[IT강의실] 무선 세계를 통일하려는 '푸른 이빨' - 블루투스

[용어로 보는 IT 2015년 개정판] 블루투스(Bluetooth)는 휴대폰, 노트북, 이어폰·헤드폰 등의 휴대기기를 서로 연결해 정보를 교환하는 근거리 무선 기술 표준을 뜻한다. 주로 10미터 안팎의 초단거리에서 저전력 무선 연결이 필요할 때 쓰인다. 예를 들어 블루투스 헤드셋을 사용하면 거추장스러운 케이블 없이도 주머니 속의 MP3플레이어의 음악을 들을 수 있다. 블루투스 통신기술은 1994년 휴대폰 공급업체인 에릭슨(Ericsson)이 시작한 무선 기술 연구를 바탕으로, 1998년 에릭슨, 노키아, IBM, 도시바, 인텔 등으로 구성된 ‘블루투스 SIG(Special Interest Group)’를 통해 본격적으로 개발됐다. 이후 블루투스 SIG 회원은 급속도로 늘어나 2010년 말 기준 전세계 회원사가 13,000여 개에 이른다.

블루투스 – 야심 찬 이름의 근거리 무선 통신 기술

블루투스라는 이름은 10세기경 스칸디나비아 지역을 통일한 덴마크와 노르웨이의 국왕 해럴드 블루투스 (Harold "Bluetooth" Gormsson, ?~985 혹은 986)의 별명에서 나왔다. 그는 블루투스(Bluetooth, 푸른이빨)라는 별명을 가지고 있었는데, 블루베리를 좋아해 항상 치아가 푸르게 물들어 있었기 때문이라는 설도 있고, 파란색 의치를 해 넣었기 때문이라는 설도 있다. 참고로 블루투스는 ‘덴마크의 하랄1세’라고도 불리는데, ‘노르웨이의 하랄1세’와 헷갈리기 쉽다. 하여간 SIG와 에릭슨은 자신들이 개발한 기술이 통신장치들을 하나의 무선 기술 규격으로 통일하기를 바라는 마음에서 공식명칭을 블루투스로 정했다. 이에 따라 블루투스의 공식 로고도 하랄의 H와 블루투스의 B를 뜻하는 스칸디나비아 룬 문자에서 따왔다.

블루투스의 원리

블루투스의 무선 시스템은 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2400~2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz, 2483.5MHz 이전 3.5MHz까지의 범위를 제외한 2402~2480MHz, 총 79개 채널을 쓴다. ISM이란 산업, 과학, 의료용으로 할당된 주파수 대역으로, 전파 사용에 대해 허가를 받을 필요가 없어 저전력의 전파를 발산하는 개인 무선기기에 많이 쓰인다. 아마추어 무선, 무선랜, 블루투스가 이 ISM 대역을 사용한다.

여러 시스템들과 같은 주파수 대역을 이용하기 때문에 시스템간 전파 간섭이 생길 우려가 있는데, 이를 예방하기 위해 블루투스는 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식을 취한다. 주파수 호핑이란 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 패킷(데이터)을 조금씩 전송하는 기법이다. 블루투스는 할당된 79개 채널을 1초당 1600번 호핑한다.

이 호핑 패턴이 블루투스 기기 간에 동기화되어야 통신이 이루어진다. 블루투스는 기기 간 마스터(Master)와 슬레이브(slave) 구성으로 연결되는데, 마스터 기기가 생성하는 주파수 호핑에 슬레이브 기기를 동기화시키지 못하면 두 기기 간 통신이 이루어지지 않는다. 이로 인해 다른 시스템의 전파 간섭을 피해 안정적으로 연결될 수 있게 된다. 참고로 하나의 마스터 기기에는 최대 7대의 슬레이브 기기를 연결할 수 있으며, 마스터 기기와 슬레이브 기기 간 통신만 가능할 뿐 슬레이브 기기 간의 통신은 불가능하다. 그러나 마스터와 슬레이브의 역할은 고정된 것이 아니기 때문에 상황에 따라 서로 역할을 바꿀 수 있다.

