BLE

저전력을 최우선으로 설계한 근거리 무선 통신(Bluetooth Low Energy). Bluetooth 4.0에서 도입됐으며 클래식 블루투스와 호환되지 않는 별개 규격이다.

클래식과의 차이

저전력의 비결 — 대부분의 시간을 자는 것

연결 간격(7.5ms ~ 4s) 마다 잠깐 깨어나 통신하고 다시 잔다

깨어 있는 시간 : 수 밀리초

• 자는 시간 — : 나머지 전부 평균 소비 전류 : 수 μA

"통신을 빨리 끝내고 자는 것" 이 설계 철학의 전부다. 그래서 연결 수립도 3ms로 짧다.

역할

광고자(Advertiser) → 관찰자(Observer) : 방송만 주변장치(Peripheral) ↔ 중앙장치(Central) : 연결 후 양방향

일반적으로 센서·웨어러블 = Peripheral (광고를 보낸다)

• 스마트폰 — = Central (스캔하고 연결한다)

GATT — 데이터 구조

Profile
└── Service (예: 심박수 서비스, UUID 0x180D)
    ├── Characteristic (심박수 측정값, 0x2A37)
    │   ├── Value       — 실제 데이터
    │   ├── Properties  — Read / Write / Notify / Indicate
    │   └── Descriptor  — CCCD 등 부가 정보
    └── Characteristic (센서 위치, 0x2A38)

모든 데이터가 이 계층 구조에 담긴다. 표준 서비스(심박, 배터리, 온도)는 UUID가 정해져 있어 제조사가 달라도 앱이 동작한다.

커스텀 데이터는 128비트 UUID를 직접 만들어 쓴다.

데이터 전송 방식 네 가지

Notify가 저전력의 핵심이다. 폴링하면 계속 깨어 있어야 하지만, Notify는 데이터가 생겼을 때만 보낸다.

CCCD(Client Characteristic Configuration Descriptor)에 Central이 1을 써야 Notify가 시작된다. 이것을 빠뜨려 "데이터가 안 온다"고 하는 경우가 매우 흔하다.

연결 파라미터 — 전력과 지연의 트레이드오프

Connection Interval : 7.5ms ~ 4s — 통신 주기

• Slave Latency — : 0 ~ 499 — 건너뛸 수 있는 횟수 Supervision Timeout : 100ms ~ 32s — 끊김 판정 시간

간격이 짧으면 → 반응 빠름, 전력 소모 큼

• 간격이 길면 — → 절전, 반응 느림

• Slave Latency = 데이터가 없으면 몇 번 건너뛰어도 된다

• 반응성을 유지하면서 평균 전력을 낮추는 절충

iOS는 연결 파라미터에 제약이 엄격하다(최소 간격 15ms 등). 안드로이드에서 되던 설정이 iOS에서 거부되는 일이 있다.

MTU와 처리량

기본 MTU = 23바이트 (실제 데이터 20바이트)

• 확장 시 — = 최대 517바이트

• MTU를 늘리지 않으면 큰 데이터 전송이 매우 느리다

• 연결 후 MTU 교환을 반드시 시도한다

"BLE가 너무 느리다" 는 대부분 MTU와 연결 간격 설정 문제다.

주파수 호핑

2.4GHz 대역을 40채널로 분할

• 37개 데이터 채널
• 3개 광고 채널 (37, 38, 39) — Wi-Fi 채널과 겹치지 않는 위치에 배치

적응형 주파수 호핑(AFH)으로 간섭이 심한 채널을 피한다

광고 채널 3개의 주파수가 Wi-Fi 1/6/11 채널 사이 틈에 놓이도록 설계된 것이 특징이다. 공존을 고려한 설계다.

보안

• 페어링 → 본딩(키 저장) → 암호화

• Just Works — : 인증 없음. MITM에 취약

• Passkey Entry — : 6자리 숫자

• Numeric Comparison : 양쪽 화면에 숫자 비교 (LE Secure Connections)

• Out of Band — : NFC 등 다른 채널로

Just Works가 기본으로 쓰이는 경우가 많은데 중간자 공격에 취약하다. 의료·결제 기기라면 LE Secure Connections를 써야 한다.

실무에서 겪는 문제

• 연결이 자주 끊긴다 — → Supervision Timeout, 간섭, 안테나 배치
• 데이터가 안 온다 — → CCCD 미설정
• 너무 느리다 — → MTU, 연결 간격, Write w/o Response 사용 검토
• 전력이 예상보다 크다 — → 광고 간격, 연결 간격, TX 파워, 슬립 진입 실패