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[그 원리가 알고싶다] 스마트 태그/태그+편

(게시글 작성 시간: 07-01-2021 02:03 PM)
dhek
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안녕하세요 dhek입니다

여러분은 지난 S21언팩에서 나왔던 스마트 태그/태그+를 기억 하시니요?

 

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 S21언팩 中
 

 

스마트 태그/태그+는 버즈프로 다음 순서로 공개가 됬었는데요 스마트 태그는 얼마후 판매가 됬었지만 태그 플러스는 언팩후 쫌 있다가 판매가 됬었죠.

일반 태그와 태그+의 차이가 무엇일까요?

태그와 태그+의 차이점이 바로 이 글에서 알아볼 BLE와 UWB입니다

자! 그럼 두가지 기술의 원리를 알아보러 가시죠


BLE

 

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 출처:네이버 지식백과
 

 

자 BLE의 원리에 대해서 알아보기 위해선 BLE가 무엇인지 알아야겠죠?

BLE란 요약하자면 약10m 도달 반경을 가진 2.4GHz 주파수 대역에서 저전력 저용량 데이터 송수신이 가능한 블루투스 가술을 말 합니다

그래서 Bluetooth Low Energy 줄여서 BLE라고 부르는 것이죠

BLE의 전반적인 원리는 블루투스랑 비슷합니다 그래서 블루투스의 원리를 알아봅시다

 

블루투스.jpg

 
 

 

블루투스는 보통 ISM 주파수 대역으로 알려진 2400MHz~2480MHz대역을 사용합나다
ISM이란 산업, 과학, 의료용으로 할당된 주파수 대역으로, 전파 사용에 대해 허가를 받을 필요가 없어 주로 저전력의
전파를 발산하는 개인 무선기기에서 많이 쓰입니다
이런 여러 시스템들과 같은 주파수 대역을 사용하기 때문에 시스템간 전파 간섭이 생길 걱정이 있지만
블루투스는 주파수 호핑이라는 방식을 사용해 이를 예방합니다

주파수 호핑은 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 기법입니다
그래서 블루투스는 1초에 1600번 정도 할당된 79개의 채널을 호핑합니다

이러한 호핑은 블루투스 기기간 동기화가 되어있어야만 사용이 가능합니다
그래서 마스터 슬래이브 방식을 씁니다
마스터 기기가 스마트폰등 it기기이고 슬레이브 기기는 무선 이어폰같은 제품입니다
하나의 마스터는 최대 7개의 슬레이브와 통신이 가능합니다
블루투스 기기는 서로 연결하여 동작할수 있도록 해주는 페어링과정을 통해 블루투스로 여러가지를 할수있죠

그래서 BLE는 이러한 블루투스 기술에서 성능이 다운된거라고 보시면 됩니다
성능이 다운된거라서 데이터 전송량에 차이가 있어 갤럭시 폰에서는 주변기기 감지 용도로 사용을 하고 있습니다

 

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 스마트태그 광고 中
 

 

그래서 이러한 기술을 이용하여서 갤럭시 스마트폰이 스마트 태그를 감지하여서 위치를 스마트 싱스 서버로 등록을
해서 위치를 찾을수 있는 것 입니다.


자 그런데 블루투스를 껐을때도 주변기기가 감지될수 있는 것 일까요 이는 둘이 별개이기 때문이라고 보시면 됩니다
그렇기 때문에 주변기기를 감지할 수 있었던 것이죠

블루투스의 장단점으로는 동시에 여려개의 장치를 연결해 사용이 가능한 장점
데이터를 전송할때 데이터가 유출될수도 있어 걱정되는 단점이 있습니다

 

 

BLE끝

 

 

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 스마트태그 광고 中
 

이렇게 우리가 많이 사용하는 블루투스, BLE기술의 원리에 대해 알아보았습니다
그 다음으로는 차세대 기술로 꼽히는 UWB 기술을 알아보겠습니다

 

 

 


UWB

 

 

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 유튜버 잇섭 s21분해 영상 中
 

 


UWB원리에 대해 알아보려면 BLE랑 똑같이 UWB란 무엇인지 알아야겠죠?
UWB는 Ultra Wide Band의 약자입니다
UWB는 협대역 시스템 및 3G 셀룰러 기술로 설명되는 광대역 시스템과 구분하기 위해 중심 주파수의 20% 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템이나 500MHz이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송기술을 말합니다
소비전력도 낮으면서 스펙트럼 분산 형태 송수신이라 보안능력도 탁월합니다

 

 

UWB역사


UWB 기술의 기초는 1980년 대에 Sperry Research Center에서 정립되었는데요. 마이크로파 네트워크 특성 연구와 물질의 속성을 결정하기 위하여 UWB의 사용을 강조하였는데 이는 목표물 혹은 방해물의 임펄스 응답 특성을 측정하기 위한 실내 시스템의 개발을 유도하였습니다.

