IoTは、アプリケーション層でもデータ通信がすべてです。この記事では、IoTシステムでシームレスなデータフローを可能にする3つの重要なコンセプトについて説明する：
- 通信モデル
- 通信プロトコル
- 高度なメッセージング・システム
各コンセプトが効果的なIoTデータ通信にどのような貢献をしているかを検証してみよう。
IoTアプリケーションのための効果的な通信モデルの実装
IoTシステムに関して最初に決定すべきことの1つは、どのノードが他のどのノードと通信する必要があるかということです。IoTネットワークでは、通信は1つのノードから他のノードへ（ポイント・ツー・ポイント）、1つのノードから多数のノードへ（または多数のノードから1つのノードへ）、または多数のノードから他の多数のノードへ行われます。
ネットワーク・アーキテクチャが選択されたら、次のステップは、ノードからノードへデータが移動するタイミングと方法を定義することです。一般的な通信モデルには、リクエストに対するレスポンスとしてデータを送信するものや、受信に興味のあるノードにブロードキャストするものがあります。
リクエスト・レスポンス・モデル
電話やインターネットを使ったことがある人なら誰でも、リクエスト・レスポンス通信に慣れている。このモデルでは、エンドポイントが情報のリクエストを発行し、別のノードがそれに応答します。
リクエスト・レスポンス通信は、（電話網のように）応答するエンティティの位置がリクエストするエンティティに知られているポイント・ツー・ポイント通信に適している。また、今日のインターネットの多くが構築されているクライアントサーバーアーキテクチャのように、多くの要求エンティティが1つの応答エンティティと通信する必要がある場合にも有効である。クライアントサーバーアーキテクチャでは、情報は1つの場所（サーバー）に集中され、その場所を知っているノード（クライアント）は、そこから情報を要求することができる。
リクエスト・レスポンス・モデルでは、リクエストするクライアントは、情報がどこにあり、いつ利用できるかを知っている必要がある。その結果、イベント駆動型のIoTネットワークで一般的なシナリオである、情報の流れが自由で非中央集権的な多対多の通信では不利になる。
このような状況では、パブリッシュ・サブスクライブ（PubSub）モデルがより適切である。
パブリッシュ・サブスクライブ・モデル
パブリッシュサブスクライブモデルは、トピックに分類されたメッセージとしてデータをブロードキャストすることで、リクエスト-レスポンス実装のスケーラビリティの課題を克服します。
PubSubネットワークでは、「パブリッシャー」（メッセージ送信者）はトピックに関連するメッセージをネットワーク上にプッシュし、サブスクライバーノード（メッセージ受信者）はそのトピックに関するすべての更新を受信するためにサインアップする。PubSubの導入には、トピックにサブスクライブしたアプリケーション、システム、サービス間のデータ交換の管理を支援するメッセージブローカーと呼ばれる技術を含めることができる。
場合によっては、メッセージブローカーは、HTTP、MQTT、AMQP、CoAP、および/またはその他のプロトコルを使用するIoTデプロイメントのためのプロトコル変換も実行します。これにより、異種IoTネットワークにおける通信の透過性とアーキテクチャの柔軟性が向上し、特に分散ノードのプラグアンドプレイ展開が必要とされる場合に有効です。
一般的なIoT通信プロトコル
異なる通信プロトコルは、異なるネットワーク・アーキテクチャや通信モデルに適している。これらのプロトコルは、ネットワーク上でデータがどのように伝送されるかを記述するもので、上記で紹介したものもある。
特に4つのプロトコルは、IoTデプロイメントで広く使用され、有効性が際立っています： HTTP、CoAP、MQTT、AMQPだ。HTTP、CoAP、MQTT、AMQPだ。
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）は、ウェブ通信用のプロトコルとして確立されている。プロトコルの普遍性に近く、開発者はすでに使い慣れており、豊富な既存のツールやライブラリでサポートされている。
HTTPSはまた、データの暗号化を通じて強力なセキュリティを提供し、改ざんのリスクを軽減する。しかし、このセキュリティは、処理能力とメモリ要件の増加という代償を伴うため、リソースに制約のあるIoT機器にとっては困難な場合があります。
CoAP（Constrained Application Protocol）は、リクエスト・レスポンス・モデルとPubSubモデルの両方を使用し、制約のあるノードやネットワーク向けに特別に設計されています。軽量かつ高速で、ステートレス通信を採用しているため、低消費電力でロスの多いネットワークに最適です。
CoAPは効率的なバイナリ・ヘッダを使用してデータ伝送を削減し、UDP上で動作するため、最初に接続を確立することなくデータ伝送が可能です。しかし、MQTTやHTTPに比べると成熟していないため、開発者のリソースやツールが限られている可能性がある。
