KR20170022001A - 데이터 송수신 방법 및 이를 위한 디바이스 - Google Patents

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Abstract

블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 데이터가 송수신되는 방법이 개시된다. 제1 디바이스에 의해 수행되는 방법은 제1 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 제2 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 제1 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 동기 데이터를 저장하는 단계, 및 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 연결이 해제된 경우 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징을 재개하는 단계를 포함한다.

Description

데이터 송수신 방법 및 이를 위한 디바이스{DATA TRANSMITING AND RECEIVING METHOD AND THE DEVICE THEROF}
본 발명은 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy)를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법 및 이를 위한 디바이스에 관한 것이다.
블루투스는 다양한 기기(스마트폰, PC, 이어폰, 헤드폰 등)를 서로 연결하여 정보를 주고 받는 대표적인 근거리 무선 기술 중에 하나이다. 또한, 대부분의 스마트폰, PC, 노트북 등에 적용되어 있는 기술로 많은 사람들이 쉽게 사용을 하고 있으며, 쉬운 페어링 절차는 안정적으로 기기 간 연결성을 제공하고 있다. 최근에 개발된 LE 기술은 적은 전력을 소모하면서 수백 KB의 정보를 안정적으로 제공할 수 있다.
Bluetooth 표준 기술은 BR/EDR (Basic Rate / Enhanced Data Rate)과 LE (Low Energy)로 Core Specification이 구분된다.
이 중 Bluetooth Low Energy (이하 ‘BLE’)는 Bluetooth Specification V4.0 이후부터 발표된 기술로써 기존 Bluetooth 대비 높은 에너지 효율을 목표로 고안되었다.
한편 BLE를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 간의 써칭(Searching)이 이루어지는 과정에서 각 디바이스의 전력이 소모되는 경우가 많다. 즉 제1 디바이스는 제2 디바이스와의 연결을 위해 애드버타이징(Advertising) 주기를 짧게 하여야 하고, 제2 디바이스는 제1 디바이스와의 연결을 위해 스캔 윈도우(Window) 주기를 길게 하거나 스캔 인터벌(Interval) 주기를 짧게 하여야 한다.
이러한 경우에는 제1 및 제2 디바이스는 각각 써칭을 하기 위해 전력을 많이 소비하게 되므로, 이를 개선하기 위한 방안이 모색된다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 블루투스 저전력 에너지를 이용한 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이의 연결이 해제된 경우 제1 디바이스 또는 제2 디바이스의 동기 데이터를 이용하여 애드버타이징 또는 스캔을 재개하는 데이터 송수신 방법을 제공하기 위함이다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따르면 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 데이터가 송수신되는 방법에 있어서, 제1 디바이스에 의해 수행되는 방법은 제1 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 제2 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 제1 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 동기 데이터를 저장하는 단계, 및 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 연결이 해제된 경우 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징을 재개하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 제1 디바이스의 해시(hash) 값을 추출하는 단계, 및 추출된 해시 값을 제2 디바이스에 대하여 애드버타이징하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 해시 값을 추출하는 단계는 제1 디바이스가 전용(private) BT mac 어드레스를 사용하는 경우에는 전용 BT mac 어드레스를 공용(public) BT mac 어드레스로 변환하고, 변환된 공용 BT mac 어드레스를 이용하여 해시 값을 추출할 수 있다.
또한 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 각각 스마트 와치(Smart Watch) 및 스마트 폰(Smart Phone)일 수 있다.
또한 애드버타이징을 재개하는 단계는 추출된 해시 값을 저장된 동기 데이터에 기초하여 제2 디바이스에 대하여 애드버타이징할 수 있다.
또한 동기 데이터는 제1 디바이스의 애드버타이징 시간 및 주기 또는 제2 디바이스의 스캐닝 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편 상기의 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따르면 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 데이터가 송수신되는 방법에 있어서, 제2 디바이스에 의해 수행되는 방법은 제1 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 제2 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 제1 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 동기 데이터를 저장하는 단계, 및 제1 디바이스 및 제2 디바이스의 연결이 해제된 경우 저장된 동기 데이터에 기초하여 스캔 요청을 재개하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 제1 디바이스로부터 추출된 해시(hash) 값을 수신하는 단계, 및 수신된 해시 값으로써 제1 디바이스를 필터링하여 스캔 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 각각 스마트 와치(Smart Watch) 및 스마트 폰(Smart Phone)일 수 있다.
또한 스캔 요청을 재개하는 단계는 수신된 해시 값을 저장된 동기 데이터에 기초하여 제1 디바이스에 대하여 스캔 요청할 수 있다.
또한 동기 데이터는 제1 디바이스의 애드버타이징 시간 및 주기 또는 제2 디바이스의 스캐닝 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편 상기의 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따르면 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 디바이스에 있어서, 메모리, 외부와 통신하기 위한 통신부, 및 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 타 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 디바이스 및 타 디바이스의 동기 데이터를 메모리에 저장하고, 디바이스 및 타 디바이스의 연결이 해제된 경우 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징을 재개할 수 있다.
한편 상기의 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따르면 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 디바이스에 있어서, 메모리, 외부와 통신하기 위한 통신부, 및 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는 타 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 타 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 디바이스 및 타 디바이스의 동기 데이터를 메모리에 저장하고, 디바이스 및 타 디바이스의 연결이 해제된 경우 저장된 동기 데이터에 기초하여 스캔 요청을 재개할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 디바이스의 애드버타이징 주기가 길어지게 되어, 제1 디바이스의 전력 소모가 줄어들게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제2 디바이스의 스캔 윈도우 주기가 짧아지거나 스캔 인터벌 주기가 길어지게 되어, 제2 디바이스의 전력 소모가 줄어들게 되는 효과가 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서에서 제안하는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도,
도 2는 본 명세서에서 제안하는 방법들을 구현할 수 있는 서버 디바이스 및 클라이언트 디바이스의 내부 블럭도의 일 예,
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예,
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예,
도 6은 블루투스 저전력 에너지 기술에서 객체 전송 서비스를 제공하는 방법의 흐름도에 관한 일 예,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법에 관한 순서도의 일 예,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 데이터의 저장 방법에 관한 순서도의 일 예,
도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법에 의해 블루투스 연결이 이루어지는 순서도의 일 예,
도 11 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 애드버타이징 및 스캔이 이루어지는 방법을 설명하기 위한 도면의 다양한 예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 디바이스(device)는 무선 통신이 가능한 디바이스로서, 스마트 폰을 포함한 휴대폰, 태블릿 PC, 데스크탑 컴퓨터, 노트북, 스마트 TV, IPTV 등을 포함한 텔레비전 등이 가능하다.
또한, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다.
따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
도 1은 본 명세서에서 제안하는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도이다.
무선 통신 시스템(100)은 적어도 하나의 서버 디바이스(Server Device, 200) 및 적어도 하나의 클라이언트 디바이스(Client Device, 300)를 포함한다.
서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300)는 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE, 이하 편의상 ‘BLE’로 표현한다.) 기술을 이용하여 블루투스 통신을 수행한다.
먼저, BLE 기술은 블루투스 BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate) 기술과 비교하여, 상대적으로 작은 duty cycle을 가지며 저 가격 생산이 가능하고, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어 코인 셀(coin cell) 배터리를 이용할 경우 1년 이상 동작이 가능하다.
또한, BLE 기술에서는 디바이스 간 연결 절차를 간소화하였으며, 패킷 사이즈도 블루투스 BR/EDR 기술에 비해 작게 설계되어 있다.
BLE 기술에서, (1) RF 채널수는 40개이며, (2) 데이터 전송 속도는 1Mbps를 지원하며, (3) 토폴로지는 스타 구조이며, (4) latency는 3ms 이며, (5) 최대 전류는 15mA이하이며, (6) 출력 전력은 10mW(10dBm)이하이며, (7) 휴대폰, 시계, 스포츠, 헬스케어, 센서, 기기제어 등의 어플리케이션에 주로 사용된다.
서버 디바이스(200)는 다른 디바이스와의 관계에서 클라이언트 디바이스(300)로 동작할 수 있고, 클라이언트 디바이스(300)는 다른 디바이스와의 관계에서 서버 디바이스(200)로 동작할 수 있다. 즉, BLE 통신 시스템에서 어느 하나의 디바이스는 서버 디바이스(200) 또는 클라이언트 디바이스(300)로 동작하는 것이 가능하며, 필요한 경우, 서버 디바이스(200) 및 클라이언트 디바이스(300)로 동시에 동작하는 것도 가능하다.
