블루투스란 무엇일까? 그 유래와 작동 원리, 각 버전들을 알아보자.

컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 기기에 연결되는 마우스, 키보드, 스피커를 비롯해 스마트 워치, 밴드, 자동차, 이어폰등등 두루두루 이용되고 있는 블루투스(Bluetooth). 우리 생활에 아주 밀접하여 자주 들어봤지만 정작 블루투스가 정확히 뭔지 모르고 넘어가는 경우가 많다. 그래서 준비해 보았다.
블루투스란 대체 무엇이고, 블루투스 유래와 현재 버전은 어디까지 나왔는지 등등을 지금 바로 알아 보도록 하자.

블루투스란 무엇일까?

블루투스(영어: Bluetooth, 또는 줄여서 BT)란 연결 케이블 없이 전파를 이용하여 데이터를 주고 받는 근거리 무선 통신 규격을 말한다. 주로 음성 정보 및 문자 정보등의 디지털 정보를 낮은 속도의 무선 통신으로 주고 받는 용도로 이용된다.
산업-과학-의료(Industry-Science-Medical) 등에 쓰이는 주파수 대역을 ISM 대역(ISM band)이라고 하는데, 
이 대역에 포함되는 2400~2.485GHz의 극초단파 UHF(Ultra High Frequency) 전파를 이용하여 
전자 장비 간의 짧은 거리의 데이터 통신 방식을 규정한 것이다.

출처 : 블루투스 로고

블루투스 그 시작, 유래는?

1994년 에릭슨의 사내 프로젝트로 개발을 시작하였다.(여기가 최초 시작점이다.)
1998년 에릭슨을 포함한 인텔, 도시바, IBM, 노키아까지 5섯개의 회사가 프로모터로서 규격의 책정에 참여 Bluetooth SIG를 설립하였고 Bluetooth라는 이름을 발표하게된다.

블루투스란 이름은, 1997년 인텔 출신의 Jim Kardach 라는 시스템 엔지니어가 제안한 것이다. 
그는 Frans G. Bengtsson의 역사 소설 The Long Ships을 읽고 있었는데, 그 책은 바이킹과 하랄드 블라톤 국왕의 관한 글이 적혀있다.  국왕의 이름은 덴마크의 하랄드 블라톤(Harald Blatand)이었는데 Blatand를 영어식으로 번역한 단어가 바로 블루투스(Bluetooth)라고 한다.
국왕은 10세기 경 처음으로 노르웨이와 덴마크를 통합한 인물로 그가 스칸디나비아를 통일했던 것처럼 '여러 무선 통신 규격을 통합하겠다'는 염원이 담았다고 한다.  블루투스의 로고는 북유럽의 룬문자인데 이 역시 하랄드 블라톤 국왕의 이름의 앞글자 Runic letter ior  (H)와 Runic letter berkanan (B)를 조합해서 만들어진 것이다.
참고로 국왕의 별칭은 '파란 이빨의 왕'이었다.

현재는 프로모터 기업으로 에릭슨, 인텔, 도시바, IBM, 노키아, 마이크로소프트, 모토로라, Nordic Semiconductor, 애플 총 9개회사가 참가했다.(루센트 테크놀로지과  3COM는 빠졌다.)

출처 : 왼쪽 블루투스 로고 / 오른쪽 킹 Harald Gormsson

Bluetooth SIG란?

Bluetooth SIG(Bluetooth Special Interest Group)란 규격의 개발을 감시하고 규격 인증 프로그램 관리 및 트레이드마크의 보호를 관장하는 역할을 한다. 신규 제품을 제조할 경우, 블루투스 장비로 인정받기 위해 SIG 표준 규격을 만족해야한다.  이 그룹 멤버에는 가전, 컴퓨터, 전기통신, 네트워크 등의 분야의 3만 이상의 기업들이 가입되어 있다.

블루투스 작동 원리는?

블루투스 작동 원리는 우선 송신된 데이터가 패킷으로 분할 된다. 분할 된 각 패킷은 지정되어있는 79개의 블루투스 채널들 중 하나로 전송되는 형식이다.
그런데 하나의 연결된 채널에만 고정적으로 사용하는 방식이 아니다. 블루투스는 주파수 도약 기술을 사용한다. 이 기술로 채널 사이를 랜덤하게 도약하는데, 기준도 있다.
전송된 채널에 혼선이나 잡음등이 강하게 일어나 문제가 발생시 이를 감지하고 적응형 주파수 도약 기술을 사용하여 문제가 된 특정 채널을 제외시킨다. 그리고 다른 채널로 바꾸어 동작하는 형태다.
이런 일련의 동작들은 초당 1600번씩 채널들을 지속적으로 바꿔가면서 계속 지속된다.

