KR101990184B1 - 사설 IP를 가지는 IoT 게이트웨이를 위한 MQTT/HTTP 기반 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

사설 IP를 가지는 IoT 게이트웨이를 위한 MQTT/HTTP 기반 통신 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 통신 방법은, 제1 서버가 클라이언트로부터 게이트웨이 관련 명령을 요청받으면, 제1 서버가 명령을 제2 서버를 통해 게이트웨이로 전달하고, 명령 처리 결과를 게이트웨이로부터 직접 수신한다. 이에 의해, 자원과 트래픽 증가 없이도 공인 IP를 사용하지 않는 게이트웨이와 원활한 통신이 가능해져, IoT 서비스 향상을 기대할 수 있다.

Description

사설 IP를 가지는 IoT 게이트웨이를 위한 MQTT/HTTP 기반 통신 방법 및 시스템{Communication Method and System based on MQTT/HTTP for IoT Gateway Using Private-IP Address}
본 발명은 IoT(Internet Of Things) 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IoT 서비스를 위해 IoT 게이트웨이와 서버 간의 통신을 중계하는 방법에 관한 것이다.
IoT 기술의 빠른 발전에 발맞춰 IoT 디바이스 산업 시장이 급격하게 확대됨에 따라 IoT 디바이스들을 편리하게 관리하고 이용할 수 있는 IoT 게이트웨이 및 서버의 중요성이 대두되고 있다.
현재 IoT 디바이스를 위한 효율적인 게이트웨이와 서버 시스템에 대한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 실제 응용환경에서 게이트웨이는 대부분 공인 IP를 가지지 않은 경우가 많아 서버에서 게이트웨이로의 통신에 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 machine-to-machine (M2M) "Internet of Things" connectivity protocol인 MQTT 메세징 프로토콜(MQ Telemetry Transport)이 널리 쓰이고 있다.
하지만 MQTT 프로토콜을 Request, Response의 형태의 통신모델과는 다르게 메시지 broker를 기반한 publish/subscribe 구조의 프로토콜이다. 이러한 구조의 특징으로 메시지 송신자는 최종 메시지 수신자의 메시지 수신 여부를 파악할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 각 메시지 송수신자가 모두 publish/subscribe의 기능을 사용하는 양방향 MQTT 통신 모델을 이용하기도 한다. 그러나 IoT 서버가 양방향 MQTT를 지원하기 위해서는 IoT 서버와 MQTT 서버가 지속적으로 통신 연결이 유지되어 있어야 한다.
이러한 모델을 채택했을 때, 방대한 양의 데이터들을 처리하는 서버는 여러 요청을 수행하는데 있어서 시스템 자원낭비 및 성능저하와 같은 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 서버에서 게이트웨이로의 통신은 MQTT를 이용하고, 게이트웨이는 처리 결과를 서버의 Restful open-API를 통해 전달하는 서버와 게이트웨이 간 통신 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 통신 방법은, 제1 서버가, 클라이언트로부터 게이트웨이 관련 명령을 요청받는 단계; 제1 서버가, 명령을 제2 서버를 통해 게이트웨이로 전달하는 단계; 및 제1 서버가, 명령 처리 결과를 게이트웨이로부터 직접 수신하는 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 방법은, 제1 서버가, 명령 처리 결과를 클라이언트에 전송하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 서버는, 제2 서버에 직접 명령을 전송할 수 없다.
그리고, 제2 서버는, 제1 서버가 제2 서버에 직접 액세스할 수 없는 주소 체계를 사용할 수 있다.
또한, 제2 서버는, 명령을 제2 서버에 전송한 결과를 제1 서버에 통보하지 않을 수 있다.
그리고, 제2 서버는, 게이트웨이의 명령 처리 결과를 제1 서버에 전송하지 않을 수 있다.
또한, 제2 서버는, 게이트웨이로부터 명령 처리 결과를 수신하지 않을 수 있다.
그리고, 게이트웨이는, 명령 수신 응답을 제2 서버에 전송하지 않을 수 있다.
또한, 명령에는, 게이트웨이 ID 및 패스코드가 포함되어 있고, 제2 서버는, 패스코드를 이용한 인증절차 후에 명령을 게이트웨이로 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 서버는, 클라이언트, 외부 서버 및 게이트웨이와 통신하는 통신부; 및 클라이언트로부터 게이트웨이 관련 명령을 요청받으면, 명령을 외부 서버를 통해 게이트웨이로 전달하고, 명령 처리 결과를 게이트웨이로부터 직접 수신하는 프로세서;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 통신 방법은, 게이트웨이가, 클라이언트로부터 제1 서버가 요청받은 게이트웨이 관련 명령을 제2 서버를 통해 전달받는 단계; 게이트웨이가, 명령을 처리하는 단계; 및 게이트웨이가, 명령 처리 결과를 제1 서버에 직접 전송하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 게이트웨이는, 제1 서버 및 제2 서버와 통신하는 통신부; 및 클라이언트로부터 제1 서버가 요청받은 게이트웨이 관련 명령을 제2 서버를 통해 전달받으면, 명령을 처리하고 명령 처리 결과를 제1 서버에 직접 전송하는 프로세서;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 자원과 트래픽 증가 없이도 공인 IP를 사용하지 않는 게이트웨이와 원활한 통신이 가능해져, IoT 서비스 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MQTT/HTTP를 이용한 서버-게이트웨이 통신 방법의 설명에 제공되는 순서도,
도 2는 MQTT 응답 메시지의 구조,
도 3은, 도 1에 도시된 IoT 게이트웨이의 상세 블럭도,
도 4는, 도 1에 도시된 IoT 서버의 상세 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 통신 방법에서는, 사설 IP(private-IP)를 가진 게이트웨이에게 publish/subscribe 구조의 MQTT 프로토콜을 통해 편리하게 메시지를 전달하고, 게이트웨이는 처리 결과를 서버의 Restful open-API를 통해 전달한다.
