MQTT 기반 스마트축사 반응형 데이터 수집 시스템 개발

• 영문명: Development of an MQTT-Based Responsive Data Collection System for Smart Livestock Barns
• 발행기관: 한국스마트미디어학회
• 저자명: 신현태(Hyuntae Shin) 이명훈(MyeongHun Lee) 여현(Hyun Yoe)
• 간행물 정보: 『스마트미디어저널』제14권 제11호, 19~25쪽, 전체 7쪽
• 주제분류: 공학 > 컴퓨터학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.11.28

국문 초록

최근 정밀 축산(PLF, Precision Livestock Farming) 시스템의 도입이 가속화되고 있으나, 기존 스마트축사의 데이터 수집 구조는 주기적 폴링(Polling) 방식의 지연과 RS-485 기반 유선 통신의 확장성 한계로 인해 실시간 대응이 어렵다. 이러한 제약은 유해가스 급증이나 환경 급변 등 비정상 상황에서 즉각적인 제어를 어렵게 하여 가축 복지와 생산성 저하로 이어진다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 MQTT기반 반응형 데이터 수집 시스템을 설계·구현하였다. 제안된 시스템은 표준화된 토픽 구조와 JSON 포맷을 적용해 이기종 장비 간 연동하고, QoS 및 E-MQTT 메커니즘을 통해 종단 간 신뢰성을 보장한다. 또한 브로커 클러스터링 구조를 도입하여 부하 분산과 확장성을 강화하였으며, Node-RED 기반 대시보드와 외부 연계 기능을 통해 데이터를 실시간으로 처리하고 시각화할 수 있도록 구성하였다. 실증 결과, 반응형 수집 방식은 기존 폴링 방식 대비 평균 지연을 70~85% 단축하였으며, 브로커 클러스터링은 처리율을 73~92% 향상, QoS2+E-MQTT 적용은 손실률을 약 10배 감소시켰다. 특히 네트워크 품질이 저하된 환경에서도 안정적인 반응성과 데이터 연속성을 유지하였다. 결과적으로 제안된 시스템은 지연 최소화와 신뢰성 향상을 동시에 달성하여 기존 유선 중심 구조의 한계를 극복하였다. 또한 표준화된 메시지 구조와 확장 가능한 브로커 기반을 통해 실시간 제어, 이상 감지 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

영문 초록

The adoption of Precision Livestock Farming (PLF) systems has been accelerating in recent years; however, existing smart livestock farms still face difficulties in achieving real-time responsiveness due to latency in periodic polling-based data collection and the limited scalability of RS-485 wired communication. These constraints hinder immediate control during abnormal situations such as sudden environmental changes or gas concentration spikes, leading to decreased animal welfare and productivity. To address these challenges, this study designed and implemented a reactive data collection system based on the MQTTprotocol. The proposed system integrates heterogeneous devices using standardized topic structures and JSON formats, ensures end-to-end reliability through QoS and E-MQTT mechanisms, and enhances scalability through a broker clustering structure. In addition, real-time data processing and visualization were achieved using a Node-RED-based dashboard and external linkage functions. Experimental results showed that the reactive collection method reduced average latency by 70–85% compared to the conventional polling method, while broker clustering improved throughput by 73–92%, and the QoS2 + E-MQTT configuration decreased data loss by approximately tenfold. The system also maintained stable responsiveness and data continuity under degraded network conditions. Consequently, the proposed system achieves both low latency and high reliability, effectively overcoming the limitations of conventional wired communication. Furthermore, its standardized message structure and scalable broker-based architecture provide a solid technical foundation for real-time control, anomaly detection, and AI or cloud-based data analysis in smart livestock environments.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 본론

Ⅲ. 결과

Ⅳ. 결론

키워드

스마트축사 MQTT 반응형 수집 표준 토픽/JSON Smart Barn MQTT Reactive Collection Standard Topic/JSON