아이비콘

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1. 개요
2. 기능
3. 전력 소모
4. 기술적 세부 사항
- 4.1. BLE 광고 패킷 구조
5. 스푸핑
6. 호환 장치
7. 유사 기술
참조

1. 개요

아이비콘은 블루투스 저에너지(BLE) 기술을 사용하여 근거리에서 신호를 송수신하는 기술이다. 아이비콘은 고유 식별자를 브로드캐스팅하며, 이를 수신한 스마트 기기는 특정 동작을 수행할 수 있다. 아이비콘은 영역 감시, 거리 측정 기능을 제공하며, 전송 주파수와 강도를 설정하여 배터리 소모를 조절할 수 있다. 아이비콘은 BLE 광고 패킷 구조를 가지며, 스푸핑의 위험이 존재한다. 아이비콘은 iOS, 안드로이드, 윈도우 폰 등 다양한 기기에서 지원되며, NFC와 유사한 기술로 비교되기도 한다.

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아이비콘
개요
종류	실내 위치 확인 시스템
개발	애플
첫 공개	2013년
설명	근거리에서 장치와 상호 작용할 수 있는 새로운 저에너지, 저비용 방법
기술 사양
통신 방식	블루투스 저에너지 (Bluetooth Low Energy, BLE)
역할	광고(Advertising) 스캔(Scanning)
광고 패킷	UUID (Universally Unique Identifier) Major Minor
UUID 길이	16바이트
Major/Minor 길이	각 2바이트
신호 강도 측정	RSSI (Received Signal Strength Indication) 사용
작동 방식
기본 원리	iBeacon 장치가 고유한 신호를 주기적으로 전송 스마트폰 또는 다른 장치가 이 신호를 감지하여 위치 파악 및 관련 동작 수행
위치 인식	RSSI 값을 기반으로 거리를 추정 여러 iBeacon의 신호를 종합하여 정확도 향상
주요 기능	특정 위치에 접근 시 알림 제공 모바일 결제 실내 내비게이션 맞춤형 콘텐츠 제공
활용 분야
리테일	매장 내 고객 위치 파악 및 맞춤형 광고 제공 특정 상품 근처 고객에게 할인 쿠폰 제공
교통	버스 정류장, 지하철역 등에서 실시간 정보 제공 공항에서 길 안내 및 탑승 정보 제공
박물관/전시회	전시물에 대한 상세 정보 제공 관람객의 위치에 따라 맞춤형 설명 제공
기타	스마트 홈 자동화 산업 자동화 헬스케어
장점
저전력	배터리 수명이 길다
정확성	비교적 정확한 위치 정보 제공
확장성	다양한 분야에 적용 가능
단점
신호 간섭	벽, 사람 등에 의해 신호가 약해지거나 간섭 발생 가능
배터리 관리	iBeacon 장치의 배터리 관리가 필요
보안	신호 스푸핑, 도청 등의 보안 문제 발생 가능

2. 기능

아이비콘은 고유한 식별 번호(UUID, Major, Minor)를 근거리 통신망에 전송하며, 이 신호를 수신한 스마트폰 앱은 사용자에게 알림 메시지를 보내거나 특정 기능을 수행한다. 아이비콘은 GATT를 이용하여 직접 접속하여 정보를 요청할 수도 있다. 아이비콘 자체는 사용자에게 직접 알림을 보내지 않고, 자신의 식별자만 송신한다. 하지만 모바일 소프트웨어는 아이비콘 신호를 사용하여 자체 푸시 알림을 보낼 수 있다.^[40]

아이비콘은 송신기와 송신기의 거리를 대략적으로 계산하여 세 가지로 분류한다.^[41]

Immediate: 수 센티미터
Near: 수 미터
Far: 10미터 이상

표준 비콘의 신호 도달 거리는 약 70미터, 장거리 비콘의 경우 최대 450미터이다. 이 거리는 장소, 배치, 장애물, 장치의 보관 방법에 따라 달라진다.

아이비콘은 전송 속도, 전송 전력(TxPower), Major 값, Minor 값, Measured Power를 사전에 정의하며, 이 중 일부는 개발자가 변경할 수 있다. Major와 Minor 값은 특정 아이비콘에 접속하거나, 동시에 여러 아이비콘에 접속할 때 사용할 수 있다.