블루투스 기기 연결 방법

블루투스 기기를 서로 연결하는 방법은 그다지 복잡하지 않다. 한두 번만 연결해 보면 누구라도 능히 블루투스 기기를 사용할 수 있을 것이다. 당연하겠지만, 마스터 기기, 슬레이브 기기 모두 블루투스를 지원해야 한다. 예를 들어 블루투스를 지원하는 스마트폰과 블루투스 헤드셋을 연결하는 예를 들면, 스마트폰이 마스터, 헤드셋이 슬레이브가 된다. 헤드폰 전원을 켜고 스마트폰의 블루투스를 활성화하면 이내 주변의 모든 블루투스 기기를 탐색한다.

그중에서 연결을 원하는 헤드폰 모델을 선택하면 즉시 연결(페어링- pairing, 두 기기를 한 쌍으로 묶는다는 의미)된다. 블루투스 기기에 따라 연결 시 암호를 입력해야 하는 경우도 있다. 예를 들어 노트북에 블루투스 마우스/키보드 등을 연결하는 경우가 그러하다. MS 윈도우 운영체제의 작업 표시줄에서 블루투스 아이콘을 클릭하여 ‘장치 추가’ 메뉴를 선택한 다음, 블루투스 기기를 탐색하여 연결하면 된다. 필요에 따라 이때 연결 암호를 입력하여 연결을 완료하면 된다. 암호는 일반적으로 슬레이브 기기에 부여된 문자 또는 숫자를 입력한다.아울러 일단 한번 연결되면 그 이후부터는 각 기기의 전원과 블루투스를 켤 때마다 자동으로 연결된다.

블루투스를 지원하는 헤드셋이나 키보드는 있는데, 정작 마스터 기기가 될 노트북, 휴대폰이 블루투스를 지원하지 않을 경우가 있다. 이럴 때는 블루투스 동글(dongle, 중계기)을 사용하면 된다. 이 동글은 일반적으로 USB메모리 모양을 하고 있어 USB포트에 연결하는 방식으로 쉽게 사용할 수 있지만, 기기에 따라 별도의 전용 동글이 필요할 때도 있다.

블루투스의 발전

초창기 블루투스의 전송속도는 최대 1Mbps에 불과했다. 이는 기존 기술에 비해 6배 가량 빠른 속도였지만 고품질 음악이나 동영상과 같은 대용량 데이터를 전송하기에는 부적합한 수준이었다. 따라서 블루투스의 대중화는 생각보다 진전이 느렸고, 제한적인 용도로만 사용됐다. 하지만 시간이 지나고 새로운 버전의 블루투스가 등장하면서 속도는 눈에 띄게 향상됐다. 블루투스 2.0(2004년)은 최대 3Mbps, 블루투스 3.0(2009년)은 최대 24Mbps까지 속도가 올라갔다. 2010년에는 24Mbps 속도를 유지하면서도 손목시계용 코인 배터리로도 수년간 쓸 수 있을 정도로 소비 전력을 낮춘 블루투스 4.0까지 나왔다.

블루투스를 대체할 경쟁 기술도 등장했다. 2010년 발표된 ‘와이파이 다이렉트’가 그것이다. 와이파이 다이렉트는 인터넷망 없이 휴대기기 간 직접 연결해 통신할 수 있는 기술로, 기존 와이파이에 버금가는 빠른 속도가 장점이다. 하지만 그만큼 전력 소모는 심할 것으로 보인다. 향후 개인 무선 기술 경쟁구도는 저전력을 내세운 ‘블루투스 4.0’ vs 빠른 속도가 강점인 ‘와이파이 다이렉트’를 중심으로 이루어질 전망이다.