서버 디바이스(200)는 데이터 서비스 디바이스(Data Service Device), 마스터(Master) 디바이스, 마스터(Master), 서버, 컨덕터(Conductor), 호스트 디바이스(Host Device), 오디오 소스 디바이스(Audio Source Device), 제 1 디바이스 등으로 표현될 수 있으며, 클라이언트 디바이스(300)는 슬레이브(Slave) 디바이스, 슬레이브(Slave), 클라이언트, 멤버(Member), 싱크 디바이스(Sink Device), 오디오 싱크 디바이스(Audio Sink Device), 제 2 디바이스 등으로 표현될 수 있다.
서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300)는 무선 통신 시스템의 주요 구성요소에 해당하며, 무선 통신 시스템은 서버 디바이스(200) 및 클라이언트 디바이스(300) 이외에도 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
서버 디바이스(200)는 클라이언트로부터 데이터를 제공 받고, 클라이언트 디바이스(300)와 직접 통신을 수행함으로써, 클라이언트 디바이스(300)로부터 데이터 요청을 수신하는 경우, 응답을 통해 클라이언트 디바이스(300)로 데이터를 제공하는 디바이스를 말한다.
또한, 서버 디바이스(200)는 클라이언트 디바이스(300)로 데이터 정보를 제공하기 위해 클라이언트 디바이스(300)에게 알림(Notification) 메시지, 지시(Indication) 메시지를 보낸다. 또한, 서버 디바이스(200)는 클라이언트 디바이스(300)로 지시 메시지를 전송하는 경우, 클라이언트로부터 지시 메시지에 대응하는 확인(Confirm) 메시지를 수신한다.
또한, 서버 디바이스(200)는 알림, 지시, 확인 메시지들을 클라이언트 디바이스(300)와 송수신하는 과정에서 출력부(Display Unit)을 통해서 사용자에게 데이터 정보를 제공하거나 입력부(User Input Interface)를 통해 사용자로부터 입력되는 요청을 수신할 수 있다.
또한, 서버 디바이스(200)는 클라이언트 디바이스(300)와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리(memory unit)로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
또한, 하나의 서버 디바이스(200)는 다수의 클라이언트 디바이스(300)들과 연결될 수 있으며, 본딩(Bonding) 정보를 활용하여 클라이언트 디바이스(300)들과 쉽게 재 연결(또는 접속)이 가능하다.
클라이언트 디바이스(300)는 서버 디바이스(200)에게 데이터 정보 및 데이터 전송을 요청하는 장치를 말한다.
클라이언트 디바이스(300)는 서버 디바이스(200)로부터 알림 메시지, 지시 메시지 등을 통해 데이터를 수신하고, 지시 메시지를 서버 디바이스(200)로부터 수신하는 경우, 지시 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 보낸다.
클라이언트 디바이스(300)도 마찬가지로 서버 디바이스(200)와 메시지들을 송수신하는 과정에서 출력부를 통해서 사용자에게 정보를 제공하거나 입력부를 통해서 사용자로부터의 입력을 수신할 수 있다.
또한, 클라이언트 디바이스(300)는 서버 디바이스(200)와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
서버 디바이스(200) 및 클라이언트 디바이스(300)의 출력부, 입력부 및 메모리 등과 같은 하드웨어 구성요소에 대해서는 도 2에서 구체적으로 살펴보기로 한다.
또한, 무선 통신 시스템은 블루투스 기술을 통해 개인 영역 네트워킹(Personal Area Networking:PAN)을 구성할 수 있다. 일 예로, 무선 통신 시스템에서는 디바이스 간 개인적인 피코넷(private piconet)을 확립함으로써 파일, 서류 등을 신속하고 안전하게 교환할 수 있다.
BLE 디바이스(또는 기기)는 다양한 블루투스-관련 프로토콜, 프로파일, 처리 등을 지원하도록 동작 가능할 수 있다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 방법들을 구현할 수 있는 서버 디바이스 및 클라이언트 디바이스의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
서버 디바이스(200)는 적어도 하나의 클라이언트 디바이스(300)와 연결될 수 있다.
또한, 필요에 따라 각 디바이스의 내부 블록도는 다른 구성 요소(모듈, 블록, 부)를 더 포함할 수도 있고, 도 2의 구성 요소 중 일부가 생략될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서버 디바이스(200)는 출력부(Display Unit, 210), 입력부(User Input Interface, 220), 전력 공급부(Power Supply Unit, 230), 제어부(Processor, 240), 메모리(Memory Unit,250), 통신부(또는 송수신부, 260), 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 270), 및 다른 통신 인터페이스(Other Interface, 280) 를 포함한다.
출력부(210), 입력부(220), 전력 공급부(230), 제어부(240), 메모리(250), 통신부(260), 블루투스 인터페이스(270), 및 다른 통신 인터페이스(280) 는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
또한, 클라이언트 디바이스(300)는 출력부(Display Unit, 310), 입력부(User Input Interface, 320), 전력 공급부(Power Supply Unit, 330), 제어부(Processor, 340), 메모리(Memory Unit, 350), 통신부(또는 송수신부, 360), 및 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 370)를 포함한다.
출력부(310), 입력부(320), 전력 공급부(330), 제어부(340), 메모리(350), 통신부(360), 및 블루투스 인터페이스(370)는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
블루투스 인터페이스(270, 370)는 블루투스 기술을 이용하여 디바이스들 간의 요청/응답, 명령, 알림, 지시/확인 메시지 등 또는 데이터 전송이 가능한 유닛(또는 모듈)을 말한다.
메모리(250, 350)는 다양한 종류의 디바이스에 구현되는 유닛으로서, 다양한 종류의 데이터가 저장되는 유닛을 말한다.
제어부(240, 340)는 서버 디바이스(200) 또는 클라이언트 디바이스(300)의 전반적인 동작을 제어하는 모듈을 말하며, 블루투스 인터페이스(270, 370) 및 다른 통신 인터페이스(280)로 메시지를 전송 요청 및 수신받은 메시지를 처리하도록 제어한다.
제어부(240, 340)는 프로세서, 제어 유닛(Control Unit), 컨트롤러 등으로 표현될 수 있다.
제어부(240, 340)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
메모리(250, 350)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
통신부(260, 360)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(250, 350)에 저장되고, 제어부(240, 340)에 의해 실행될 수 있다.
메모리(250, 350)는 제어부(240, 340) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(240, 340)와 연결될 수 있다.
출력부(210, 310)는 디바이스의 상태 정보 및 메시지 교환 정보 등을 화면을 통해서 사용자에게 제공하기 위한 모듈을 말한다.
전력 공급부(전원 공급부,230, 330)는 제어부(240, 340)의 제어 하에 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급해주는 모듈을 말한다.
앞에서 살핀 것처럼, BLE 기술에서는 작은 duty cycle을 가지며, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어, 전력 공급부는 적은 출력 전력으로도(10mW(10dBm)이하) 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
입력부(220, 320)는 화면 버튼과 같이 사용자의 입력을 제어부에게 제공하여 디바이스의 동작을 사용자가 제어할 수 있게 하는 모듈을 말한다.
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 디바이스 A는 디바이스 B와 디바이스 C를 슬레이브(slave)로 가지는 피코넷(피코넷 A, 음영부분)에서 마스터(master)에 해당한다.
여기서, 피코넷(Piconet)이란, 다수의 디바이스들 중 어느 하나가 마스터이고, 나머지 디바이스들이 마스터 디바이스에 연결되어 있는 공유된 물리 채널을 점유하고 있는 디바이스들의 집합을 의미한다.
BLE 슬레이브는 마스터와 공통 물리 채널을 공유하지 않는다. 각각의 슬레이브는 별개의 물리 채널을 통해 마스터와 통신한다. 마스터 디바이스 F와 슬레이브 디바이스 G를 가지는 또 다른 피코넷(피코넷 F)이 있다.
디바이스 K는 스캐터넷(scatternet K)에 있다. 여기서, 스캐터넷(scatternet)은 다른 피코넷들 간 연결이 존재하는 피코넷의 그룹을 의미한다.
디바이스 K는 디바이스 L의 마스터이면서, 디바이스 M의 슬레이브이다.
디바이스 O 역시 스캐터넷(scatternet O)에 있다. 디바이스 O는 디바이스 P의 슬레이브이면서, 디바이스 Q의 슬레이브이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 5개의 다른 디바이스 그룹들이 존재한다.
