블루투스 근거리무선통신 기술 활용

2014. 12. 11. (hwalkim@daum.net)

C = B log₂(1 + S/N)

C : 채널 량 [bps]B : 대역폭 [Hz]S : 신호전력

N : 잡음전력

Edison(1847-1931)

Tesla(1856-1943) Edwin H. Armstrong(1890-1954)

David Sharnoff(1891-1971)

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목 차

• 무선통신의 원리

• IEEE 근거리 통신기술

• 근거리 무선통신 기술 비교

• 블루투스란?

• 블루투스 인증제도, 법령

• 블루투스 RF

• 블루투스 로토콜 스택

• 블루투스 로 일

1. 블루투스 개요

2. 블루투스 기술

3. 블루투스 활용 • 블루투스 통신망

• 블루투스 모듈 활용

• 블루투스 비콘 활용 사례

• 블루투스 활용 로그래

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1. 블루투스 개요 - 무선통신의 원리

파 역사

- 1820 스 드( ) 발견

- 1825 앙페 (프) 계 수식

- 1831 패러 ( ) 도 법칙 발견

- 1864 맥스웰( ) 파 재 언

- 1887 헤 츠(독) 파 발생 실증

- 1897 마 코니( ) 무 신 치

1법칙 : 체적전하밀 / 전 = ρ/ε= div E = ▽·E

하 는 발산 또는 수 하는 한다.

2법칙 : 전 밀 = J = curl H = ▽ x H

(운동하는 하 또는 변동하는 )는하는 한다.

3법칙 : 0 = div H = ▽·H

단극 재하지 않는다.

4법칙 :

-투 (∂H/∂t) = -μ(∂H/∂t) = curl E = ▽ x E

변 는 하는 한다.

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1. 블루투스 개요 - 무선통신의 원리

공간 파 실

열

- 수신 내 에는 항상 열 재함

- 열 밀도 = N0 = kT [W/Hz]

- 실 (T=290 K)에 , N0 = 4 x 10-21 [W/Hz]

= 10 log kT = -174 [dBm/Hz])

- 수신감도 = 열 밀도 x 수신 역폭 x 지수

안 나 득

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1. 블루투스 개요 - IEEE 근거리 통신기술

Active working groups Inactive or disbanded working groups

802.1 Higher Layer LAN Protocols Working

Group

802.3 Ethernet Working Group

802.11 Wireless LAN Working Group

802.15 Wireless Personal Area Network

(WPAN) Working Group

802.16 Broadband Wireless Access Working

Group

802.17 Resilient Packet Ring Working Group

802.18 Radio Regulatory TAG

802.19 Coexistence TAG

802.20 Mobile Broadband Wireless Access

(MBWA) Working Group

802.21 Media Independent Handoff Working

Group

802.22 Wireless Regional Area Networks

802.2 Logical Link Control Working Group

802.4 Token Bus Working Group

802.5 Token Ring Working Group

802.7 Broadband Area Network Working

Group

802.8 Fiber Optic TAG

802.9 Integrated Service LAN Working

Group

802.10 Security Working Group

802.12 Demand Priority Working Group

802.14 Cable Modem Working Group

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1. 블루투스 개요 - 근거리 무선통신 기술비교

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1. 블루투스 개요 - 블루투스란

역사

- 1994 에릭슨 연 시

- 1998 BlueTooth SIG 결

- 1999 7월 Ver. 1.0, 12월 Ver. 1.0B 발

- 2002 Ver. 1.1

- 2003 Ver. 1.2 : AFH 능, 2005 승

블루 스 술 고, 한 가격, (100mW 하) 근거리 .수신 동 바스(Mobile device)에 직 또는 PC카드 같어 통해 탑재하여 무 경 공함

• 2.4GHz 역 ISM(Industrial Scientific Medical) 역 (2.402GHz ~ 2.480GHz)

• 1Mbps 전 (실제 723kbps)

• 간 방 한 주 수 핑 방식 (79/23 hop, 1600 hop/sec)

• 저 비전 ( 상태 0.3mA, 수신시 최 30mA)

• 전 거 10m 및 Option 100m 가능

• Class 1,2,3 신 워 (각 100mW, 2.5mW, 1mW)

• 변조방식 : GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

• 3채널 Voice 원 (A-Law, u-Law PCM, CVSD)