2. 1. 영역 감시

아이비콘의 영역 감시(Region monitoring) 기능을 이용하면 최대 20개의 영역에 대한 백그라운드 동작을 할 수 있다. 서로 다른 델리게이트를 이용하여 등록된 앱(및 이용자)이 영역에 출입하는 순간을 확인할 수 있다. 이 동작은 앱이 백그라운드에 있거나, 스마트폰이 잠겨 있어도 수행된다. 영역 감시는 또한 닫힌 앱이 한 영역에 대하여 진입에 반응 할 수 있도록, iOS의 기능 중 하나인 작은 윈도우 화면을 출력하는 것을 허용한다.^[40]

리전 감시를 통해 앱이 백그라운드에서 실행 중이거나 단말이 잠겨 있는 경우에도 리전에 진입한 것에 반응하는 기회를 제공하는 작은 창을 표시할 수 있다. 단, 한 번에 모니터링할 수 있는 리전은 20개로 제한되어 있다.^[41]

2. 2. 거리 측정

iOS 기기는 아이비콘의 신호 세기를 측정하여 거리를 추정할 수 있다. 아이비콘과 수신기기와의 거리는 3단계로 나뉜다.^[53] 아이비콘은 1m 거리에서의 수신 감도(평균 59~60dBm) 기준값을 Advertising Packet에 포함하여 브로드캐스팅하고, 스마트 기기는 이 값과 실제 수신 감도를 비교하여 거리를 추정하고 이에 따른 이벤트를 발생시킨다.

눈앞의(immediate): 수 센티미터 정도의 거리
가까운(Near): 수 미터 정도의 거리
떨어진(Far): 10미터 이상 떨어져 있는 정도

애플이 아이비콘 거리 측정 기준을 위 3가지 경우로만 정의한 이유는 Near 단계를 넘어서면 주변 환경(RF 굴절, 반사 등)에 따라 정확한 거리 측정이 어렵기 때문에 그 이상은 Far로 묶어 정의했기 때문이다.

아이비콘은 이용자가 영역에 들어왔을 때, 나갔을 때, 머물렀을 때 등 이용자와의 거리에 대해 브로드캐스트할 수 있다. 비콘과의 거리에 따라 이용자는 세 가지 단계의 알림을 받을 수 있으며, 이를 활용한 기능 구현이 가능하다.^[54]

아이비콘의 최대 신호 도달 거리는 설치 지역, 설치 방식, 주변 장애물(가죽 가방 속, 두꺼운 케이스 등)에 따라 달라진다. 표준 비콘은 약 70미터, 장거리 비콘은 최대 450미터까지 신호를 발신할 수 있다.

2. 3. 설정

아이비콘은 송신 주파수, 송신 강도, Major, Minor 값을 설정할 수 있다. Major와 Minor 값은 여러 비콘을 그룹화하거나 개별 비콘을 식별하는 데 사용된다. 예를 들어, 한 가게 안의 모든 비콘은 동일한 Major 값을 가지고, 각 비콘은 다른 Minor 값을 가질 수 있다.^[40]

일반적으로 한 장소에 여러 아이비콘을 설치할 때, 모든 아이비콘은 동일한 UUID를 사용하고, Major와 Minor 값을 사용하여 장소 내의 하위 공간을 구분한다. 예를 들어, 특정 매장 내 모든 아이비콘의 Major 값을 동일하게 설정하고, Minor 값을 사용하여 매장 내 특정 아이비콘을 식별할 수 있다.^[40]

아이비콘의 전송 빈도, 전송 전력(TxPower), Major 값, Minor 값, Measured Power는 사전에 정의되어 있으며, 이 중 일부는 개발자가 변경할 수 있다. 전송 속도와 전송 전력은 배터리 지속 시간에 영향을 미친다. Major 값과 Minor 값은 특정 아이비콘에 접속하거나, 동시에 여러 아이비콘에 접속할 때 사용할 수 있다. 예를 들어, 행사장 내에 설치하는 여러 아이비콘은 같은 UUID를 가지며, Major 값과 Minor 값으로 행사장 내 위치를 세분화할 수 있다.^[40]

3. 전력 소모

블루투스 저전력(Bluetooth LE) 프로토콜은 블루투스 클래식(Bluetooth Classic)보다 전력 효율이 훨씬 높다. 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)^[17] 및 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)를 포함한 여러 칩셋 제조업체에서 아이비콘(iBeacon) 사용에 최적화된 칩셋을 공급한다. 전력 소비는 광고 간격 및 전송 전력의 아이비콘 구성 매개변수에 따라 달라진다.^[18]