이 과정에 대해 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 통신 방법의 설명에 제공되는 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 클라이언트(140)가 게이트웨이 처리 명령을 IoT 서버(130)에 HTTP로 요청한다(S210). S210단계에서의 요청 메시지에 담겨지는 게이트웨이 처리 명령은 클라이언트(140)가 IoT 게이트웨이(110)에게 처리할 것을 요청하는 명령이다.
본 실시예에서는, IoT 게이트웨이(110)는 공인 IP 주소 체계가 아닌 사설 IP 주소 체계를 사용하여, IoT 서버(130)는 IoT 게이트웨이(110)에 액세스할 수 없어, 직접 명령을 전송할 수 없는 상황을 상정한다.
이에, IoT 서버(130)는 게이트웨이 처리 명령이 수록된 MQTT 메시지를 MQTT 서버(120)에 전달하면서 publish를 요청하고(S220), MQTT 서버(120)는 전달받은 MQTT 메시지를 IoT 게이트웨이(110)에 publish 한다(S230).
MQTT 메시지에는 IoT 게이트웨이(110)를 특정/식별하기 위한 MQTT ID, MQTT 패스코드 및 처리 명령이 수록되어 있다. 처리 명령에는 IoT 서버(130)의 Restful open-API가 포함되어 있다.
한편, S240단계에서, MQTT 서버(120)는 MQTT 메시지에 포함된 MQTT 패스코드에 기초한 인증에 성공한 경우에만, MQTT 메시지를 IoT 게이트웨이(110)에 publish 하도록 구현할 수 있다.
MQTT 서버(120)는 S240단계에서의 publish 결과를 IoT 서버(130)에 반환하지 않는다. 또한, IoT 게이트웨이(110)도 MQTT 서버(120)에 MQTT 메시지 수신 응답을 반환하지 않는다.
이후, IoT 게이트웨이(110)는 S230단계를 통해 수신한 명령을 처리하고(S240), 명령 처리 결과를 IoT 서버(130)에 HTTP Request로 전송한다(S250). S250단계에서의 결과 전송은, IoT 서버(130)가 제공하는 Restful open-API를 통해 가능하다.
이에 따라, IoT 서버(130)는 MQTT 서버(120)를 통하지 않고 IoT 게이트웨이(110)로부터 직접 명령 처리 결과를 수신한다. IoT 게이트웨이(110)는 명령 처리 결과를 MQTT 서버(120)에 전송 조차하지 않으며, 이에 MQTT 서버(120)는 IoT 게이트웨이(110)와 IoT 서버(130) 사이에서 명령 처리 결과를 중계하지 않는다.
IoT 게이트웨이(110)로부터 명령 처리 결과를 HTTP Request로 수신한 IoT 서버(130)는 명령 처리 결과를 저장한 후(S260), HTTP Response를 IoT 게이트웨이(110)로 반환한다(S270).
그리고, IoT 서버(130)는 명령 처리 결과를, S210단계에 대한 응답으로, 클라이언트(140)에 반환한다(S280).
본 발명의 실시예에 따른 IoT 서버-게이트웨이 간 통신 방법에 따르면, IoT 서버(130)는 publish 한 MQTT 메세지에 대한 전송 및 수행 결과를 응답받을 수 있기 때문에 메시지 전송에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 서버-게이트웨이 간 통신 방법에 따르면, IoT 서버(130) 또한 MQTT 서버(120)에 subscribe를 하는 방식이 아닌 IoT 게이트웨이(110)가 MQTT 메세지를 받았을 때에 MQTT 서버(120)를 통하지 않고 해당 MQTT 메시지에 대한 응답을 IoT 서버(130)로 직접 HTTP Request 하는 방식을 채택하여 IoT 서버(130)가 MQTT 서버(120)에 subscription 하여 이벤트 방식으로 reply MQTT 메시지를 받는 구조 대비 시스템 자원낭비 및 성능저하의 요소가 적다.
IoT 게이트웨이(110)가 MQTT를 통해 수신된 IoT 서버(130)의 명령에 대한 처리 결과는 HTTP request 메시지를 통해 전송되는데, 이 메시지는, 도 2에 도시된 바와 같이, mqttID, 메시지 보안을 위한 mqttPasscode, 메시지 처리 기한을 위한 ttl, 처리 결과를 위한 processResult로 구성되어 있다.
지금까지, IoT 서버와 IoT 게이트웨이 간의 원활한 양방향 통신 모델을 제시하였는데, 구현된 시스템을 통해 IoT 서버와 IoT 게이트웨이가 모두 MQTT 서버에 subscription 하고 서로 각각의 MQTT 메시지를 publish 해야 만 클라이언트에서 요청한 MQTT 메시지에 대한 응답을 얻을 수 있었던 기존 방식의 단점을 개선하였다.
본 발명의 실시예에서 제시한 시스템은 클라이언트가 IoT 서버에 IoT 게이트웨이로의 동작을 요청했을 때 IoT 서버 보다 비교적 적은 양의 데이터를 처리하는 IoT 게이트웨이로 단 한 번의 MQTT 메시지를 전송하고 수행결과를 IoT 서버의 API를 통해 적고 그 결과를 바로 클라이언트에게 응답할 수 있는 서비스를 제공한다.
도 3은, 도 1에 도시된 IoT 게이트웨이(110)의 상세 블럭도이다. IoT 게이트웨이(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 통신부(111), 프로세서(112) 및 메모리(113)를 구비한다.
통신부(111)는 MQTT 서버(120) 및 IoT 서버(130)와 통신하기 위한 수단이고, 프로세서(112)는 통신부(111)를 통해 수신한 명령을 처리하며, 메모리(113)는 프로세서(112)가 명령을 처리함에 있어 필요한 정보가 저장된다.
도 4는, 도 1에 도시된 IoT 서버(130)의 상세 블럭도이다. IoT 서버(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 통신 인터페이스(131), 서비스 제공부(132) 및 DB(133)를 구비한다.
통신 인터페이스(131)는, IoT 게이트웨이(110), MQTT 서버(120) 및 클라이언트(140)와 통신하기 위한 수단이고, 서비스 제공부(132)는 클라이언트(140)에 서비스를 제공하는 수단이다.
이를 위해, 서비스 제공부(132)는 MQTT 서버(120)를 통해 IoT 게이트웨이(110)에 명령을 전송한다. DB(133)에는 IoT 게이트웨이(110)로부터 수집한 명령 처리 결과들이 저장되어, 서비스 제공에 이용된다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : IoT 게이트웨이
120 : MQTT 서버
130 : IoT 서버
140 : 클라이언트