1980년대와 1990년대 시간 도메인의 전자장 원리가 무선통신에 응용되었고, 특히 다중경로가 밀집된 환경에서의 근거리 통신에 응용되었습니다.

UWB 기술의 다른 중요 응용은 근거리 고해상도 레이더 분야인데요. 이 분야는 적은 신호처리 과정과 간단한 전기장치에도 불구하고 통신분야 응용보다 다소 덜 주목을 받고 있지만 1974년 Morey가 매우 넓은 주파수 대역을 사용하므로 수 미터 거리의 땅속을 침투할 수 있는 레이더 시스템을 특허 등록 하였습니다.

1994년부터 UWB 무선 기술의 많은 부분이 군사 보안에서 해제되었으며 2000년대 초까지만 해도 군용 레이더와 첩보 통신, 원격 심장 박동 모니터링 시스템 같은 의료 영상에만 제한적으로 사용되었는데요. 최근 상업적으로 이용하는데 관심이 쏠리기 시작했습니다.

UWB기술

 

 

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 출처:네이버 지식백과
 

 


UWB기술에 대해 간단히 정리해보자면
UWB통신의 목적은 다른 통신시스템에 영향을 주지 않기 위하여 신호에너지를 수 GHz 대역폭에 걸쳐 스펙트럼으로 분산하여 송신함으로써 다른 협대역신호에 간섭을 주지 않고 주파수에 관계 없이 통신을 할 수 있도록 하는 것이다
주파수 영역의 스펙트럼은 시간 영역의 신호파형의 모양과 밀접한 관계를 가지며
정현파는 어느 특정주파수에서만 큰 값을 가지지만 임펄스 신호는 비교적 넓은 주파수 대역에서 에너지가 분포하므로 UWB 통신에서는 수 나노 혹은 수 피코 초의 극히 좁은 폭을 갖는 펄스를 반복 사용합니다
그래서 GHz폭의 주파수 대역을 사용, 초당 100~500M의 속도로 전송이 가능한 무선통신기술입니다



장단점


장점
- 펄스의 길이가 매우 짧고 낮은 에너지 밀도를 가지고 있어 다른 무선 시스템 간섭에 방어력이 높다
- 저전력 및 속도 면에서 구현 유리
- 광대역, 저전력에 의한 낮은 간섭
- 다중경로 페이딩에 대한 강인성
- 구현 복잡도가 낮아서 저가, 소형화가 가능
- 벽과 같은 장애물에 대한 투과율이 좋다

단점
- 기존 시스템과 주파수를 공유하므로 UWB의 송신 출력이 제한을 받는다
- 전송거리 제한 됨
- 타 기기에 간섭 유발됨으로 전력제한 등 저전력화 필수

UWB기술의 활용

 

s21.jpg

 

 

UWB가 활용될 기술들은 엄청나게 많습니다 이미 적용된 스마트 태그+부터 자동차 키를 대신하는 기술등 이미
적용이 된 기술보다 앞으로 적용될 무선 usb기술
침입자 탐지와 같은 보안 분야, 심박수/호흡수 등을 무선으로 측정할 수 있는 생체신호 인식 분야, GPR(Ground Penetrating Radar) 과 같은 지중 탐사 분야 등에서 활용이 가능합니다.
생체신호 인식 분야는 스마트 홈, 스마트 오피스, 조명 제어, 헬스케어 서비스 등의 다양한 분야에 적용될 수 있는 분야입니다.
보안 분야에 적용될 경우, UWB는 투과 특성을 이용해 장애물 뒷면의 이동 객체에 대한 인식 기능도 가질 수 있고, 상대적으로 다른 보안용 센서에 비한 장점을 활용해 향후 동작감지 센서 및 적외선 센서를 점차 대체해 나갈 수 있는 또한 잠재력을 가지고 있습니다.


스마트태그 플러스에는 UWB의 어떤 기술이?

 

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스마트태그 플러스에는 UWB의 어떤 기술이 적용되었을까요?

바로 위치인식 UWB가 사용되었습니다
위치인식 UWB는 언제 어디서나 사람과 객체의 위치를
인식하고 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공할 수 있어 펄스 방식 UWB 기술이 주목을 받고 있습니다

펄스 방식 UWB 기술은 통신뿐만 아니라 실내나 음영 지역에서 수십 cm급 이내의 정밀한 위치 인식·추적 기능이
가능합니다

이러한 이유로 유비쿼터스홈, 스마트 태그, 인명 구조, 각종 제어 시스템을 구축하기 위한 핵심 기술로 인식되고 있으며, 국제 표준인 IEEE 802.15.4a의 기술로 채택되어 2007년 3월에 표준화가 완료되었습니다

이처럼 넓은 주파수 대역폭을 가지는 신호는 시간 영역에서는 매우 짧은(수 nsec 이내) 펄스 형태를 가지며, 이 펄스를 이용한 기술이 펄스 방식 UWB 기술입니다