주파수 범위는 블루투스 4.0 이후로 40개의 채널에 2MHz의 간격을 사용한다. 
2402~2483.5MHz 범위 안에서 동작하는 것이다.
블루투스 이전 버전은 각 채널이 1MHz의 대역폭을 가졌었다.

『블루투스 각 버전』

 

블루투스 1.0/1.0B

1999년 7월 26일에 1.0 버전이 등장했다. 1.0은 가장 초기에 나온 버전이다.
초기에 나오만큼 문제점이 많았다. 여러 제조사들이 제품 간의 상호 호환성을 구축하는데에 많은 시행착오를 거치기도한 시점이다.

블루투스 1.1

2002년에 나왔다. 1.0B의 많은 시행착오를 겪어 꽤 개선되었으며 802. 15. 1 IEEE 표전으로 승인도 되었다.
RSSI(Signal Strength Indicator)를 수신받을 수 있게 되었고, non-encrypted channels(비 암호화 채널)도 지원하게 된다.

블루투스 1.2

2003년 11월에 1.2 버전이 업그레이드 되어 발표되었다.
접속시간을 줄였고 근거리 주파수 간섭을 개선했다. 전송 신호의 품질 손실을 막는 eSCO(Extended Synchronous Connections)라는 기술이 추가된다.
전송속도는 1.1버전과 차이가 없는 721kbit/s이다.

블루투스 2.0 + EDR

2004년 11월 1년만에 새로운 버전이 발표된다. 
EDR(Enhanced Data Rate)이란 빠른 데이터 전송을 의미한다. 주된 향상점이었다. 
3.0Mbit/s의 향상된 데이터 속도를 지원하게 되어, 평균 3배, 최대 10배의 데이터 전송 속도(Data Transfer Rate)가 향상되었다고 하지만 실제 전송 속도 2.1Mbit/s로 나와 이론상과 실제 전송 속도와는 달랐다고 한다.
그외에 Duty Cycle감소에 의한 저 전력 소비, multi-link scenarios의 단순화로 사용할 수 있는 대역폭이 늘어 난 점이 있다.
당시 많은 제품들이 2.0을 지원한다고만 명시하고 EDR은 정확하게 표기하지 않고 넘어가서 문제가 되었었다.

블루투스 2.1 + EDR

2007년 3월 28일에 발표되었다.
2.1버전은 1.2 버전과 완벽하게 호환되었다.
가장 큰 특징은 페어링의 간소화와 저전력화다.
연결 장치에대한 많은 정보를 제공하게 된다. 정보는 서비스 목록, 장치 이름, 날짜와 시간등의 정보들을 포함하게 되었다.
또한 전력소비가 더욱 줄어 들었다. 저 전력 모드일 경우, 특히 비대칭 전송(asymmetric data flows)으로 연결되는 것인데,
연결된 장치들이 3배~10배까지 배터리의 수명을 증가시킬 수 있었다고 한다.

블루투스 3.0 + HS

2009년 4월 21일에 발표 되었다. 
HS는 High Speed를 뜻한다.
큰 특징은 802.11 PAL(Protocol Adaptation Layer)를 채용해서 속도를 최대 24Mbps로 향상시켰다. 
하지만 + HS붙어있는 제품에만 지원하는 기능이었다.
처음으로 이번에는 불가능했던 블루투스 기기간의 대용량 파일 들을 주고 받을 수 있게 되었다.
PC와 모바일 기기 동기화 할수 있게된다.
그럼에도 내장된 전력 관리 기능으로 전력소모는 더욱 크게 줄어들게 된다.

블루투스 4.0 + LE

2009년 12월 17일에 발표되었다.
블루투스 SIG는 블루투스 사양서 버전 4.0버전을 2010년 6월 30일에 채택한다.
4.0버전은 Bluetooth low energy 프로토콜, 블루투스 하이 스피드(Bluetooth high speed), 클래식 블루투스(Classic Bluetooth) 기술을 포함한다.
기존 3.0+HS과 방향성은 달랐다. 3.0+HS버전은 대용량의 파일들을 주고 받을수 있는 반편, 4.0은 전송속도가 1Mbps에 불과하다.
가전 제품 센서등과 테이터 통신에 초점을 두고 만들어졌기 때문이다. 대신 Bluetooth Low Energy으로 소비전력을 대폭적으로 낮췄다.
Bluetooth SIG 공개자료에 의하면, 버튼형 전지 1개만으로도 수년간 구동 가능하도록 되어 있다고 한다.
고로 두 버전의 특징이 명확하게 구분되어 제품을 제작하는 이들은 각 목적에 맞춰 블루투스 버전을 채용해서 사용하는 식으로 되었다.

