[MQTT] MQTT란? (개념, 특징, 장단점, 사용 사례)

 

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)는 경량의 메시징 프로토콜로, IoT(Internet of Things) 기기 간의 효율적이고 간단한 메시지 교환을 목적으로 설계되었습니다. 199년 IBM에 의해 개발되었으며, 네트워크 대역폭이 제한적이거나, 하드웨어 자원이 부족한 환경에서도 높은 성능을 제공하기 위해 만들어졌습니다.

 

핵심 개념

• 퍼블리시/서브스크라이브 모델(Publish/Subscribe): MQTT는 중앙 서버(브로커)를 통해 메시지를 교환합니다. 메시지 발행자(Publisher)가 특정 주제(Topic)에 메시지를 발생(Publish)하면, 해당 주제를 구독(Subscribe)한 모든 수신자(Subscriber)에게 메시지가 전달됩니다. 이 모델은 일대일, 일대다, 다대다 통신을 모두 지원합니다.
• 경량 프로토콜: MQTT는 프로토콜 헤더의 크기가 매우 작아, 네트워크 대역폭을 적게 사용합니다. 이로 인해 IoT 기기와 같이 제한된 리소스를 가진 환경에서도 효율적으로 작동할 수 있습니다.
• 신뢰성 있는 메시지 전달: MQTT는 세 가지 품질 수준(Quality of Service, QoS)을 제공하여, 메시지 전달의 신뢰성을 보장합니다. QoS 0은 최소 한 번의 전달을 시도, QoS 1은 적어도 한 번 메시지가 도착하도록 보장, QoS 2는 정확히 한 번만 메시지가 전달되도록 보장합니다.
• 지연 시간 최소화: MQTT는 낮은 지연 시간을 유지하면서 메시지를 전송하도록 설계되었습니다. 이는 실시간 통신이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
• 세션 유지 기능: 클라이언트가 연결이 끊어진 경우에도, 세션 상태를 유지할 수 있어, 네트워크 연결이 복원되었을 때 누락된 메시지를 받을 수 있습니다.
• 보안: TLS/SSL을 통해 메시지를 암호화할 수 있으며, 사용자 인증을 통해 보안을 강화할 수 있습니다.

장점

• 효율적인 대역폭 사용: MQTT는 매우 작은 데이터 패킷을 사용하여 메시지를 전송하기 때문에, 대역폭이 제한된 네트워크에서도 효율적으로 작동합니다.
• 낮은 전력 소비: 경량 프로토콜로 설계되었기 때문에, MQTT는 배터리로 작동하는 모바일 장치나 IoT 기기에서 전력 소비를 최소화합니다.
• 높은 메시지 전달 신뢰성: MQTT는 세 가지 수준의 메시지 품질 보증(QoS)을 제공하여, 메시지 전달의 신뢰성을 보장합니다.
• 실시간 통신: 낮은 지연 시간으로 설계되어, 실시간 통신이 요구되는 애플리케이션에 적합합니다.
• 유연성과 확장성: 퍼블리시/서브스크라이브 모델은 다양한 네트워크 구성과 대규모 배포를 쉽게 처리할 수 있도록 해줍니다.
• 세션 유지: 네트워크 연결이 불안정한 환경에서도 클라이언트의 세션 상태를 유지할 수 있으며, 연결 복원 후 누락된 메시지를 받을 수 있습니다.
• 보안: TLS/SSL을 통한 암호화 및 다양한 인증 메커니즘을 지원하여, 데이터의 안전한 전송을 보장합니다.

단점

• 메시지 크기 제한: MQTT 메시지의 최대 크기는 프로토콜 버전에 따라 다르지만, 대규모 데이터 세트를 전송하기에는 적합하지 않을 수 있습니다.
• 브로커 의존성: 퍼블리시/서브스크라이브 모델은 중앙 집중식 브로커에 의존합니다. 브로커의 성능이나 가용성 문제는 전체 시스템에 영향을 줄 수 있습니다.
• 복잡한 메시지 라우팅: 주제 기반의 메시지 라우팅은 유연하고 강력하지만, 복잡한 시스템에서는 주제 구조를 설계하고 관리하는 것이 어려울 수 있습니다.
• 보안 취약성: 기본적으로 MQTT는 메시지 내용에 대한 암호화를 제공하지 않습니다. 따라서, 민감한 정보를 정보를 전송할 경우, TLS/SSL과 같은 추가 보안 조치가 필요합니다.
• QoS 2의 오버헤드: 가장 높은 수준의 메시지 전달 보증을 제공하는 QoS 2는 다단계 확인 절차를 거치므로, 네트워크 리소스와 처리 시간을 더 많이 소모합니다.

사용 사례

• 스마트 홈
  • 스마트 홈 기기들은 종종 MQTT를 사용하여 서로 통신합니다. 예를 들어, 온도 조절기가 집안의 온도를 측정하고 이 정보를 MQTT를 통해 스마트 홈 서버에 전송합니다. 서버는 이 정보를 기반으로 난방 시스템을 제어할 수 있습니다.
• 산업 자동화
  • 공장 내의 기계들은 생산 데이터를 실시간으로 모니터링하고 제어하기 위해 MQTT를 사용합니다. 이를 통해 생산 효율성을 높이고, 장비의 이상 상태를 신속하게 감지하여 대응할 수 있습니다.
• 헬스케어
  • 원격 환자 모니터링 시스템에서 MQTT는 환자의 건강 상태 데이터(ex: 심박수, 혈압 등)를 의료진이나 클라우드 서버로 안정적으로 전송하는 데 사용됩니다. 이를 통해 의료진은 환자의 상태를 실시간으로 파악하고 적절한 조치를 취할 수 있습니다.
• 자동차와 운송
  • 자동차 제조사들은 차량 내부의 센서 데이터를 수집하고 분석하기 위해 MQTT를 사용합니다. 이는 차량의 상태를 모니터링하고, 사전에 문제를 예측하여 서비스를 제공하는 데 도움이 됩니다. 또한, 물료 회사에서는 화물 추적에 MQTT를 활용하여 실시간으로 위치 정보를 업데이트합니다.
• 에너지 관리
  • 스마트 그리드에서는 에너지 소비 데이터를 수집하고 분석하기 위해 MQTT를 사용합니다. 이 정보를 활용하여 에너지 공급을 최적화하고, 수요 응답 관리를 통해 전력망의 효율성을 높일 수 있습니다.
• IoT 디바이스
  • 다양한 IoT 디바이스들은 데이터를 전송하고 제어 신호를 받기 위해 MQTT를 사용합니다. 예를 들어, 농업 분야에서는 토양의 습도나 온도 센서 데이터를 MQTT를 통해 수집하여 작물의 생장 조건을 최적화합니다.

 

오늘은 MQTT에 대해서 알아보았습니다.

메시지 큐 관련해서 Kafka, RabbitMQ도 알아두시면 도움됩니다!

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