자 이러한 펄스방식 UWB로 어떻게 거리를 측장하는지
원리에 대해 설명드리겠습니다


 

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먼저 노드 A지점에서 펄스를 보낼 때의 시간을 측정
그리고 노드 B지점에서 펄스가 수신되면 그때의 시간을 측정, 펄스 수신이 성공적이면 다시 노드 B지점에서
노드 A지점으로 펄스를 보내 이때의 시간을 측정합니다
이때 노드 B지점에서 보낸 펄스를 수신할 때의 시간을
다시 측정해 노드 A지점과 노드 B지점의 거리를 측정 할 수 있습니다

*거리=속도 X 시간

이런식의 기술로 스마트 태그+는 정밀한 위치를 측정 할 수 있는 것 입니다


 


 

 

 

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S21언팩 中

지금까지 스마트 태그/태그+에 들어간 기술인 BLE와 UWB에 대해 알아보았습니다
알아보면서 우리가 쓰는 작은 전자기기 하나에도 엄청난 기술이 탑제가 되었다는 것이 매우 신기하네요

원래는 UWB만 다루려고했지만 주제를 스마트 태그로 잡는 바람에 BLE기술도 간단하게 나마 다루게 되버렸네요 ㅋㅋㅋ

다른 기술의 원리가 궁금하시다면 댓글로 남겨주세요~

읽어주셔서 감사합니다 😄

 


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워치편 [ 바로보기 ]

홍체인식편 [ 바로보기 ]

s펜편 [ 바로보기 ]

 

29 댓글
Dinorex
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SmartThings
좋은글 잘봤습니다~
BLE가 한국어로 하면 저전력블루투스인거죠?🤔
dhek
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SmartThings
네네 맞습니다 😁
SMRTFan
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SmartThings
자동차 키로 하면 폰만 들고 나가서 열면 되겠네요
dhek
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SmartThings
그쵸 ㅎㅎ
웃은영자
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SmartThings
BLE가 Bluetooth Low Energy의 약자였군요~
저전력 블루투스 그 자체였다니...! 새로운 정보 알고 갑니다 ^ㅁ^
dhek
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SmartThings
약자는 알지만 풀네임을 몰라서 어떤 기술인지 잘 모르는 경우가 많죠 ㅎㅎ
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궁금이에요
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SmartThings
지식이 하나더 늘었습니다 좋은글 감사합니다.😊😊
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채택된 답변
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SmartThings

dhek님, 이렇게 원리를 곁들인 상세한 설명은 처음입니다 ^&^

머리에 쏙쏙 들어오네요 정말 감사드려요 😃

다른 원리글들도 읽어 볼게요~

원본 게시물의 답변 보기

dhek
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SmartThings
너무 길게 적은게 아닌가 걱정했는데 머리에 쏙쏙 들어가신다니 다행이네요 ㅎㅎ
imAsking
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SmartThings
BLE는 피트니스 기기에 유용하긴 하지만, 확실히 한계점이 있더라고요. 특히 자동연결에 취약하다고 생각해요. 저전력통신은 정말 많은 주파수랑 전파규격이 있지만, 사용성은 국가별로 사용 주파수가 다른 Zigbee나, 반응속도가 느린 Z-wave와 비교해보면 UWB는 지금은 스마트태그에 쓰기 제일 적절한 규격인 것 같아요.
dhek
Expert Level 5
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SmartThings
태그로 정확한 위치로 파악하려면 UWB가 더 적절하죠 ^^
gangms06
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SmartThings
추천글 축하드려요 dhek님~ 👏
dhek
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SmartThings
감사합니다~
JENNIERED
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SmartThings
dhek님 추천글 축하드려요🎉🎉
dhek
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SmartThings
감사합니당~~~
해시테크
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SmartThings
추천글 선정 축하드립니다:)
dhek
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SmartThings
감사합니다 ㅎㅎ
뱀프
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SmartThings
dhek 님 추천글 축하드립니다 🎉😄
dhek
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SmartThings
감사드려요~ㅎㅎ
저지방우유
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SmartThings
감사합니다
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Magic7
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SmartThings
S뷰 커버 원리도 부탁드려봅니다
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Geobuk2
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SmartThings
펄스방식 uwb는 뭔가 수능 비문학지문 제재 같네요 ㅋㅋㅋㅋㅋ
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dhek
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SmartThings
이제 나오셔도 답을 아시겠....읍읍 ㅋㅋㅋ
마법남매
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SmartThings
우잉
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마법남매
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SmartThings
저게뭐니
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여행가자ㅏㅏ
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추천글 축하드려요🎉
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비됴전자
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SmartThings

좋은 글 감사합니다 ㄷㄷ...

자세한 원리를 알게 되서 신기하네요 😁

dhek
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SmartThings
그쵸 원리들은 봐도 봐도 신기하죠 ㅎㅎ
RedBlac
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SmartThings
오 이런 원리였군요..!😲 이런 글 정말 좋아요ㅎㅎ