MQTT Keep Alive

 

최근에 MQTT 통신 개발을 진행하면서 Keep Alive 설정에 관련한 문제를 겪었다.

 

Status Update 하는 mqtt 클라이언트를 아래와 같이 생성하고

send_status 라는 함수를 호출해서 사용하려고 했다.

 

import paho.mqtt.client as mqtt
import uuid
import time

class RobotStatusUpdater:
    def __init__(self, broker_ip, topic="robot/status"):
        self.client = mqtt.Client(f"Robot_Status_Updater_{uuid.uuid4()}")
        self.client.connect(broker_ip, 1883)
        self.topic = topic
        self.client = None

    def send_status(self, client, queue):
        while True:
            message = queue.get()
            if message is None:
                break
            client.publish('robot/status', message, qos=1)
            time.sleep(0.5)

status_updater = RobotStatusUpdater("127.0.0.1")

def send_status(message):
    status_updater.send_status(message)

 

처음에 호출했을 땐

클라이언트에서 브로커에 메시지를 성공적으로 보냈다.

근데 어느 시간이 지나면 메시지 전송에 실패했다.

 

한번 연결을 하면 계속 지속된다고 생각하고 그 걸 기반으로 개발을 했는데 ..

분명 내가 빠뜨린 무언가가 있다 생각하고 Mqtt 공식 문서를 읽었다.

 

내가 빠뜨린 건 loop로 실행하기, 그리고 Keep Alive 와 PINGREQ.

 

그래서 고친 코드는 다음과 같다

import paho.mqtt.client as mqtt
import json
import time
from datetime import datetime

class RobotStatusUpdater:
    def __init__(self, broker_ip, topic="robot/status"):
        self.client = mqtt.Client("Robot_Status_Updater")
        self.client.connect(broker_ip, 1883, keepalive=120)
        self.topic = topic
        
    def connect_mqtt(self):
        """MQTT 브로커에 연결하고 자동 재연결을 설정"""
        try:
            self.client.connect(self.broker_ip, 1883)
            self.client.loop_start()  # 자동 재연결 활성화
            print(f"MQTT 연결됨: {self.broker_ip}")
        except Exception as e:
            print(f"MQTT 연결 실패: {e}")

    def check_connection(self):
        """연결 상태를 확인하고, 끊어졌다면 재연결"""
        while True:
            try:
                self.client.loop()  # 연결 유지 체크
                self.client.publish(self.topic, "ping")  # 테스트 메시지 전송
            except Exception as e:
                print(f"연결 끊김, 재연결 시도 중... {e}")
                self.connect_mqtt()  # 재연결 시도
            time.sleep(10)  # 10초마다 연결 상태 확인

    def send_status(self, message):
        """MQTT 메시지 전송"""
        try:
            self.client.publish(self.topic, message)
            print(f"[상태 전송됨]: {datetime.now()}")
        except Exception as e:
            print(f"상태 전송 실패: {e}, 재연결 시도")
            self.connect_mqtt()

status_updater = RobotStatusUpdater("127.0.0.1")

# 주기적인 연결 상태 확인을 위한 백그라운드 스레드 실행
import threading
connection_thread = threading.Thread(target=status_updater.check_connection, daemon=True)
connection_thread.start()

def send_status(message):
    """외부에서 호출할 상태 전송 함수"""
    status_updater.send_status(message)

 

- 우선 loop_start()로 실행시켜서 자동으로 PINGREQ를 보내어 연결을 관리하도록 해주었다.

- 사실 이 방법으로 마무리지어도 되지만 불안하기에 연결을 지속하기 위해 10초에 한번씩 직접 ping을 보내주었다.

- ping를 보내면서 연결을 확인하도록하고, 연결이 종료되어있는 경우엔 재연결을 시도하도록 추가했다.

- 이렇게 변경하니, 계~~~~~속 연결되어 있어서 통신이 잘 되었다 .. 휴ㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠ 흑흑흑

 

공식문서에 읽고 내가 놓쳤던 부분들을 공부했다.