디바이스 D는 광고자(advertiser)이고, 디바이스 A는 개시자(initiator)이다.(그룹 D)
디바이스 E는 스캐너(scanner)이며, 디바이스 C는 광고자이다.(그룹 C)
디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너들이다.(그룹 H)
디바이스 K 또한 광고자이며, 디바이스 N은 개시자이다.(그룹 K)
디바이스 R은 광고자이며, 디바이스 O는 개시자이다.(그룹 R)
디바이스 A와 B는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
디바이스 A와 C는 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 D에서, 디바이스 D는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고하며, 디바이스 A는 개시자이다. 디바이스 A는 디바이스 D와 연결을 형성할 수 있고, 피코넷 A로 디바이스를 추가할 수 있다.
그룹 C에서, 디바이스 C는 스캐너 디바이스 E에 의해 캡쳐되는 광고 이벤트의 어떤 타입을 사용하여 광고 물리 채널 상으로 광고를 한다.
그룹 D와 그룹 C는 충돌을 피하기 위해 서로 다른 광고 물리 채널을 사용하거나 다른 시간을 사용할 수 있다.
피코넷 F에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 F와 G는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 F는 마스터이고, 디바이스 G는 슬레이브이다.
그룹 H에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 H, I 및 J는 하나의 BLE 광고 물리 채널을 사용한다. 디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너이다.
스캐터넷 K에서, 디바이스 K와 L은 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 K와 M은 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 K에서, 디바이스 K는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 N은 개시자이다. 디바이스 N은 디바이스 K와 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 K는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
스캐터넷 O에서, 디바이스 O와 P는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 O와 Q는 또 다른 BLE 피코넷 물리채널을 사용한다.
그룹 R에서, 디바이스 R은 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 O는 개시자이다. 디바이스 O는 디바이스 R과 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 O는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
구체적으로, 도 4는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 아키텍처의 일 예를 나타내며, 도 5는 블루투스 LE(Low Energy)의 아키텍처의 일 예를 나타낸다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 블루투스 BR/EDR 아키텍처는 컨트롤러 스택(Controller stACK, 410), HCI(Host Controller Interface, 420) 및 호스트 스택(Host stACK, 430)을 포함한다.
컨트롤러 스택(또는 컨트롤러 모듈, 410)은 2.4GHz의 블루투스 신호를 받는 무선 송수신 모듈과 블루투스 패킷을 전송하거나 수신하기 위한 하드웨어를 말하며, BR/EDR Radio 계층(411), BR/EDR Baseband 계층(412), BR/EDR Link Manager 계층(413)을 포함할 수 있다.
BR/EDR Radio 계층(411)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation을 사용하는 경우 79 개의 RF 채널을 hopping 하여 데이터를 전송할 수 있다.
BR/EDR Baseband 계층(412)은 Digital Signal을 전송하는 역할을 담당하며, 초당 1600번 hopping 하는 채널 시퀀스를 선택하며, 각 채널 별 625us 길이의 time slot을 전송한다.
Link Manager 계층(413)은 LMP(Link Manager Protocol)을 활용하여 Bluetooth Connection의 전반적인 동작(link setup, control, security)을 제어한다.
Link Manager 계층은 아래와 같은 기능을 수행할 수 있다.
- ACL/SCO logical transport 및 logical link setup 및 control을 한다.
- Detach: connection을 중단하고, 중단 이유를 상대 디바이스에게 알려준다.
- Power control 및 Role switch를 한다.
- Security(authentication, pairing, encryption) 기능을 수행한다.
Host Controller Interface 계층(420)은 Host 모듈(430)과 Controller 모듈(410) 사이의 인터페이스 제공하여 Host 가 command와 Data를 Controller에게 제공하게 하며, Controller(410)가 event와 Data를 Host에게 제공할 수 있도록 해준다.
호스트 스택(또는 호스트 모듈, 430)은 L2CAP(437), SDP(Service Discovery Protocol, 433), BR/EDR Protocol(432), BR/EDR Profiles(431), Attribute Protocol(436), Generic Access Profile(GAP, 434), Generic Attribute Profile(GATT, 435)을 포함한다.
Logical Link Control and Adaptation Protocol(L2CAP, 437)은 특정 protocol 또는 profile 에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공한다.
L2CAP(437)은 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 protocol, profile 등을 multiplexing한다.
블루투스 BR/EDR의 L2CAP에서는 dynamic 채널 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode를 지원하고, Segmentation 및 reassembly, per-channel flow control, error control을 제공한다.
SDP(Service Discovery Protocol, 433)는 블루투스 디바이스에서 지원하는 서비스(Profile 및 Protocol)을 찾기 위한 프로토콜을 말한다.
BR/EDR Protocol 및 Profiles(432, 431)은 블루트스 BR/EDR를 이용하는 서비스 (profile)의 정의 및 이들 데이터를 주고 받기 위한 application 프로토콜을 정의한다.
Attribute Protocol(436)은 Server-Client 구조로, 상대 디바이스의 data를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. 아래와 같이 6가지 메시지(Request message, Response message, Command message, Notification message, Indication message) 유형이 있다.
- Request message from client to server with Response message from server to client
- Command message from client to server without Response message
- Notification message from server to client without Confirm message
- Indication message from server to client with Confirm message from client to server
Generic Attribute Profile(GATT, 435)은 attribute의 type을 정의한다.
Generic Access Profile(GAP, 434)은 디바이스 발견, 연결, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, privacy를 제공한다.
도 5에 도시된 바와 같이, BLE 구조는 타이밍이 중요한 무선장치 인터페이스를 처리하도록 동작가능한 컨트롤러 스택(Controller stACK)과 고레벨(high level) 데이터를 처리하도록 동작가능한 호스트 스택(Host stACK)을 포함한다.
Controller stACK은 Controller로 호칭될 수도 있으나, 앞서 도 2에서 언급한 디바이스 내부 구성요소인 제어부 또는 프로세서와의 혼동을 피하기 위해 이하에서는 Controller stACK으로 표현하기로 한다.
먼저, 컨트롤러 스택은 블루투스 무선장치를 포함할 수 있는 통신 모듈과, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있는 프로세서 모듈을 이용하여 구현될 수 있다.
호스트 스택은 프로세서 모듈 상에서 작동되는 OS의 일부로서, 또는 OS 위의 패키지(pACKage)의 인스턴스 생성(instantiation)으로서 구현될 수 있다.
일부 사례들에서, 컨트롤러 스택 및 호스트 스택은 프로세서 모듈 내의 동일한 프로세싱 디바이스 상에서 작동 또는 실행될 수 있다.
호스트 스택은 GAP(Generic Access Profile, 510), GATT based Profiles(520), GATT(Generic Attribute Profile, 530), ATT(Attribute Protocol, 540), SM(Security Manage, 550), L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 560)을 포함한다. 다만, 호스트 스택은 이것으로 한정되지는 않고 다양한 프로토콜들 및 프로파일들을 포함할 수 있다.
호스트 스택은 L2CAP을 사용하여 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 다중화(multiplexing)한다.
먼저, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 560)은 특정 프로토콜 또는 프로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공한다.
L2CAP은 상위 계층 프로토콜들 사이에서 데이터를 다중화(multiplex)하고, 패키지(pACKage)들을 분할(segment) 및 재조립(reassemble)하고, 멀티캐스트 데이터 송신을 관리하도록 동작 가능할 수 있다.
BLE 에서는 3개의 고정 채널(signaling CH을 위해 1개, Security Manager를 위해 1개, Attribute protocol을 위해 1개)을 사용한다.
반면, BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)에서는 동적인 채널을 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode 등을 지원한다.
SM(Security Manager, 550)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 540)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 디바이스의 데이터를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. ATT에는 6가지의 메시지 유형(Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation)이 있다.
즉, ① Request 및 Response 메시지: Request 메시지는 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 정보를 요청하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 전송되는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 디바이스는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 디바이스로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 디바이스는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 디바이스는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송한다.
GAP(Generic Access Profile, 510)는 BLE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, BLE 디바이스들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, GAP(510)는 디바이스 발견, 연결 생성 및 보안 절차 부분에 주로 사용되며, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, 하기와 같은 attribute의 type을 정의한다.
