IoT를 위한 Event Push 기능의 핵심 솔루션인 MQTT의 개요 및 동작 구조 소개.

1. MQTT 소개
6 October 2014
시스코 이준호

2. • IoT 소개
• MQTT 소개

4. 사물인터넷(Internet of Things)이란?
네트워크(Internet)에 연결된
고유하게 식별 가능한 사물들(Things)이
인간의 명시적 개입 없이
상호 정보를 주고받으며
인간 중심적인 서비스를 제공할 수 있는 기반 인프라 기술
사물인터넷(Internet of Things) 시대의 공개SW, 정명훈, 2014

5. IoT 현황
 인터넷에 연결된 사물들의 수가 전세계 인구 초과  IoT 시작
 2020년, 인구 수는 향후 70억까지 증가 예상 vs 연결된 사물의 수 500
억 개 예상
 실제로 보면 가정 당 1 PC  개인 당 1 스마트폰  태블릿, 스마트 TV,
개임 콘솔, 프린터, 셋탑박스  각종 가전 제품
사물인터넷(Internet of Things) 시대의 공개SW, 정명훈, 2014

6. IoT Enablers
머신
(센서 등)
모듈
(임베디드)
네트워크
데이터
처리
서비스
응용
데이터 수집 데이터 전송 통신 데이터 분석 활용
 센서 기술
 근거리 통신
 저전력화
 소형/경량화
 단가 하락
 임베디드
장치
 소형/경량화
 Smart
 Autonomous
 네트워크의
발전
 빅데이터
 데이터 분석
기술
 클라우드
컴퓨팅

7. 머신
(센서 등)
모듈
(임베디드)
네트워크
데이터
처리
서비스
응용
데이터 수집 데이터 전송 통신 데이터 분석 활용
IoT의 요소 기술
 센서
 실제 데이터를 수집
하는 최 접점
 임베디드 단말
 수집된 정보를 취합
및 전송
 네트워크
 근거리: 주로 센서와 임베디드 단말 통신
 원거리: 단말과 서버 사이의 통신
 보안
 데이터 유출, 외부 침입, 사생활 침해 등 방지
 클라우드 컴퓨팅
 효율적인 End-to-End IoT 플랫폼 구축
 미들웨어
 Event Processing:
대량 데이터에 대한 1
차 패턴 분석
 Messaging: 데이터
의 전송 보장
 데이터 처리 및
분석
 빅데이터: 센서에서
수집된 비정형, 대량
데이터 처리
 DW/BI: 데이터로
부터 유의미한 정보
추출

8. IoT의 요소 기술(계속)
 센서 및 임베디드 단말(HW)
 데이터 소스로부터 직접 데이터를 수집하는 센서, 수집된 데이터를 모아 1차 가공 역할을 하는 임베디
드 단말 부분을 담당할 하드웨어 (예: NFC 센서, 모바일폰)
 전력, 네트워크, CPU 등의 리소스가 충분하지 않은 제한된 환경에서 동작해야 하기 때문에 가볍고(lilght)
단순 (simple)해야 하며 환경에 맞게 쉽게 Customization이 가능해야 하기 때문에 기술이 오픈된 Open
Hardware(공개SW 하드웨어) 형식이 적합
 오픈소스 기술: Open Source Hardware (Raspberry PI, Arduino)
 네트워크(Communications)
 근거리 통신: 수 많은 센서와 거기에서 나오는 임베디드 단말 사이에 원활한 데이터 송수신을 가능케 하
는 프로 토콜. 대체로 경량이어야 하고 특히 전력 소비가 적어야 함. Bluetooth, Zigbee, Beacon 등의 기
술
 원거리 통신: 센서에서 수집된 데이터를 임베디드 단말에서 바로 처리하는 경우도 있지만 대부분의 경
우는 백 엔드에 있는 분석 및 응용 시스템으로 보내야 하며 이 때 사용되는 통신. 근거리 만큼은 아니어
도 역시 저전력, 경량 프로토콜이 필요하며 데이터에 대한 전송 보장(QoS)도 필요. 기본적인 통신은
TCP/UDP 레이어를 사용하 고 그 위에 프로토콜로는 HTTP와 함께 최근 MQTT 관심 큼
 오픈소스 기술: USB, Bluetooth(btstack, SmallTooth), Zigbee(Open ZB), MQTT(RabbitMQ, mosquitto)
 Event Processing 미들웨어
 센서에서 나오는 엄청난 양의 데이터를 모두 서버로 보내기에는 과도한 네트워크 트래픽과 CPU 자원,
스토리 지 등의 자원을 소모하기 때문에 사전에 정해진 이벤트 패턴을 감지하여 1차 가공하여 요약된
결과를 보내는 목적. 필요에 따라 임베디드 단말에서 동작할 수도 있고 데이터 처리 서버에서 동작할 수
도 있음
 특정 데이터(이벤트) 패턴을 감지하는데 효과적인 CEP(Complex Event Processing) 기술 적용
 오픈소스 기술: Complex Event Processing(Esper), Stream Processing(Storm, S4)

