Bluetooth 5.0의 새로운 기능

블루투스는 약 20년 동안 사용되어 왔으며 v1.0의 첫 번째 릴리스 이후로 버전 1.2, 2.0, 2.1, 3.0, 4.0, 4.1, 4.2 및 마지막으로 2016년 12월에 출시된 버젼 5까지 각각 중요한 개선 및 이점을 가져 왔습니다. 가장 중요한 점은 버전 4.0이 BLE (Bluetooth Low Energy) 또는Bluetooth Smart (Bluetooth 5 발표에 따르면 Bluetooth SIG가 Bluetooth Smart 사용을 제거하기 위한 브랜드 지침을 변경했다는 사실에 주목할 가치가 있음)입니다. 원래 BLE는 저전력, 저 대역폭 상태 정보를 목표로 하고 있었으므로 가능한 적은 에너지로 소량의 데이터를 무선으로 전송하는 것이 주요 용도였으므로 오디오 기능이 부족했습니다. 이 새로운 무선 장치는 초당 1M 심볼의 데이터 속도를 제공했지만 L2CAP 및 GATT와 같은 프로토콜의 오버 헤드로 인해 실제 데이터 속도는 최대 250kbps였습니다. 기기 OEM은 원격 디스플레이 또는 데이터로 스마트폰/태블릿 주변에 구축된 수많은 배터리 구동 장치에 대한 단거리 무선 연결성을 향상시키기 위해 노력했으므로 "IOT (Internet of Things)"가 발전하게 되었습니다.

■ Bluetooth 5의 모든 주요 개선 사항은 BLE 라디오를 위한 것이며, Bluetooth Classic 라디오와 관련된 새로운 기능은 없습니다.

■ 블루투스 5 코어 사양은 현재 이용 가능하지만 실리콘, 스택 및 궁극적으로 모듈 공급 업체가 새로운 블루투스 5 기능을 활용하기 위해 필요한 모든 하드웨어, 소프트웨어 및 테스트 도구를 갖추기까지 상당한 시간이 걸립니다.

■ 블루투스 5 연결을 위해서는 스마트폰이나 태블릿을 사용하는 경우, 지원하고 인증을 받은 장치가 대량 판매되기 전에 다소 시간이 걸릴 것입니다.

블루투스 5는 BLE 라디오 PHY에 대한 여러 가지 향상된 기능과 +10에서 +20dBm의 최대 송신 전력 증가를 통해 범위 및 속도면에서 IoT 애플리케이션에서 오는 기대를 충족시킬 것으로 보입니다. 어떤 의미에서는 한 개의 새로운 무선 PHY가 훨씬 더 많은 범위를 제공하지만 데이터 전송 속도는 낮아지고 다른 새로운 PHY는 2배의 속도 향상을 제공하여 무선 사용 시간이 대략 절반이므로 대량 데이터의 효율적인 전송을 제공합니다. 블루투스 5는 이미 광고 채널을 통해 오디오 (또는 동기 데이터)를 방송할 수 있는 가능성에 대한 조항을 마련하고 있지만, 향후 버전에서 잠재적으로 도입될 예정인 Audio over BLE (현재의 블루투스 클래식과 유사, BT v4.0 이전의 블루투스 사양의 오디오 기능으로 정의됨)의 잠재적인 도입을 위한 토대를 초고속 PHY는 제공합니다.

2배의 데이터 속도

블루투스 5는 'LE 2M'이라 불리는 새로운 무선 PHY를 도입하여 일반 BLE 데이터 전송률을 초당 2M 심볼로 두 배로 늘림으로써 무선 링크를 통해 전송된 동일한 데이터가 전작과 비교하여 Bluetooth 5에서 절반의 시간이 소요됨을 의미합니다. 즉, 라디오가 데이터를 전송하는데 더 짧은 시간동안 작동하여 전력 소비를 줄여 배터리 수명을 늘릴 수 있다는 큰 이점을 제공합니다.

LE Long Range

블루투스 5는 초당 1M 심볼인 'LE Coded'라 불리는 2번째 새로운 무선 PHY를 추가로 도입했지만 125kbps 또는 500kbps의 낮은 패킷 코딩 조합을 사용합니다 (FEC와 확산 계수 2또는 8을 모두 사용하는 비트 중복성) 및 최대 TX 전력이 +20dBm으로 증가하여 범위가 4배 증가할 수 있습니다. 광고 및 데이터 패킷 모두에 사용할 수 있습니다.

이 기능의 장점은 건물에서 무선 신호의 보급률이 높아지므로 제품 설계자는 예를 들어 사양 4.2 버전에서 도입된 향상된 보안 기능과 결합하여 보다 나은 가정용 자동화 제품을 만들 수 있다는 것입니다.

