IoT 통신 프로토콜

센서는 수년 배터리를 전제로 하고, 헤더가 길면 그 수명이 깎입니다. 스마트폰용 Wi-Fi·LTE는 이 칸에 과합니다. IoT 프로토콜은 거리와 전력, 초당 바이트를 먼저 고릅니다. 가까운 메시는 Zigbeeⓘ와 Threadⓘ, 들판의 킬로미터는 LPWANⓘ입니다.

거리와 전력이 표를 가른다

수 미터에서 수백 미터는 PAN·LAN입니다. 수 킬로미터는 WAN입니다. 같은 거리에서 전력이 높으면 Wi-Fi·5G, 낮으면 Zigbee·BLE·LoRa입니다. 속도는 센서 값이면 수 kbps면 족하고, 카메라면 그 표 밖으로 나갑니다.

Zigbee는 IEEE 802.15.4 위 2.4 GHz 메시입니다. 250 kbps, 한 홉은 짧지만 노드를 거쳐 늘리고, 수만 노드까지 말합니다. Z-Wave는 서브 GHz로 간섭을 줄입니다. Thread는 같은 15.4 위에 IPv6를 올려 Matterⓘ의 전송이 됩니다. BLE는 웨어러블과 등록, UWB는 십 센티미터 측위, HaLow는 저전력 긴 Wi-Fi입니다.

스마트홈은 이 근거리 묶음에서 고릅니다. 허브가 갈라지면 Matter가 IP로 다시 묶습니다.

메시지를 실을 프로토콜, 전파를 실을 프로토콜

MQTTⓘ는 TCP 위 발행·구독입니다. 센서는 토픽에 올리고, 브로커가 구독자에게 넘깁니다. 고정 헤더가 수 바이트입니다. QoS 0은 기껏해야 한 번, 1은 적어도 한 번, 2는 정확히 한 번에 가깝게 맞춥니다. 수집·배포가 많은 산업 텔레메트리에 맞습니다.

CoAPⓘ는 UDP 위 REST입니다. GET·PUT이 HTTP를 닮아 웹과 잇기 쉽고, 확인형·비확인형으로 신뢰 비용을 고릅니다. DTLS로 암호를 얹습니다. AMQP는 기업 큐에 가깝고 헤더가 더 무겁습니다.

LoRaWANⓘ은 비면허 확산 스펙트럼입니다. 도심 수 킬로미터, 농촌은 더 길고, 게이트웨이를 직접 둡니다. NB-IoTⓘ는 이동망 면허 대역입니다. 지하·실내 침투와 통신사 SLA가 장점이고, 심 요금이 따릅니다. LTE-M은 음성까지 얹는 중간 칸입니다.

배터리 십 년을 말하면 LPWAN입니다. 수 초마다 JSON을 올리면 MQTT라도 수명이 깎입니다.

용도가 프로토콜을 고른다

인식 층은 센서, 네트워크 층은 전파와 메시지, 응용 층은 클라우드와 분석입니다. 집은 Zigbee·Thread·Matter, 도시는 NB-IoT·LoRaWAN, 차는 UWB와 이동망 초저지연입니다. 공장 제어망ⓘ과 스마트팩토리ⓘ는 메시의 확정 지연과 LPWAN의 희소 텔레메트리를 섞습니다. 5G mMTC·슬라이스가 NB-IoT를 이어 받습니다.

제약은 암호를 짧게 만든다는 핑계가 되기 쉽습니다. MQTT는 TLSⓘ, CoAP는 DTLS, 기기는 인증서나 TPM으로 신원을 증명합니다. 제로트러스트ⓘ는 센서마다 최소 권한과 망 격리를 요구합니다. 위성 IoT는 지상 LPWAN이 못 닫는 칸을 이읍니다.

답안은 거리×전력을 먼저 그리고, 그 위에 메시지 패턴을 올립니다. 프로토콜 나열만 하면 점수가 갈립니다.

기술사 답안 포인트

관련 용어

• MQTTⓘ
• CoAPⓘ
• Zigbeeⓘ
• LoRaWANⓘ
• NB-IoTⓘ
• LPWANⓘ
• Matterⓘ
• Threadⓘ
• ICSⓘ