IoTの無線通信とプロトコル

IoT（Internet of Things）の無線通信では、処理能力・電力・通信帯域に制約のあるセンサーや制御機器を、少ない負担でネットワークに接続しデータをやり取りできるようにすることが設計の中心になる。通信方式は通信距離、消費電力、ネットワーク構成の観点で選び分けられ、アプリケーション層のプロトコルとしてはCoAPやMQTTが代表的である。本単元では、各プロトコルの仕組み、無線方式の特徴、信頼性を確保する考え方を順に整理する。

制約のあるIoT機器向けのプロトコル

CoAP（Constrained Application Protocol）は、電力や処理能力が限られるIoT機器のために設計されたアプリケーション層のプロトコルである。HTTPと同様に要求と応答の形でやり取りするが、メッセージはテキストではなくバイナリ形式で、ヘッダーも小さく抑えられている。そのため通信のオーバーヘッドが少なく、小容量のデータを小電力のデバイスとやり取りする用途に適している。

CoAPは一般にUDPの上で動作する。音声や映像のようにリアルタイム性を最優先とする通信や、大容量データを高い信頼性で運ぶ用途を主な目的とはしていない。その代わりに、パケット損失が起きやすい無線ネットワークでも通信が成り立つよう、確認応答（ACK）と再送の仕組みを備えている。

MQTTは、ブローカと呼ばれる中継サーバを介してメッセージをやり取りするPublish/Subscribe型のプロトコルである。機器は特定のトピックに向けてデータを発行（Publish）し、そのトピックを購読（Subscribe）している機器やアプリケーションへ、ブローカが配信する。発行者と購読者が互いを直接知らなくてよいため、多数のセンサーとクラウドを疎結合でつなぐ用途に広く使われている。

無線通信方式の特徴と選び方

無線方式は、通信距離、消費電力、使用する周波数帯、ネットワーク構成の四つの観点で比較する。主な方式の特徴を次の表に整理する。

BLEは従来型のBluetoothを低消費電力化した規格で、主に2.4GHz帯を使う。従来型のBluetoothは2.4GHz帯で最大7台のスレーブを接続するスター型の構成を取るため、両者は混同されやすい。