블루투스 4.1

2013년 12월 4일에 발표되었다.
블루투스 연결장치가 거리가 멀어져 끊어질 경우 4.1 블루투스 장치는 다시 원활한 거리 내로 돌아오면 오토 페어링되는 '더 나은 연결(better connections)'기술 도입. 
LTE 무선과 블루투스 간의 간섭을 현상을 줄여 가까운 대역폭간에 서로 공존성을 높인, 공존성(coexistence) 향상.
블루투스를 사용하는 악세서리 장치등의 통신 데이터 전송 상태를 더욱 효율적으로 개선하였다.
블루투스 연결을 통해 웨어러블 기기가 스마트폰의 주변장치이자 동시에 다른 장치와의 허브 역할을 하고 앞으로 있을 웨어러블 기기 붐에 대비한 업데이트로, 또한 장래를 위해 사물 인터넷(The Internet of Things)을 위한 새로운 IPV6 사용 표준도 들어가 개발자에게 더 많은 유연성 제공(more flexibility to developers).

블루투스 4.2

2014년 12월 3일에 발표되었다.
업데이트 내용은 다음과 같다.
개인정보가 강화되었다. 사용자의 허락없이 기기를 추적할수 없게 한것이다.
사물인터넷을 활용하기 위해 연결성이 더욱 강화 되었다.  또한 기존 IP 인프라를 갈아 엎을 필요가 없었다.  IPv6나 6LoWPAN을 통해 사물인터넷 기기나 스마트 디바이스가 인터넷에 직접 접속할 수 있게 된것.  이는 블루투스 4.2와 함께 승인 예정인 ‘IPSP(Internet Protocol Support Profile)' 기술이 채택되었기 문이다.
기존 4.0 규격 대비 전송 속도가 2.5배 증가했다. 또한 한 번에 보낼 수 있는 패킷 용량이 10배로 늘어났다. 덕분에 전송 오류가 적어지고 배터리 소비역시 막을 수 있었다.

블루투스 5

2016년 6월 17일에 공개 되었다.
정식 출시는 2017년 초에 한다.
이때는 블루투스 버전을 5.0이라 쓰지 않았다. 그냥 블루투스 5라고 표기. 
5버전은 속도 효율과 거리 효율중 둘중 하나를 선택할 수 있다.
최대속도를 선택하게 되면 1.0 Mbps에서 2.0 Mbps로 두배 늘어나지만 전송거리가 짧아진다.
최대거리를 선택하게 되면 전송거리를 최대 4배로 늘릴 수 있게되지만 전송속도를 떨어지게 된다.
패킷의 최대 길이가 늘어났다. 전송폭 증가가 되어 더 많은 IoT 장치들을 연결하고 더욱 많은 양의 데이터도 전송할수 있게된다.
또한 저전력 블루투스(BLE) 연결을 통한 실내측위, 블루투스 비콘 기술에 관련된 서비스 기능들이 추가 되었다.

블루투스 5.1

2019년 1월에 발표되었다.
블루투스 5.1 버전에서는 방향 찾기기능을 제공한다. 블루투스 장치가 실제 위치를 센티미터까지 정확히 찾아 내 실내 위치를 파악할 수 있도록 한다.
현재의 블루투스 근접 시스템은 신호 강도를 사용하여 스마트 홈, 워치와 같은 장치가 거리가 어느정도인지 추측이 가능해졌다.
지원 카드는 Intel AX200, AX201 등이 있다.

블루투스 5.2

2020년 1월 발표되었다.
지원 카드는 Intel AX210이다.
클래식과 HS의 오디오 코덱 표준인 SBC에 이어서 LE Audio 표준으로서 도입되는 LC3(Low Complexity Communication Codec)를 지원한다.
Isochronous 채널 (ISOC) - CIG (Connected Isochronous Group) 좌측 우측 이어버드를 그룹으로 묶어 전송동기화 하여 좌우측 딜레이 차이를 최소화였다.
LE 파워 컨트롤 (LEPC) - LC3(저복잡성 통신코드) 고품질 저전력 오디오 코덱 지원 , 이어버드에 직접 동기화된 오디오 스트림 , 멀티 스트림 ,특성 프로토콜 (EATT) 향상되었다.

『블루투스 취약점』

블루투스를 켜 놓기만 해도 페어링 없이 디바이스를 몰래 원격으로 제어가 가능한점이 있었다.
원격 후 몰래 악성코드를 심어 데이터를 유출하거나 나도 모르는 새에 사이버 범죄 (DDoS 좀비 네트워크) 같은 곳에 이용할 수 있다는 문제점이 나타난 것이다.
이와 같은 문제는 2017년 9월에 떠오른 문제다.
뿐문 아니라 블루투스를 사용하는 IoT 기기들도 이러한 취약점에 노출될 수 있다고 한다.
방지 책은 기기의 소프트웨어를 최신으로 유지하는 것이다.
하지만 지원이 종료된 디바이스는 취약점에 그대로 노출 될 수 있기에 꼭 필요한 때가 아니면 꺼두는 것이 좋다.