プロジェクトに最適なIoT通信プロトコルの選び方

過去20年間で、IoT技術は世界中で200億台以上のデバイスを相互接続するネットワークの構築を可能にしました。これらのデバイスは、数マイルにわたるネットワークを通じて、重要な情報を感知、送信、処理、受信できます。これらのデータ共有デバイスの応用は、製造、石油・ガス、ユーティリティなどの純粋な生産ベース産業から、輸送、医療、ホスピタリティなどのサービスベース企業まで、多岐にわたります。

しかし、これらのデバイスがデータを共有できるのは、それらの間の接続が安全な場合のみです。それがIoT標準とプロトコルの役割です。エンドIoTデバイス間での安全かつ高速なデータ転円を促進するために存在します。

ビジネスがエンドツーエンドのIoTソリューション開発に活用できるIoTプロトコルは多数あります。しかし、これらの標準にはそれぞれ異なる機能と能力があり、特定のユースケースに適したプロトコルの特定を複雑にしています。ここでは、IoTソリューション構築に使用できる、最も有望な10の通信プロトコルと標準を見ていきます。

A. LoRaWAN

双方向通信、統合セキュリティモジュール、ローカルおよびモバイルデバイス両方向けのサービスを備え、LoRaはバッテリー駆動IoTデバイス向けワイドエリアネットワークを求めるビジネスに最適な選択です。

LoRaWANは、低電力デバイス間でのテレメトリデータの長距離伝送に特に有用です。最も有益な機能は、数百万のエンドデバイスを一度に接続できる能力です。低電力LoRaゲートウェイが複数デバイスからデータを収集し、0.3〜50kbpsの速度で長距離共有します。

B. Bluetooth

BLE（Bluetooth Low Energy）プロトコルは、一般的に短距離ワイヤレスデータ伝送に使用されます。ウェアラブルでの応用が広く見られ、2台以上のスマートデバイスのペアリングを可能にします。Bluetoothは低消費電力で短距離の高速データ転送を実現し、今世紀最も影響力のあるIoTプロトコルの一つです。ただし、小さなファイルとペイロードの転送に限定されます。

C. ZigBee

ZigBeeプロトコルは、商業利用よりも産業目的で多く使用されます。2.4GHzの周波数で、産業環境においてより低いレートでデータを転送します。ZigBee通信プロトコルは、安全で拡張性があり、低電力なエンドツーエンドIoTソリューションの開発を様々なユースケースで可能にします。

IoT言語Dotdotの機能を活用することで、ZigBeeプロトコルはスマートデバイスを接続し、それらが協調してシームレスな自動化タスクを実行できるようにすることもできます。

D. Cellular（セルラー）

3G、4G、さらには5G接続で駆動されるセルラーネットワークは、長距離への情報伝送に適しています。他のすべてのIoT標準の中で、大量データの長距離伝送を必要とするオペレーションに最適な選択です。

セルラー接続がビジネスの長距離データ転送ニーズに適合しても、セルラーネットワークの利用料はかなり高額です。さらに、セルラーネットワークで動作するデバイスの消費電力もかなり高くなります。

E. Sigfox

機械間相互作用のために特別に開発されたSigfoxは、セルラーとWi-Fiプロトコルの両方の機能を備えています。Sigfoxの超狭帯域（UNB）は低レベルデータのみ共有可能ですが、最大1000ビット/秒の転送速度と、最小50マイクロワットの消費電力で動作します。このIoT通信プロトコルはクラウド機能もサポートし、デバイスあたり3〜50kmの範囲（地形により変動）を持ちます。

F. Z-Wave

Z-Waveプロトコルは、無線周波数通信の能力を用いてデータをある場所から別の場所へ伝送します。一般的に商業アプリケーションで使用され、スマートシティ、ホーム、オフィス向けソリューションの創出を可能にしました。サブ1GHz帯のおかげで、Z-Waveは他のすべてのIoT標準・プロトコルの中で最低レイテンシを提供します。

Z-Waveプロトコルの周波数は約900MHzで、範囲は30〜100メートルまで拡張可能です。クラウドストレージとも互換性があり、40〜100kb/秒でデータ転送します。

G. MQTT IoT

MQTT（Message Query Telemetry Transport）は、リモート監視に広く使用されます。遠隔地にある複数の電子デバイスからデータを取得し、集中プラットフォームに共有するのに効果的です。MQTTプロトコルは、サブスクライバー、パブリッシャー、ブローカーという3つの主要コンポーネントにより機能します。データはサブスクライバーメカニズムで生成・送信され、パブリッシャーは情報ルーティングオプションを提供できます。ブローカーの役割は、送信されるデータのセキュリティを確保することです。

H. DDS

DDSは、拡張可能、高性能、リアルタイムのM2M相互作用IoT標準で、クラウドプラットフォームと低フットプリントデバイスへのデータ転送が可能です。DCPSとDLRLという2つのレイヤーを通じて、データ配布サービスが直感的な方法でプラットフォームに情報を配信します。

I. AMQP

AMQPはミドルウェア環境向けに設計されたアプリケーション層プロトコルです。国際的に認知されたプロトコルで、メッセージ指向アーキテクチャを用い、Exchange、Message Queue、Bindingという3つの主要コンポーネントでデータを転送します。これらすべてのコンポーネントが協調して動作し、受信メッセージの各部分をキューに配置し、バインディングコンポーネントにより促進される接続で保存します。

J. CoAP

CoAP（Constrained Application Protocol）は、一般的に制約付きスマートガジェット、つまり同様のグループコミュニティを持つデバイスで使用されます。CoAPを使用するIoTシステムはHTTPプロトコルによって駆動され、軽量データの実装にUDP（User Datagram Protocol）を使用します。そのRESTfulアーキテクチャとバイナリデータ形式により、自動化、モバイルフォン、マイクロコントローラー関連アプリケーションに最適です。

重要なポイント：

NFC、RFID、Thread、EnOceanなど、他にもいくつかのIoTプロトコルがありますが、すべての標準には独自の仕様と利点があることを認識することが重要です。これらの仕様を研究することは、IoTソリューションを開発するあらゆる企業にとって不可欠な側面です。プロトコルはデータ伝送の速度、量、範囲を決定するからです。

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