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NeoStudio_20241218_170701_산업계측제어 기술사13다운로드
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Bluetooth

IEEE 802.15.1 · WPAN · Piconet · Scatternet · Frequency Hopping · TDD · SCO · ACL · LMP · L2CAP

1. IEEE 802.15 계열

NeoStudio에서는 Bluetooth를 근거리 무선통신 기술로 정리하며 IEEE 802.15 계열을 함께 비교한다.

표준 NeoStudio 내용
802.15.1 Bluetooth
802.15.3 고속 WPAN
802.15.4 저속·저전력 WPAN

2. 무선 지역 네트워크 비교

일반 이미지에서는 실내 사용거리와 데이터율을 기준으로 Bluetooth, ZigBee, WLAN, 802.15.3을 비교한다.

  • 802.15.1 Bluetooth : 약 1 Mbps 영역
  • 802.15.4 ZigBee : 약 20~250 kbps 영역
  • 802.11 계열 : 약 1~54 Mbps 영역
  • 802.15.3 : 110 Mbps 이상 영역
Bluetooth는 WLAN보다 짧은 거리와 낮은 데이터율의 WPAN 영역에 위치한다.

3. Bluetooth 사용 주파수

NeoStudio에는 Bluetooth가 별도 허가 없이 사용할 수 있는 2.4 GHz 대역을 사용한다고 기록되어 있다.

Bluetooth → 2.4 GHz Band

각 Channel의 대역폭을 약 1 MHz로 기록한다.

4. Bluetooth 응용 분야

원본에서는 Bluetooth의 응용을 다음 세 범주로 정리한다.

  1. 데이터·음성
  2. 케이블 대체
  3. Ad-hoc Network

5. Bluetooth Protocol 구조

NeoStudio에서는 Bluetooth Protocol을 Core Protocol과 Profile 개념으로 정리한다.

Core Protocol에는 다음 항목을 기록한다.

  • Radio
  • Baseband
  • Link Manager Protocol, LMP
  • L2CAP
  • Service Discovery Protocol, SDP
Core Protocol이 Bluetooth의 기본 통신 기능을 제공하고, Profile은 응용별 사용방법을 정의하는 방향으로 정리되어 있다.

6. Bluetooth Protocol Stack

일반 이미지의 Bluetooth Protocol Stack은 다음 계층관계를 보여준다. 

      Application / Adopted Protocols
          │
          ├── vCard / vCal
          ├── OBEX
          ├── WAE / WAP
          ├── UDP / TCP / IP / PPP
          ├── AT Commands
          ├── TCS BIN
          └── SDP
          │
          ▼
        RFCOMM
          │
          ▼
        L2CAP
      -------------------------
      Host-Controller Interface
      -------------------------
          │
          ▼
          LMP
          │
          ▼
        Baseband
          │
          ▼
      Bluetooth Radio

7. RFCOMM

NeoStudio에서는 RFCOMM을 Cable Replacement Protocol로 기록한다.

기존의 직렬통신 EIA-232C를 Emulation하는 방식으로 설명한다.

RFCOMM → Serial Cable Replacement

8. Telephony Control Protocol

전화제어 Protocol은 음성·전화기능을 위한 Bluetooth Protocol로 기록되어 있다.

9. Adopted Protocol

Bluetooth 자체에서 새로 정의하지 않고 다른 표준기관에서 정의한 규격을 그대로 적용하는 Protocol로 설명한다.

NeoStudio에는 다음 예가 기록되어 있다.

  • PPP
  • TCP / UDP / IP
  • OBEX
  • WAE / WAP

10. Piconet

Piconet은 하나의 Master와 여러 Slave로 구성되는 Bluetooth의 기본 Network로 기록되어 있다. 

                  Master
                    M
                 /  |  \
                /   |   \
               S    S    S
하나의 Piconet에서는 Master가 통신과 Timing을 중심적으로 제어한다.

11. Piconet과 TDD

NeoStudio에서는 하나의 Piconet이 하나의 Channel을 공유하고 TDD 방식으로 통신한다고 기록한다.

