근거리 통신을 통한 스마트 센서와 블루투스 간 연결 문제 해결

　　저전력(LE) 데이터 교환 지원은 블루투스 사양 버전 4.0에 포함되어 있습니다. 블루투스 저에너지(BLE)는 최대 1 Mbit/s의 데이터 전송 속도를 지원하도록 설계되었으며, 거리는 약 50미터에 달하며, 이는 일반적인 블루투스보다 약 10에서 30미터 더 깁니다. 블루투스 저에너지(BLE)는 기기를 사물인터넷(IoT)에 연결하는 강력한 자격 증명을 제공합니다.

　　이 장치는 블루투스 사양의 BLE 부분만 구현할 수 있어 블루투스 스마트라고 부릅니다. IoT 엔드포인트와 같은 스마트 객체에 이는 경제적이고 에너지 절약 효과가 뛰어난 이상적인 솔루션입니다. 반면, 스마트폰과 태블릿처럼 전체 블루투스 사양을 지원하는 기기들—LE뿐만 아니라 기본 속도 및 최대 3 Mbit/s의 향상된 데이터 속도(BR/EDR, 현재 블루투스 클래식이라 불림)도 지원하며—은 블루투스 스마트 기기, 즉 블루투스 스마트 기기와 상호작용할 수 있습니다.

　　2011년 말 이후 출시된 모든 스마트폰은 스마트입니다. 이로 인해 개발자들은 이미 많은 잠재 사용자가 제품과 상호작용하는 기기를 가지고 있다는 사실에 의존할 수 있습니다. 이들은 스마트 조명이나 가정용 환경 센서와 같은 소비자 제품이나, 산업용 스마트 센서나 기계 같은 기기일 수 있습니다. 산업용 사용자는 BYOD(Bring Your Own) 정책에 의해 승인된 자신의 기기를 사용하거나 지정된 휴대전화 또는 태블릿을 사용해 상호작용할 수 있습니다.

　　상타이에서 스마트 오브젝트에 이상적인 연결

　　상호운용성의 용이성 외에도, BLE는 스마트 객체의 연결 기술로서 여러 가지 중요한 장점을 제공합니다. 회로와 프로토콜은 저렴한 비용으로 구현할 수 있으며, Windows, Apple, Android 기기에 적합한 소프트웨어 API도 제공됩니다. 작은 패킷, 짧은 수신 및 송신 창, 그리고 무전기가 유휴 모드에서 머무는 시간을 극대화하도록 설계된 전력 체계는 모두 극히 낮은 에너지 요구량을 제공하며, BLE 장치는 소량 동전으로도 몇 달 이상 작동할 수 있게 합니다. 반면, 블루투스 기기 페어링은 소비자들 사이에서 어렵고 시간이 많이 걸릴 수 있으며 다소 '성공과 실패'가 불가능한 과정으로 널리 인식됩니다. 액세서리를 휴대폰에 연결하려는 사용자는 보통 새 기기를 발견 가능하게 만드는 방법을 배우기 위해 참고 매뉴얼이 필요합니다. 페어링은 보통 여러 번 시도해야 하며, 잠재적 해커가 쉽게 추측할 수 없는 공장 기본 키로 변경하는 사용자가 거의 없기 때문에 보안이 위협받을 수 있습니다.

　　기기가 자체 사용자 입력을 가질 때, 버튼이나 스위치처럼 기본적인 장치처럼 이 과정을 다루기 어렵습니다. IoT 스마트 센서처럼 완전히 헤드리스일 수 있는 기기에서는 더욱 어려울 수 있습니다.

　　머리 없는 물체와 짝을 이루면

　　페어링 문제를 극복하기 위해 블루투스 SIG는 블루투스 2.0부터 Secure Simple Pairing(SSP)을 출시했습니다. SSP는 작업, 디지털 비교, 키 입력, 아웃 오브 밴드(OOB) 등 네 가지 연관 모델을 명시합니다. 키 입력과 숫자 비교는 사용자가 코드를 입력하거나 두 코드가 동일한지 확인해야 합니다. OOB는 사용자 인터페이스 없이 헤드리스 장치를 연결하는 데 가장 적합한 모델입니다. Just Works 페어링은 디지털 비교와 동일한 프로토콜을 사용하지만, 사용자 확인이 필요하지 않습니다. 이 방법은 사용자 인터페이스 키나 디스플레이 없이 장치를 페어링하는 데 사용할 수 있지만, 중간(man-in-bet) 보안 공격에서 인간 보호를 제공하지는 않습니다. OOB 페어링은 키 입력 정보 대신 이전에 안전하게 공유된 정보를 사용합니다.

