[BLE] GAP

Bluetooth Low Energy 프로토콜은 두 가지 다른 통신 스타일을 지원한다.

1. Connection-oriented communication
2. Broadcast communication

이번 블로그 포스트에서는 이러한 통신 스타일과 관련된 정의, 장치의 역할, 네트워크 토폴로지에 대해 정리해 볼 것이다.

 

 

Communication style

1. 연결 지향 통신(Connection-oriented communication)

장치 간에 전용 양방향 연결을 형성하여 데이터를 원활하게 교환할 수 있다.

 

2. 브로드캐스트 통신 (Broadcast communication)

장치가 먼저 연결을 설정하지 않고, 범위 내의 모든 장치에 데이터 패킷을 브로드캐스트하여 통신한다.

 

 

Device roles

 

1. Advertising and Scanning

BLE 장치가 서로 연결하기 위해서는 두 가지 역할이 필요하다.

 

역할 1 : 자신의 존재와 연결 의사를 advertise한다.
역할 2 : 역할 1을 가진 장치를 scan 한다.

 

GAP 계층은 BLE 네트워크의 노드에 대한 이러한 역할을 정의한다.

 

 

2. Central and Peripheral

위에서 정의된 두 역할 중, advertising을 담당하는 장치는 주변 장치(Peripheral) 역할을 하고, 광고를 scan하는 장치는 중심 장치(Central) 역할을 한다. 

중심 장치가 주변 장치의 광고 패킷을 스캔하면, 연결 요청을 보내 주변 장치와 연결을 할 수 있다.

 

 

• 중심(Central): 주변 장치와의 연결을 스캔하고 시작하는 장치 역할.
• 주변(Peripheral): 중심 장치로부터 연결 요청을 광고하고 수락하는 장치 역할.

중심 장치는 여러 주변 장치에 동시에 연결 요청을 보낼 수 있으며, 연결 관리와 데이터 처리의 대부분을 담당한다.

따라서 주변 장치는 일반적으로 중심 장치보다 전력을 덜 사용한다.

 

=> IoT 장치 중 전력 소모가 적은 장치는 주로 주변 장치 역할을 하며, 모바일 폰과 같은 장치는 중심 장치 역할을 한다.

 

 

Broadcaster and observer

때로는 장치가 다른 장치와의 연결 없이 정보를 브로드캐스트하기만 하기도 한다.

=> 이 경우 브로드캐스터는 광고 패킷을 보내지만, 어떤 패킷도 받지 않으며 연결 요청을 수락하지 않는다.

 

=> 반대로 옵저버는 광고 패킷을 청취하지만 연결 요청을 보내지는 않는다.

 

 

• 브로드캐스터(Broadcaster): 연결 요청을 수락하지 않고 광고 패킷을 브로드캐스트하는 특수한 주변 장치.
• 옵저버(Observer): 연결을 시작하지 않고 광고 패킷을 청취하는 특수한 중심 장치.

 

Network topologies

1. Broadcast topology

브로드캐스트 토폴로지에서는 장치가 연결을 수립하지 않고 데이터 전송이 이루어진다. 이는 광고 패킷을 사용하여 데이터를 브로드캐스트하고, 옵저버가 이를 스캔하여 읽는 방식이다.

 

ex) 근접 비콘, 실내 네비게이션 등

 

• 장점 : 많은 장치에 데이터를 동시에 전송할 수 있다
• 단점 : 광고 패킷의 데이터 용량이 제한되어 있어 높은 데이터 처리량이 요구되는 경우 적합하지 않다.

 

2. Connected topology

연결된 네트워크 토폴로지에서는 데이터 전송 전에 연결을 수립한다. 이는 양방향 통신이 가능하다는 점에서 브로드캐스트 토폴로지와 다르다.

 

ex) 중심 장치가 여러 주변 장치와 연결된 상태

 

 

• 장점 : 높은 데이터 처리량과 양방향 통신이 가능하다.
• 단점 : 블루투스 LE 사양은 연결 수를 제한하지 않지만, 소형 임베디드 장치를 사용할 때는 하드웨어 제한이 있을 수 있다.

 

3. Multi-role topology

하나의 장치가 동시에 여러 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 한 장치가 주변 장치로서 센서 데이터 수집을 하면서도 중심 장치로서 이 데이터를 다른 장치로 전송할 수 있다.

 

ex) 센서 데이터 허브

 

 

 

 

멀티 롤 기능은 여러 센서로부터 데이터를 수집하고 이를 모바일 폰에 전송하는 시스템에서 유용하다.