전력 소비면에서 이 패킷은 약 2~8 배 긴 지속 시간을 가지며 최장 16밀리 초이므로 동일한 양의 데이터를 전송하기 때문에 소비 전력이 증가하므로 배터리 수명이 현저히 단축됩니다.

LE 광고 확장

BLE (BT v4.x 이후)은 2.4GHz 대역에서 작동하며 각 2MHz 폭의 40개 채널로 구성됩니다. 40개 채널중 3개는 광고 전용이며 나머지 37개 채널은 데이터 연결용으로 할당됩니다. 광고 채널에서 광고주는 20밀리초 미만의 간격으로 패킷을 광고할 수 없으며 일반적으로100밀리초 이상을 보게 됩니다. 데이터 채널에서 장치는 7.5밀리 초의 속도로 패킷을 전송할 수 있으므로 광고 패킷으로 브로드 캐스팅할때 얻을 수 있는 것보다 높은 처리량을 얻을 수 있습니다.

광고할때 동일한 데이터가 핑/핑/핑 (Ping/Ping/Ping) 방식이라고 부르는 세 광고 채널을 통해 연속적으로 신속하게 광고됩니다. 광고 패킷 (기본 광고 패킷이라고도 함)에는 31옥텟보다 길 수 없는 데이터가 들어 있습니다.

블루투스 5의 향상된 기능으로 광고 패킷을 데이터 채널로 전송할 수 있습니다 (사양에서는 "보조 광고 채널"이라고 표시함). 이러한 데이터 채널의 각 패킷은 255옥텟까지 가능하며 데이터 연결과 같이 최소 7.5밀리초 간격으로 전송할 수 있습니다.

Bluetooth 5 사양보다 오래된 기존 BLE 장치가 혼동되지 않도록 새로운 기본 광고를 정의했습니다. 이 기본 광고에는 헤더 값이 있어서 기존의 기본 광고 채널중 하나에서 볼때 구형 장치가 이를 무시합니다. 이 새로운 기본 광고는 데이터 채널에서 보조 광고 패킷의 체인에 대한 포인터로 사용됩니다.

간단히 말하면, 기존의 광고 패킷에 대해 정의된 광고 데이터 (AD) 요소가 아닌 새로운 기본 광고 패킷의 페이로드를 고려해야 하지만, 다음을 포함하는 "일반 확장 광고 페이로드"라는 새로운 유형의 페이로드를 생각해보면, 데이터 채널 번호 및 이 주광고 패킷으로부터의 시간 오프셋을 포함합니다. 기본적으로 이 광고의 수신자는 데이터와 추가 링크/체인 패킷에 대한 포인터 정보가 포함된 연결된 광고를 언제 어디서 청취 할 것인지 정확히 알 수 있습니다. 여기서 체인 패킷수는 1500바이트를 넘는 광고 데이터를 전달하는데 필요한 만큼 많습니다 (개별 패킷마다 255바이트를 초과할 수 없음).

데이터 채널에서 이러한 연쇄 광고 패킷은 애플리케이션이 데이터가 분할되는 방식에 대해 걱정할 필요가 없다는 것입니다. BLE 소프트웨어 스택은 하나의 긴 데이터 버퍼를 수용하는 API를 제공 할 것이며, 데이터 채널을 결정하고 데이터가 언제 전송되는지를 가정하는 것이 합리적입니다. 반대로, 수신 장치의 BLE 스택은 모든 데이터를 대조하여 완전히 수신된 경우 애플리케이션에 제공할 것입니다.

이러한 유형의 향상된 광고 유형에는 오디오와 같은 동기식 데이터 전송이 포함됩니다. 유스 케이스는 예를 들어, 박물관에서 전시회와 관련된 오디오 방송 또는 코치의 여행 가이드의 해설일 수 있습니다. 이 경우 새로운 기본 광고는 보조 패킷을 가리키고, 보조 패킷은 알려진 종료 싯점에 있는 패킷의 "연결없는" 블록를 차례로 지정합니다. 종료 정보 및 액세스 어드레스 코드는 수신 장치가 오디오 스트림을 "튜닝"할 수 있게 하는 보조 패킷에 의해 제공됩니다.

보시다시피 기본 광고 채널은 정기적인 간격으로 반복됩니다. 이렇게 하면 새 수신기가 보조 패킷의 정보를 선택하여 오디오를 항상 조정할 수 있습니다. 이것은 메인 광고 채널에서 기본 채널을 사용하여 위치합니다. 이 Bluetooth 5 기능 향상에 대한 좋은 점은 무선 하드웨어의 변경 요구 사항이 없다는 것입니다. 기본적으로 칩셋 제조업체는이 기능을 제공하기 위해 업데이트된 스택을 제공해야 합니다.

결론적으로, Bluetooth 5는 기존 및 향후 모듈에서 고객에게 제공할 수있는 상당한 새 기능을 제공합니다.