　　근거리 무선 통신(NFC)은 OOB 페어링에 필요한 데이터를 공유하는 데 사용되어, 블루투스 연결을 편리하고 안전하게 구축할 수 있는 방법을 제공합니다. NFC 페어링은 이미 인기 있는 모바일 운영체제에서 지원되고 있으며, 헤드폰이나 스피커 같은 새로운 액세서리를 스마트폰에 도입할 때 '탭 페어링'의 편리함을 제공함으로써 소비자 사용이 크게 단순화되었습니다.

　　내장 보안 장치를 통해 NFC는 스마트폰과 태블릿에서 기본 BLE 지원이 제공하는 광범위한 장점을 배제하지 않고도 스마트 센서와의 블루투스 페어링을 지원할 수 있습니다.

　　NFC는 네트워크에 새로운 기기를 안전하게 도입하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 헤드리스 IoT 기기와의 다른 상호작용도 촉진할 수 있습니다. 예를 들어, 네트워크에서 기기를 제거하거나, 기존 기기를 새 것으로 교체하거나, 블루투스 연결이 활성화되지 않은 경우 설정 데이터를 전송하거나 정보를 조회하는 등의 방법이 있습니다. NFC는 또한 완전히 전원이 꺼진 기기를 깨워 배터리 수명을 극대화하고 블루투스 네트워크에 연결하는 방법을 제공합니다.

　　NFC와 페어링 과정을 시작하세요

　　호스트 시스템이 전원을 잃으면 수동 NFC 태그가 리더기와 통신할 수 있으며, 네트워크 매개변수나 안전한 연결에 필요한 키와 같은 데이터가 첫 전원 켜기 전에 장치에 전송될 수 있기 때문입니다. 이는 NFC 지원 스마트폰이나 게이트웨이 장치(예: 홈 자동화 센터)에서 새 기기를 탭함으로써 할 수 있습니다. 객체가 전원이 켜지면 키를 사용해 네트워크에 연결하고 안전한 통신을 설정할 수 있습니다. 그 후 보안상의 이유로 제3자가 가로채지 않도록 키를 라벨에서 제거합니다. 마찬가지로, 기기에 등록된 NFC 지원 스마트폰은 헤드리스 기기를 탭으로 네트워크에 연결할 수 있습니다. 다른 명령(예: 네트워크에서 장치 초기화 또는 비활성화)도 같은 방식으로 하거나, 클릭하여 기존 장치를 교체하거나 업데이트하는 데 도움을 주어 한 장치에서 다른 장치로 설정 설정을 복사하는 방식도 가능합니다.

　　NFC의 짧은 통신 범위는 보안과 선택성을 향상시키는 데 도움을 줍니다. 무단 사용자가 기기에서 몇 센티미터 이내에 있어야 할 때 도청은 매우 어렵고, 도청은 사용자가 연결하려는 장치만 네트워크 키를 받았다는 확신을 갖게 합니다.

　　블루투스 기술 컨소시엄과 NFC 컨소시엄은 이미 기기 페어링과 블루투스 연결을 위한 통신 시작과 같은 두 기술에 대한 상호운용성을 제공했습니다. 현재 블루투스 표준은 NFC와 같은 장점을 활용하기 위한 OOB 페어링을 지원할 뿐만 아니라, NFC 규격에는 블루투스나 Wi-Fi 같은 네트워크에 기기를 연결할 수 있는 기능도 포함되어 있습니다. 또한 연결 전환 프로토콜이 있어 페어링 후 즉시 정상적으로 블루투스로 전송할 수 있습니다.

　　이 두 사양에 포함된 이러한 기능들은 NFC를 블루투스 장치 선택, 블루투스 기기와의 안전한 연결 허용, 블루투스 기기에서 애플리케이션 실행까지 다양한 목적으로 사용할 수 있게 합니다.

　　NFC는 블루투스 탐색 프로그램을 없애 기기 선택을 간소화합니다. 블루투스 탐색 프로그램은 포함된 범위 내 다른 기기 목록에서 원하는 기기를 수동으로 선택해야 할 수 있습니다. 이 경우 NFC는 탭 장치에서 블루투스 주소를 직접 캡처할 수 있게 합니다.

　　블루투스 장치를 SSP OOB와 페어링할 때, NFC를 사용해 BLE 장치에 필요한 임시 키를 전송할 수 있습니다. 이 과정. 키는 표준 NDEF(NFC 데이터 교환 형식) 메시지의 페이로드에 포함되어 있습니다. OOB 데이터를 교환한 후, 개발자는 블루투스 명세에 포함된 다른 기능을 활용하여 연결 설정 완료에 소요되는 시간을 최소화할 수 있습니다. 한 예로는 일반 접근 프로필(GAP)에 포함된 빠른 연결 구축 지원이 있습니다. GAP는 블루투스 기기 안내 방송을 정의하며, 서로를 발견하고 연결하며 보안을 처리하는 과정을 의미합니다.

