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한국통신학회 논문지 (The Journal of Korea Information and Communications Society)

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한글제목(Korean Title) NAT 기반 사물인터넷 환경에서 실시간 통신 지원을 위한 MQTT-CoAP 혼합 기법
영문제목(English Title) Hybrid Transmission of MQTT and CoAP for Real-Time Communications in NAT-Based IoT Environments
저자(Author) 김근수   정중화   고석주   Keun-Soo Kim   Joong-Hwa Jung   Seok-Joo Koh  
원문수록처(Citation) VOL 46 NO. 11 PP. 1822 ~ 1833 (2021. 11)
한글내용
(Korean Abstract)
NAT(Network Address Translation) 기술을 사용하는 경우 인바운드(inbound, NAT 외부 → NAT 내부) 통신 전에 아웃바운드(outbound, NAT 내부 → NAT 외부) 통신이 먼저 이루어져야 한다. 이때, 일정 시간이 지나서 NAT 매핑 테이블의 세션이 만료되면 NAT 외부 노드는 NAT 내부 노드를 발견할 수 없어서 통신 불가능 상태에 빠지게 된다. 이를 해결하기 위해 LwM2M(Lightweight M2M) 에서는 초기화 과정에서 NAT 내부 노드가 외부 노드에 먼저 요청을 하고 오프라인 상태일 때 연결요청들을 대기열에 저장한 뒤 온라인 상태가 되면 처리하는 방식을 취하고 있다. 하지만 이러한 방식으로는 실시간 서비스 제공이 어려우며, NAT 바인딩 유지를 위한 누적 오버헤드가 크게 발생한다. 이 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)와 CoAP(Constrained Application Protocol)를 혼합하여 사용하는 M-CoAP 통신 기법을 제안한다. 테스트베드 실험을 통해 제안 기법을 사용하여 실시간 통신이 가능함을 확인하였고, 기존의 LwM2M 통신 기법과의 비교 분석을 통해 전송 효율이 약 17% 개선될 수 있음을 확인하였다.
영문내용
(English Abstract)
Communication using NAT(Network Address Translation) requires outbound communication (internal node → external node) before performing inbound communication (external node → internal node). After a certain period of time, if the session of the NAT mapping table expires, the external node may not discover the internal node. To address this problem, LwM2M(Lightweight M2M) ensures that an internal node first sends a request to an external node during the initialization process, and that the requests generated in the off-line status are automatically stored in a queue so as to process those requests when they get into the on-line status. However, this approach may not provide real-time communication effectively, and large cumulative overhead may be incurred so as to maintain many NAT bindings for real-time communication. In this paper, to solve this problem, we propose the M-CoAP scheme that combines the two well-known protocols: MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) and CoAP(Constrained Application Protocol). From testbed experimentation, we confirmed that the proposed M-CoAP scheme can provide real-time communication. By performance comparison with the existing LwM2M scheme, we also see that the proposed can improve the transmission throughput by 17%.
키워드(Keyword) Internet of Things   Network Address Translation   Real-time Communication   Lightweight M2M   Constrained Application Protocol   Message Queuing Telemetry Transport  
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