Master → Slave → Slave → Master

시간 Slot을 교대로 사용하여 양방향 통신을 수행하는 흐름이다.

12. Scatternet

Scatternet은 여러 Piconet이 중첩되어 서로 연결되는 구조이다.

일반 이미지에는 하나의 장치가 한 Piconet에서는 Master/Slave 관계를 가지고 다른 Piconet과 연결되는 모습을 보여준다. 

              Piconet 1

                 M
              /  |  \
             S  M/S  S
                 │
                 │
              Piconet 2
              /  |  \
             S   S   S
여러 Piconet을 연결하여 더 넓은 Bluetooth Network를 구성한다.

13. Scatternet의 자원 공유

NeoStudio에서는 Piconet의 전송자원을 여러 장치가 공유하므로 사용자가 증가하면 각 장치가 사용하는 Bandwidth가 감소하는 방향으로 기록한다.

Device 수 ↑ → Shared Bandwidth → Device당 전송량 ↓

14. Bluetooth 무선 출력 Class

NeoStudio에서는 Bluetooth 무선출력을 Class I, II, III로 구분한다.

Class NeoStudio 표기
Class I 최대 약 100 mW
Class II 최대 약 2.4 mW로 필기
Class III 최대 약 1 mW로 필기
Class별 출력값은 NeoStudio 손글씨를 그대로 반영하였다. 외부 Bluetooth 규격값으로 수정하지 않았다.

15. Frequency Hopping

Bluetooth Baseband의 핵심으로 Frequency Hopping이 기록되어 있다.

Frequency Hopping → 전파간섭 / 다중경로 영향 감소

같은 Piconet에 속한 장치는 동일한 Hopping Pattern에 동기되어 통신하는 방향으로 설명한다.

16. Master와 Hopping Pattern

NeoStudio에서는 Piconet의 Master가 Frequency Hopping sequence를 결정하는 방향으로 기록한다.

Piconet Master → Hopping Pattern 결정

17. Baseband와 TDD Slot

Baseband에서는 TDD 방식으로 Master와 Slave가 시간 Slot을 교대로 사용한다. 

      Time →

      | Master | Slave | Master | Slave |
      |--------|-------|--------|-------|

각 Slot에서 Frequency Hopping을 수행하는 구조로 필기되어 있다.

18. SCO Link

NeoStudio에서는 SCO를 동기식 연결로 기록한다.

SCO = Synchronous Connection-Oriented

일정한 간격으로 Slot을 예약하여 고정된 연결을 제공하는 방향이다.

음성과 같이 시간에 민감한 데이터와 연결해 기록한다.

19. ACL Link

ACL은 비동기 데이터 통신을 위한 Link로 기록되어 있다.

ACL = Asynchronous Connection-Less

Slot 전부를 Packet 전송에 사용할 수 있고 Packet 재전송을 사용할 수 있다는 방향으로 기록한다.

20. SCO와 ACL 비교

구분 SCO ACL
성격 동기식 비동기식
Slot 고정 주기의 Slot 예약 Packet 전송에 유연하게 사용
주 용도 시간에 민감한 데이터·음성 일반 Packet Data
재전송 원본에서 강조하지 않음 Packet 재전송 가능으로 기록

21. Bluetooth Packet

NeoStudio에서는 Bluetooth Packet을 다음 세 부분으로 구성한다.

  1. Access Code
  2. Header
  3. Payload
      ┌─────────────┬────────────┬──────────────┐
      │ Access Code │   Header   │   Payload    │
      └─────────────┴────────────┴──────────────┘

22. Access Code

Access Code의 종류로 다음 항목이 기록되어 있다.

  • CAC
  • DAC
  • IAC

23. Header

Header에는 연결제어와 관련된 정보가 포함된다고 기록한다.

  • Active Member 관련 정보
  • Packet Type
  • Flow
  • ARQ 관련 정보

24. Payload

Payload에는 실제 전송 데이터가 들어가며 ACL과 SCO Packet에 따라 Header 구조가 달라질 수 있다고 기록되어 있다.