① Service: 데이터와 관련된 behavior의 조합으로 디바이스의 기본적인 동작을 정의
② Include: 서비스 사이의 관계를 정의
③ Characteristics: 서비스에서 사용되는 data 값
④ Behavior: UUID(Universal Unique Identifier, value type)로 정의된 컴퓨터가 읽을 수 있는 포맷
GATT-based Profiles(520)은 GATT에 의존성을 가지는 profile 들로 주로 BLE 디바이스에 적용된다. GATT-based Profiles은 Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, Object Delivery Service 등일 수 있다. GATT-based Profiles의 구체적인 내용은 하기와 같다.
Battery: 배터리 정보 교환 방법
Time: 시간 정보 교환 방법
FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
Proximity: 배터리 정보 교환 방법
Time: 시간 정보 교환 방법
GATT는 서비스들의 구성 시에 ATT가 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, GATT는 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, GATT 및 ATT는 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
컨트롤러(Controller) 스택은 물리 계층(Physical Layer, 590), 링크 계층(Link Layer, 580) 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, 570)를 포함한다.
물리 계층(무선 송수신 모듈, 590)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation과 40 개의 RF 채널로 구성된 frequency hopping 기법을 사용한다.
링크 계층(580)은 블루투스 패킷을 전송하거나 수신한다.
또한, 링크 계층(580)은 3개의 Advertising 채널을 이용하여 Advertising, Scanning 기능을 수행한 후에 디바이스 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 42bytes 의 데이터 패킷을 주고 받는 기능을 제공한다.
HCI(Host Controller Interface, 570)는 Host 스택과 Controller 스택 사이의 인터페이스를 제공하여, Host 스택에서 command와 Data를 Controller 스택으로 제공하게 하며, Controller 스택에서 event와 Data를 Host 스택으로 제공하게 해준다.
이하에서, 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy; BLE) 기술의 절차(Procedure)들에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
BLE 절차는 디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure), 광고 절차(Advertising Procedure), 스캐닝 절차(Scanning Procedure), 디스커버링 절차(Discovering Procedure), 연결 절차(Connecting Procedure) 등으로 구분될 수 있다.
디바이스 필터링 절차( Device Filtering Procedure )
디바이스 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 디바이스들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 디바이스에서 요청 수신 시, 이에 대해 응답하는 것이 불필요하기 때문에, 컨트롤러 스택은 요청을 전송하는 개수를 줄여서, BLE 컨트롤러 스택에서 전력 소비가 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
광고 디바이스 또는 스캐닝 디바이스는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 디바이스를 제한하기 위해 디바이스 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 디바이스는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 디바이스를 말하며, 광고자(Advertiser)라고도 표현된다.
스캐닝 디바이스는 스캐닝을 수행하는 디바이스, 스캔 요청을 전송하는 디바이스를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 디바이스가 일부 광고 패킷들을 광고 디바이스로부터 수신하는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 디바이스 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 디바이스 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 디바이스 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차( Advertising Procedure )
광고 디바이스는 영역 내 디바이스들로 비지향성의 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트는 특정 방향으로의 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 방향으로의 브로드캐스트를 말한다.
이와 달리, 지향성 브로드캐스트는 특정 방향으로의 브로드캐스트를 말한다. 비지향성 브로드캐스트는 광고 디바이스와 리스닝(또는 청취) 상태에 있는 디바이스(이하, 리스닝 디바이스라 한다.) 간에 연결 절차 없이 발생한다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차( Scanning Procedure )
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 사용자 데이터를 포함하여 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차( Discovering Procedure )
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, '블루투스 디바이스'라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 위해 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차( Connecting Procedure )
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 연결을 개시할 수 있다.
다음으로, BLE 기술에서의 동작 상태 즉, 광고 상태(Advertising State), 스캐닝 상태(Scanning State), 개시 상태(Initiating State), 연결 상태(connection state)에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
광고 상태( Advertising State )
링크 계층(LL)은 호스트 (스택)의 지시에 의해, 광고 상태로 들어간다. 링크 계층이 광고 상태에 있을 경우, 링크 계층은 광고 이벤트들에서 광고 PDU(PACKet Data Unit)들을 전송한다.
각각의 광고 이벤트는 적어도 하나의 광고 PDU들로 구성되며, 광고 PDU들은 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 전송된다. 광고 이벤트는 광고 PDU가 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 각각 전송되었을 경우, 종료되거나 광고 디바이스가 다른 기능 수행을 위해 공간을 확보할 필요가 있을 경우 좀 더 일찍 광고 이벤트를 종료할 수 있다.
스캐닝 상태( Scanning State )
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 스캐닝 상태로 들어간다. 스캐닝 상태에서, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들을 리스닝한다.
스캐닝 상태에는 수동적 스캐닝(passive scanning), 적극적 스캐닝(active scanning)의 두 타입이 있으며, 각 스캐닝 타입은 호스트에 의해 결정된다.
스캐닝을 수행하기 위한 별도의 시간이나 광고 채널 인덱스가 정의되지는 않는다.
스캐닝 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우(scanWindow) 구간(duration) 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다. 스캔인터벌(scanInterval)은 두 개의 연속적인 스캔 윈도우의 시작점 사이의 간격(인터벌)으로서 정의된다.
링크 계층은 스케쥴링의 충돌이 없는 경우, 호스트에 의해 지시되는 바와 같이 스캔윈도우의 모든 스캔인터벌 완성을 위해 리스닝해야한다. 각 스캔윈도우에서, 링크 계층은 다른 광고 채널 인덱스를 스캔해야한다. 링크 계층은 사용 가능한 모든 광고 채널 인덱스들을 사용한다.
수동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 단지 패킷들만 수신하고, 어떤 패킷들도 전송하지 못한다.
능동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 광고 디바이스로 광고 PDU들과 광고 디바이스 관련 추가적인 정보를 요청할 수 있는 광고 PDU 타입에 의존하기 위해 리스닝을 수행한다.
개시 상태( Initiating State )
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 개시 상태로 들어간다.
링크 계층이 개시 상태에 있을 때, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들에 대한 리스닝을 수행한다.
개시 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우 구간 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다.
연결 상태( Connection State )
링크 계층은 연결 요청을 수행하는 디바이스 즉, 개시 디바이스가 CONNECT_REQ PDU를 광고 디바이스로 전송할 때 또는 광고 디바이스가 개시 디바이스로부터 CONNECT_REQ PDU를 수신할 때 연결 상태로 들어간다.
연결 상태로 들어간 이후, 연결이 생성되는 것으로 고려된다. 다만, 연결이 연결 상태로 들어간 시점에서 확립되도록 고려될 필요는 없다. 새로 생성된 연결과 기 확립된 연결 간의 유일한 차이는 링크 계층 연결 감독 타임아웃(supervision timeout) 값뿐이다.
두 디바이스가 연결되어 있을 때, 두 디바이스들은 다른 역할로 활동한다.
마스터 역할을 수행하는 링크 계층은 마스터로 불리며, 슬레이브 역할을 수행하는 링크 계층은 슬레이브로 불린다. 마스터는 연결 이벤트의 타이밍을 조절하고, 연결 이벤트는 마스터와 슬레이브 간 동기화되는 시점을 말한다.
이하에서, 블루투스 인터페이스에서 정의되는 패킷에 대해 간략히 살펴보기로 한다. BLE 디바이스들은 하기에서 정의되는 패킷들을 사용한다.
패킷 포맷( PACKet Format )
링크 계층(Link Layer)은 광고 채널 패킷과 데이터 채널 패킷 둘 다를 위해 사용되는 단지 하나의 패킷 포맷만을 가진다.
각 패킷은 프리앰블(Preamble), 접속 주소(Access Address), PDU 및 CRC 4개의 필드로 구성된다.
하나의 패킷이 광고 물리 채널에서 송신될 때, PDU는 광고 채널 PDU가 될 것이며, 하나의 패킷이 데이터 물리 채널에서 전송될 때, PDU는 데이터 채널 PDU가 될 것이다.
광고 채널 PDU( Advertising Channel PDU )
광고 채널 PDU(PACKet Data Unit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 1에서 정의된 바와 같은 PDU 타입을 나타낸다.
PDU Type PACKet Name
0000 ADV-IND
0001 ADV_DIRECT_IND
0010 ADV_NONCONN_IND
0011 SCAN_REQ
0100 SCAN_RSP
0101 CONNECT_REQ
0110 ADV_SCAN_IND
0111-1111 Reserved
광고 PDU
아래 광고 채널 PDU 타입들은 광고 PDU로 불리고 구체적인 이벤트에서 사용된다.
