1편: 블루투스란 무엇인가

 

문제 상황

저는 블루투스 기술을 매일 쓰고 있지만, 블루투스가 정확히 뭔지, 어떻게 동작하는지 자세히 설명하려고 하면 막연해지는 경우가 많습니다.

1년 넘게 블루투스 디바이스를 활용한 서비스를 개발하면서 늘 "언젠가는 제대로 정리해야지"라는 생각을 가지고 있었습니다.

지금 회사를 다니면서 학습한 블루투스에 대해서 이번 기회에 블루투스의 개념부터 동작 원리, 종류까지 개발자 입장에서 알아야 할 내용을 정리해보려 합니다.

 

블루투스의 정의

블루투스(Bluetooth)는 짧은 거리에서 데이터를 주고받기 위한 무선 통신 기술입니다.

대표적인 특징은 다음과 같습니다

• 근거리 전용: 보통 10m 내외의 거리에서만 연결 가능
• 저전력: 배터리를 적게 소모하는 구조
• 간편한 연결: 페어링만 되면 자동 연결 지원

그래서 블루투스는 스마트워치, 체중계, 차량, 이어폰 같은 소형 저전력 기기들과의 통신에 최적화돼 있습니다.

 

블루투스의 역사

블루투스는 꽤 오래된 기술입니다. 기본 개념은 90년대 후반에 등장했습니다.

1998년, 블루투스 기술을 표준화하기 위해 Bluetooth SIG(Special Interest Group)라는 단체가 결성되었습니다. 지금도 이 단체가 표준을 관리합니다.

• 왜 하필 이름이 '블루투스'일까?이 왕은 서로 다른 부족을 하나로 통합한 통치자였는데, 블루투스 기술도 다양한 기기를 하나로 연결해주는 역할을 하기 때문에 그 상징성에서 이름을 따왔다는 이야기가 있습니다.
• 이름은 10세기 덴마크의 왕 하랄드 블루투스(Harald Bluetooth)에서 따왔습니다.
• 버전의 발전 흐름
  • Bluetooth 1.0 (1999): 낮은 데이터 전송률 (~721 kbps), 불안정한 연결
  • Bluetooth 2.0 + EDR: 전송 속도 증가 (~2.1 Mbps)
  • Bluetooth 3.0 + HS: 고속 전송을 위해 Wi-Fi(802.11) 채널을 활용. 블루투스는 연결 제어용으로만 사용되며, 실제 데이터는 Wi-Fi로 전송 (~24 Mbps).
  • Bluetooth 4.0 / 4.2: BLE(Bluetooth Low Energy) 등장, 저전력 기기 지원
  • Bluetooth 5.0 / 5.2: BLE 범위 확대, 속도 향상, 2Mbps 전송, 멀티 디바이스 브로드캐스트

 

블루투스 이해를 위한 개념 정리

1. 주파수 대역이란?

• 블루투스는 2.4GHz ISM 대역(산업·과학·의료용)을 사용합니다.
• 이 대역은 전 세계적으로 면허 없이 사용할 수 있도록 지정된 비면허 주파수 대역으로, 산업, 과학, 의료 기기뿐만 아니라 소형 무선 기기들에 널리 쓰입니다.
• 이 주파수는 Wi-Fi, 전자레인지 등도 같이 쓰기 때문에 간섭이 발생하기도 합니다.

 

2. 2.4GHz이란?

• 2.4기가헤르츠(Gigahertz)는 전파의 주파수 단위입니다.
• 1GHz는 10억 헤르츠(1초에 10억 번 진동)이고, 2.4GHz는 1초에 24억 번 전파가 진동한다는 뜻입니다.
• 쉽게 말해, 무선 신호가 초당 24억 번 진동하는 주파수를 의미합니다.

 

3. ISM이란?

• Industrial, Scientific, and Medical의 약자입니다.
• 산업용, 과학용, 의료용 등 비통신 목적으로도 사용되는 주파수 대역이에요.
• 이 대역은 면허 없이 자유롭게 쓸 수 있는 비면허 대역으로 지정돼 있어서, 여러 무선 기기가 자유롭게 공유해서 사용합니다.

 

4. 면허 주파수 대역(Licensed Frequency Bands)이란?

• 특정 사용자만 사용할 수 있도록 정부나 관련 기관에서 허가(면허)를 내주는 주파수 대역입니다.
• 주로 통신사, 방송국, 군사, 항공, 위성 통신 등 중요하고 간섭이 없어야 하는 서비스에 할당됩니다.
• 면허가 있기 때문에, 해당 주파수를 독점하거나 제한된 환경에서 안정적으로 사용할 수 있습니다.
• 예를 들어, 한국에서는 과학기술정보통신부에서 면허 주파수를 관리합니다.

 

5. 비면허 주파수 대역(Unlicensed Frequency Bands)이란?

