Performance and Energy Efficiency Analysis of MQTT and CoAP Protocols in IoT Context
Abstract
This paper examines the performance and energy efficiency of MQTT, MQTT with TLS, and CoAP protocols in the context of the Internet of Things (IoT). Tests using ESP32 DevKit v1 microcontrollers in a controlled environment measured energy consumption and message throughput. The results indicate that CoAP offers higher throughput efficiency at maximum frequency, while MQTT exhibited moderate consumption without significantly impacting energy efficiency, even with encryption. The analysis underscores the importance of protocol selection, considering the constraints of each IoT application.References
Bayılmış, C., Ebleme, M. A., Çavuşoğlu, Ü., Küçük, K., and Sevin, A. (2022). A survey on communication protocols and performance evaluations for internet of things. Digital Communications and Networks, 8(6):1094–1104.
de Oliveira, N. S., Gomes, M. A., Lopes, R., and Nobre, J. C. (2019). Segurança da informaçao para internet das coisas (iot): uma abordagem sobre a lei geral de proteçao de dados (lgpd). Revista Eletrônica de Iniciação Científica em Computação, 17(4).
Kim, D. and Solomon, M. G. (2014). Fundamentos de segurança de sistemas de informação. LTC.
Liu, J., Zhang, C., and Fang, Y. (2018). Epic: A differential privacy framework to defend smart homes against internet traffic analysis. IEEE Internet of Things Journal, 5(2):1206–1217.
Manandhar, S. (2017). Mqtt based communication in iot. Master’s thesis.
Martins, I. R. and Zem, J. L. (2015). Estudo dos protocolos de comunicação mqtt e coap para aplicações machine-to-machine e internet das coisas.
MQTT (2022). MQTT. Acesso em 10 jun. 2023.
Oliveira, R. R. (2012). Criptografia simétrica e assimétrica-os principais algoritmos de cifragem. Segurança Digital [Revista online], 31:11–15.
Quincozes, V. E., Quincozes, S. E., and Kazienko, J. F. (2021a). Avaliando a sobrecarga de mecanismos criptograficos simétricos na internet das coisas: Uma comparação quantitativa entre os protocolos mqtt e coap. In Anais do XX Workshop em Desempenho de Sistemas Computacionais e de Comunicação, pages 13–24. SBC.
Quincozes, V. E., Quincozes, S. E., and Kazienko, J. F. (2021b). Desvendando a camada de aplicação na internet das coisas: Teoria, prática e tendências. Sociedade Brasileira de Computação.
Seoane, V., Garcia-Rubio, C., Almenares, F., and Campo, C. (2021). Performance evaluation of coap and mqtt with security support for iot environments. Computer Networks, 197:108338.
Shelby, Z., Hartke, K., and Bormann, C. (2014). The Constrained Application Protocol (CoAP). RFC 7252.
Sklavos, N. and Zaharakis, I. D. (2016). Cryptography and security in internet of things (iots): Models, schemes, and implementations. In 2016 8th IFIP International Conference on New Technologies, Mobility and Security (NTMS), pages 1–2. IEEE.
de Oliveira, N. S., Gomes, M. A., Lopes, R., and Nobre, J. C. (2019). Segurança da informaçao para internet das coisas (iot): uma abordagem sobre a lei geral de proteçao de dados (lgpd). Revista Eletrônica de Iniciação Científica em Computação, 17(4).
Kim, D. and Solomon, M. G. (2014). Fundamentos de segurança de sistemas de informação. LTC.
Liu, J., Zhang, C., and Fang, Y. (2018). Epic: A differential privacy framework to defend smart homes against internet traffic analysis. IEEE Internet of Things Journal, 5(2):1206–1217.
Manandhar, S. (2017). Mqtt based communication in iot. Master’s thesis.
Martins, I. R. and Zem, J. L. (2015). Estudo dos protocolos de comunicação mqtt e coap para aplicações machine-to-machine e internet das coisas.
MQTT (2022). MQTT. Acesso em 10 jun. 2023.
Oliveira, R. R. (2012). Criptografia simétrica e assimétrica-os principais algoritmos de cifragem. Segurança Digital [Revista online], 31:11–15.
Quincozes, V. E., Quincozes, S. E., and Kazienko, J. F. (2021a). Avaliando a sobrecarga de mecanismos criptograficos simétricos na internet das coisas: Uma comparação quantitativa entre os protocolos mqtt e coap. In Anais do XX Workshop em Desempenho de Sistemas Computacionais e de Comunicação, pages 13–24. SBC.
Quincozes, V. E., Quincozes, S. E., and Kazienko, J. F. (2021b). Desvendando a camada de aplicação na internet das coisas: Teoria, prática e tendências. Sociedade Brasileira de Computação.
Seoane, V., Garcia-Rubio, C., Almenares, F., and Campo, C. (2021). Performance evaluation of coap and mqtt with security support for iot environments. Computer Networks, 197:108338.
Shelby, Z., Hartke, K., and Bormann, C. (2014). The Constrained Application Protocol (CoAP). RFC 7252.
Sklavos, N. and Zaharakis, I. D. (2016). Cryptography and security in internet of things (iots): Models, schemes, and implementations. In 2016 8th IFIP International Conference on New Technologies, Mobility and Security (NTMS), pages 1–2. IEEE.
Published
2024-09-16
How to Cite
VIEIRA, Emanuel de Franceschi; CERVI, Murilo; AZEVEDO, Renato Preigschadt de; RIZZETTI, Tiago Antônio.
Performance and Energy Efficiency Analysis of MQTT and CoAP Protocols in IoT Context. In: WORKSHOP ON SCIENTIFIC INITIATION AND UNDERGRADUATE ONGOING WORKS - BRAZILIAN SYMPOSIUM ON CYBERSECURITY (SBSEG), 24. , 2024, São José dos Campos/SP.
Anais [...].
Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação,
2024
.
p. 321-327.
DOI: https://doi.org/10.5753/sbseg_estendido.2024.243340.