ADV_IND: 연결 가능한 비지향성 광고 이벤트
ADV_DIRECT_IND: 연결 가능한 지향성 광고 이벤트
ADV_NONCONN_IND: 연결 가능하지 않은 비지향성 광고 이벤트
ADV_SCAN_IND: 스캔 가능한 비지향성 광고 이벤트
PDU들은 광고 상태에서 링크 계층(Link Layer)에서 전송되고, 스캐닝 상태 또는 개시 상태(Initiating State)에서 링크 계층에 의해 수신된다.
Scanning PDUs
아래 광고 채널 PDU 타입은 스캐닝 PDU로 불리며, 하기에서 설명되는 상태에서 사용된다.
SCAN_REQ: 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
SCAN_RSP: 광고 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
Initiating PDUs
아래 광고 채널 PDU 타입은 개시 PDU로 불린다.
CONNECT_REQ: 개시 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
데이터 채널 PDU( Data Channel PDU )
데이터 채널 PDU는 16 비트 헤더, 다양한 크기의 페이로드를 가지고, 메시지 무결점 체크(Message Integrity Check:MIC) 필드를 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본, BLE 기술에서의 절차, 상태, 패킷 포맷 등은 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
도 6은 블루투스 저전력 에너지 기술에서 객체 전송 서비스(Object Transfer Service)를 제공하는 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
객체 전송 서비스(Object Delivery Service or Object Transfer Service)는 블루투스 통신에서 벌크 데이터(bulk data)와 같은 객체 또는 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 BLE에서 지원하는 서비스를 말한다.
서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300) 간에 블루투스 연결 설정을 위해 S610~S630 단계에 해당하는 광고 과정 및 스캐닝 과정이 진행된다.
먼저, 서버 디바이스(200)는 객체 전송 서비스를 포함하여 서버 디바이스 관련 정보를 알리기 위해 클라이언트 디바이스(300)로 광고 메시지를 전송한다(S610).
광고 메시지는 광고 PDU(PACKet Data Unit), 광고 패킷, 광고, 광고 프래임, 광고 물리 채널 PDU 등으로 표현될 수 있다.
광고 메시지는 서버 디바이스(200)에서 제공하는 서비스 정보(서비스 이름 포함), 서버 디바이스의 이름, 제조자 데이터 등을 포함할 수 있다.
또한, 광고 메시지는 브로드캐스트 방식 또는 유니캐스트(unicast) 방식으로 클라이언트 디바이스(300)로 전송될 수 있다.
이후, 클라이언트 디바이스(300)는 서버 디바이스(200)와 관련된 보다 자세한 정보를 알기 위해 스캔 요청(Scan Request) 메시지를 서버 디바이스(200)로 전송한다(S620).
스캔 요청 메시지는 스캐닝(Scanning) PDU, 스캔 요청 PDU, 스캔 요청, 스캔 요청 프래임, 스캔 요청 패킷 등으로 표현될 수 있다.
이후, 서버 디바이스(200)는 클라이언트 디바이스(300)로부터 수신된 스캔 요청 메시지에 대한 응답으로 스캔 응답(Scan Response) 메시지를 클라이언트 디바이스(300)로 전송한다(S630).
스캔 응답 메시지에는 클라이언트 디바이스(300)에서 요청한 서버 디바이스 관련 정보가 포함된다. 여기서, 서버 디바이스 관련 정보는 객체 전송 서비스 제공과 관련하여 서버 디바이스(200)에서 전송할 수 있는 객체 또는 데이터 등일 수 있다.
광고 과정 및 스캐닝 과정이 종료하는 경우, 서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300)는 S640~S670 단계에 해당하는 연결 개시(Initiating Connection) 과정, 데이터 교환(Data Exchange) 과정을 수행한다.
구체적으로, 클라이언트 디바이스(300)는 서버 디바이스(200)와 블루투스 통신 연결을 위해 서버 디바이스(200)로 연결 요청(Connect Request) 메시지를 전송한다(S640).
연결 요청 메시지는 연결 요청 PDU, 개시(Initiation) PDU, 연결 요청 프래임, 연결 요청 등으로 표현될 수 있다.
S640 단계를 통해, 서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300) 간에 블루투스 연결이 확립되며, 이후 서버 디바이스(200)와 클라이언트 디바이스(300)는 데이터를 교환하게 된다. 데이터 교환 과정에서 데이터는 데이터 채널 PDU를 통해 송수신될 수 있다.
클라이언트 디바이스(300)는 데이터 채널(Data Channel) PDU를 통해 객체 데이터 요청을 서버 디바이스(200)로 전송한다(S650). 데이터 채널 PDU는 데이터 요청 메시지, 데이터 요청 프래임 등으로 표현될 수 있다.
이후, 서버 디바이스(200)는 클라이언트 디바이스(300)에서 요청한 객체 데이터를 데이터 채널 PDU를 통해 클라이언트 디바이스(300)로 전송한다(S660).
여기서, 데이터 채널 PDU는 Attribute protocol에서 정의한 방식으로 상대 디바이스에게 데이터를 제공하거나 데이터 정보를 요청하기 위해 사용된다.
이후, 서버 디바이스(200)에서 데이터의 변경이 발생하는 경우, 서버 디바이스(200)는 데이터 또는 객체의 변경을 알리기 위해 클라이언트 디바이스(300)로 데이터 채널 PDU를 통해 데이터 변경 지시(Data Changed Indication) 정보를 전송한다(S670).
이후, 클라이언트 디바이스(300)는 변경된 데이터 또는 변경된 객체를 찾기 위해 서버 디바이스(200)로 변경된 객체 정보를 요청한다(S680).
이후, 서버 디바이스(200)는 변경된 객체 정보 요청에 대한 응답으로 클라이언트 디바이스(300)로 서버 디바이스(200)에서 변경된 객체 정보를 전송한다(S690).
이후, 클라이언트 디바이스(300)는 수신된 변경된 객체 정보와 현재 클라이언트 디바이스(300)가 가지고 있는 객체 정보와 비교 분석을 통해 변경된 객체를 찾는다.
다만, 클라이언트 디바이스(300)는 변경된 객체 또는 데이터를 찾을 때까지 S680 내지 S690 단계를 반복적으로 수행한다.
이후, 호스트 디바이스와 클라이언트 디바이스(300) 간에 연결 상태가 유지될 필요가 없는 경우, 호스트 디바이스 또는 클라이언트 디바이스(300)는 해당 연결 상태를 종료(Disconnect)시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법에 관한 순서도의 일 예이다. 이하에서는 전술한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE, Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300) 사이에 데이터가 송수신되는 방법이 개시된다. 이하의 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)는 각각 스마트 와치(Smart Watch) 및 스마트 폰(Smart Phone)일 수 있으나, 그 반대일 수도 있다. 또한 제1 디바이스(200)는 사물 인터넷(IoT; Internet of Things)에 이용되는 다양한 디바이스일 수 있고, 이 경우 제2 디바이스(300)는 스마트 와치 또는 스마트 폰일 수 있다.
제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 간에 블루투스 연결 설정을 위해 애드버타이징(Advertising) 과정 및 스캐닝(Scanning) 과정이 진행된다.
먼저 제1 디바이스(200)는 제2 디바이스(300)로 광고 메시지를 전송할 수 있다.
이후 제2 디바이스(300)는 스캔 요청 메시지를 제1 디바이스(200)로 전송할 수 있다. 이 경우 제1 디바이스(200)는 동기 데이터를 저장할 수 있다(S710).
제1 디바이스(200)가 저장하는 동기 데이터는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대해 제2 디바이스(300)가 스캔 요청 메시지를 요청한 시간 정보를 의미할 수 있다. 구체적으로 제1 디바이스(200)의 동기 데이터는 애드버타이징에 대응하여 제2 디바이스(300)가 제1 디바이스(200)로 송신한 신호의 주기 정보, 수신 시간 정보 등을 의미할 수 있다.
이후 제1 디바이스(200)는 스캔 응답 메시지를 제2 디바이스(300)로 전송할 수 있다. 이 경우 제2 디바이스(300)는 동기 데이터를 저장할 수 있다(S710).
제2 디바이스(300)가 저장하는 동기 데이터는 제2 디바이스(300)의 스캔 요청에 대해 제1 디바이스(200)가 스캔 응답 메시지를 요청한 시간 정보를 의미할 수 있다. 구체적으로 제2 디바이스(300)의 동기 데이터는 스캔 요청에 대응하여 제1 디바이스(200)가 제2 디바이스(300)로 송신한 신호의 주기 정보, 수신 시간 정보 등을 의미할 수 있다.