　　NFC 포럼과 블루투스 SIG가 공동으로 발표한 지원 문서는 NFC를 이용한 블루투스 상타이 세큐어 심플 페어링, 기기 간 상호작용, 그리고 NFC와 블루투스 간 전환 메커니즘에 대한 심층 정보를 제공합니다.

　　통합 모듈은 설계를 단순화합니다

　　NFC 페어링과 NFC 트리거 호스트 깨우기를 달성하려면 해당 장치가 NFC 태그와 BLE 기능을 갖추어야 합니다. 이들은 독립형 IC로도 구현할 수 있지만, IoT 기기용 BLE와 NFC를 결합한 통합 솔루션은 더 작고 잠재적으로 에너지 절약 면이 더 큰 솔루션을 제공합니다. 파나소닉의 PAN1761 BLE/NFC 콤보 모듈이 그 예로, 단일 모드 BLE 칩과 NFC 포럼 3 호환 태그를 결합한 컴팩트한 표면 실장 패키지입니다. 이 모듈은 온보드에 ARM Cortex-M3 마이크로컨트롤러와 512 KBit EEPROM을 탑재하고 있으며, 스마트 센서 애플리케이션 및 기타 코드뿐만 아니라 블루투스 및 NFC 기능도 실행할 수 있습니다. 이 장치는 제로 전력 대기 모드를 제공하여 애플리케이션이 긴 배터리 수명을 누릴 수 있도록 합니다. 필요하다면 NFC 스캐너를 사용해 다시 활성화하고 블루투스 연결을 자동으로 활성화할 수 있습니다.

　　이 모듈은 도시바의 BLE/NFC IC를 결합하여 제작되었으며, GAP와 GASH를 지원하는 도시바 블루투스 스택을 포함하고 있습니다. 칩에 BLE 유니버설 속성(GATT) 프로필이 적용되어 있습니다. GAP는 중앙 및 주변 역할을 지원하여 게이트웨이 장치나 스마트 객체에서 게이트웨이에 연결하는 PAN1761 사용할 수 있도록 합니다. 표준 BLE 프로필은 애플리케이션 코드에 통합할 수 있습니다.

　　Toshiba 블루투스 개발자 존에 등록하면 Toshiba Pairing NFC 패키지를 포함한 지원되는 소프트웨어 개발 키트(SDK)에 접근할 수 있습니다. 이는 온보드 Cortex-M3 프로세서용 애플리케이션 소스 코드와 "Pair Through NFC" 라이브러리를 제공하여 NFC를 이용한 OOB 페어링을 단순화합니다. 소스 코드와 아웃 오브 밴드 페어링 개념에 대한 앱 안내가 포함된 안드로이드 데모 앱도 있습니다. 모든 모듈 기능에 드라이버를 제공하는 고급 BLE API가 설정, 연결 및 데이터 전송을 지원합니다.

　　그림 1: 고급 API는 개발자가 PAN1761을 사용할 수 있도록 돕습니다.

　　PAN1761 모듈은 BLE/NFC IC와 EEPROM을 26 MHz 크리스털 발진기, 블루투스 안테나, 필터와 결합하여 그림 2에 나타난 것입니다. 외부 NFC 안테나가 필요합니다. 온라인 설계 도구 "Panasonic NFC Design Navigator"는 엔지니어들이 안테나 설계를 개발하고 올바른 라우팅과 PCB 배치를 보장하는 데 도움을 줍니다.

　　그림 2: PAN1761 회로 설계를 단순화하여 PCB 공간과 BOM 비용을 절감합니다. 레이아웃과 안테나 설계 가이드가 제공됩니다.

　　결론

　　NFC는 거의 사용자 인터페이스 없이 소형 저전력 산업용 스마트 센서를 블루투스에 연결하는 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 블루투스 SIG와 NFC 포럼은 NFC 지원 페어링을 제공하기 위해 협력했으며, NFC 사양에서는 연결 전환, BLE 사양에서는 OOB 페어링을 지원합니다. BLE/NFC 태그 모듈이 결합되어 이 두 기술을 하나의 장치 내에 결합하여 해결책을 단순화합니다. SDK 지원은 소프트웨어 개발자들에게 헤드리스 장치를 빠르게 페어링할 수 있는 기능을 제공합니다.