BlueNRG-MESH로 보다 스마트한 환경 구현
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BlueNRG-MESH로 보다 스마트한 환경 구현
  • 이나리 기자
  • 승인 2017.12.28 17:11
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산업용급 네트워킹 제공하는 '블루투스 메시'

[CCTV뉴스=이나리 기자] 오랫동안 기다려온 블루투스 메시 네트워킹 기술이 드디어 발표됐다. 블루투스 SIG가 2017년 7월에 정식으로 발표한 이 표준 규격은 기존의 블루투스 네트워킹 기술(점-대-점, 성형, 브로드캐스팅)에 산업용급 보안 메시 네트워킹을 추가했다. 블루투스 저에너지(BLE)는 배터리로 작동되는 주변장치들과 스마트폰으로 이뤄진 허브 중심적 근거리 PAN(Personal Area Networking) 애플리케이션에 널리 사용되고 있다.

새로운 메시 네트워킹 기술은 수백 개 노드들이 서로 매끄럽게 통신해 훨씬 더 넓은 네트워킹 범위를 커버할 수 있다. 이 노드에서 저 노드(Node)로 릴레이(전달)가 가능해 통신거리를 확장할 수 있다. 많은 이들의 예견과 달리, 블루투스 메시는 최신 블루투스 5 표준에만 의존하지 않는다. 블루투스 4.0 이상을 지원하는 어떤 스마트폰이나 메시 커넥티드 노드라도 손쉽게 모니터링, 제어할 수 있다.

이 글에서는 최근의 블루투스의 진화와 새로운 메시 네트워킹 기술에 대해 설명한다. 그리고 개발자들과 혁신적인 제작자들이 이 놀라운 신기술을 최대한 활용하도록 ST의 포괄적인 유형의 저전력 블루투스 시스템온칩(SoC), 툴, 편리한 평가 키트 지원을 설명하겠다. 

블루투스 저에너지 메시 기술

메시를 이루는 기본 구성요소는 노드 객체다. 블루투스 메시 노드는 패킷으로 이뤄진 메시지를 사용해 네트워크 상의 모든 노드와 통신할 수 있다. 메시지는 명령이나 보고에 사용되며, 일반적으로 연속적 데이터 스트리밍용으로는 사용되지 않는다. 또한 릴레이 노드를 사용한 릴레이 메커니즘을 통해 도달이 불가능했던 노드들로 메시지를 빠르게 전달할 수 있다. 따라서 네트워크의 도달 가능한 커버리지를 크게 늘릴 수 있다. 네트워크 직경이 많게는 126홉에 달할 수 있다. 이 정도면 전체 건물의 조명 설비를 커버하기에 충분하다.

네트워크 혼잡을 피하기 위해서는 메시지 릴레이의 종료 시점 판단 등 다수의 기법들이 도입되고 있다. 이로써 플러딩(Flooding) 기법으로 인한 단점은 최소화하면서 단순성, 중복성, 신뢰성과 같은 이점들은 그대로 유지할 수 있다.

릴레이 노드는 계속해서 메시지를 수신하고 재전송하도록 깨워야 하므로 블루투스 기술 고유의 저전력 특성을 활용하지 못할 수 있다. 따라서 배터리로 작동되는 디바이스는 릴레이 노드로 적합하지 않다. 이럴 때 도움이 될 수 있는 것이 친구 노드(Friend node)와 저전력 노드(Low-power node)다. 통상적으로 메인 전원으로 작동되는 친구 노드는 지정된 메시지들을 버퍼링할 수 있으며, 저전력 노드는 저전력 상태로 머물다가 사전에 지정된 일정한 주기로 깨어나 버퍼링된 메시지를 처리하고 다시 슬립 모드가 된다.

네 번째 노드 유형은 프록시 노드(Proxy node)다. 프록시 노드는 기존 스마트폰 같이 메시를 지원하지 않는 블루투스 저에너지 디바이스라도 표준적 GATT(Generic Attribute Profile) 인터페이스를 통해 네트워크에 연결할 수 있도록 한다. 이 유형은 역호환성을 제공함으로써 스마트 빌딩이나 홈 오토메이션 같은 애플리케이션에 메시 기술의 도입을 더 빠르게 늘릴 수 있다.

각각의 노드는 어드레스를 지정할 수 있는 객체로 된 최소한 하나 혹은 그 이상의 요소들로 이뤄질 수 있다. 이런 요소들은 클라이언트-서버 모델 아키텍처를 사용해 서로를 노출하며 발행-구독(Publish-and-Subscribe) 메커니즘을 사용해 통신한다. 서버(예를 들어 전구의 온/오프 상태)는 장치의 상태와 상태에 관한 메시지를 포함하며, 클라이언트(예를 들어 조명 스위치)는 상태는 없고 서버 상태와 상호작용하기 위해 사용되는 메시지를 정의한다.

네트워크로부터 제어 메시지를 청취해야 하는 노드(전구)는 관련된 소스로부터 상태가 바뀌는지에 대해 구독한다. 반대로 제어하는 소스(조명스위치)는 자신의 상태를 해당 전구로 발행한다. 따라서 예로 전구/스위치의 경우에는 클라이언트 장치(스위치)가 메시지를 포스트하고, 서버 장치(전구)는 새로운 명령을 통보 받을 수 있다. 

블루투스 메시는 유연성을 더욱 높이기 위해 노드 그룹을 정의하고 어드레스를 부여할 수 있다(유니캐스트 어드레싱이 아니라 그룹 어드레싱 사용). 이 기능을 사용함으로써 집안의 모든 조명, 현관 입구의 조명 등 공통적인 장소의 모든 전구들을 편리하게 제어할 수 있다.

프로비저닝(Provisioning)은 어떤 디바이스를 어드레스 가능한 노드로서 네트워크로 합류시키는 것이다. 한 네트워크로 최대 3만 2767개 노드를 프로비저닝할 수 있다. 이 절차는 통상적으로 스마트폰이나 태블릿으로 실행되는 앱을 통해 이뤄지고, 이를 통해 프로비저닝된 노드들의 데이터베이스를 형성할 수 있다.

블루투스SIG에서는 보안 문제를 심각하게 인식하고 블루투스 메시로 산업용급 보안 기능들을 필수적인 기능들로 포함시켰다. 따라서 프로비저닝을 하는 시점부터 곧바로 모든 트래픽이 암호화되며, 암호화되지 않은 메시지는 통신할 수 없게 된다. 또한 다중의 네트워킹 층으로 트래픽에 대한 메시지 무결성 검사(MIC)를 도입했다. 3중 키 메커니즘(디바이스 키, 네트워크 키, 애플리케이션 키)을 통해 노드들과 데이터를 인증하고, 정교한 난독화 기법과 단대단(End-to-End) 암호화 이외에도 키 리프레시, 블랙리스팅, 메시지 시퀀싱 같은 기법들을 사용해 보안 위협을 최소화한다.전체적인 메시 소프트웨어는 [그림 4]에서 보는 것처럼 7층으로 이뤄졌다.

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