조직이나 비즈니스를 위한 IoT 인프라를 구축하는 과정에서는 센서, 클라우드 서비스, 분석 솔루션을 선정하는 데 많은 노력이 기울여집니다. 하지만 개발 초기 단계에서 이루어지는 또 다른 결정이 있습니다. 바로 모든 구성 요소 간의 통신을 용이하게 할 프로토콜을 선택하는 것입니다.

사용 가능한 프로토콜 중에는 여러 옵션이 존재합니다. 그럼에도 불구하고, MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)는 산업용 IoT(Industrial IoT) 분야에서 가장 널리 사용되는 프로토콜 중 하나로 남아 있습니다.

MQTT 프로토콜이란?

이 아키텍처는 세 가지 주요 요소를 포함합니다:

• Publisher (게시자): 데이터를 전송하는 장치 또는 애플리케이션;
• Broker (브로커): 데이터를 수신하고 배포하는 서버;

개발자들이 MQTT를 선호하는 이유

산업 현장은 제한된 장치, 불안정한 네트워크, 그리고 다수의 연결된 센서가 특징입니다. MQTT는 이러한 우려 사항들을 해결하기 위해 특별히 만들어진 프로토콜입니다.

장점 중 일부는 다음과 같습니다:

• 대역폭 소비 감소 (Reduced bandwidth consumption)
• 처리 요구사항 감소 (Reduced processing requirements)
• 신뢰할 수 없는 네트워크 연결 지원 (Unreliable network connections support)
• 다수의 장치 간 효과적인 통신 (Effective communication between numerous devices)
• 클라우드 및 엣지 플랫폼과의 호환성 (Compatibility with the cloud and edge platforms)

결과적으로, MQTT는 네트워크 활용도가 낮기 때문에 원격 모니터링 및 분산된 산업 솔루션에 특히 효율적입니다.

산업용 IoT의 일반적인 사용 사례

MQTT가 적용될 수 있는 사용 사례 목록에는 다음이 포함됩니다:

• 장비 모니터링 (Equipment monitoring)
• 환경 센서 네트워크 (Networks of environmental sensors)
• 예측 유지보수 솔루션 (Predictive maintenance solutions)
• 에너지 관리 시스템 (Energy management systems)
• 창고 자동화 (Warehouse automation)
• 원거리 자산 모니터링 (Asset monitoring from a distance)
• 생산 라인 원격 측정 (Line of production telemetry)

이 모든 사용 사례에서 장치들은 데이터를 전송하고, 대시보드, 분석 도구 및 자동화 시스템은 구독(subscription)을 통해 데이터를 수신합니다.

서비스 품질 (Quality of Service, QoS)

MQTT가 특히 매력적인 이유 중 하나는 서비스 품질(QoS)이 다양한 수준으로 구성될 수 있다는 점입니다.

다음 중에서 선택하는 것이 가능합니다:

QoS 0: 메시지가 한 번 전송되며, 전달 확인이 필요하지 않습니다.
QoS 1: 메시지가 최소한 한 번 전송됩니다.
QoS 2: 메시지가 정확히 한 번 전달됩니다.

보안 고려 사항 (Security considerations)

MQTT는 가볍지만, 보안을 소홀히 해서는 안 됩니다.

좋은 관행에는 다음이 포함됩니다:

• TLS를 사용한 암호화(Encryption using TLS)
• 클라이언트 인증(Authentication of the clients)
• 역할 기반 접근 제어(Role-Based Access Control)
• 브로커 접근 제한(Restriction of the broker access)
• 이상 징후에 대한 통신 모니터링(Communication monitoring for anomalies)
• 브로커 및 클라이언트 라이브러리 업데이트(Updates of the brokers and clients library)

안전한 아키텍처를 설계하는 것은 산업 시스템에 대한 공격을 예방하는 좋은 방법입니다.

MQTT 대 HTTP (MQTT vs. HTTP)

개발자들은 IoT 인프라를 설계할 때 MQTT 대신 HTTP를 고려하는 경향이 있습니다.

HTTP 프로토콜은 요청-응답(request-response) 및 웹 서비스 통신에 적합하지만, 장치들이 빈번한 업데이트를 전송해야 할 때는 비효율적이 됩니다.

MQTT가 HTTP 프로토콜을 대체하는 것이 아니라, 실시간 통신을 수행하며 이를 보완합니다. 반면 HTTP는 설정 인터페이스(configuration interfaces), API, 관리 기능 등을 지원합니다.

확장 계획 (Scaling Planning)

IoT 배포가 증가함에 따라 확장성(scalability)이라는 주제가 더욱 중요해집니다.

고려해야 할 사항에는 다음이 있습니다:

• 브로커 클러스터링(Broker clustering)
• 토픽 계층 구조(Topic hierarchy)
• 메시지 보존(Message retention)
• 장치 인증(Authentication of the devices)
• 브로커 모니터링(Monitoring brokers)
• 내결함성 및 이중화(Fault tolerance and redundancy)

이러한 구성 요소들을 사전에 고려하면 수천 개 또는 심지어 수백만 개의 연결된 장치를 배포하고 관리하기가 더 쉬워집니다.

결론 (Concluding Remarks)

신뢰할 수 있는 산업용 IoT 시스템을 개발하는 데 좋은 통신 프로토콜을 선택하는 것이 필수적입니다. MQTT는 우아한 솔루션으로 실제 문제를 해결했기 때문에 계속해서 인기를 유지하고 있습니다.

산업 AI(Industrial AI), 연결 기술, 벤처 기반 혁신과 같은 주제에 관심이 있는 독자들은 Aperture Venture Studio 사이트에서 추가 자료를 찾을 수 있을 것입니다.

MQTT는 신뢰할 수 있는 IIoT 시스템을 개발하는 핵심 열쇠가 될 수 있습니다.