한편 동기 데이터를 저장하는 구체적인 과정에 대해서는 도 8에서 설명하기로 한다.
이후 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결은 해제(Disconnect)될 수 있다. 구체적으로 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300) 사이의 거리가 블루투스 통신이 가능한 거리를 벗어나게 되는 경우를 의미할 수 있다.
이 경우 제1 디바이스(200) 또는 제2 디바이스(300)는 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징 또는 스캐닝을 재개할 수 있다(S720).
구체적으로 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 경우 제1 디바이스(200)는 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징을 재개할 수 있고, 제2 디바이스(300)는 저장된 동기 데이터에 기초하여 스캔 요청을 재개할 수 있다. 저장된 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징을 재개하는 방법에 대해서는 도 9에서 설명하고, 저장된 동기 데이터에 기초하여 스캐닝을 재개하는 방법에 대해서는 도 10에서 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 데이터의 저장 방법에 관한 순서도의 일 예이다. 도 8에서는 동기 데이터를 저장하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
먼저 제1 디바이스(200)는 전용(private) BT mac 어드레스가 사용되는지 여부를 판단할 수 있다(S810). 따라서 제1 디바이스(200)에서 사용되는 어드레스가 전용 BT mac 어드레스가 아닌 것으로 판단되면(S810_N), 제1 디바이스(200)는 곧바로 해시(hash) 값을 추출할 수 있다(S830). 여기서 BT mac 어드레스는 블루투스 네트워킹에서 매체 접근 제어 주소로서, 특정 네트워크 어댑터의 식별자와 같이 동작하는 숫자일 수 있다.
그러나 제1 디바이스(200)에서 사용되는 어드레스가 전용 BT mac 어드레스인 것으로 판단되면(S810_Y), 제1 디바이스(200)는 곧바로 해시 값을 추출할 수는 없으며, 이를 공용(public) BT mac 어드레스로 변환하여야 한다(S820). 따라서 제1 디바이스(200)는 전용 BT mac 어드레스로부터 변환된 공용 BT mac 어드레스로부터 해시 값을 추출할 수 있다(S830). 전용 BT mac 어드레스로부터 공용 BT mac 어드레스를 변환하는 방법 및 공용 BT mac 어드레스로부터 해시 값을 추출하는 방법은 널리 알려진 바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편 제1 디바이스(200)는 추출된 해시 값을 제2 디바이스(300)에 대하여 애드버타이징할 수 있다(S840).
이후 제2 디바이스(300)는 애드버타이징된 해시 값을 필터링(Filtering) 값으로 설정할 수 있다(S850). 제2 디바이스(300)는 해시 값을 필터링 값으로 설정함으로써, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 후 스캐닝이 재개될 경우에 복수의 디바이스들 중 설정된 필터링 값에 대응되는 해시 값을 애드버타이징하는 디바이스에 대해 스캐닝할 수 있게 된다.
이후 제2 디바이스(300)는 제1 디바이스(200)에 대해 스캔 요청 메시지를 전송하면(S860), 제1 디바이스(200)는 제2 디바이스(300)에 대해 스캔 응답 메시지를 전송함으로써(S870) 제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 사이에 연결이 이루어질 수 있다(S880).
이와 같이 제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 사이에 연결이 이루어지면, 제1 디바이스(200)는 제1 동기 데이터를 저장하고(S890), 제2 디바이스(300)는 제2 동기 데이터를 저장할 수 있다(S891).
한편 도 7에서는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대해 제2 디바이스(300)의 스캔 요청 메시지 전송이 이루어지면 제1 디바이스(200)가 제1 동기 데이터를 저장한다고 되어 있다. 그러나 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)가 인접한 경우에는 애드버타이징에 대응한 스캔 요청 및 스캔 요청에 대응한 스캔 응답은 동일한 시간에 이루어질 수 있으므로, 제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 사이에 연결이 이루어지면 제1 디바이스(200)는 제1 동기 데이터를 저장하는 것과 동일한 의미일 수 있다. 이는 제2 디바이스(300)가 제2 동기 데이터를 저장하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편 제1 동기 데이터는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 동기 데이터는 제2 디바이스(300)의 스캐닝 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로 제1 디바이스(200)에 저장되는 제1 동기 데이터는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대응하여 제2 디바이스(300)가 제1 디바이스(200)로 송신한 신호의 주기 정보, 수신 시간 정보 등을 의미할 수 있다. 마찬가지로 제2 디바이스(300)에 저장되는 제2 동기 데이터는 제2 디바이스(300)의 스캔 요청에 대응하여 제1 디바이스(200)가 제2 디바이스(300)로 송신한 신호의 주기 정보, 수신 시간 정보 등을 의미할 수 있다.
예를 들어 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어진 시간은 x1 이고, 애드버타이징 주기는 y1 이라고 가정한다. 또한 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대해 제2 디바이스(300)의 스캐닝이 이루어진 시간은 x2 이고, 스캐닝 주기는 y2 라고 가정한다.
이 경우 x1 및 x2는 동일할 수 있으며, 상이할 수도 있다. 구체적으로 애드버타이징에 대응한 스캔 요청 및 스캔 요청에 대응한 스캔 응답은 동일한 시간에 이루어질 수 있음은 전술한 바와 같다. 따라서 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)가 동일한 운영체제에 의하여 구동되는 경우에는 x1 및 x2는 동일할 수 있다. 그러나 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)가 상이한 운영체제에 의하여 구동되는 경우에는 x1 및 x2는 상이할 수도 있다.
또한 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대응한 제2 디바이스(300)의 스캔 요청이 이루어진 시간이 x1 초(sec) 이고, 애드버타이징 주기가 5초라면, 제1 디바이스(200)는 이를 제1 동기 데이터로 저장할 수 있다.
마찬가지로 제2 디바이스(300)의 스캔 요청에 대응한 제1 디바이스(200)의 스캔 응답이 이루어진 시간이 y1 초 이고, 스캔 주기가 5초라면, 제2 디바이스(300)는 이를 제2 동기 데이터로 저장할 수 있다.
이와 같은 제1 및 제2 동기 데이터는 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 후 재연결시에 이용될 수 있다. 이에 대해서는 도 11 내지 도 22에서 상세하기로 한다.
도 8에서는 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)가 최초로 연결되는 과정에서 각각의 동기 데이터가 저장되는 과정을 설명하였다. 이후 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 경우 재연결하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법에 의해 블루투스 연결이 이루어지는 순서도의 일 예이다. 이하에서는 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 경우 이들이 재연결되는 과정에 대해 설명하기로 한다. 또한 전술한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 경우 제1 디바이스(200)는 제1 동기 데이터가 저장되어 있는지 여부를 판단할 수 있다(S910).
제1 동기 데이터가 저장되지 않은 것으로 판단되면(S910_N), 제1 디바이스(200)는 도 8의 S810 단계를 수행할 수 있다. 그러나 제1 동기 데이터가 저장된 것으로 판단되면(S910_Y), 제1 디바이스(200)는 제2 디바이스(300)에 대해 광고 메시지를 재전송함으로써 애드버타이징을 재개할 수 있다(S920).
이 경우 제1 디바이스(200)는 제1 동기 데이터에 기초하여 오프셋(Offset) 시간이 경과된 후 제2 디바이스(300)에 대해 애드버타이징을 할 수 있다. 즉 제1 디바이스(200)는 현재 시간 및 애드버타이징 주기를 고려하여, 제2 디바이스(300)의 스캐닝이 가능한 시점에 애드버타이징을 할 수 있다.
예를 들어 제1 동기 데이터는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대응한 제2 디바이스(300)의 스캔 요청이 이루어진 시간이 x1 초 이고, 애드버타이징 주기가 5초로서 저장되었다고 가정한다. 이 경우 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 후 재연결이 시도된다면, 저장된 제1 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징이 이루어질 수 있다. 예를 들어 현재 시간이 x1 + 102초라면, 애드버타이징 주기가 5초이므로, 현재 시간으로부터 3초 후인 x1 + 105초인 시간에 애드버타이징이 이루어질 수 있다.
