향상된 거리 측정 애플리케이션을 구현하는 블루투스 6.0

October 1, 2025

Aimee Smith

블루투스 거리 측정 기능에 대한 초기 지원

이론적으로, 무선 연결 기술은 분실물을 찾는 데 활용할 수 있다. 예컨대, 열쇠가 소파 깊숙한 곳에 처박혀 있다고 가정해 보자. 만약 열쇠에 무선 태그가 부착되어 있다면 열쇠의 위치를 스마트폰으로 확인하여 쉽게 찾을 수 있을 것이다. 산업 환경에서는 무선 메시(Mesh) 네트워크를 통해 작업자가 원하는 상품의 재고를 창고 선반에서 빠르게 찾을 수 있을 것이다. 하지만 실제로 이러한 애플리케이션을 구현하기는 매우 어렵다. 다중 경로 페이딩 및 주변의 다른 2.4GHz 송수신기의 간섭과 같은 요인으로 인해 신호 무결성이 저하되고 위치 정확도가 떨어진다.

블루투스 SIG는 RF 프로토콜에 거리 측정 및 디바이스 위치 추적 기능을 추가하려는 시도를 이미 여러 차례 해왔다. 첫 번째 시도는 송신 장치로부터 1미터 떨어진 기준 전력 레벨을 제공하는 송신(TX) 매개변수를 사용하여 수신 신호 강도 표시기(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 제공하는 것이었다. RF 신호의 세기는 두 개의 무선 기기들 간의 거리에 반비례하기 때문에, 대략적인 거리를 추정하는 데 활용될 수 있다. 이 기법은 적절한 거리에 있는 물체의 위치를 파악하는 데에는 유용하지만, 한 물체의 방향을 다른 물체에 대해 표시하는 것은 전혀 다른 문제이다.

2019년에 블루투스 5.1 버전에 대한 비준의 일환으로 채택된 블루투스 방향 탐지(Bluetooth Direction Finding) 기능은 블루투스 기기의 위치 추적 및 거리 측정 성능을 향상시켰다. 이 기법은 블루투스 저에너지(Bluetooth Low Energy, BLE) 컨트롤러가 위상 측정을 사용하여 수신 신호의 방향을 계산할 수 있게 해준다. 당시, 도래각(angle of arrival, AoA)과 발사각(angle of departure, AoD)의 두 가지 방법이 정의되었다.

블루투스 방향 탐지는 잘 작동하지만, 실제로 이 기능을 구현하려면 광범위한 설계 경험이 필요하다. 설계는 복잡하고 비용이 많이 들 수 있다. 그 결과, 이 기술은 일상적인 애플리케이션에 널리 채택되기보다는 고가의 자산을 추적하는 것과 같은 하이엔드 애플리케이션에 제한적으로 사용되었다.

블루투스 6.0에 새롭게 추가된 기능

최근 도입된 블루투스 6.0에는 다음과 같은 몇 가지 주요 개선 사항이 적용되었다.

의사 결정 기반 광고 필터링: 주요 광고 채널로부터 어떤 정보를 수신했을 때, 스캐닝 장치가 보조 채널에서 관련 패킷을 찾을 이유가 있는지 여부를 판단할 수 있게 해주는 새로운 기능
광고주 모니터링: 블루투스 저에너지 컨트롤러가 옵서버 장치의 호스트 구성 요소의 지시에 따라 중복된 광고 패킷을 필터링할 수 있게 해주는 기능
ISOAL(Isochronous Adaptation Layer) 개선: 더 콤팩트한 링크 계층 패킷을 사용하여 더 큰 데이터 프레임을 전송 가능
확장된 링크 계층 기능 세트: 장치가 정보를 교환할 수 있는 링크 계층 기능의 수 증가
프레임 간격에 대한 업데이트: 연결 이벤트 패킷이나 연결된 등시성 스트림 이벤트와 함께 사용되는 유연한 인접 연결 간격 지원

블루투스 6.0의 가장 큰 개선 사항은 블루투스 채널 사운딩(Bluetooth Channel Sounding) 기능의 도입으로, 이는 이전 버전의 모든 블루투스 거리 측정 기술의 정밀도를 크게 향상시킨다. 업데이트된 블루투스 규격은 무선(PHY)의 새로운 기능, 컨트롤러의 기능, 보안 조치 및 원시 측정 데이터 수집에 필요한 절차를 정의하고 있다.