16개의 서로 다른 아이비콘 벤더에 대한 연구에 따르면 배터리 수명은 1~24개월까지 가능하다. 애플에서 권장하는 100ms 광고 간격의 코인 셀 배터리는 1~3개월의 수명을 제공하며, 광고 간격을 900ms로 늘리면 2~3년으로 증가한다.^[18]

비콘이 활성화된 앱을 배포할 때 휴대폰의 배터리 소모는 고려해야 할 요소이다. 최근 보고서에 따르면 구형 휴대폰은 아이비콘 근처에서 더 많은 배터리를 소모하는 경향이 있는 반면, 최신 휴대폰은 동일한 환경에서 더 효율적일 수 있다.^[19] Aislelabs 보고서에서 지적했듯이 휴대폰이 스캔하는 시간 외에도 스캔 횟수와 주변 비콘 수도 배터리 소모의 중요한 요인이다.^[20] 후속 보고서에서 Aislelabs는 구형 모델인 아이폰 4S(iPhone 4s)에 비해 아이폰 5S(iPhone 5s), 아이폰 5C(iPhone 5c)의 배터리 소모가 현저히 개선되었음을 발견했다. 10개의 주변 아이비콘에서 아이폰 4S는 시간당 최대 11%의 배터리를 소모할 수 있는 반면, 아이폰 5S는 시간당 5% 미만의 배터리를 소모한다.^[21] 따라서 에너지 효율적인 아이비콘 애플리케이션은 앱 반응성과 배터리 소모 간의 균형을 맞추기 위해 이러한 측면을 고려해야 한다.

4. 기술적 세부 사항

아이비콘은 블루투스 저에너지 기술을 사용하여 주변 장치에 자신의 존재를 알리는 방식으로 작동한다.^[26] 아이비콘은 애플이 정의한 아이비콘 접두사, 가변 UUID, 메이저-마이너 쌍으로 구성된 광고를 내보낸다.^[27]

아이비콘은 장치에 직접 알림을 보내는 것이 아니라, 자신의 식별자를 송신한다. 수신 장치의 소프트웨어는 이 신호를 확인하여 사용자에게 알림을 보내는 등의 기능을 수행한다. 아이비콘은 GATT를 이용하여 직접 접속하여 정보를 요청할 수도 있다.

iOS 기기는 아이비콘 전송을 수신하여 아이비콘과의 거리를 추정할 수 있는데, 이 거리는 다음과 같이 세 가지 범위로 분류된다:^[14]

즉시(Immediate): 수 센티미터 이내
근접(Near): 수 미터 이내
원거리(Far): 10미터 이상

아이비콘 방송은 사용자가 지역에 진입, 이탈 또는 머물렀을 때를 추정할 수 있게 해주며, 사용자는 비콘과의 거리에 따라 각 범위에서 다른 수준의 상호 작용을 받을 수 있다.^[15]

아이비콘 전송의 최대 범위는 위치, 배치, 환경의 장애물 및 장치가 보관되는 위치에 따라 달라진다. 표준 비콘의 대략적인 범위는 70미터이며, 장거리 비콘은 최대 450미터까지 도달할 수 있다.

아이비콘에는 전송 속도, 전송 전력(TxPower), Major 값, Minor 값, 측정된 전력(Measured Power)이 정의되어 있으며, 몇몇은 개발자에 의해 변경 가능하다. 예를 들어, 행사장 내에 설치하는 여러 아이비콘은 같은 UUID를 가지며, Major 값과 Minor 값으로 행사장 내의 위치를 세분화할 수 있다.

안드로이드 운영체제는 버전 4.3 이전에는 아이비콘 광고를 수신만 가능했지만, 안드로이드 5.0("롤리팝")부터는 중앙 및 주변 모드 모두에 대한 지원을 추가했다.^[29] iOS와 달리 안드로이드는 기본 iBeacon 지원 기능이 없기 때문에, 개발자가 기존 라이브러리를 사용하거나 BLE 패킷을 파싱하여 iBeacon 광고를 찾는 코드를 만들어야 한다.

4. 1. BLE 광고 패킷 구조

블루투스 저에너지 장치는 주변 장치에 자신의 존재를 알리기 위해 광고 모드로 작동할 수 있다.^[26] 아이비콘 광고는 일반적인 블루투스 저에너지 광고의 응용이며, 다음과 같은 구조를 가진다.