• Point to Point, Point to Multi 방식 연결 가능

V1.0B Bluetooth

- 2004 Ver. 2.0 + EDR : 최 3Mbps

- 2007 Ver. 2.1 + EDR

- 2009 Ver. 3.0 + HS : 최 24Mbps, PAL

- 2010 Ver. 4.0 : BLE

- 2013 Ver. 4.1 : IoT

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1. 블루투스 개요 - 블루투스 인증제도, 법령

내 블루투스 식등 술 - 무 비규칙

⑴ 신공 그 절 득 6 시벨(dBi) 하 것. 다만, 고정 점 점 신 무 비는 20 시벨(dBi) 하 것

⑵ 주 수허 차는 50×10-6 하 것

⑶ 발사는 주 수 주 수에 100㎑ 해역폭 측정하 -30dBm 하 것

⑷ 신공 계에 전 에 공 는 전 주 수핑 역(단 ㎒) 나눈 값 3㎽ 하 것

⑸ 핑채널당 점 주 수 폭 5㎒ 하 것

⑹ 핑채널 첩 않는 15개 상 것

⑺ 핑순 는 사랜 고 전체 핑채널에 하여균등하게 핑하는 것 것. 다만, 반 감 능

가한 비 반 감 에 해 핑하 않채널에 하여는 함

⑻ 하나 핑 채널에 체 시간(Dwell Time)0.4초 내 것

블루투스 제품

로고 인증 국가별 식승인

로고 획득 상품 매허가

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 RF

Flash MemoryRF

Baseband

물 적 조

변조방식 : FSK 주파수 : 2.4GHz ISM 대역 사용

송신 파워 클래스

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 RF

스펙트럼 확산 방식 : FHSS, 1600 h/s

스 트럼 산(Spread spectrum)

- 주 수, 시간, 등 다양한 방법 스 트럼 할하여 산시

- 보낼 시 는 여러 나뉘어져 할 스 트럼에 실어 전

주 수 할 스 트럼 산(주 수 핑 스 트럼 산)

- 스 트럼 다 주 수, 채널 할

- 하나 택 채널 전 하고 다 다 채널 해 전

( 시 사 가능한 주 수 스 트럼 해 산)

- 시 수신 는 채널에 한 핑 알아야 하 각각 받 전한 시 조합

점

- 라 주 수 간 적 (주 수 변 )

- 충돌 발생시 해당 전

- 신 수신 만 주 수 핑 알고 므 보안 정 가 높

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜 스택

* 별도 호스트 존재하지 않음

스트 컨트 러 : 블루투스

스트 컨트 러 프 : 베 스밴드(Baseband), 매니저(LM), HCI Bottom 정개 프 웨어(Firmware) 태 내 에 포함

스트 : 스트 컨트 러 연결 어 블루투스 제어하고 어플 수행하는 곳보 PC, 스 트폰, ( 베 드 시스 경 ) 프

스트에 포함 는 프 : HCI Top 그 상 계층 프 해당(L2CAP, RFCOMM, SDP, TCS, OBEX)

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜 스택

PC

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜 스택 베이스밴드

물 채널 정 하고 에 한 핑(Hopping) 담당채널 정 , 핑 시 스 택, 슬 해 하는 시 할 방식(TDD:Time-Division Duplex)

정SCO : 주 적 약 슬 해 하는 방식 주 채널에 사ACL : 약 슬 사 하 않고 하는 , 반 채널에 사

정 하고 생Access Code, Header, Payload 고, 컨트 , ACL , SCO 나뉨

각 3종 드 , FEC 방식, CRC 여 등에 라 나누어짐최고 DH5 , 비 칭 드 최고 723.3kbps, 칭 드 는 최고 433.9kbps 냄

에러 정정(Error Correction) 및 에러 검출(Error Checking)에러 정정 방법 1/3 rate FEC, 2/3 rate FEC, ARQ 가 그 사 종 에 라 다

전 (Retransmission) ACL 에 만 가능하 , SCO 에 는 전 루어 않에러검출 액 스 드( 신 피 넷 ), 헤 (HEC), 드(CRC방식) 각각에 해 루어짐

상 어들과 스 한 논 채널(Logical Channel) 정LM, L2CAP, Voice 어 등과 접 스 할 수5개 논 채널 정하여 LC(Link Control), LM(Link Manager) L2CAP, SCO( Voice) 등과 스가 가능함

채널 컨트스 슬 브 사 에 커넥 루어 고 피 넷 는 과정

채널 스 제공, 보안(Security) 과정 담당

Inquiry : 주 에 연결할 수 는 블루투스 바 스 찾고 할 사2개 바 스가 처 연결할 만 수행, 비 적 시간

paging 주 에 연결할 수 는 블루투스 바 스 찾아내 어드 스럭(Clock) 정보 등 핑 시 스 동 하 실제 커넥 수행

마스터 슬 이브

Inquiry Inquiry Scan

Inquiry ResponsePage

Page Scan

ResponseResponse

ConnectionConnection

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜스택 논리 채널

Logical channel- 블루투스는 5개 logical channel 사 하여 다양한 종 정보 전 함

- Logical channel User Channel과 Control Channel 어

- User Channel 및 비스 한 채널 3가 종 가

Synchronous Data (동 ) Channel

Isochronous Data (등시 ) Channel

Asynchronous Data (비동 ) Channel

- Control Channel 신 전 및 동 에 사 2가 종 가

Link Control (LC) Channel

Link Manager (LM) Channel

AccessCode

Header Payload

0-2745 bit payload

Data Fieldbody

Voice Fieldbody

User Channels Control Channel

SCO : 에 사 는 칭 방식- 점- -점 연결 제공- 채널에 정한 간격 연 개 슬 약함- 한 개 슬 브 만 주고받 수

ACL : 칭 또는 비 칭, - 점- -다점 연결 원- Master 닛 ACL연결 제어하 해 폴 법 사- 한 스 에 여럿 슬 브에 전달 가능

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜스택

LM(Link Manager) LMP 시정, 커넥 상태(Park, Sniff, Hold) 정, (key)나 암 (Encryption) 등 보안 정 등