보안의 취약점은 꾸준히 해결해야 할 숙제

블루투스가 싸워야 할 상대는 와이파이뿐만이 아니다. 블루투스를 켜 놓은 상태에서는 해킹이 너무 쉽다는 보안상의 문제점도 있다. 마음만 먹는다면 블루투스 동글을 장착한 노트북으로 지나가는 사람들의 블루투스 휴대폰 속 정보를 빼 오는 것이 가능한 것으로 알려졌다.

블루투스를 이용한 해킹은 블루재킹(bluejacking), 블루스나핑(bluesnarfing), 블루버깅(bluebugging)으로 나뉜다. 이 중 블루재킹은 단순히 스팸메시지를 뿌리는 수준으로, 귀찮은 존재긴 하지만 보안에 큰 위협을 가하지는 않는다. 하지만 모바일 기기에 저장된 일정표, 전화번호, 이메일, 문자메시지 등에 접근하는 블루스나핑, 희생자의 휴대폰을 원격 조종해 통화내용을 엿듣는 블루버깅은 치명적인 피해를 야기할 수 있다.

블루투스 SIG 역시 이 부분에 대해 민감하게 대응하고 있다. 꾸준히 새 기술을 공개할 때마다 개인정보 보호나 보안연결에 대한 부분을 강화해 나가고 있다. 하지만 개인의 정보보호 의식도 중요하다. 공공장소 같이 유동인구가 많은 곳에서는 가급적 신중히 사용하고, 또한 안티 바이러스나 방화벽 기능을 지원하는 모바일 기기용 보안 제품을 구비하는 것이 좋다.

버전 별로 알아보는 블루투스

블루투스 1.0
초창기 블루투스는 2.4GHz 주파수를 사용했다. 이는 무선 네트워크(802.11b/g)의 주파수와 동일하다. 같은 주파수를 공유했으므로 동일 주파수 영역 내에 있는 장치간 충돌이 우려됐지만, 블루투스는 비어 있는 다른 채널을 찾아 데이터를 전송하는 방식을 취해 문제를 피했다. 하지만 하드웨어 장치의 주소를 반드시 전송해야 했고, 지금처럼 두 장치 사이간 익명 연결이 불가능했다.

블루투스 1.1/1.2
2002년 IEEE 표준으로 승인된 마이너 업데이트 개념의 블루투스 버전. 기존 1.0과 1.0b의 문제점을 수정한 점이 특징이다. 여기에서 비 암호화 채널(Non-encrypted Channels)을 지원했고, 신호강도 지표(Signal Strength Indicator)를 수신 받을 수 있게 됐다. 블루투스 1.2는 접속 시간을 줄이고 근거리 주파수 간섭을 개선했다. 전송속도 자체는 1.1과 큰 차이가 없지만 전송 오류나 음성, 신호의 품질 손실을 막는 기술이 추가됐다. 블루투스 1.2는 2005년에 IEEE 표준으로 승인 받게 된다.

블루투스 2.0 + EDR
버전이 크게 바뀌면서 데이터 속도가 빨라졌다. EDR은 강화된 데이터 전송(Enhanced Data Rate)를 말한다. 다중연결 시나리오의 단순화로 데이터 전송량이 늘면서 전력 소비가 줄어든 효과를 함께 얻게 됐다. 일반 블루투스 2.0도 있는데, 기본 틀은 기존 블루투스 1.2와 거의 비슷하다.

블루투스 2.1 + EDR
2007년 블루투스 SIG에 의해 채택된 블루투스 2.1은 장치의 이름이나 서비스 목록 등 다양한 정보를 제공하도록 개선됐다. 비대칭 전송으로 배터리 효율을 더 높인 점도 특징. 보안에 대한 중요성도 대두됐기 때문에 이에 대한 대응으로 부호화 일시 중지/재개(Encryption Pause/Resume) 기능도 추가됐다. 근거리무선통신(NFC)에 대응하는 기능도 여기에서 추가된 것이다.

