쇼핑에 혁신을 일으키는 초저전력 블루투스 스마트 무선 기술

  • 2015-07-17
  • 편집부

블루투스 태그와 비콘 시장은 향후 4년간 연간 25% 이상의 성장이 예상된다. 시장에서 성공하는 제품은 작고 신뢰도가 높으면서 소유 비용이 적고 더 긴 배터리 수명을 제공하는 제품들이 될 것이다.

오늘날 블루투스 기능을 지원하는 스마트폰과 태블릿 기기는 정기적으로 쇼핑몰을 방문하는 매장 이용객을 비롯한 많은 쇼핑객들의 필수 아이템이 됐다. 블루투스 비콘을 이용해 쇼핑몰 안이나 개별 매장 안에 있는 쇼핑객의 추적이 가능해지면서, 이 전자기기는 구매 가능성이 높아 보이는 쇼핑객들에게 판매자가 상품 광고 등의 판촉 메시지를 노출할 수 있는 천금 같은 기회를 제공해주고 있다.

이처럼 새로운 쇼핑 기술을 제공하는 업체들은, 예를 들어 ‘실시간으로 완벽한 구매 시점에 개인별 맞춤화한 상품을 고객에게 추천해 보세요!’와 같은 권유 문구를 선보이기도 한다. 이는 최신 블루투스 기술 덕분에 가능해진 새롭고 흥미로운 위치기반 서비스 중 하나로, 관련 시장 규모는 2014년 81억 2,000만 달러 규모에서 2019년에는 400억 달러 규모에 육박할 것이라고 시장조사회사인 마켓앤드마켓(MarketsandMarkets)는 내다봤다. 이밖에 건물 내 내비게이션, 자산 추적 및 모바일 결제 같은 서비스들도 블루투스 기술 덕분에 가능해졌다.

블루투스 기술을 활용하면, 쇼핑객은 절호의 쇼핑 기회를 거의 놓치지 않고 챙길 수 있을 것이다. 소비자들은 핸드폰의 블루투스 기능을 끌지 말지, 판매자들이 보내는 각종 전자 메시지에 대응하는 앱을 구동할지 여부를 선택할 수 있다. 이러한 기능을 이용하고자 한다면, 블루투스 기능을 켜고 메시지 ‘푸시(Push)’를 승인해야 한다. 판매자 역시 저렴하면서도 상황인식이 가능한 방법으로 판촉 메시지를 전달할 수 있기에 이익이다.

어쩌면 판매자 입장에서는 이보다 더 중요한 것이 고객의 동선에 대한 데이터를 수집하고 분석할 수 있다는 점일 것이다. 고객이 매장들을 거쳐 간 물리적인 동선과 구매 습관을 포착할 수 있는 상업적 동선 말이다. 그러한 데이터를 수천 명의 고객들로부터 확보하게 될 경우, 이러한 정보는 매우 강력한 힘을 갖게 된다. ‘빅 데이터’의 핵심이 바로 이것이다.

그렇다면 이러한 혁신을 가능케 한 기술은 무엇일까? 거의 모든 경우, 이는 ‘블루투스 스마트’라고 불리기도 하는 BLE(Bluetooth Low Energy) 기술이다. 사람들이 어떤 범위 안에 들어서면 스마트폰이나 다른 수신 단말기를 통해 단순한 알림 정보를 내보내는 근접 태그에서도 똑같은 기술을 발견할 수 있다.



비콘을 위한 현명한 선택

블루투스는 지난 수십 년 동안 존재해 왔지만 오늘날 ‘클래식 블루투스’라고 불리는 기술은 비콘 애플리케이션용으로는 전력을 너무 많이 잡아먹는다. 비콘 애플리케이션이라는 것이 ‘한 번 설치해 두면 까맣게 잊고 있을 정도’여야 하기 때문에 코인셀 배터리 한 개로 수년은 아니더라도 최소 수개월 동안은 동작해야 한다. 블루투스 스마트 무선 기술은 일반적으로 비콘 주변 5~50미터 내에 쇼핑객이 들어왔을 때 방송광고 메시지를 내보내는, 배터리 전원 방식의 독립형 비콘에 탑재된다.

