Maker Faire TokyoでMQTTを使ったものを展示したが、自分もMaker Faire Tokyoで展示物を作成する前はMQTTについて知らなかった。知り合いのエンジニアに聞いてみても知らない人が多く、基本的なことが中心だが自分なりにまとめてみた。

MQTTとは

簡単な概要であるが、MQTTはMessage Queuing Telemetry Transportと呼ばれる1990年代にIBMが開発したプロトコルである。通信のプロトコルとしては普段我々がWebで使っているHTTPがメジャーであるが、MQTTはIoTデバイスを中心に広く利用されている。

特徴

特徴は次の3つになる。

非同期通信
1対多、多対多
軽い

非同期通信

MQTTは非同期通信となっている。 HTTPは同期通信であり、この点でまず異なっている。同期通信は、クライアントが問い合わせ先のサーバへリクエストを発行し、それに対するレスポンスを待つ通信である。このHTTPのリクエスト/レスポンスの動作が、日頃から使っているWebブラウザは対応できるがIoTデバイスには対応することが難しいのである。理由は2つあり、我々が普段使っている環境のようにネットワークが安定しているとは限らないこととIoTデバイスが使う通信の帯域幅に制限があるからである。非同期通信であれば、送る側と受け取り側が相手の反応を待っている必要がないため、IoTにおいては広くMQTTが採用されている。MQTTにおいて非同期通信を実現するために働いているのが「パブリッシャー」「サブスクライバー」「ブローカー」である。

パブリッシャー / サブスクライバー / ブローカー

通信における登場人物は、送る側の「パブリッシャー」、受け取り側の「サブスクライバー」、パブリッシャーとサブスクライバーの仲介をする「ブローカー」である。

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通信の流れは、最初にセンサーデータなどを送る側のパブリッシャーが仲介役のブローカーに対してデータを送る。次に受け取る側のサブスクライバーは仲介役のブローカーに対してセンサーデータが届いているか確認しにいく。センサーデータがあれば、その情報を受け取るという流れである。

ここではクライアントとサーバが直接やり取りをしているHTTPとは違い、パブリッシャーとサブスクライバーがブローカーを介している部分が重要である。

1対多、多対多

MQTTは1対多、多対多の通信をおこなえるプロトコルである。 HTTPは1対1の通信をおこなうプロトコルであり、この点で異なっている。非同期通信の項でも書いたが、クライアントが問い合わせ先のサーバからのレスポンスを待ちデータを受け取る通信であるため、1対1となる。 IoTデバイスは大量のデバイスに対して通信をおこなう場合があり、1対1のHTTPは適しているとは言えない。そこで仲介役のブローカーにパブリッシャーとサブスクライバーがアクセスしていることを利用し、ブローカー内でメッセージの格納先を決めて1対多、多対多を実現している。このメッセージの格納先のことをトピックと呼ぶ。

トピック

MQTTは「トピック」でブローカー内でのメッセージの格納先を決めている。トピックは/(スラッシュ)で階層化をおこない、特定のメッセージだけを操作するように指定できる柔軟性を備えている。

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階層化なので、抽象的な粒度から具体的にする。簡単ではあるが例をあげておく。

/OS
/OS/Ubuntu
/OS/Ubuntu/18.04.3
/OS/Ubuntu/16.04.6
/OS/CentOS
/OS/CentOS/6
/OS/CentOS/7

/IoT
/IoT/RaspberryPi
/IoT/RaspberryPi/3ModelB+
/IoT/RaspberryPi/Zero
/IoT/Arduino
/IoT/Arduino/Nano
/IoT/Arduino/Yun

また、1対多、多対多と書いたがメッセージを置くトピックにはワイルドカードが使える。 /IoT/*とすれば、/IoT/RaspberryPiと/IoT/Arduino配下のすべてのものにメッセージを送信でき、/IoT/RaspberryPi/*とすれば、/IoT/RaspberryPi/3ModelB+と/IoT/RaspberryPi/Zeroに送信できる。