SIG는 라스베거스에서 열린 CES2020에서 LE ISOCHRONOUS, LE PWOER CONTROL, LE ATTRIBUTE PROTOCOL을 포함한 차세대 Bluetooth 코어 사양 5.2를 발표했습니다. 이 문서에서는 LE ISOCHRONOUS에 대해 설명합니다.

1. BT 5.2 LE 오디오 시장

우리 모두 알고 있듯이 BT 5.2 이전에는 Bluetooth 오디오 전송이 점대점 데이터 전송을 위해 고전적인 Bluetooth A2DP 모드를 사용했습니다. 이제 Bluetooth LE 오디오의 출현으로 오디오 시장에서 클래식 Bluetooth의 독점이 무너졌습니다. 2020 CES에서 SIG는 새로운 코어 사양 BT 5.2가 다중 스트림 오디오를 지원한다고 발표했습니다. 이를 통해 TWS 헤드폰, 멀티룸 오디오 동기화와 같은 오디오 소스 장치 간에 여러 개의 독립적이고 동기화된 오디오 스트림을 전송할 수 있습니다. LE 오디오는 또한 방송 오디오를 추가하여 오디오 소스 장치가 하나 이상의 오디오 스트림을 무제한의 오디오 싱크 장치로 방송할 수 있도록 합니다. 방송 오디오는 공항, 바, 체육관, 영화관, 컨퍼런스 센터 및 기타 장소에서 널리 사용될 수 있습니다. BT 5.2의 등장은 Apple TWS에 큰 타격을 주며 다중 채널 동시 오디오 전송을 지원합니다.

2. BT 5.2 LE 오디오 전송 원리

Bluetooth LE Isochronous Channels 기능은 Bluetooth LE를 사용하여 장치 간에 데이터를 전송하는 새로운 방법입니다. 이 기능은 동일한 소스에서 데이터를 수신하는 여러 싱크 장치 간의 동기화를 보장하는 메커니즘을 제공합니다. 이 프로토콜은 Bluetooth 송신기가 보내는 데이터의 각 프레임에 시간 제한이 있으며 전송되지 않은 만료된 데이터(시간 제한 유효 기간을 위반하는 데이터)는 폐기하도록 규정합니다. 결과적으로 수신 장치는 여러 슬레이브 장치에서 수신한 데이터의 동기화를 보장하기 위해 수명 및 허용 가능한 대기 시간과 관련하여 유효한 데이터를 수신합니다. 새로운 기능을 구현하기 위해 ISOAL은 링크 계층 위의 컨트롤러에 있는 Bluetooth 스택의 새 계층입니다. 스택의 하위 계층과 상위 계층이 함께 작동하는 방식에 유연성을 제공하여 데이터 스트림 분할 및 재조립 서비스를 제공할 수 있습니다.

ISOAL은 상위 계층에서 기저대역 자원 관리자의 PDU로 또는 그 반대로 SDU를 변환하기 위한 분할, 단편화, 재조립 및 재조합 서비스를 제공합니다.

ISOAL은 단편화/재결합 또는 분할/재조립 작업을 사용하여 서비스 데이터 단위(SDU)를 프로토콜 데이터 단위(PDU)로 또는 그 반대로 변환합니다. ISOAL 컨트롤러는 지원되는 1M 및 2M 인코딩 PHY를 통해 SDU를 수락하거나 생성합니다. 각 SDU의 최대 길이는 Max_SDU입니다. HCI ISO 데이터 패킷을 사용하여 SDU를 상위 계층으로 또는 하위 계층에서 공중으로 전송합니다.

LE 연결 모드 및 비연결 모드의 애플리케이션 요구 사항에 대해 BT 5.2 LE AUDIO 프로토콜은 두 가지 데이터 스트림 전송 프레임워크 모델을 지정합니다.

