MQTT
MQTT
개요
MQTT( Queuing Telemetry)는 경량의 메시지 기반 무선 통신 프로토콜로, 주로 사물인터넷(IoT), 센서 네트워크, 모바일 애플리케이션 등에서 네트워크 대역폭이 제한적이거나 장치의 처리 능력이 낮은 환경에서 사용된다. MQTT는 TCP/IP 기반으로 동작하며, 게시-구독(Publish-Subscribe) 모델을 채택하여 효율적인 데이터 전달을 가능하게 한다.
원래 1999년에 IBM의 앤디 스탠포드-클락(Andy Stanford-Clark)과 아루파(Arcom, 현재의 Cirrus Link)의 아룬 굽타(Arun Gupta)에 의해 개발되었으며, 초기에는 원격 모니터링을 위한 오일 및 가스 산업의 자동화 시스템에서 사용되었다. 이후 IoT의 급속한 발전과 함께 전 세계적으로 표준 프로토콜로 자리 잡았다.
MQTT는 OASIS(Organization for the Advancement of Structured Information Standards)에서 공식 표준으로 관리되며, 현재 MQTT 3.1.1과 MQTT 5.0이 주로 사용되고 있다. 특히 MQTT 5.0은 성능 개선, 오류 진단 기능, 세션 상태 관리 등 다양한 기능을 추가하여 기업급 사용에 적합하도록 발전하였다.
작동 원리
MQTT는 게시-구독 아키텍처를 기반으로 하며, 다음 세 가지 주요 구성 요소로 이루어진다:
1. 클라이언트 (Client)
- MQTT를 사용하는 모든 장치를 의미한다.
- 센서, 스마트 기기, 서버 등이 될 수 있다.
- 메시지를 게시(Publish)하거나 구독(Subscribe)할 수 있다.
2. 브로커 (Broker)
- 클라이언트 간의 메시지를 중계하는 서버 역할을 한다.
- 구독자가 특정 토픽(Topic)을 구독하고 있을 경우, 해당 토픽에 게시된 메시지를 전달한다.
- 대표적인 브로커 소프트웨어로는 Mosquitto, EMQX, HiveMQ, VerneMQ 등이 있다.
3. 토픽 (Topic)
- 메시지의 주제를 나타내는 계층적 문자열이다.
- 예:
home/livingroom/temperature /기호로 계층을 구분하며, 와일드카드(+,#)를 사용하여 여러 토픽을 한 번에 구독할 수 있다.
주요 특징
1. 경량성
- 최소한의 헤더 크기 (2바이트)로 네트워크 부하를 최소화한다.
- 패킷 구조가 간단하여 저사양 장치에서도 효율적으로 동작한다.
2. QoS (Quality of Service) 레벨
MQTT는 메시지 전달의 신뢰성을 조절할 수 있는 세 가지 QoS 수준을 제공한다:
| QoS 레벨 | 설명 |
|---|---|
| 0 | 최대 한 번 전달 (At most once). 메시지 손실 가능. |
| 1 | 최소 한 번 전달 (At least once). 중복 수신 가능. |
| 2 | 정확히 한 번 전달 (Exactly once). 신뢰성 최고, 성능 저하 가능성. |
3. 지속 세션 (Persistent Session)
- 클라이언트가 연결이 끊겨도 브로커가 메시지를 저장하여 재연결 시 전달할 수 있다.
[Clean Session](/doc/%EA%B8%B0%EC%88%A0/%EC%86%8C%ED%94%84%ED%8A%B8%EC%9B%A8%EC%96%B4%20%EA%B0%9C%EB%B0%9C/%EC%84%B8%EC%85%98%20%EA%B4%80%EB%A6%AC/Clean%20Session)플래그를 통해 세션 유지 여부를 설정 가능.
4. Last Will and Testament (LWT)
- 클라이언트가 예기치 않게 연결이 끊어졌을 때, 미리 설정한 메시지를 브로커가 자동으로 게시한다.
- 장치의 상태 모니터링에 유용하다. (예: "장치 오프라인")
5. 보안 기능
MQTT 5.0의 주요 개선 사항
MQTT 5.0은 2019년에 출시된 최신 표준으로, 다음과 같은 주요 기능이 추가되었다:
- 사유 코드(Reason Codes): 연결 또는 메시지 실패 시 구체적인 오류 원인 제공.
- 속성(Properties): 메시지에 부가 정보(예: 만료 시간, 응답 토픽)를 포함할 수 있음.
- 서버 리다이렉션 및 인증 재시도: 클라이언트의 재접속을 보다 효율적으로 지원.
- 공유 구독(Shared Subscriptions): 여러 클라이언트가 동일한 토픽을 구독하고, 메시지를 분산 처리할 수 있음.
활용 사례
- 스마트 홈: 조명, 온도, 보안 센서 제어 (예: Home Assistant)
- 산업 자동화: 공장 설비의 원격 모니터링 및 제어
- 농업 IoT: 토양 습도, 기온 센서 데이터 수집
- 모바일 앱: 실시간 알림 전달
- 자원 제약 환경: 저전력, 저대역폭 네트워크 (예: LoRaWAN 게이트웨이 연동)
관련 프로토콜 비교
| 프로토콜 | 특징 | 사용 사례 |
|---|---|---|
| MQTT | 경량, 게시-구독, QoS 지원 | IoT, 실시간 데이터 전송 |
| HTTP | 요청-응답, 과도한 헤더 | 웹 서비스, REST API |
| CoAP | UDP 기반, 저전력 | 제한된 네트워크 환경의 IoT |
| AMQP | 복잡한 메시지 라우팅, 기업용 | 대규모 메시지 브로커링 |
참고 자료 및 관련 문서
- OASIS MQTT 표준 문서
- Eclipse Mosquitto 공식 사이트: https://mosquitto.org
- MQTT 5.0 프로토콜 개요 (IBM Redbooks)
- RFC 8825: "MQTT Version 5.0"
MQTT는 IoT 시대의 핵심 통신 프로토콜로서, 단순성과 확장성의 균형을 잘 유지하고 있어 앞으로도 다양한 분야에서 지속적으로 활용될 것으로 기대된다.
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