한편 제1 디바이스(200)는 추출된 해시 값을 저장된 동기 데이터에 기초하여 제2 디바이스(300)에 대하여 애드버타이징할 수 있다. 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되기 전에 제2 디바이스(300)가 해시 값을 필터링 값으로 설정하였음은 전술한 바와 같다. 따라서 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결 해제 후 재연결시 제1 디바이스(200)가 해시 값을 제2 디바이스(300)에 대해 애드버타이징함으로써, 제2 디바이스(300)는 설정된 필터링 값에 대응되는 해시 값을 애드버타이징하는 제1 디바이스(200)에 대해 스캐닝할 수 있게 된다.
이후 제2 디바이스(300)가 제1 디바이스(200)에 대해 스캔 요청 메시지를 전송하면(S930), 제1 디바이스(200)는 제2 디바이스(300)에 대해 스캔 응답 메시지를 전송함으로써(S940) 제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 사이에 재연결이 이루어질 수 있다(S950).
재연결에 관한 제1 디바이스(200)의 동작에 관한 설명은 제2 디바이스(300)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 경우 제2 디바이스(300)는 제2 동기 데이터가 저장되어 있는지 여부를 판단할 수 있다(S1010).
제2 동기 데이터가 저장되지 않은 것으로 판단되면(S1010_N), 제1 디바이스(200)는 도 8의 S850 단계를 수행할 수 있다. 그러나 제2 동기 데이터가 저장된 것으로 판단되면(S1010_Y), 제2 디바이스(300)는 제1 디바이스(200)의 애드버타이징(S1020)에 대해 스캔 요청 메시지를 재전송할 수 있다(S1030).
이 경우 제2 디바이스(300)는 제2 동기 데이터에 기초하여 오프셋 시간이 경과된 후 제1 디바이스(200)에 대해 스캔 요청을 할 수 있다. 즉 제2 디바이스(300)는 현재 시간 및 스캔 주기를 고려하여, 제1 디바이스(200)의 스캔 응답이 가능한 시점에 스캔 요청을 할 수 있다.
예를 들어 제2 동기 데이터는 제2 디바이스(300)의 스캔 요청에 대응한 제1 디바이스(200)의 스캔 응답이 이루어진 시간이 y1 초 이고, 스캔 응답 주기가 5초로서 저장되었다고 가정한다. 이 경우 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 후 재연결이 시도된다면, 저장된 제2 동기 데이터에 기초하여 애드버타이징이 이루어질 수 있다. 예를 들어 현재 시간이 y1 + 102초라면, 스캔 요청 주기가 5초이므로, 현재 시간으로부터 3초 후인 x1 + 105초인 시간에 스캔 요청이 이루어질 수 있다.
이후 제1 디바이스(200)가 제2 디바이스(300)에 대해 스캔 응답 메시지를 전송함으로써(S1040), 제1 디바이스(200)와 제2 디바이스(300) 사이에 재연결이 이루어질 수 있다(S1050).
도 11 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 애드버타이징 및 스캔이 이루어지는 방법을 설명하기 위한 도면의 다양한 예이다. 이하에서는 동기 데이터에 기초하여 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 재연결이 이루어지는 경우를 구체적인 예시를 통해 설명하기로 한다.
도 11에서는 제1 동기 데이터에 기초하여 제1 디바이스(200)가 애드버타이징을 재개하는 방법을 설명하기로 한다. 도 11을 참조하면, 제1 동기 데이터는 애드버타이징 주기를 포함하며, 애드버타이징 주기는 5초로 저장되었다고 가정한다. 이후 x + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 애드버타이징 주기가 5초이므로 제1 디바이스(200)는 연결이 해제된 시간부터 3초 후인 x + 105초에 해당하는 시간부터 애드버타이징을 재개할 수 있다.
이는 제2 디바이스(300)의 스캔 요청에 대해서도 마찬가지이다. 도 12 내지 도 14에서는 도 11에 도시된 제1 디바이스(200)의 애드버타이징에 대하여 제2 디바이스(300)가 스캔 요청을 재개하는 방법을 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, 제2 동기 데이터는 스캔 윈도우(스캔 윈도우 폭 또는 스캔 윈도우 주기) 및 스캔 인터벌(스캔 주기 또는 스캔 인터벌 주기)를 포함하며, 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌은 각각 0.5초 및 5초로 저장되었다고 가정한다. 도 11 및 도 12를 비교하면, 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어지는 x초에 해당하는 시간은 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우에 대응되는 시간에 포함된다. 또한 애드버타이징 주기 및 스캔 인터벌은 5초로서 동일하다.
이후 y + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 제2 디바이스(300)는 연결이 해제된 시간부터 3초 후에 스캔 요청을 하여야 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있다. 따라서 제2 디바이스(300)는 y + 105초에 해당하는 시간부터 스캔 요청을 재개할 수 있다. 이 경우 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 재연결 전후의 스캔 윈도우는 0.5초로서 동일할 수 있다.
마찬가지로 도 13을 참조하면, 제2 동기 데이터에 포함된 스캔 인터벌은 10초로 저장되었다고 가정한다. 도 11 및 도 13을 비교하면, 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어지는 x초에 해당하는 시간은 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우에 대응되는 시간에 포함된다. 또한 애드버타이징 주기 및 스캔 인터벌은 각각 5초 및 10초이다.
이후 y + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 제2 디바이스(300)는 연결이 해제된 시간부터 8초 후에 스캔 요청을 하여야 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있다. 따라서 제2 디바이스(300)는 y + 110초에 해당하는 시간부터 스캔 요청을 재개할 수 있다. 이 경우 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 재연결 전후의 스캔 윈도우는 0.5초로서 동일할 수 있다.
한편 도 14는 도 13의 경우에 비해 스캔 인터벌이 10배인 5초인 경우를 도시한 것이다. 이 경우 제2 디바이스(300)는 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제된 시간부터 3초 후에 스캔 요청을 하여야 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있으므로, y +105초에 해당하는 시간부터 스캔 요청을 재개할 수 있다.
여기서 제2 디바이스(300)는 스캔 윈도우를 5초로 유지할 필요가 없다. 즉 스캔 윈도우를 0.5초로 줄이더라도, y + 105초에 해당하는 시간에 스캔 요청을 한다면 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있다. 따라서 도 14에 도시된 바와 같이 제2 디바이스(300)는 스캔 윈도우를 줄일 수 있다. 또한 제2 동기 데이터는 갱신되어, 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌을 각각 0.5초 및 10초로 저장할 수 있다. 이와 같이 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우가 짧아지게 되어, 제2 디바이스(300)의 전력 소모가 줄어들게 되는 효과가 있다.
한편 도 15 내지 도 16에서는 애드버타이징 주기가 길어지게 되는 경우에 대해 설명하기로 한다.
도 15를 참조하면, 제1 동기 데이터는 애드버타이징 주기를 포함하며, 애드버타이징 주기는 5초로 저장되었다고 가정한다. 또한 도 16을 참조하면, 제2 동기 데이터에 포함된 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌은 각각 0.5초 및 10초로 저장되었다고 가정한다. 도 15 및 도 16을 비교하면, 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어지는 x초에 해당하는 시간은 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우에 대응되는 시간에 포함되며, 스캔 응답이 이루어지는 주기는 10초가 된다.
이후 x + 102초 및 y + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)는 연결이 해제된 시간부터 8초 후인 x + 110초 및 y + 110초에 해당하는 시간부터 각각 애드버타이징 및 스캔 요청을 재개할 수 있다.
여기서 제1 디바이스(200)는 애드버타이징 주기를 5초로 유지할 필요가 없다. 즉 애드버타이징 주기를 10초로 늘이더라도, x + 105초에 해당하는 시간에 애드버타이징을 한다면 제2 디바이스(300)로부터 스캔 요청을 받을 수 있다. 따라서 도 15에 도시된 바와 같이 제1 디바이스(200)는 애드버타이징 주기를 줄일 수 있다. 또한 제1 동기 데이터는 갱신되어, 애드버타이징 주기를 10초로 저장할 수 있다. 이와 같이 제1 디바이스(200)의 애드버타이징 주기가 증가되어, 제1 디바이스(200)의 전력 소모가 줄어들게 되는 효과가 있다.
한편 도 17 내지 도 19에서는 스캔 윈도우 또는 스캔 인터벌이 변경되는 경우에 대해 설명하기로 한다.
먼저 도 17 및 도 18을 비교한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 동기 데이터에 포함된 애드버타이징 주기는 10초로 저장되었고, 도 18에 도시된 바와 같이, 제2 동기 데이터에 포함된 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌은 각각 0.5초 및 10초로 저장되었다. 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어지는 x초에 해당하는 시간은 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우에 대응되는 시간에 포함되며, 스캔 응답이 이루어지는 주기는 10초가 된다.
