IIoT를 위한 선도적인 메시징 프로토콜 MQTT이란?

MQTT는 산업 사물인터넷 (IIoT)의 주요 메시징 프로토콜이 되는 M2M (Machine-to-Machine) 데이터 전송 프로토콜입니다.

MQTT : IIoT를 위한 선도적인 메시징 프로토콜

현재 경쟁하고 있는 다수의 IIoT 기술과 프로토콜이 있지만, 매우 가벼운 오버 헤드 (2 바이트 헤더), 게시/가입 모델 (Publish/Subscribe Model) 및 MQTT의 양방향 기능은 산업 제어 시스템의 요구 사항을 충족시키는데 적합합니다.

최신 버전인 MQTT 버전 3.1.1은 개방적이고 로열티가 없는 OASIS 표준입니다. OASIS는 정보 형식에 대한 제품 독립적 표준의 채택을 촉진하는 국제 컨소시엄인 체계적인 정보 표준화기구 (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) 입니다.

MQTT의 장점

MQTT 프로토콜을 통해 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 IIoT 데이터에 액세스할 수 있습니다. MQTT는 프로세스에 많은 장점을 제공합니다.

▲ 정보를 보다 효율적으로 배포

▲ 확장성 향상

▲ 네트워크 대역폭 소비를 획기적으로 줄임

▲ 업데이트 속도가 빠름

▲ 원격 감지 및 제어에 매우 적합

▲ 사용 가능한 대역폭 최대화

▲ 매우 가벼운 오버 헤드

▲ 권한 기반 보안으로 매우 안전

▲ 석유 및 가스 산업, Amazon, Facebook 및 기타 주요 비즈니스에서 사용

▲ 개발 시간 절약

▲ 게시/가입 (Publish/Subscribe) 프로토콜은 폴링 프로토콜에 비해 적은 대역폭으로 더 많은 데이터를 수집

MQTT를 개발한 이유

MQTT는 많은 장치에서 데이터를 수집하고 그 데이터를 IT 하부 구조로 전송한다는 목표로 작성되었습니다. 가볍고 원격 모니터링, 특히 작은 코드 공간이 필요하거나 네트워크 대역폭이 제한적인 M2M 연결에 이상적입니다.

MQTT는 Andy Stanford-Clark 박사와 Arlen Nipper가 1999년에 발명했습니다. 공동 발명가인 Arlen Nipper는 Cirrus Link Solutions의 사장으로 Cirrus Link MQTT 모듈을 개발했습니다.

MQTT 작동 방법

MQTT는 네트워크 경계 (edge-of-network) 장치가 브로커에 공개할 수 있게 하는 게시/가입 (Publish/Subscribe) 프로토콜입니다. 클라이언트는이 브로커에 연결한 다음 두 장치간의 통신을 조정합니다. 각 장치는 특정 주제에 가입하거나 등록할 수 있습니다. 다른 클라이언트가 가입된 주제에 메시지를 게시하면 브로커는 가입한 모든 클라이언트에 메시지를 전달합니다.

MQTT는 양방향이며, 상태 저장 세션 인식을 유지 보수합니다. 네트워크 경계 (edge-of-network) 장치가 연결을 잃는 경우, 가입된 모든 클라이언트는 MQTT 서버의 "Last Will and Testament"기능으로 통지되어 시스템의 권한이 부여된 모든 클라이언트가 양방향 연결 유지하면서 네트워크 경계 (edge-of-network) 장치에 새로운 값을 게시할 수 있습니다.

MQTT의 경량 성과 효율성은 모니터링되거나 제어되는 데이터의 양을 현저하게 증가시킬 수 있게 합니다. MQTT가 발명되기 전에는 다양한 비즈니스 라인이 이 데이터를 사용하여 보다 현명한 의사 결정을 내릴 수 있었지만 약 80%의 데이터가 원격지에 남아 있었습니다. 이제 MQTT를 사용하면 수집되는 데이터를 더 많이 수집, 전송 및 분석할 수 있습니다.

변경되지 않은 데이터로 불필요하게 데이터 연결을 포화시키는 많은 프로토콜의 일반적인 폴링/응답 모델과는 달리, MQTT의 게시/가입 모델 (Publish/Subscribe Model)은 사용 가능한 대역폭을 최대화합니다.

MQTT의 사용처

MQTT는 원래 석유 및 가스 산업에서 사용되는 저대역폭, 고대기 시간 데이터 링크용으로 개발되었습니다. 그러나 MQTT는 스마트 조명 시스템 제어에서 Facebook Messenger 애플리케이션에 이르기까지 석유 및 가스 이외의 많은 어플리케이션에 사용되고 있습니다. Amazon Web Services는 최근 IoT (Amazon Internet of Things)가 MQTT를 기반으로 한다고 발표했습니다. 전반적으로 MQTT는 산업 조직에서 사용하는 제어 시스템에 가장 적합한 프로토콜인 것으로 보이며, 빠른 속도로 채택이 증가할 것입니다.

IoT, IIoT, Industry 4.0의 차이점

IoT, IIoT, Industry 4.0은 서로 관련성이 있지만 이러한 용어는 서로 바꿔쓸 수 없습니다. 각각은 서로 다른 이해 관계자, 목표 및 의미를 가지고 있습니다.

