要素技術紹介: MQTTを使用したIoTデバイス監視システムの構築

MQTTはパケット量を抑えたメッセージのやりとりができ、IoTデバイス監視と相性のいいネットワーク・プロトコルです。開発検証サービスではMQTTを活用したIoTデバイスの監視システム構築をしており、多数のIoTデバイスの監視システムを最低3か月の期間で構築することができます。

本ページでは、技術的なMQTTの優位性やメッセージモデルと、実際に構築した監視システム事例やその応用システムを紹介しています。お客様専用のデバイス監視システムを構築したいときに、参考になれば幸いです。

MQTTとは

MQTTはMessage Queue Telemetry Transportの略で、非同期に1対多数の通信(publish/subscribe)ができる軽量なメッセージプロトコルです。モバイルネットワークやWi-Fiのように不安定になる可能性がある通信環境や、性能が高くないデバイスを考慮しているのが特徴で、TCP/IPをベースにつくられています。多数のIoTやM2Mデバイスの制御に向いており、サーバ側からのデバイス管理はもちろん、IoTデバイス同士の通信も可能です。

MQTTのpublish/subscribeモデル

MQTT publish/subscribeモデル

下記3つの要素で構成されたネットワークで、複数の端末をbrokerに接続することで1対多の通信が実現可能です。

publisher

メッセージを生成しbrokerに送信(publish)します。

publisherは後述のsubscriberとして動作することも可能です。

例) IoTデバイスに接続されている気温・湿度センサのセンシング情報の送信。
broker

publisherから送信されるメッセージを受け取ります。 送信されたメッセージを所望するsubscriberが接続中であれば配信します。

例) publisherから気温・湿度のセンシング情報を受信したが、subscriberは湿度のみを所望しているので、湿度のみを該当端末に配信する。
subscriber

所望するメッセージをbrokerに登録することで、登録したメッセージを受信できるようになります。

subscriberは前述のpublisherとして動作することも可能です。

例) IoTデバイスから送信されるセンサの湿度を登録(subscribe)することで、湿度のセンシング情報のみを受け取ることができます。(温度も必要であれば同様に気温を登録することで受け取ることができるようになります)

MQTTネットワーク構成例:屋外に設置したセンサの制御

MQTT構成例

屋外に設置したセンサデバイスと屋内にある外気温判定・収集装置から送受信されるメッセージのやりとりをMQTTネットワークで構成しています。収集した湿度・外気温データをもとに散水指示をだすことによって、暑熱環境改善や環境データ収集が期待できます。

MQTTシーケンス

構成例:屋外に設置したセンサの制御

  1. 「センサデバイス」は外気温判定指示を所望、blokerから指示を受信できるようになります。
  2. 「センサデバイス」がデータを収集しblokerに送信します。
  3. 「収集装置」と「外気温判定装置」は欲しい情報をblokerに登録します。
  4. 登録された情報をもとに「収集装置」と「外気温判定装置」はデータを受信できるようになります。
  5. blokerに収集したいデータと指示が登録されたら、クラウド上でセンサデバイスから判定装置・収集装置のデータのやりとりができるようになります。
  6. 「センサデバイス」はblokerにデータを定期的に送り、blokerは登録されたデータをもとに各機器へデータを送ります。
収集装置
  • 湿度・外気温のデータを保存します。
外気温判定装置
  • 送信されたデータをもとに温度判定を行い、閾値超過の場合は散水の指示をblokerに送信します。
  • 指示を受け取ったblockerはセンサデバイスに指示を送り、散水が開始されます。

提供サービス

開発検証サービスではMQTTを活用し、以下のようなシステム構築(オンプレミス/クラウド)が可能です。

1. 遠隔地に設置した装置の監視・制御システムの開発・構築

多数の機器の状態監視

定周期で該当装置への問い合わせ信号を発信し、応答がない装置に対するリブートなどの復旧試行システムの開発。

防犯システムの整備

超音波センサやカメラの情報を収集し、自律的な異常検知システムの開発。

2. 安価なテレメトリー(遠隔情報収集)サービス環境の開発・構築

センシングデータの収集・解析

多数のセンサデバイスから送信される測定データを自律的に解析しフィードバックするソリューションの開発。

農業や交通量調査など長期的な測定が必要な作業の無人化への応用を想定しています。

定期的な位置情報報知による移動体の短期または長期的な追跡

測定装置に設置したGPS(GNSS)の測位情報を収集し、追跡対象物の移動量や移動時間を測定するソリューションの開発。

自動車の稼働時間や、その他研究用となどを想定しています。

3. セキュアな閉域メッセージングサービスの構築

一斉報知や宛先を指定した業務連絡ツールの開発

暗号化された専用のメッセージングサービスへの置き換え。

メールのような誤送信のリスクが軽減されます。

4. その他:(例:人を介さないで自律的な機器制御やデータの測定を行いたい)

上記に当てはまらなくても、IoTやM2Mに関わるご要望は適宜提案可能です。ぜひご検討ください。

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