블루투스 3.0 + HS
2009년에 발표된 블루투스 3.0 + HS은 최대 속도 24Mbps로 속도를 끌어 올린 점이다. 802.11 PAL(Protocol Adaptation Layer)를 도입하며 얻어낸 성과다. 해당 기술이 들어간 제품이 +HS(High Speed)라는 이름이 추가되고, 이 것이 없다면 일반 기능만 추가된 것이다. 여기서 추가된 기능이라면, 기기간 대용량 파일을 주고 받을 수 있게 된 점. 동영상이나 사진, 파일 등이 그 대상이다. PC를 모바일 기기와 동기화 하는 기능과 내장 전력관리 기술로 전력 소모를 더 줄였다.

블루투스 4.0
2010년에 채택된 표준인 블루투스 4.0은 기존 블루투스와 고속 전송(+HS), 저전력(Low Energy) 등을 포함한 규격이다. 저전력은 연결을 빠르게 하는 부분에 초점을 맞춘 새롭게 설계됐다. 고속 전송은 와이파이 기반이며, 기존 블루투스는 클래식이라는 이름으로 과거와 동일한 기술이 포함됐다. 블루투스 스마트(Bluetooth Smart)와 스마트 레디(Bluetooth Smart Ready)라는 것도 존재하는데, 스마트는 저전력 전용 장치로 동작을 위해 다른 장치가 있어야 한다. 스마트 레디는 일반적인 노트북이나 스마트폰에서 쓰인다.

블루투스 4.1
2013년에 채택된 기술로 기존 버전의 장점을 가져가면서 기능이 추가된 마이너 업데이트 버전이다. 먼저 블루투스와 LTE 통신간 공존성을 높였다. 거리가 벌어져 연결이 잠시 끊겨도 다시 접근하면 자동 연결이 가능하도록 했다. 기타 액세서리 장비의 통신 전송 상태를 효율적으로 개선했고 사물인터넷을 위한 IPv6 사용 표준도 추가된 점이 특징이다.

블루투스 4.2
2014년 하반기에 공개된 기술로 사물인터넷(IoT)에 대한 대응이 더 긴밀해졌다. 새로운 인터넷 프로토콜 지원 프로파일(IPSP)이 추가됐기 때문이다. 이 외에 데이터 전송 거리의 증가와 개인정보 보호, 보안 연결 등이 핵심이지만 일부 기능은 펌웨어 업데이트가 이뤄져야 쓸 수 있다.

점차 영역 확대해 가는 블루투스

무선 통신을 제패하겠다는 부푼 꿈을 안고 출발한 블루투스는 소비 전력이 낮다는 장점은 있어도 전송 속도와 비용 면에서 충분한 경쟁력을 갖추지 못했다는 혹평을 받기도 했다. 쓰임새도 차량용 헤드셋(핸즈프리)이나 스피커폰, 헤드폰 등 일부 기기에 쓰였다. 한편으로는 휴대폰이나 노트북 등 다른 모바일 기기에서 여전히 무선랜, NFC(근거리 통신) 등의 다른 무선 기술과 치열한 경쟁을 펼쳐야 한다.

그러나 블루투스는 영역을 조금씩 확대해 나가고 있다. 카메라와 영상 장치에서도 탑재되어 편하게 촬영한 사진 및 영상을 감상할 수 있고, 보조 기구로서의 역할도 충실하다. 사물인터넷의 핵심인 네트워크 환경에서도 블루투스의 역할은 나름대로 중요하다.

아직 우리에게는 헤드셋이나 핸즈프리를 무선으로 쓰기 위한 기능 중 하나로 인식되는 블루투스지만 꾸준한 업데이트를 통해 무선 통신 제패까지 아니더라도 당당한 한 일원으로써 역할을 충실히 수행해 나가고 있다.

글 / IT동아 강일용(zero@itdonga.com)

본 기사는 네이버캐스트(http://navercast.naver.com/)의 '용어로 보는 IT' 코너에도 함께 연재됩니다.

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