MQTT Keep Alive Interval Explained With Examples

 

MQTT는 TCP/IP 연결을 사용한다.

• MQTT 클라이언트는 TCP/IP를 통해 브로커와 연결된다.
• 이 연결은 항상 열려 있는 상태로 유지되어 언제든지 데이터를 송수신할 수 있다.

Keep Alive 기능

• 일정 시간 동안 데이터가 흐르지 않으면 클라이언트는 PINGREQ(핑 요청) 메시지를 브로커로 전송한다.
• 브로커는 이에 대해 PINGRESP(핑 응답) 메시지를 반환한다.
• 이 과정은 연결이 여전히 활성 상태인지 확인하는 역할을 한다.

Keep Alive Period (유지 시간)

• 클라이언트가 데이터를 송수신하지 않는 최대 허용 시간을 의미한다.
• 이 시간이 지나도록 데이터가 없으면 PINGREQ가 발생하여 연결 상태를 확인한다.
• 브로커가 일정 시간 내 PINGRESP를 보내지 않으면 연결이 끊긴 것으로 간주한다.

Python MQTT 클라이언트에서 Keep Alive 처리

• Python MQTT 클라이언트(paho-mqtt)를 사용할 때, PINGREQ 메시지를 직접 생성할 필요 없다.
• 이유: loop() 함수가 자동으로 관리하기 때문
• Keep Alive 값을 20초로 설정한 경우, 20초마다 PINGREQ를 보내고 PINGRESP를 받는다.

Keep Alive는 송수신(TX/RX) 모두를 고려한다.

• MQTT Kwwp Alive는 클라이언트가 브로커와 마지막으로 주고받은(Control Packet) 시간을 기준으로 측정된다.
• 클라이언트가 주기적으로 송신(Publish)만 하면 Keep Alive 시간이 초과될 수 있어 PINGREQ가 필요하다.
• 그러나 구독(Subscribe) 후 메시지를 수신(Receive)하면, Keep Alive 타이머가 초기화된다.
• 결과적으로 발행(Publish)과 수신(Receive) 활동이 지속적으로 이루어지면 PINGREQ를 보낼 필요가 없어진다.

MQTT 프로토콜의 규정 (MQTT-3.1.2-24)

• Keep Alive를 설정했더라도,
• 브로커가 Keep Alive 시간의 1.5배 동안 클라이언트로부터 어떤 Control Packet도 받지 못하면
• 네트워크 장애로 간주하고 클라이언트를 강제 연결 종료(MUST disconnect) 해야 한다.
• 이 기능은 네트워크 장애 감지를 위한 MQTT의 기본적인 안정 장치이다.

http://www.steves-internet-guide.com/mqtt-keep-alive-by-example/

Keep Alive 메시지를 비활성화

• Keep Alive 값을 0으로 설정하면 PINGREQ/PINGRESP 메시지가 전송되지 않는다.
• 이 경우, 클라이언트는 브로커가 연결을 감지하는 메커니즘이 없이 계속 연결된다.

Keep Alive 시간

• 시간을 매우 길게 설정하는 것은 비효율적일 수 있다.
• 15분 이상 아무런 데이터 송수신이 없을 경우, 연결을 해제하고 필요할 때 다시 연결하는 것이 더 낫다.
• 장시간 연결을 유지하면 리소스를 소비하고, 네트워크 상태를 감지하는 데 어려움이 생길 수 있다.

 

✅ 이해하기 쉽게 정리를 하면 ...

 

Keep Alive 값을 20초로 설정했다고 가정하자

- 그럼 20초 내에 최소 1개의 Control Packet이 필요하다.

- 20초 후 PINGREQ를 보내지 않으면, 30초 (20초*1.5) 내에 어떤 데이터도 수신되지 않을 경우 브로커가 강제 연결 종료를 진행한다.

- 주기적으로 데이터를 송수신하면 PINGREQ 없이도 연결 유지 가능하다.