Internet of Things (IoT)의 장치의 연동을 설명하는 용어로 사용되지만 대부분의 출처는 1999년 Kevin Ashton이 처음 작성한 것에 동의합니다. 기본 정의는 장치를 인터넷 및/또는 기타 장치를 서로 연결하는 것입니다. 오늘날 IoT는 일반적으로 조명 및 온도 제어, 웨어러블 생체 인식 장치 및 스마트폰과 같은 소비자 수준의 제품을 나타냅니다. 이러한 장치에 의해 제공되는 연결성은 확실히 유익하지만 장치 고장이 발생하더라도 긴급 상황이 발생하지는 않습니다.

IIoT는 소비자 수준의 제품 제조업체 및 혁신 업체에 의해 주도되고 있습니다. IIoT가 IoT와 동일하지만 단지 공장과 같은 산업 단지에서 사용되고 있습니다. 제너럴 일렉트릭 (General Electric)은 2012년에 산업 인터넷 (Industry Internet of Things, IIoT)로 생산하면서 이 용어가 사용되었습니다. IoT와 마찬가지로 IIoT는 인터넷을 통한 장치 연결이지만 업무에 중요한 정보와 응답의 전송, 명령 및 제어에 중점을 둡니다. 에너지, 군대, 공공 안전 및 운송과 같은 분야에서는 신뢰성과 정확성이 선택 사항이 아닙니다. IIoT 이니셔티브와 성장은 M2M (Machine to Machine) 혁신가와 생산자에 의해 확대되고 있습니다.

Industry 4.0은 제조 산업의 경쟁력 확보를 위한 독일 정부의 이니셔티브로 2011년에 도입되었습니다. 이 용어는 기계 생산, 대량 생산 및 정보 기술의 혁명이 선행된 4번째 산업 혁명을 확인하는 데 사용됩니다. IoT와 IIoT는 모두 비즈니스 수준에서 운영되지만 Industry 4.0은 민간 기업 참여를 최소화하면서 주로 정부 및 학술 기반으로 남아 있습니다.

이 3가지 기술은 모두 시스템을 보다 빠르고, 좀더 중요한 것은 안전하게 만드는 방법에 중점을 두고 있습니다. IoT에서 발생하는 낙수 효과로 중대한 커뮤니케이션을 향상시키며, 클라우드 기반 및 무선 제품을 더 많이 제공하기 위해 범위를 확대될 것이 예상됩니다.

Industrial Internet of Things (IIoT) 이란?

IIoT (Industrial Internet of Things)는 Internet of Things (IoT)로 알려진 더 큰 개념의 일부입니다. IoT는 방대한 양의 데이터를 수집하고 공유하는 지능형 컴퓨터, 장치 및 개체의 네트워크입니다. 수집된 데이터는 중앙 클라우드 기반 서비스로 전송되어 다른 데이터와 통합되고 최종 사용자와 유용한 방식으로 공유됩니다. IoT는 가정, 학교, 상점 및 많은 산업 분야에서 자동화를 향상시킵니다.

제조 산업에 IoT를 적용하는 것을 IIoT (또는 Industrial Internet 또는 Industry 4.0)라고 합니다. IIoT는 이전보다 훨씬 효율적이고 훨씬 더 많은 양의 데이터를 수집하고 액세스할 수 있게 함으로써 제조에 혁명을 가져올 것입니다. 다수의 혁신적인 회사는 공장에서 지능형 연결 장치를 활용하여 IIoT를 구현하기 시작했습니다.

IIoT의 이점

IIoT는 산업 조직의 연결성, 효율성, 확장성, 시간 절약 및 비용 절감을 크게 향상시킬 수 있습니다. 기업들은 이미 예측 유지 보수, 안전성 향상 및 기타 운영 효율성으로 인한 비용 절감을 통해 IIoT 혜택을 누리고 있습니다. 지능형 장치의 IIoT 네트워크는 산업 조직이 개방형 데이터 사일로 를 끊고 모든 직원, 데이터 및 프로세스를 공장 현장에서 임원 사무실로 연결할 수 있게 합니다. 비즈니스 리더는 IIoT 데이터를 사용하여 기업의 업무 방식을 완전하고 정확하게 파악할 수 있으므로 더 나은 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

IIoT 프로토콜

IIoT로 전환할때 직면하게 되는 문제중 하나는 다양한 네트워크 에지 장치가 역사적으로 데이터를 송수신하기 위해 서로 다른 프로토콜을 사용했다는 사실입니다. OPC-UA와 같이 현재 사용중인 다양한 통신 프로토콜이 있지만 Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) 전송 프로토콜은 가벼운 오버 헤드, 게시/가입 모델로 인해 IIoT의 표준으로 급부상하고 있습니다.

IIoT의 과제

상호 운용성과 보안은 IIoT 구현을 둘러싼 2가지 가장 큰 도전일 것입니다. 즉, Industrial IoT를 둘러싼 주요 관심사는 서로 다른 프로토콜을 사용하고 서로 다른 아키텍처를 사용하는 기기와 기기간의 상호 운용성입니다. 센서 및 기타 스마트 연결 장치의 확산으로 인해 보안 취약성이 동시에 폭발적으로 증가했는데, 자신의 데이터가 안전하다는 것을 알아야 합니다.

IIoT의 미래

IIoT는 현재와 미래의 산업 비즈니스에 영향을 미치는 주요 트렌드중 하나로 간주됩니다. 산업은 새로운 규정을 충족시키고, 증가하는 시장 속도와 변동성을 따라 잡고, 파괴적인 기술 (Disruptive Technology)을 다루기 위해 시스템과 장비를 현대화하기 위해 노력하고 있습니다. IIoT를 채택한 기업은 안전성, 효율성 및 수익성이 크게 향상되었으며 IIoT 기술이 널리 채택됨에 따라 이러한 추세가 계속될 것으로 예상됩니다.