합니다.

3. GATT(Generic Attribute Profile)

GATT는 BLE에서 데이터를 교환하기 위한 표준화된 규칙과 구조를 정의한 프로파일입니다.

• BLE 연결 이후, 어떤 데이터가 어떤 구조로 교환되는지를 정의합니다.
• 모든 표준 BLE Profile은 GATT 기반으로 동작해야 합니다.
• GATT는 내부적으로 ATT(Attribute Protocol) 를 전송 프로토콜로 사용하여
  디바이스 간 데이터를 주고받습니다.

즉,

• ATT: 실제 데이터를 주고받는 저수준 프로토콜
• GATT: ATT 위에서 동작하며, 데이터 구조와 접근 방식을 정의

Central과 Peripheral은 GATT 규칙에 따라 Service와 Characteristic을 탐색하고 데이터를 교환합니다.

 

GATT에 대해서는 다음에 더 자세히 다뤄보도록 하겠습니다.

4. Service

Service는 BLE에서 관련된 Characteristic들의 논리적인 묶음을 의미합니다.

• 하나의 기능 단위를 나타냅니다.
• 각각의 Service는 고유한 UUID를 가집니다.
• 예시:
  • Heart Rate Service
  • Battery Service
  • Device Information Service

Central은 연결 후 Peripheral이 제공하는 Service 목록을 탐색하여 어떤 기능을 지원하는지 파악합니다.

5. Characteristic

Characteristic은 실제로 데이터를 담고 있는 최소 단위입니다.

• 하나의 Characteristic은 다음 요소들로 구성됩니다.
  • UUID
  • Value (실제 데이터)
  • Properties (Read / Write / Notify / Indicate 등)

Central은 Characteristic을 통해 데이터를 읽고, 쓰고, 변경 알림을 수신합니다.

6. Profile

Profile은 특정 사용 사례에 맞게 정의된 Service와 Characteristic의 전체 집합을 의미합니다.

• 디바이스 간 호환성을 보장하기 위한 상위 개념
• 데이터는 문자열이 아닌 UUID 기반으로 식별됩니다.
• 두 가지 형태로 존재합니다.
  1. 표준 Profile
     • Bluetooth SIG에서 정의
     • 예: Heart Rate Profile, Battery Profile
  2. 사용자 정의(Custom) Profile
     • 제조사나 서비스에 맞게 자유롭게 정의

Profile을 통해 서로 다른 제조사의 디바이스라도 동일한 규격의 데이터 교환이 가능해집니다.

 

글이 생각보다 길어진 관계로 iOS에서의 BLE와 Corebluetooth에 대한 내용은 다음 글에서 다루도록 하겠습니다.

감사합니다.

 

https://seosh817.tistory.com/415#google_vignette

https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

https://www.youtube.com/watch?v=lslot4B_4y0