바이트 0-2: 표준 BLE 플래그 (필수는 아니지만 표준)
바이트 0: 길이: 0x02
바이트 1: 유형: 0x01 (플래그)
바이트 2: 값: 0x06 (일반적인 플래그 0b00000110) (LE 일반 검색 가능 모드, BR/EDR 지원 안 함)

바이트 3-29: 애플 정의 iBeacon 데이터
바이트 3: 길이: 0x1a (다음 섹션의 길이)
바이트 4: 유형: 0xff (사용자 정의 제조사 데이터)
바이트 5-6: 제조사 ID: 0x4c00 (애플의 블루투스 SIG 등록 회사 코드, 16비트 리틀 엔디안)
바이트 7: 하위 유형: 0x02 (애플의 iBeacon 유형의 사용자 정의 제조사 데이터)
바이트 8: 하위 유형 길이: 0x15 (나머지 iBeacon 데이터의 길이; UUID + Major + Minor + TXPower)
바이트 9-24: 근접 UUID (특정 비콘의 임의 또는 공용/등록된 UUID)
바이트 25-26: Major (사용자 정의 값)
바이트 27-28: Minor (사용자 정의 값)
바이트 29: 측정된 전력 (8비트 부호 있는 값, -128에서 127까지, 필요한 경우 2의 보수를 사용하여 "변환", 단위: 비콘에서 1미터 거리에서 측정된 전송 전력 dBm) (사용자가 설정, 동적이 아님, 수신기에서 수신된 RSSI와 함께 사용하여 비콘까지의 대략적인 거리를 계산할 수 있음)

5. 스푸핑

아이비콘 광고 프레임은 설계상 명확하게 표시되도록 되어 있다.

이는 관심 있는 사람들이 아이비콘 광고 프레임을 캡처, 복사하여 다른 물리적 위치에서 다시 만들어낼 수 있게 한다. 호환되는 블루투스 4.0 USB 동글에 올바른 명령을 차례대로 실행하면 간단하게 수행할 수 있다. 2014년 2월에는 애플 매장의 아이비콘 스푸핑 성공 사례가 보고되기도 했다.^[30] 이는 아이비콘 자체의 보안 취약점은 아니지만, 애플리케이션 개발자가 아이비콘을 이용해 애플리케이션을 설계할 때 염두에 두어야 하는 부분이다.

페이팔은 아이비콘이 복잡한 보안 협상의 시작일 뿐인 더 강력한 접근 방식(챌린지-응답 인증)을 사용한다. 이는 해킹될 가능성이 낮고, 비콘 복제본에 의해 방해받을 가능성도 낮다.^[31]

아이비콘의 MAC 주소는 아이비콘 페이로드와 함께 명확하게 식별할 수 있다. 그런 다음 기술 세부 정보의 명령을 따라 아이비콘 프레임을 재현할 수 있다.

6. 호환 장치

iOS 기기 (아이폰 4S 및 이후 모델, 아이패드 (3세대) 및 이후 모델, 아이패드 미니 (1세대) 및 이후 모델, 아이팟 터치 (5세대) 및 이후 모델): 블루투스 4.0 이상 지원^[32]^[33]
매킨토시 컴퓨터: OS X 매버릭스(10.9) 또는 이후 버전, 블루투스 4.0 지원
안드로이드 기기 (예: 삼성 갤럭시 S7/J1 미니 프라임, 삼성 갤럭시 노트 2/3, HTC One, 구글/LG 넥서스 7 2013/넥서스 4/넥서스 5, OnePlus One, LG G3): 블루투스 4.0 이상 및 안드로이드 OS 4.3 이상 지원^[34]
윈도우 폰 기기: 블루투스 4.0 이상 및 루미아 시안 업데이트 이상 지원 (윈도우 폰 8.1 지원 여부는 보고서에 따라 다름)

7. 유사 기술

NFC은 아이비콘과 비교되지만, 겹치지 않는 많은 응용 분야를 가지고 있다. NFC의 범위는 최대 20cm이지만 최적의 범위는 4cm 미만으로, 아이비콘보다 훨씬 좁은 범위를 가진다.^[1]

모든 휴대폰이 NFC 칩을 탑재하고 있는 것은 아니다. 애플이 NFC 칩을 탑재한 최초의 아이폰 모델은 2014년 9월에 출시된 아이폰 6였지만, 대부분의 최신 휴대폰은 이보다 몇 년 전부터 블루투스 4.0 이상을 지원하고 있었다.^[1]

참조

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