이후 x + 102초 및 y + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)는 연결이 해제된 시간부터 8초 후인 x + 110초 및 y + 110초에 해당하는 시간부터 각각 애드버타이징 및 스캔 요청을 재개할 수 있다.
여기서 제2 디바이스(300)는 스캔 인터벌을 5초로 유지할 필요가 없다. 즉 스캔 인터벌을 10초로 늘이더라도, y + 110초에 해당하는 시간에 스캔 요청을 한다면 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있다. 따라서 도 18에 도시된 바와 같이 제2 디바이스(300)는 스캔 인터벌을 늘일 수 있다. 또한 제2 동기 데이터는 갱신되어, 스캔 인터벌을 10초로 저장할 수 있다. 이와 같이 제2 디바이스(300)의 스캔 인터벌이 증가되어, 제2 디바이스(300)의 전력 소모가 줄어들게 되는 효과가 있다.
마찬가지로 도 17 및 도 19를 비교한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 동기 데이터에 포함된 애드버타이징 주기는 10초로 저장되었고, 도 19에 도시된 바와 같이, 제2 동기 데이터에 포함된 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌은 각각 10초 및 15초로 저장되었다. 제1 디바이스(200)의 애드버타이징이 이루어지는 x초에 해당하는 시간은 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우에 대응되는 시간에 포함되며, 스캔 응답이 이루어지는 주기는 10초가 된다.
이후 x + 102초 및 y + 102초에 해당하는 시간에 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)의 연결이 해제되었다면, 제1 디바이스(200) 및 제2 디바이스(300)는 연결이 해제된 시간부터 8초 후인 x + 110초 및 y + 110초에 해당하는 시간부터 각각 애드버타이징 및 스캔 요청을 재개할 수 있다.
여기서 제2 디바이스(300)는 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌을 각각 10초 및 15초로 유지할 필요가 없다. 즉 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌을 각각 0.5초 및 10초로 변경하더라도, y + 110초에 해당하는 시간에 스캔 요청을 한다면 제1 디바이스(200)로부터 스캔 응답을 받을 수 있다. 따라서 도 19에 도시된 바와 같이 제2 디바이스(300)는 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌을 줄일 수 있다. 또한 제2 동기 데이터는 갱신되어, 스캔 윈도우 및 스캔 인터벌을 각각 0.5초 및 10초로 저장할 수 있다.
이상에서는 재연결이 1회 이루어지는 경우에 대해 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 20 내지 도 22에서는 재연결이 수회 이루어지는 경우에 대해 설명하기로 한다. 이하에서는 전술한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제1 디바이스(200)는 5초 주기로 애드버타이징이 이루어진다. 이후 제2 디바이스(300)와의 연결이 해제되어 첫 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제1 디바이스(200)의 애드버타이징 주기는 10초로 증가될 수 있다. 따라서 제1 동기 데이터는 증가된 애드버타이징 주기인 10초로 갱신되어 저장될 수 있다. 이후 제2 디바이스(300)와의 연결이 한번 더 해제되어 두 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제1 디바이스(200)의 애드버타이징 주기는 20초로 증가될 수 있다. 따라서 제1 동기 데이터는 증가된 애드버타이징 주기인 20초로 갱신되어 저장될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스(300)는 스캔 인터벌이 5초인 스캔 요청을 할 수 있다. 이후 제1 디바이스(200)와의 연결이 해제되어 첫 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제2 디바이스(300)의 스캔 인터벌은 10초로 증가될 수 있다. 따라서 제2 동기 데이터는 증가된 스캔 인터벌인 10초로 갱신되어 저장될 수 있다. 이후 제2 디바이스(300)와의 연결이 한번 더 해제되어 두 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제2 디바이스(300)의 스캔 인터벌은 20초로 증가될 수 있다. 따라서 제2 동기 데이터는 증가된 스캔 인터벌인 20초로 갱신되어 저장될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 제2 디바이스(300)는 스캔 윈도우가 20초인 스캔 요청을 할 수 있다. 이후 제1 디바이스(200)와의 연결이 해제되어 첫 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우는 10초로 감소될 수 있다. 따라서 제2 동기 데이터는 감소된 스캔 윈도우인 10초로 갱신되어 저장될 수 있다. 이후 제2 디바이스(300)와의 연결이 한번 더 해제되어 두 번째 재연결이 이루어지며, 이 경우 제2 디바이스(300)의 스캔 윈도우는 5초로 감소될 수 있다. 따라서 제2 동기 데이터는 증가된 스캔 윈도우인 5초로 갱신되어 저장될 수 있다.
나아가, 설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 명세서에 따른 블루투스 저전력 에너지를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 명세서의 블루투스 저전력 에너지를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법은 네트워크 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.
100: 무선 통신 시스템
200: 서버 디바이스 300: 클라이언트 디바이스
210, 310: 출력부 220, 320: 입력부
230, 330: 전력 공급부 240, 340: 제어부
250, 350: 메모리 260, 360: 통신부
270, 370: 블루투스 인터페이스 280: 다른 인터페이스

Claims (13)

  1. 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE; Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 데이터가 송수신되는 방법에 있어서, 상기 제1 디바이스에 의해 수행되는 방법은,
    상기 제1 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 상기 제2 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 상기 제1 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스의 동기 데이터를 저장하는 단계; 및
    상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스의 연결이 해제된 경우 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 애드버타이징을 재개하는 단계;를 포함하는 데이터 송수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디바이스의 해시(hash) 값을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 해시 값을 상기 제2 디바이스에 대하여 애드버타이징하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해시 값을 추출하는 단계는,
    상기 제1 디바이스가 전용(private) BT mac 어드레스를 사용하는 경우에는 상기 전용 BT mac 어드레스를 공용(public) BT mac 어드레스로 변환하고, 상기 변환된 공용 BT mac 어드레스를 이용하여 상기 해시 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스는,
    각각 스마트 와치(Smart Watch) 및 스마트 폰(Smart Phone)인 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 애드버타이징을 재개하는 단계는,
    상기 추출된 해시 값을 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 제2 디바이스에 대하여 애드버타이징하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동기 데이터는,
    상기 제1 디바이스의 애드버타이징 시간 및 주기 또는 상기 제2 디바이스의 스캐닝 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  7. 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE; Bluetooth Low Energy)를 이용하여 제1 디바이스 및 제2 디바이스 사이에 데이터가 송수신되는 방법에 있어서, 상기 제2 디바이스에 의해 수행되는 방법은,
    상기 제1 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 상기 제2 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 상기 제1 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스의 동기 데이터를 저장하는 단계; 및
    상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스의 연결이 해제된 경우 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 스캔 요청을 재개하는 단계;를 포함하는 데이터 송수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 디바이스로부터 추출된 해시(hash) 값을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 해시 값으로써 상기 제1 디바이스를 필터링하여 스캔 요청하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스는,
    각각 스마트 와치(Smart Watch) 및 스마트 폰(Smart Phone)인 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스캔 요청을 재개하는 단계는,
    상기 수신된 해시 값을 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 제1 디바이스에 대하여 스캔 요청하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 동기 데이터는,
    상기 제1 디바이스의 애드버타이징 시간 및 주기 또는 상기 제2 디바이스의 스캐닝 시간 및 주기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  12. 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE; Bluetooth Low Energy)를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 디바이스에 있어서,
    메모리;
    외부와 통신하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 타 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 상기 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 상기 디바이스 및 상기 타 디바이스의 동기 데이터를 상기 메모리에 저장하고,
    상기 디바이스 및 상기 타 디바이스의 연결이 해제된 경우 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 애드버타이징을 재개하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 블루투스 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 블루투스 저전력 에너지(BLE; Bluetooth Low Energy)를 이용하여 데이터를 송수신하기 위한 디바이스에 있어서,
    메모리;
    외부와 통신하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    타 디바이스의 애드버타이징(Advertising)에 대응하여 상기 디바이스의 스캔(Scan) 요청 및 상기 타 디바이스의 스캔 응답이 이루어진 경우 상기 디바이스 및 상기 타 디바이스의 동기 데이터를 상기 메모리에 저장하고,
    상기 디바이스 및 상기 타 디바이스의 연결이 해제된 경우 상기 저장된 동기 데이터에 기초하여 상기 스캔 요청을 재개하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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