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2019. 8. 16.

MQTT의 필요성과 특징에 대해 소개합니다.

IoT는 인터넷에 연결되지 않았던 사물을 인터넷에 연결합니다. 전등, 시계, TV, 냉장고, 거울에 이르기까지, 인터넷을 통해 수많은 사물을 제어하고 사물로부터 실시간으로 정보를 얻습니다.

우리가 인터넷 익스플로러나 크롬과 같은 웹 브라우저로 인터넷을 사용하듯, IoT 사물 역시 인터넷을 사용해 데이터를 교환합니다. 하지만 IoT에서 사용하는 인터넷은 우리가 사용하는 인터넷과 달리 다음과 같은 기능을 필요로 합니다:

• 다 대 다 통신이 필요합니다. 하나의 사물이 여러 사물에게 실시간으로 데이터를 주거나, 여러 사물로부터 데이터를 받아야 합니다.
• 일부 사물은 배터리로 동작합니다. 전력을 아낄 필요가 있습니다.
• 현관문의 닫힘 상태와 같이 절대 손실되선 안 되는 데이터도 있지만, 방 안의 온도나 습도같이 어느 정도는 손실되어도 괜찮은 데이터도 있습니다. 중요한 데이터는 더 꼼꼼히 확인하고, 덜 중요한 데이터는 데이터 도착 확인 시간을 줄여 빠르게 보낼 수 있어야 합니다.
• 도중에 연결이 끊길 수도 있습니다. 연결이 끊겼을 때 부드럽게 대처할 수 있어야 합니다.

데이터 교환을 위해 반드시 위와 같은 기능이 필요한 것은 아닙니다. 그러나 저런 기능이 존재한다면 사물 간에 더 효과적으로 통신할 수 있습니다.

MQTT는 IoT 사물을 제어하는 데 적격인 프로토콜입니다. 프로토콜은 우리말로 통신 규약이라 합니다. 통신 규약이란 상호간에 '통신 중 이런 식으로 데이터를 보내고 이런 식으로 받자'같은 것을 정해놓은 일종의 규칙입니다.

MQTT 프로토콜에 따라 통신할 경우 다 대 다 통신, 전력 소모 감소, 연결 중단 시 부드러운 대처 등 다양한 이점을 누릴 수 있습니다.

반대로 우리가 사용하는 인터넷은 HTTP라는 프로토콜을 따르고 있습니다. 이 프로토콜을 통해서도 IoT 사물 간에 데이터를 주고받을 수도 있지만, 효율적으로 통신하기 어렵습니다.

(MQTT는 규칙일 뿐 프로그램이 아닙니다. 실제로 MQTT를 사용하기 위해서는 이 규칙에 따라 구현한 프로그램을 사용해야 합니다. 대표적으로 Mosquitto, PubSubClient가 있습니다.)

통신 시 실제로 주고받아야 할 데이터만 교환하는 것은 아닙니다. 데이터를 보내는 시간이라든가, 데이터를 전송하는 사람의 정보 등 눈에 보이지 않는 데이터도 메시지와 함께 전송됩니다.

MQTT는 이러한 부가 정보의 양을 최대한 줄임으로서 통신 시간 및 부가 정보를 해석하는 시간을 줄여, 최종적으로 전력을 덜 소모하도록 합니다.

관련 글:

• http://www.steves-internet-guide.com/mqtt-protocol-messages-overview/

사물의 종류가 다양한 만큼, 인터넷에 접속하는 클라이언트의 수도 그만큼 많습니다. 때문에 사물 간에 데이터를 교환하기 위해 일 대 일로 통신하는 것은 비효율적입니다. MQTT에서는 자신이 만들어낼 수 있는 데이터를 메시지에 담아 발행하고, 필요한 사물은 이를 구독하는 방식을 취합니다.

이를 위해서는 먼저 데이터를 교환하기 위한 중앙 컴퓨터가 필요합니다. 이 컴퓨터를 가리켜 브로커라 합니다. 브로커에는 각 사물로부터 들어온 수많은 데이터가 있습니다. 브로커에 데이터를 발행하거나 구독하는 각각의 사물을 클라이언트라 칭합니다.

MQTT에서는 데이터의 중요도에 따라 메시지를 달리 보낼 수 있습니다. 이를 가리켜 QoS(서비스 품질)라 합니다.

중요한 데이터의 경우 데이터가 잘 보내졌나 확인하는 메시지를 내부적으로 여러 번 보냅니다. 확인하는 시간이 늘어나지만, 그만큼 데이터의 전송을 확실히 보장합니다.

반대로 데이터가 별로 중요하지 않다면 별도의 확인 절차 없이 전송합니다. 데이터가 소실될 위험이 있지만, 확인하는 시간을 줄인 만큼 더 빠르게 보낼 수 있습니다.

모든 사물이 항상 정상 작동한다고 보장할 수는 없습니다. 전원 차단, 네트워크 연결 장애, 합선 등으로 인해 언제든 연결이 해제될 수 있습니다.

각 사물은 자신이 죽었을 때(연결이 끊길 때)를 대비해 브로커에게 미리 유언을 남겨둘 수 있습니다. 일정 시간 동안 응답이 없을 경우, 브로커는 유언 메시지를 전송합니다.