3. BT 5.2 LE 연결을 기반으로 한 동기 데이터 스트림 전송

연결 지향 등시성 채널은 LE-CIS(LE Connected Isochronous Stream) 논리적 전송을 사용하고 양방향 통신을 지원합니다. 단일 LE-CIS 스트림은 연결된 두 장치 간에 점대점 등시성 통신을 제공합니다. LE-CIS 논리적 전송에 대해 플러시 기간이 지정됩니다. 플러싱 기간 내에 전송되지 않은 패킷은 폐기됩니다.

CIS 스트림은 각각 여러 CIS 인스턴스를 포함할 수 있는 CIG(연결된 등시성 그룹)라는 그룹의 구성원입니다. 그룹 내 및 각 CIS에 대해 이벤트 및 하위 이벤트로 알려진 전송 및 수신기 시간 슬롯의 일정이 있습니다.

각 이벤트는 ISO 간격이라고 하는 규칙적인 간격으로 발생하며, 1.25ms의 배수로 5ms에서 4초 사이일 수 있습니다. 각 이벤트는 하나 이상의 하위 이벤트로 나뉩니다. 등시성 데이터 스트림 전송을 기반으로 하는 서브 이벤트에서 마스터(M은 한 번 전송하고 슬레이브(S)는 아래와 같이 응답합니다. 채널은 각 서브 이벤트에서 변경됩니다.

4. 비연결 방송 데이터 스트림을 기반으로 한 BT 5.2 동기 전송

비연결형 등시성 통신은 BIS(Broadcast Isochronous Streams)를 사용하며 단방향 통신만 지원합니다. 수신기 동기화는 먼저 마스터 AUX_SYNC_IND 브로드캐스트 데이터를 수신해야 합니다. 방송에는 BIG Info라는 필드가 있습니다. 이 필드에 포함된 데이터는 필요한 BIS와 동기화하는 데 사용됩니다. 새로운 LE-브로드캐스트 제어(LEB-C) 논리 링크는 논리 링크 제어 요구 사항에 사용됩니다. 예를 들어, 채널 업데이트, LE-S(STREAM) 또는 LE-F(FRAME) 동기화 채널 논리 링크는 사용자 데이터 스트림 및 데이터에 사용됩니다. BIS의 가장 큰 장점은 동일한 데이터 복사본을 여러 수신기 장치로 스트리밍할 수 있다는 것입니다.

브로드캐스트 등시성 스트림 및 그룹은 연결되지 않은 다중 수신기 데이터 스트림 동기식 전송만 지원합니다. BIS와 CIG의 가장 큰 차이점은 BIS가 단방향 통신만 지원한다는 점입니다.

5. BT 5.2 LE 오디오의 특징

• LE AUDIO 데이터 스트림 전송을 지원하기 위해 Isochronous Adaptation Layer라는 새로운 레이어가 컨트롤러에 추가되었습니다.
• 데이터 전송 아키텍처는 연결 지향 및 연결 없는 등시성 통신을 지원하도록 수정되었습니다.
• 브로드캐스트 등시성 그룹에서 암호화를 사용할 수 있도록 하는 공유 브로드캐스트 코드 사용을 기반으로 하는 새로운 LE 보안 모드 3이 있습니다.
• HCI 계층에는 등시성 통신을 구성하고 사용할 수 있도록 하는 여러 가지 새로운 명령과 이벤트가 있습니다.
• Link Layer는 Connected Isochronous PDU와 Broadcast Isochronous PDU를 포함한 많은 새로운 PDU를 가지고 있습니다. LL_CIS_REQ 및 LL_CIS_RSP는 연결을 통해 연결된 등시성 스트림을 만드는 데 사용됩니다.
• LE AUDIO는 1M, 2M, CODED의 다중 PHY 속도를 지원합니다.

6. 저자의 관점

BT 5.2 코어 사양에서 LE AUDIO 기능이 하드웨어 지원이 필요한 BT 5.1 CODER PHY 및 LE 2M PHY와 다른 소프트웨어 프로토콜 스택의 업데이트임을 알 수 있습니다. 즉, 주요 제조사에서 SDK를 업데이트하여 Bluetooth LE AUDIO 기능을 직접 지원할 수 있습니다. 의심할 여지 없이 흥미로운 소식입니다.