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）は、TCP/IP上で動作する軽量のパブリッシュ・サブスクライブ・プロトコルだ。拡張性が高く、クライアント・デバイスが何千ものエンドポイントと同時に通信できるブローカーを使用する。データ・オーバーヘッドが少ないため、帯域幅が限られていたり高価であったりする環境や、リソースに制約のあるデバイスに最適です。
MQTTは、設定可能なQoS（Quality of Service）レベルと、切断を管理するLWT（Last Will and Testament）機能を提供する。しかし、その柔軟性から設定ミスが発生する可能性があり、また、セキュリティ・メカニズムが組み込まれていないため、ネットワーク・レベルのセキュリティに頼ることになる。
使用例として、SECOのClea IoTソフトウェア・スイートは、デバイス間およびデバイスからクラウドへの通信のコア・コンポーネントとしてMQTTを使用している。同プラットフォームのデータ・オーケストレーション・モジュールであるAstarteは、MQTTプロトコルを活用してフィールド・デバイスと通信し、それらをクラウドに接続する。
AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）は、MQTTのようなパブリッシュ・サブスクライブ・プロトコルだが、より洗練されたルーティングと高いQoSを可能にする高度なメッセージ・ブローカーをサポートしている。これを実現する方法の1つは、メッセージが正しい順序で配信されることを保証するメッセージ・キューイングと呼ばれる技術だ。
AMQPネットワークでは、メッセージはAMQPブローカー内のエクスチェンジにパブリッシュされる。その後、エクスチェンジはルーティング・ルールを適用してメッセージをメッセージ・キューに転送する。AMQPのデプロイメントには、複数のエクスチェンジとメッセージングキューを含めることができ、他の機能と組み合わせることで、メッセージの永続性、トランザクション通信、ネットワークの柔軟性などの機能を実現することができる。
しかし、これらの機能と性能には代償が伴う。AMQPは、MQTTやCoAPのようなプロトコルに比べて、ネットワーク・フットプリントが大きく、より多くの計算資源を必要とする。また、設定、デプロイ、管理もより複雑です。
IoTアプリケーションにおける高度なメッセージングシステムの役割
MQTTやAMQPブローカーのような高度なメッセージングシステムは、IoTノード間の通信を管理する上で重要な役割を果たす。RabbitMQはオープンソースのメッセージブローカーで、複数のストリーミングソースからメッセージを収集し、ネットワーク上のさまざまなクライアントの宛先にルーティングすることができます。
RabbitMQは、パブリッシュ・サブスクライブやリクエスト・リプライなど、複数のメッセージングパターンに対応している。また、大量のメッセージをサポートし、大規模な分散デプロイメントを水平方向に拡張することができる。
そのため、RabbitMQの主な強みの1つは、異なるプロトコルを使用するクライアント間の通信を容易にすることです。例えば、MQTT経由で発行されたメッセージは、AMQPやHTTPライクなSTOMPプロトコルを実行しているクライアントによって消費される可能性があります。
RabbitMQがネイティブでサポートしているメッセージングプロトコルには以下のものがあります：
- MQTT
- AMQP
- テキストベースのメッセージングプロトコルであるSTOMP
- STOMPまたはWebSocketを使用して通信するMQTTプラグイン経由のHTTPS
RabbitMQのその他の利点として、統合メッセージキューイング（メッセージが正しい順序で配信されることを保証）、デバイスが独立してメッセージを送受信できる非同期通信のサポート、データ損失を防ぎデータ転送の信頼性を向上させる永続的メッセージング機能があります。
これらの機能を組み合わせることで、RabbitMQはさまざまなユースケースに対応できる汎用性の高いメッセージングシステムとなっています。産業環境では、RabbitMQはリアルタイム分析のためにセンサーからの遠隔測定データを管理することができます。ヘルスケア分野では、ウェアラブルデバイスからのデータを処理して患者アラートを作成できます。スマートシティでは、さまざまなセンサーからのデータを処理して交通管理を促進することができます。
IoT ネットワーキング ソリューションを強化
SECOは、様々な通信モデル、IoTプロトコル、メッセージングシステムをサポートする包括的なハードウェアおよびソフトウェアソリューションを提供しています。強力なエッジコンピューティングデバイスから汎用性の高いIoTゲートウェイまで、SECOの製品は複数のアプリケーションや業界の多様なIoTネットワーキングのニーズを満たすように設計されています。
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