• 누구나 허가 없이 자유롭게 사용할 수 있는 주파수 대역을 말합니다.
• 별도의 면허 없이도 무선 장치가 사용할 수 있기 때문에, 와이파이, 블루투스, 무선 키보드·마우스 등 다양한 기기에 활용됩니다.
• 여러 기기가 동시에 같은 대역을 사용하기 때문에 간섭이 발생할 수 있고, 통신 품질이 떨어질 위험도 존재합니다.
• 이런 특성 때문에 보통 저전력, 짧은 거리 통신에 적합합니다.

 

6. MAC 주소란?

각 블루투스 장비는 고유한 MAC 주소를 갖고 있습니다.

MAC 주소(Media Access Control Address)는 네트워크 장치(블루투스, 와이파이 등)에 부여되는 고유 식별자입니다. 보통 6바이트(48비트) 크기이고, 16진수로 표기됩니다

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• Mac 주소 사용처
  • BLE 스캔을 하면 주변의 블루투스 장비들이 탐지되는데, 이때 MAC 주소(Public Address 또는 Random Address)가 함께 포함되어 제공됩니다.
  • 어떤 장치가 어떤 MAC 주소를 가졌는지 알 수 있기 때문에, 특정 장치만 골라서 연결하거나, 원하는 장치만 필터링해서 처리할 수 있어요.
  • 또한, 한 번 페어링한 기기와 재연결할 때도 MAC 주소가 사용돼요. (단, BLE는 대부분 비페어링 상태로도 통신 가능하며, 일반적으로는 디바이스 식별용으로 주로 사용됨)
• 실제 앱 개발의 경우
  • Android에서는 OS 버전에 따라 BLE 스캔 시 제공되는 MAC 주소가 제한될 수 있습니다.
    • Android 6.0 (API 23) 이후부터는 위치 권한을 허용하지 않으면 블루투스 기기가 스캔되지 않습니다.
    • Android 10 (API 29) 이후부터는 getAddress()를 통한 MAC 주소 접근이 제한되며, 대신 BluetoothDevice.getAddress()가 “00:00:00:00:00:00”을 반환하는 경우도 있습니다.
  • iOS에서는 BLE 스캔 결과에 MAC 주소가 포함되지 않기 때문에, MAC 주소 대신 식별이 필요할 경우 Advertisement Data의 Manufacturer Data나 Custom Service UUID 등을 활용해야 합니다.

 

7. 프로파일(Profile)이란?

블루투스에서는 “이 기기를 어떤 용도로 사용할 것인가?”를 정리해둔 일종의 표준 통신 형식을 프로파일이라고 합니다.

 

블루투스 동작 방식

1. 페어링(Pairing)

블루투스를 처음 연결할 때, 두 기기는 암호화 키를 교환합니다.

이 과정을 페어링이라고 하고, 한 번 페어링되면 자동 재연결이 가능합니다. BLE에서는 보안 수준을 선택할 수 있으며, 보통 'Just Works', 'Passkey Entry', 'Numeric Comparison' 같은 방식이 있습니다.

• Just Works: 사용자가 입력 없이 자동으로 연결됨. 사용자 편의는 좋지만 보안 수준은 낮음.
• Passkey Entry: 한 쪽에 표시된 6자리 숫자를 다른 쪽에 입력. 보안 수준이 높음.
• Numeric Comparison: 양쪽 디바이스에 같은 숫자가 표시되며, 사용자 확인을 통해 페어링.

BLE는 기본적인 데이터 송수신에는 페어링이 필요 없지만, 민감한 데이터 전송이나 보안이 필요한 경우에는 페어링을 통해 암호화 키를 교환해야 합니다.

페어링과 기기 연결은 다른 개념으로 “페어링”은 보안 키 교환을 위한 절차, “연결”은 실제 데이터 송수신 가능 상태로 만드는 것입니다.

2. 페어링 이후의 흐름

1. Central(앱)이 주변 BLE 기기를 스캔합니다.
2. Peripheral(디바이스)와 연결 시도합니다.
3. 연결 성공 시 서비스/캐릭터리스틱 탐색합니다.
4. 데이터 주고받기 (Read/Write/Notify)

 

블루투스의 구조

블루투스는 기본적으로 Master/Slave 구조에서 시작했습니다. 각각 통신을 주도하는 쪽과 수신하는 쪽이라는 의미로, 스마트폰과 이어폰 같은 관계입니다.

요즘 BLE에서는 이 구분이 Central/Peripheral로 바뀌었고, Central이 연결을 주도하고 Peripheral이 데이터를 제공합니다. Master/Slave는 기술적인 용어지만, 사회적 맥락에서는 인종차별적 역사를 연상시킬 수 있어서 블루투스 SIG를 비롯해 여러 기술 커뮤니티(예: Python, GitHub 등)에서 표현을 더 중립적으로 바꾸는 움직임이 있었습니다. 깃허브에서도 주 브랜치 이름이 Master에서 Main으로 바뀌었습니다.

 

출처

https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/tech-overview/

Bluetooth Technology Overview | Bluetooth® Technology Website

 

https://developer.android.com/develop/connectivity/bluetooth?hl=ko

블루투스 개요  |  Connectivity  |  Android Developers