BLE (13) - 블루투스 소식: Bluetooth 5.1
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13. Bluetooth 5.1
이번 포스트에서는 블루투스 5.1 에서 추가된 저전력 (LE, Low Energy) 프로토콜 관련 부가 기능들 중 일부를 소개한다
The Bluetooth SIG presented Bluetooth 5.1 on 21 January 2019.
13.1 Direction Finding
먼저, 블루투스 5.1 에서 추가된 가장 주요한 기능으로는 “방향 감지 (Direction Finding)” 기능이 있다. 기존의 블루투스 기반 위치 인식 (Positioning) 시스템의 경우 수신된 신호의 세기 (RSSI)를 바탕으로 두 기기 사이의 거리를 추정했으나, 정확도 측면에서 다른 실내 위치 인식 기술들과 비교해서 두드러진 강점을 보이지는 못했다. 그러나, 블루투스 5.1 에서 방향 감지 기능이 추가되면서 블루투스 기반 위치 인식 시스템의 정확도가 크게 향상될 것으로 보인다.
방향 (혹은 위치) 을(를) 감지하고자 하는 대상을 타겟 노드 (
target node)라고 할 때, 타겟 노드의 방향은 크게 두 가지의 방법으로 감지가 가능하다.
- AoA: Angle of Arrival
- AoD: Angle of Departure
다음의 그림에서 확인할 수 있듯이, 도래각 (AoA) 혹은 발사각 (AoD)을 계산하기 위해서는 두 개의 통신 기기 중 하나는 다수의 안테나를 가지고 있어야 한다. 또한, 단일 안테나를 가지고 있는 송신 (혹은 수신) 타겟 노드에서는 CTE: Constant Tone Extension 정보를 추가하거나 샘플링할 수 있어야 한다.
CTE 는 기존의 (Adv.) 패킷의 CRC 이후에 위치하는 영역 혹은 값을 가리키며 (기본 패킷 데이터 영역과 충돌하지 않음), 해당 영역은 변조되지 않은 연속적인 ‘1’ 의 디지털 값으로 채워진다. 따라서, 수신 노드에서 일정한 (‘constant’) 주파수와 파장을 갖는 CTE 영역의 신호를 IQ 성분으로 구분하여 In-phase 와 Quadrature 신호 사이의 위상 차를 계산하고, 이 과정을 여러 대의 안테나에서 수행하게되면, 안테나 사이의 거리와 위상 차, 신호의 파장 정보를 이용해 도래각 (AoA)을 계산할 수 있다.
13.2 Advertising Channel Index
기본적으로 신호를 게시 (Advertise)하는 기기에서는 주변의 다른 기기와의 패킷 충돌 혹은 스캐너와 주기가 일치하지 않는 경우를 고려해, 정해진 게시 주기 (Adv. Interval) 에 최대 10 ms 만큼의 임의의 지연 시간을 추가해 신호를 송신한다. 하지만, 송신 채널의 경우 3개의 게시 채널에 대해 37-38-39 의 고정된 순서로 패킷을 전송하기 때문에, 가령 송신 주기와 랜덤 지연 시간이 모두 일치하는 두 개의 기기가 동시에 게시를 시작하게 되면, 매 게시 시점마다 각각의 채널로 송신된 신호가 손상될 수 있다.
블루투스 5.1 에서는 이러한 패킷 충돌을 방지하기 위해, 아래 그림과 같이 송신 채널의 순서를 임의로 변경하는 기능을 제공한다.
13.3 Other functions
그 외에 블루투스 5.1 에서 추가된 기능으로는 다음의 항목들이 있다. 더 자세한 사항은 아래의 관련 링크를 참조하자.
- GATT Caching Enhancements: GATT 연결 과정에서의 attribute table 을 보다 효율적으로 관리
- Periodic Advertising Sync Transfer (PAST): 개선된 방식의 Advertising 주기 동기화 기능 (Scanner 기기에서의 전력 효율 증가)
- LE (Low Energy) Connection 관련 기능 개선
Reference
https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/bluetooth-core-specification-v5-1-feature-overview/
https://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fnwp_036%2FWP%2Fnwp_036%2Fdirection_finding_overview.html&cp=17_1_1
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