새로운 기술로 디바이스 위치 추적 간소화

채널 사운딩은 원거리 애플리케이션을 위한 간단하고 신뢰할 수 있는 두 가지 솔루션인 위상 기반 거리 측정(Phase-Based Ranging, PBR)과 왕복 타이밍(Round-Trip Timing, RTT)을 제공한다. 두 솔루션 모두 표준화되어 있어 상호 운용이 가능하며, 매우 간단한 장치에 의해 지원되거나 또는 다른 하드웨어를 추가할 필요 없이 최소한의 소프트웨어 추가만으로 첨단 제품에 적용할 수 있다.

PBR은 여러 주파수 상에서 발신 장치(initiator)가 보내는 신호와 반사 장치(reflector)가 반환하는 신호의 위상 편이를 사용한다. 데이터-거리 변환은 전용 알고리즘을 사용하며, 애플리케이션 레벨에서 수행된다. RTT 기법은 무선 패킷이 발신기와 반사기 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 기반으로 한다. RTT는 PBR을 교차 검증하기 위한 안전한 거리 제한 기술 역할을 하며, 거리 계산에 활용되는 알고리즘은 PBR에 활용되는 알고리즘보다 간단하다.

PBR과 RTT 모두, 일반적으로 전력 소비는 BLE를 통한 일반 데이터 전송만큼 낮다. 마지막으로, 채널 사운딩은 정확도, 지연 시간, 보안 및 전력 소비를 위한 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성 옵션을 지원한다.

블루투스 6.0의 새로운 애플리케이션

채널 사운딩은 개발자가 디바이스 위치 추적 및 거리 측정 애플리케이션을 더 쉽게 개발할 수 있게 해주며, 여기에는 다음과 같은 사례들이 포함된다:

자산 추적: 채널 사운딩은 설계 복잡성과 비용을 크게 증가시키지 않으면서도 거리 측정 및 위치 추적에 더 높은 정밀성, 유연성, 신뢰성, 편의성을 제공한다.
스마트 잠금 장치: 잠금 장치를 사용하려는 사람의 위치를 보다 정확하게 알 수 있기 때문에 보안이 향상된다. 또한 스마트 잠금 장치는 중간자 공격(man-in-the-middle attack, MITM) 및 릴레이 공격에 대한 강력한 보호기능을 제공한다.
태그 추적: 최신 태그 솔루션은 잘 작동하지만 활성화 시 발생하는 진동이나 소리는 소파 쿠션이나 담요와 같은 물체에 의해 약해질 수 있다. 채널 사운딩은 소리나 진동 알람의 한계를 극복할 수 있도록 먼 거리에서도 정확한 근접 알림을 제공한다.
가전기기: 채널 사운딩이 제공하는 물리적 컨텍스트 정보는 여러 기기들과 함께 작동할 때 유용하며, 사용자가 기기 근처에 있을 때만 제어 기능을 활성화하는 안전 기능을 보조할 것이다.

맺음말

블루투스 저에너지(BLE)는 소비가전, 의료 서비스, 산업 자동화, 스마트 홈 애플리케이션 등 다양한 분야로 적용 범위가 확대되고 있다. 출발은 다소 늦었지만, 위치 추적 부문은 높은 수익성이 기대된다. 블루투스 6.0에 추가된 채널 사운딩 기술은 향상된 자산 추적 장치, 스마트 잠금 장치, 태그 및 가전기기를 포함하여 다양한 거리 측정 및 위치 추적 애플리케이션의 가능성을 열어주고 있다.

출처

[1]https://www.bluetooth.com/2024-market-update//
[2]https://www.bluetooth.com/2024-market-update/#location-services