25. Logical Channel

NeoStudio에서는 Logical Channel을 Payload의 용도에 따라 나누어 사용하는 방향으로 정리한다.

기록된 예는 다음과 같다.

  • Link Control
  • Link Manager
  • User Synchronous Data
  • User Asynchronous Data

26. Bluetooth Device State

전력소모를 줄이기 위해 여러 Device State가 존재한다고 기록한다.

  • Active
  • Sniff
  • Hold
  • Park
Bluetooth 장치는 Active 외에도 Sniff, Hold, Park 상태를 이용하여 전력소모를 줄인다.

27. Link Manager Protocol, LMP

LMP는 Baseband 위에서 Link 관리기능을 수행하는 Protocol로 기록한다.

원본에는 다음 기능이 적혀 있다.

  • 연결 설정
  • 일반 응답
  • 인증
  • 암호화
  • Key 관련 기능
  • Timing
  • Power 관련 제어

28. L2CAP

L2CAP는 Logical Link Control and Adaptation Protocol로 기록한다.

L2CAP = Logical Link Control and Adaptation Protocol

원본에서는 LLC와 유사한 연결계층 제어 기능을 Baseband 위에서 수행하는 방향으로 설명한다.

29. L2CAP Logical Channel

마지막 NeoStudio 페이지에서는 세 가지 유형의 논리적 Channel을 제공한다고 기록한다.

  1. 비연결
  2. 연결지향
  3. 신호

QoS와 관련된 메모도 함께 기록되어 있다.

30. Bluetooth 전체 구조

                   Bluetooth
                       │
              IEEE 802.15.1
                       │
                2.4 GHz Band
                       │
            Frequency Hopping
                       │
              ┌────────┴────────┐
              ▼                 ▼
           Piconet          Scatternet
              │                 │
        Master + Slave      Piconet 연결
              │
              ▼
             TDD
              │
        ┌─────┴─────┐
        ▼           ▼
       SCO         ACL
        │           │
      음성        Packet Data

              Protocol Stack
                    │
            ┌───────┴────────┐
            ▼                ▼
           LMP              L2CAP
            │                │
       Link 관리        Logical Link
                       / Adaptation

31. 이미지 · NeoStudio 핵심 정리

항목 원본 내용
IEEE 표준 802.15.1 Bluetooth
주파수 2.4 GHz Band
응용 데이터·음성, Cable Replacement, Ad-hoc
Core Protocol Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP
RFCOMM Serial Cable Replacement
Piconet 1 Master + 여러 Slave
Scatternet 여러 Piconet 연결
무선접속 Frequency Hopping + TDD
SCO 동기식, 일정 Slot, 음성·시간민감 데이터
ACL 비동기 Packet Data, 재전송 가능
Packet Access Code + Header + Payload
Device State Active, Sniff, Hold, Park
LMP 연결·인증·암호화 등 Link 관리
L2CAP Logical Link Control and Adaptation
이 HTML은 페이지 본문과 YouTube 자료를 사용하지 않고, 일반 이미지 3장과 NeoStudio PDF 1개(총 6페이지)만 OCR/시각 판독하여 작성했다. 일반 이미지 3장은 Bluetooth Protocol Stack, Master/Slave 기반 Piconet·Scatternet 관계, Bluetooth와 WLAN/ZigBee/802.15.3의 거리·Data Rate 비교를 보여준다. NeoStudio PDF 6페이지는 모두 직접 확인하였다. 무선 출력 Class별 수치, 일부 Logical Channel 명칭, Header 세부 필드는 손글씨에서 읽히는 범위만 반영하였다. BLE, Bluetooth 5.x, LE Advertising, GATT/GAP, 최신 Bluetooth 보안 등의 내용은 이번 이미지와 NeoStudio에 없으므로 추가하지 않았다.
Bluetooth, IEEE 802.15.1, WPAN, Piconet, Scatternet, Master, Slave, Frequency Hopping, TDD, SCO, ACL, RFCOMM, LMP, L2CAP, SDP, Baseband, Bluetooth Radio, Access Code, Packet, Sniff, Hold, Park
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