Claims (12)

  1. IoT 서버가, 클라이언트로부터 게이트웨이 관련 명령을 요청받는 단계;
    IoT 서버가, 명령이 수록된 MQTT 메시지를 MQTT 서버를 통해 게이트웨이로 publish하는 단계; 및
    IoT 서버가, 명령 처리 결과를 게이트웨이로부터 직접 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    IoT 서버가, 명령 처리 결과를 클라이언트에 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    IoT 서버는,
    게이트웨이에 직접 명령을 전송할 수 없는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    MQTT 서버는,
    IoT 서버가 MQTT 서버에 직접 액세스할 수 없는 주소 체계를 사용하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    MQTT 서버는,
    명령을 MQTT 서버에 전송한 결과를 IoT 서버에 통보하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    MQTT 서버는,
    게이트웨이의 명령 처리 결과를 IoT 서버에 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    MQTT 서버는,
    게이트웨이로부터 명령 처리 결과를 수신하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    게이트웨이는,
    명령 수신 응답을 MQTT 서버에 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    명령에는,
    게이트웨이 ID 및 패스코드가 포함되어 있고,
    MQTT 서버는, 패스코드를 이용한 인증절차 후에 명령을 게이트웨이로 전달하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  10. 클라이언트, MQTT 서버 및 게이트웨이와 통신하는 통신부; 및
    클라이언트로부터 게이트웨이 관련 명령을 요청받으면, 명령이 수록된 MQTT 메시지를 MQTT 서버를 통해 게이트웨이로 publish하고, 명령 처리 결과를 게이트웨이로부터 직접 수신하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 서버.
  11. 게이트웨이가, 클라이언트로부터 IoT 서버가 요청받은 게이트웨이 관련 명령을 MQTT 서버를 통해 전달받는 단계;
    게이트웨이가, 명령을 처리하는 단계; 및
    게이트웨이가, 명령 처리 결과를 IoT 서버에 직접 전송하는 단계;를 포함하고,
    IoT 서버는, 클라이언트로부터 요청받은 게이트웨이 관련 명령이 수록된 MQTT 메시지를 MQTT 서버를 통해 게이트웨이로 publish하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  12. IoT 서버 및 MQTT 서버와 통신하는 통신부; 및
    클라이언트로부터 IoT 서버가 요청받은 게이트웨이 관련 명령을 MQTT 서버를 통해 전달받으면, 명령을 처리하고 명령 처리 결과를 IoT 서버에 직접 전송하는 프로세서;를 포함하고,
    IoT 서버는, 클라이언트로부터 요청받은 게이트웨이 관련 명령이 수록된 MQTT 메시지를 MQTT 서버를 통해 게이트웨이로 publish하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이.
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