RF 및 접 제어하는 곳 베 스밴드 나, 만약 같 정 트 바 스에게 및 제어 수행하고 트 바 스 상태에 한 정보 얻 한 별 신 수단

LMP(Link Manager Protocol)

블루투스 치간 Set-up

과 암

Baseband 제어

전원 드 연결 상태 제어

HCI(Host Controller Interface)

블루투스 과 스 방법 정

L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol)

논 적 연결 생 , 연결시 전

상 계층 프 에 Connection-oriented, Connectionless 비스 원

최 64kb L2CAP 전 원

SDP(Service Discovery Protocol)

블루투스 치가 제공하는 비스 종 검색할 수 는 방법에 한 프

원래 GSM폰 티플 (Multiplexer) 해 고안, RS-232 9핀 시 얼 포트 에뮬 하는 역할무 헤드 나 랜 액 스 포 트 반 는 시 얼 포트 프 (Profile)에 RFCOMM 사

RFCOMM

2. 블루투스 기술 - 블루투스 로토콜스택

HCI(Host Controller Interface)

- 블루투스 과 주고받는 포맷과 절차 정

- 하드웨어

HCI 종

Command : 스트에 스트 컨트 러 전달 는

Event : 스트에 보내는 커맨드에 한 결과나 상태변

Data : ACL, SCO 전

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Event

Command

SCO Data

ACL Data

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2. 블루투스 기술 - 블루투스 로 일

프 : 특정 블루투스 어플 제 할 종 개발 런스 역할 함블루투스 시 고 상 고, 블루투스 어플 하고 개발 업체 무 하게 하 함

블루투스 적 어플 무 헤드 나 랜 액 스 포 트 초가동 동 (Automatic Synchronization: ,주 ,스 등 동 상태에 동 하

는 것) 한 Synchronization Profile 역시 Serial Port Profile 반 함

Serial Port Profile

든 프 초가 는 가 본 는 프블루투스 바 스가 연결할 바 스 발견하고, 커넥 하여 정하는 방법과 에 보안(Security)에 한 내 규정

Generic Access Profile

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3. 블루투스 활용 - 블루투스 통신망

스 슬 브

- 스 : 연결 시 하는- 슬 브 : 연결 당하는- 스 역할 : 주 수 핑 (주 )과 핑 순 ( 럭 ) 제어

피 넷(piconet)

- 스 7개 (active) 드 슬 브 255개 (park) 드 슬 브

- 스 -슬 브 계는 low level 신에 고 ( 반적 는 peer 동 )

- 각 피 넷 다 피 넷과 다 주 수 핑 시 스 식별 고,같 피 넷에 한 든 사 는 핑 시 스에 동

스캐 넷

- 2개 상 피 넷 , 100개 피 넷 연결 가능- 슬 브는 time-division 방식 다 피 넷에 참가 가능- 하나 피 넷 스 는 다 피 넷 슬 브가 수

Piconet A

Piconet BSlave 1

Master

Slave 2

Master

Slave 1

Scatternet

블루투스 치 주 : 48비트 MAC 주 에 해당BD_Addr [47:32] – NAP[15:0] : 암 엔 열 LFSR 초BD_Addr [31:24] – UAP[7:0] : HEC, CRC 계산 초 하고 주 수 핑에 사BD_Addr [23:0] – LAP[23:0] : 동 어 생 과 주 수 핑에 사

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3. 블루투스 활용 - 블루투스 모듈 활용

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3. 블루투스 활용 - 블루투스 비콘 활용사례

- 걸어 또는 차에 채 주변 나가는 사람들에게 할 쿠폰 전 하거나 고 할 수 다.

- 건물 출 제 사 할 수 다. 승 받 사 가 접근하 문 열 는 것 다. 철저히 보안 하고 싶다 , 아 폰에 문 스캔하 할 수 다.

- 정밀한 스 (Passbook) 능 한다. 치 악해 알 띄어주는 것 다.

- 특정 박물 나 시 전체에 해 하고 체적 정보 휴 폰 나 태블 에 전 하는 안내 사 할 수 다.(단, 아 비 특정 에 배치해야 한다).

- 에 할 수 다. 거 나 볼거 에 한 출 하는 다. 무 해 신 하게 내 상점 할 수 다.

- 시각 애 비 한 애 가 건물 내 에 찾는 할 수 다.

- 프 비스 방식 결제 가능하다. 고객 에 착 라벨 휴 폰 스캔해 결제하고 산 물건 들고 가게 나갈 수 다.(해당 난 알 는 경고 알람 다).

iBeacon 사

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3. 블루투스 활용 - 블루투스 활용 로그래

-

AT Command에 한 프 그래밍 : 별 료 참조

스 트폰 BT 프 그래밍

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블루투스 근거리무선통신 기술 활용