Bluetooth Low Energy (BLE) 란?

 

 

 

2011년, 부모님께서 최신형 스마트폰 갤럭시 S2를 선물로 주셨었습니다. 아직도 기억나는 것이 그 스마트폰에서 Bluetooth라는 글자를 처음 보았는데 어디에 쓰이며, 왜 사용하는지 전혀 몰랐었죠. 단지 친구들에게 "Bluetooth 기능을 켜두면 배터리가 빨리 줄어드니, 항상 꺼둬라!"라는 조언만 들을 수 있었습니다.

 

당시 친구들의 말을 전혀 의심하지 않고 블루투스 기능을 끄고 다녔는데요. 이제 와서야 왜 배터리가 빨리 줄어드는지 궁금해져 찾아보았습니다. 확인해보니 갤럭시 S2는 Bluetooth 3.0을 사용했었네요 [1]. Bluetooth 4.0 이전 버전인 Bluetooth Classic은 데이터의 전송 속도를 높이기 위해 과도한 전력을 소비했었습니다. 이것은 빠른 배터리 소모로 이어졌고 Bluetooth의 대표적인 단점 중 하나가 되었습니다.

 

즉, 친구들이 해주었던 조언들은 틀린 말이 아니었던 것이죠. 위에서 Bluetooth 4.0 이전 버전은 Bluetooth Classic임을 언급한 바 있습니다. 그렇다면 블루투스 4.0 이후 버전은 무엇일까요? 

 

 

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Bluetooth Low Energy (BLE) 란?

 

 

코인 셀 배터리, 출처: https://batteriesincorlando.com/button-batteries-at-batteries-inc-orlando

 

 

BLE는 Bluetooth 4.0 이후 버전을 말하며 Bluetooth Classic에 비해 매우 적은 전력으로 무선 통신을 할 수 있다는 장점이 있습니다. 그래서 단 한 개의 코인 셀 배터리로 수개월 혹은 수년 동안 사용될 수 있습니다 [3]. 이러한 장점으로 BLE는 현재 웨어러블 및 Internet-of-Things (IoT) 기기의 통신 수단으로 많이 사용되고 있습니다 (2023년까지 50억 개 이상의 BLE 기기가 생산될 예정 [4]).

 

 

 

BLE의 모드

 

 

BLE는 위 그림과 같이 Advertise(Broadcast Mode), Connection Mode로 구분됩니다. 어렵지 않으니 아래 간단한 그림과 설명으로 충분히 이해하실 수 있습니다.

 

 

 

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Advertise(Broadcast) Mode

BLE 기기 (Advertiser)와 사용자 (Central)의 연결을 위한 과정입니다. BLE 기기는 Advertising packet을 방송하여 자신의 존재를 주변 사용자들에게 알릴 수 있으며, 적은 양의 데이터(문자, 숫자 등)를 사용자에게 송신할 수 있습니다.

 

 

Advertise Mode

 

• Advertiser (Peripheral): Observer와의 연결을 위해 Advertising packet(Beacon message)를 주기적으로 방송 [5]
• Observer (Central): Advertiser의 Advertising packet을 수신하기 위해 지속적으로 주변의 신호를 스캔

 

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Connection Mode

1대1로 양방향 통신이 가능하며, Advertise Mode보다 더 많은 양의 데이터(문장, 소리, 영상 등)를 송수신할 수 있습니다.

 

Connection Mode

• Peripheral (Slave): Advertising packet을 주기적으로 송신하며, Central의 연결 요청을 수락하여 연결
• Central (Master): AAdvertising packet을 주기적으로 스캔하며, Peripheral에게 연결을 요청

 

 

 

References

[1] Wikipedia, Samsung Galaxy S II, https://en.wikipedia.org/wiki/Samsung_Galaxy_S_II, 2011, Accessed: February 13, 2022.
[2] BLUETOOTH, S. I. G. Specification of the bluetooth system-covered core package version: 4.0. Bluetooth Special Interest Group, 2010.
[3] Y. Shen, B. Hwang, and J. P. Jeong, ‘‘Particle filtering-based indoor positioning system for beacon tag tracking,’’ IEEE Access, vol. 8, pp. 226445–226460, 2020.
[4] Bluetooth SIG. Bluetooth Market Update. https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/2019-bluetooth-market-update/, 2019. Accessed: February 2, 2022
[5] J. Wu et al., “BLESA: Spoofing attacks against reconnections in Bluetooth low energy,” in Proc. 14th USENIX Workshop Offensive Technol. (WOOT), 2020.