05 IoT 관련 통신 프로토콜

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

• 최근 M2M 통신, 자동화, IoT 등과 같은 다양한 분야에서 활용 사례 증가
• 센서 프로젝트에 웹을 지원하도록 센서에서 수집한 데이터를 HTTP를 통해 외부에 제공하는 기능 구성 가능
• HTTP로 동작하는 센서와 액추에이터를 서로 엮어주는 컨트롤러도 HTTP 서버로 동작하도록 구성 가능

 

UPnP (Universal Plug and Play)

• 가전 제품이나 사무용 전자 기기에서 주로 활용
• 여러 프로토콜을 활용해 애드혹 IP 네트워크에 있는 장치를 검색하고, 이러한 장치에서 제공하는 서비스를 알아내고, 원하는 동작을 실행하거나, 이벤트를 발생하는 기능을 제공하는 프로토콜이자 아키텍처
• IoT 장치와 서비스를 자동으로 찾고 이벤트 알림을 제공하기 위한 프로토콜
• 여기에 속한 장치는 현재 환경을 스스로 알아내서 적응하는 방식으로 동작
• 대부분 클라이언트와 서버로 동작하는 HTTP 애플리케이션을 기반으로 구성
• 요청/응답 패턴과 웹 서비스를 활용하거나 로컬 네트워크에 존재하는 장치를 검색하고, 장치의 상태 변화를 감지하는 이벤트 구독 가능

 
[서비스 아키텍처 구성]

• UPnP에서는 UPnP를 지원하는 장치에 대한 오브젝트 계층 구조를 별도로 정의하고 있음.
• 각 장치마다 루트 장치를 하나씩 가짐.
• 루트 장치는 서비스와 임베디드 장치를 어러 개 가지고 있을 수도, 하나도 없을 수도 있음.
• 루트 장치에 포함된 임베디드 장치도 자체적으로 서비스와 임베디드 장치를 가질 수 있음.
• 장치에서 제공하는 서비스는 네트워크를 통해 장치에서 수행할 수 있는 동작과 장치의 상태를 알려줌.

 

CoAP (Constrained Application Protocol)

• 리소스가 한정된 장치와 네트워크 환경에서 알맞게 HTTP의 복잡도를 줄인 프로토콜
• 리소스가 귀한 소형 장치 입장에서는 너무 많은 리소스와 대역폭을 차지해서 IP로 통신하기 위해 실전에서 HTTPU를 적용하기엔 부담스럽기 때문에 CoAP을 통해 이를 해결
• HTTPU 헤더에서 지정할 수 있는 옵션의 수를 줄여서 텍스트 대신 바이너리로 간결하게 표현하여 메시지를 쉽게 인코딩하고 파싱 가능
• GET, POST, PUT, DELETE 네 개의 메소드만 사용 가능
• 메소드를 확인형 메시지 서비스와 비확인형 메시지 서비스를 통해 호출 가능
• 수신자가 메시지를 확인형 메시지로 받으면 항상 확인 메시지 송신
• 메시지 송신 측에서 지정 시간 내에 확인 메시지를 받지 못하면 메시지 재전송
• HTTP처럼 콘텐츠의 종류를 인터넷 미디어 타입으로 표현하지 않고 단순히 숫자만으로 콘텐츠를 식별하도록 Content-Format이라는 간소화된 포맷 사용

 

MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

아래의 게시글을 참고하세요.

01 MQTT 서버 구축 (Linux 환경) (23.01.04)

 

XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)

• 인스턴스 메시징 애플리케이션(채팅 프로그램, 메신저)을 위해 설계된 프로토콜
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)을 기반으로 설계
• SMTP와는 다르게 실시간 통신을 지원하기 위해 메시지를 작은 크기로 빠르게 전송
• MQTT와 같이 방화벽을 뛰어넘기 위해 메시지 중개자를 사용
• 서로 다른 네트워크에 존재하는 XMPP 서버를 메시지 중개자를 통해 하나의 네트워크로 연동하기 때문에 방화벽이 설치된 다른 네트워크의 클라이언트와 통신 가능
• 자체적으로 도메인을 관리하면서 해당 도메인에 속한 사용자를 인증
• 여러 네트워크에 퍼져 있는 서버를 하나로 역는 페더레이션(Federation) 기능을 통해 각 서버를 안전하게 연결하여 메시지를 주고 받을 수 있으므로, 서로 다른 도메인에 속한 클라이언트끼리 통신 가능하고 네트워크를 무한대로 확장 가능
• 페더레이션으로 연동하는데 필요한 작업은 모두 서버에서 처리
• 클라이언트틑 서버에 대한 연결을 유지하는 것 외에는 신경쓰지 않고 페더레이션으로 연결된 다른 네트워크의 클라이언트와 메시지를 주고 받을 수 있음.

 
[글로벌 ID]

• XMPP 서버는 클라이언트끼리 보내는 메시지를 중계하는 기능뿐 아니라 클라이언트를 인증하는 기능 또한 제공
• 페더레이션으로 연동된 네트워크에 있는 XMPP 서버 중에서 공용 서버가 글로벌 ID 역할을 함.
• 공용 서버는 연결하려는 클라이언트에게 유저 네임과 패스워드로 표현된 자격 증명을 요구하여 적합한 클라이언트인지 인증
• 인증 과정은 SASL(Simple Authentication and Security Layer)을 기반으로 안전하게 처리
• 클라이언트와 서버가 암호화된 메시지를 주고 받도록 TLS(Transport Layer Security)로 연결 가능
• 사용되는 클라이언트의 ID를 XMPP 주소 또는 JID(Jabber ID)라고 함.

 
[통신 패턴]

• 게시/구독 패턴뿐 아니라 점대점 요청/응답과 비동기 메시징과 같은 통신 패턴을 제공하므로, 다양한 방식으로 통신 가능
• 스탄자(Stanza)라는 세 가지 통신 기본 요소를 통해 제공
• 프레즌스 스탄자를 사용하면 자신에게 관심을 갖고 있는 상대방 중에서 적절한 권한을 가진 이에게 상태 정보 전송 가능
• 메시지 스탄자를 사용하면 상대방에게 비동기 메시지 전달 가능
• IQ(Information/Query) 스탄자를 사용하면 요청을 받고, 응답이나 에러를 리턴하는 요청/응답 패턴 구현 가능