비콘 설계의 핵심은 주변 인프라 때문에 비콘 설치가 제약을 받지 않도록 작고 튀지 않아야 한다는 점이다. 또한 다른 대부분의 컨슈머 기기들과 마찬가지로 비용이 저렴해야 한다. 



블루투스 스마트는 클래식 블루투스와는 많이 다른데, 그러한 차이가 비콘 애플리케이션에 있어서 매력적인 요인으로 작용한다.

- 클래식 블루투스 무선 기술은 전형적으로 3 V에서 약 40 mA를 사용하지만 0 dBm 출력(대부분의 비콘 애플리케이션에 완벽하게 들어맞는 전력 수준)을 만들어내는 최고 수준의 블루투스 무선 기술은 3 V에서 5 mA 이하의 전류를 소비하면서도 많은 환경에서 최대 50 m까지의 도달 범위를 제공한다.
- 블루투스 스마트 디바이스가 수면 모드에 들어가는 비교적 긴 기간 때문에, 몇몇 애플리케이션에서는 평균 소비전력이 클래식 블루투스보다 100분의 1 정도로 적을 수도 있다.
- 블루투스 스마트 기술은 각 슬레이브 상의 모든 패킷에 대해 스타 네트워크 토폴로지와 32비트 접속 어드레스를 채택하고 있기 때문에 거의 무한대의 연결이 가능하다. 반면, 클래식 블루투스는 7개의 능동 슬레이브로 제한되기 때문에 이것 하나만으로도 근접 비콘 애플리케이션에는 부적합하다.
- 웨이크업 타임은 6 ms이다. 클래식 블루투스는 약 100 ms이다.
- 인증 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간은 3 ms. 클래식 블루투스의 경우는 최대 1초가 걸릴 수도 있다.
- 데이터를 안전하게 유지하기 위해 128비트 뱅킹 레벨(AES-128) 보안 기술을 지원한다.




구현 방식에 따라 결과 달라

블루투스 스마트 기술이 약속하는 에너지 저감 특성에도 불구하고, 이 기술을 어떻게 구현하느냐에 따라 전체 시스템의 에너지 소비와 배터리 수명은 극적으로 달라질 수 있다. 비콘의 심장을 형성하는 블루투스 스마트 무선 SoC 선택 시 가장 중요한 요소는 피크 전류 소비, 시간에 따른 에너지 소비(애플리케이션의 요건을 고려할 때), 수신기 감도(비콘은 쇼핑객이 특정 범위 안에 들어왔는지 여부를 알기 위해 쇼핑객의 스마트폰으로부터 신호를 수신해야 함), 그리고 소형화를 위해 흔히 코인셀 같은 소형 배터리 한 개로 동작할 수 있는 능력이다.

실제 애플리케이션에서 배터리 수명은 광고 메시지 송신 주기(비콘이 얼마나 자주 데이터를 송신해야 하는지)에 따라 달라질 수 있다. 따라서 디바이스 데이터를 비교할 때, 명시된 수치 하의 동작 조건과 같은지, 아니면 적어도 그와 유사한지를 확인할 필요가 있다.

비콘이 동작하는 동안 에너지가 얼마나 소비됐는지를 보다 상세히 이해하려면, 각각의 광고가 동작하는 동안 시간에 따라 소비된 부하를 확인해봐야 한다. 다음과 같은 파라미터들이다:

- 광고 주기와 광고당 부하
- 콜드 부트에서부터 첫 번째 광고 송신 때까지 걸리는 시간과 소비되는 부하
- 일반적으로 사용되는 3개 광고 채널 각각에 의해 소비되는 시간, 피크 전류 및 부하

또한 블루투스 스마트 SoC 내에서 애플리케이션 코드용으로 활용될 수 있는 프로세서 리소스도 고려할 필요가 있다. 만약 외부 마이크로컨트롤러의 도움 없이 완벽한 호스트 솔루션을 만들 수 있다면 설계 시간, 비용, 공간을 더욱 줄일 수 있을 것이다.