9. IoT의 요소 기술(계속)
 Messaging 미들웨어
 직접 센서에서 나온 혹은 Event Processing 미들웨어에 의해 1차 가공된 데이터를 적절한 데이터 처리
서버로 보내거나(Routing), 기존 정보과 결합(Enrichment. 예: 회원 정보)하는 등의 메시지 가공 과정이
필요함
 메시지 라우팅, 가공(Enrichment, Transformation) 등의 종합적인 기능을 수행할 수 있는 ESB 솔루션과
라우팅 기능에 초점을 맞춘 Queue 솔루션으로 구분이 됨
 오픈소스 기술: ESB(Jboss ESB, WSO2 ESB, Open ESB, Mule), Queue(ActiveMQ, RabbitMQ)
 데이터 처리(Processing) 및 분석(Analytics)
 수집된 데이터에서 비즈니스적으로 의미 있는 결과 정보를 뽑아내고, 그것을 시각화하여 비 IT 전문가
들이 쉽 게 활용할 수 있도록 하는 과정
 대량 데이터를 저장하고 다룰 수 있는 BigData 솔루션과 데이터에서 패턴을 찾아내는 Data Mining, 가
공하는 ETL(Extract Transformation and Load), 시각화하는 BI(Business Intelligence) 등의 분야를 모두
포함하는 BI/DW 솔루션이 있음
 오픈소스 기술: BigData(Hadoop, Hive, HDFS), DW/BI(Pentaho, QlikView, SpangoBI)
 보안(Security)
 센서와 임베디드 단말, 그리고 백엔드 서버간 송수신 되는 데이터를 암호화하는 Encryption 기술
 각 주체(센서, 임베디드 단말, 백엔드 서버) 간에 서로 상대방을 식별하는 Authentication, 각 주체가 자신
을 식 별할 수 있는 증명 정보(예: ID)를 관리하는 Identity Management, 각 주체들에게 허용되는 권한을
관리하는 Access Control 등의 기술이 있음
 오픈소스 기술: Encryption(오픈소스 다수), Authentication, Access Control(Open IDM/AM, OpenIAM)

10. 머신
(센서 등)
모듈
(임베디드)
네트워크
데이터
처리
서비스
응용
데이터 수집 데이터 전송 통신 데이터 분석 활용
IoT의 데이터 흐름

11. 참고 아키텍처

12. • IoT 소개
• MQTT 소개

14. MQTT a lightweight protocol for IoT messaging
– Open open spec, standard
– Simple
– Lightweight
– Reliable
minimal overhead
QoS for reliability on unreliable networks
43-page spec
40+ client implementation
efficient format tiny client
connect-publish-subscribe
MQTT, Bryan Boyd(IBM), 2014

15. 전송 방식
MQTT bi-directional, async “push” communication
thing #1
thing #2
thing #3
MQTT
Broker
CONNECT to MQTT broker
pub
CONNECT to MQTT broker
TCP/IP
recv
WebSocket
recv
SUBSCRIBE to thing3/data
PUBLISH to thing3/data
MQTT, Bryan Boyd(IBM), 2014

16. 구현 예시
MQTT simple to implement
Connect
Publish
Subscribe
Unsubscribe
Disconnect
client = new Messaging.Client(hostname, port, clientId);
client.onMessageArrived = messageArrived;
client.onConnectionLost = connectionLost;
client.connect({ onSuccess: connectionSuccess });
function connectionSuccess() {
client.subscribe(“planets/earth");
var msg =new Messaging.Message("Hello world!");
msg.destinationName = "planets/earth";
client.publish(msg);
}
function messageArrived(msg) {
console.log(msg.payloadString);
client.unsubscribe("planets/earth");
client.disconnect();
}

17. 데모
Mosquitto MQTT broker 활용
Thing#1
Thing#2
Thing#3

18. Pub-Sub 구조
MQTT pub/sub decouples senders from receivers
MQTT
Broker
publish subscribe
tennis scores
Analytics
Mobile App
Database
HTML5 App
Logger

19. Subscription 방식
MQTT allows wildcard subscriptions
scores/football/big12/Texas
scores/football/big12/TexasTech
scores/football/big12/Oklahoma
scores/football/big12/IowaState
scores/football/SEC/TexasA&M
scores/football/SEC/LSU
scores/football/SEC/Alabama
scores/football/big12/TCU
scores/football/big12/OkState
scores/football/big12/Kansas
MQTT
Broker
Texas Fan
Big 12 Fan
ESPN
scores/football/big12/+
single level wildcard: + multi-level wildcard: #

20. Subscription 방식
MQTT designed for minimal network traffic
and constrained devices
small header size
PUBLISH 2-4 bytes
CONNECT 14 bytes
HTTP 0.1-1 KB
MQTT has configurable keep alive
(2 byte PINGREQ / PINGRES)
small clients: 30 KB (C), 100 KB (Java)
minimal protocol exchanges

21. QoS
MQTT Quality of Service for reliable messaging
MQTT
Broker

22. Payload 형태
MQTT agnostic payload for flexible delivery
MQTT
Broker

23. Caching
MQTT retained messages for last value caching
MQTT
Broker

24. Security
MQTT
Broker
MQTT
• MQTT spec doesn’t define security model
aside from username/password
authorization on connection
• Brokers *can* implement support for
SSL/TLS and policies for connection and
messaging

25. Brokers
MQTT

26. Resources
• MQTT home: http://mqtt.org
• Eclipse Paho MQTT clients: http://eclipse.org/paho
• Mosquitto broker: http://mosquitto.org
• 한글개요: mqtt 소개