블루투스 스마트 무선 기술 선택 시, 종종 간과되는 중요한 고려 요인들이 있다. 기능의 통합은 비콘 설계에 필요한 외부 부품 수를 결정해준다. 외부 부품 수가 적어질수록 설계 노력도 덜 들고, 최종 제품의 비용도 낮아진다. 부품 수가 적다는 것은 보다 신뢰성 있는 소형 제품 제작이 가능하다는 것을 뜻하기도 한다. 블루투스 스마트 벤더가 레퍼런스 디자인과 검증된 소프트웨어를 제공한다면 설계 노력은 더욱 줄일 수 있다.





블루투스 스마트 비콘 레퍼런스 디자인

다이얼로그 세미컨덕터의 DA14580 ‘스마트본드(SmartBond)’ SoC는 블루투스 스마트 RF와 ARM짋 코어텍스 M0(Cortex™-M0) 애플리케이션 프로세서, 지능형 전력관리를 통합했다. 이 프로세서와 온칩 디지털 및 아날로그 주변기기 세트는 최대 32개의 GPIO를 통해 연결할 수 있다. 그림 2는 DA14580 SoC의 블록도이고, 그림 3은 이 SoC를 기반으로 하는 비콘 레퍼런스 디자인이다.

버저나 LED에 요구되는 몇 개의 전류 제한적인 저항기를 제외하면, 다이얼로그의 DA14580 비콘 레퍼런스 디자인에 필요한 외부 부품 수는 총 12개에 불과하다. 6개의 커패시터, 16 MHz의 크리스털, 3개의 인덕터와 3개의 저항이 그것이다.

2.5×2.5×0.5 mm WL-CSP 또는 5×5×0.9 mm QFN40 패키지로 제공되는 이 디바이스의 피크 전류 소비는 0 dBm 출력으로 송신할 때 3 V에서 4.8 mA였다가, 긴 슬립 모드로 들어가면 1.4 μA로 떨어지고 메모리 보존 기능의 딥슬립 모드에서는 0.7 μA 이하로 더욱 낮아진다. 각각의 광고 이벤트는 9.53 μC(총 3개 채널의 합)를 소비하며, 수신기 감도는 -93 dBm이다.

그림 4는 폴리우레탄 마감재를 사용해 20.3×39.9×5.8 mm 크기로 구현한 레퍼런스 디자인을 나타낸다. 케이스 내부에는 16.9×23.7×1.00 mm 크기의 PCB와 70 mAh CR1016 코인셀 배터리가 들어 있다.

이 레퍼런스 디자인을 활용할 경우, 매 0.7초마다 광고를 송신할 때 배터리 수명은 178일로 계산된다. 광고를 매 5초마다 송신하면 배터리 수명은 730일, 즉 2년으로 늘어난다. 다이얼로그는 레퍼런스 디자인과 함께 완벽하게 검증된 비콘 소프트웨어도 제공한다. 이 소프트웨어는 프로그래밍이 가능한 UUID(Universally Unique IDentifier)와 광고 주기, 전력소비를 줄일 수 있도록 채널 선택이 가능한 비코닝, 연결이 가능한 비콘 간 업데이트, 설치된 비콘 그룹 관리 기능이 특징이다. 또한 한 개의 비콘으로부터 인터리빙, 연결 및 비연결 광고 이벤트도 가능하다.

결론

블루투스 태그와 비콘 시장은 향후 4년간 연간 25% 이상의 성장이 예상된다. 시장에서 성공하는 제품은 작고 신뢰도가 높으면서 소유 비용이 적고 더 긴 배터리 수명을 제공하는 제품들이 될 것이다. 블루투스 스마트 비콘의 핵심 칩을 선택할 때, 각 제품들이 해당 애플리케이션에서 어떠한 성능을 나타낼지를 깊이 있게 이해하려면 경쟁 부품들의 명세를 꼼꼼히 따져볼 것을 권장한다. 

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