IoT中級 第4章「IoT通信方式」の学習ガイド

第4版の第4章の見出しをもとに、当サイトが論点を整理しました。テキスト本文は使っていません。

第4章は規格名と略語が多く、似た名前の取り違えが最大の失点要因になりやすい章です。当サイトでは、新しい規格に出会うたびに「距離」「速度」「消費電力」「免許の要否」「標準化した団体」の5列の表に1行ずつ書き足していく方法をすすめています。

標準化した団体に注目すると、規格の性格が見えてきます。IEEEは主に無線LANや近距離無線の物理層・MAC層、3GPPは携帯電話網、IETFはインターネットのプロトコル、OASISはMQTTなどのメッセージング、という対応です。例えばNB-IoTとLTE-Mは3GPP、CoAPはIETF、MQTTはOASISの規格です。

プロトコルは、下の層（TCPかUDPか）と通信モデル（出版購読か要求応答か）の2つの軸で整理します。この2軸で表を作れば、MQTT・CoAP・HTTPの違いを一目で比べられます。

通信トラフィックの特性は、スマートフォンの通信との違いで考えると分かりやすくなります。IoTは小さなデータを多数の機器が送り、上り方向が中心になりやすいという特徴があります。

プロトコルの違いは HTTPとMQTTの違い と CoAP も参照してください。

第4章の知識は「この要件ならどの方式か」を選ぶ形で使います。代表的な場面と、当サイトが考える選び方の軸を表にしました。

よくあるミスは、「LPWAは省電力だから何にでも向く」と考えることです。LPWAは通信速度が低く、送れるデータ量や回数にも制約があるため、映像や頻繁な制御には向きません。要件を「距離」「データ量」「頻度」「移動の有無」「電源」の5つに分けて読むと、候補を絞りやすくなります。

第4章で扱う通信方式は、第1章の構成のどの区間で使われるかを意識すると整理しやすくなります。近距離無線はデバイスとゲートウェイの間、LPWAやセルラーはゲートウェイやデバイスとクラウドの間、MQTTやCoAPはその上で動くアプリケーションの約束事、という位置づけです。

層の違いを混同すると、「MQTTとLoRaWANのどちらを使うか」のような、本来は比べる対象でないものを比べてしまいます。MQTTはLoRaWANやセルラーの上でも使える、という関係を図で確認しておいてください。

また、省電力の工夫（間欠送信、スリープ、データの圧縮）は第5章の電池寿命の計算とも関係します。通信回数を減らすことが省電力に最も効くという関係は、計算問題でも設計の問題でも使える考え方です。

以下は 当サイトの目安 です。

1. 1近距離無線を4つの軸で表にする（2時間）
2. 2LPWAの4方式を免許の要否と事業者の有無で分ける（1.5時間）
3. 3MQTTとCoAPを、下位の層・通信モデル・信頼性で比べる（1.5時間）
4. 4トラフィックの特性と計算問題（通信時間）に慣れる（1時間）
5. 5問題演習と誤答の見直し（2時間）

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問1 MQTTの説明として、最も適切なものはどれか。

ア：画像や動画の大容量配信のために作られた方式である／イ：要求応答型で、UDPの上で動きRESTの考え方に沿う／ウ：ブローカを使わず、端末同士が直接つながる方式である／エ：ブローカを介した出版購読型で、TCPなどの上で動く

正解：エ。イはCoAPの説明、ウはブローカを使う点と矛盾、アは軽量な用途向けという性格と逆です。

問2 免許不要の周波数帯を使い、利用者が自らゲートウェイを置いて網を組めるLPWAとして、最も適切なものはどれか。

ア：3GPPが規格化し、携帯事業者の網で使うNB-IoT／イ：LoRa変調を使い、自営網も組めるLoRaWAN／ウ：3GPPが規格化し、移動にも対応するLTE-M／エ：高速大容量を目的とした5Gの拡張モバイル通信

正解：イ。ア・ウ・エはいずれも携帯事業者の免許帯域を使う方式です。

問3 数千台のセンサが一斉に起動して送信すると起きやすい問題として、最も適切なものはどれか。

ア：全てのセンサの電池が満充電になり、送信が止まる／イ：下りの動画配信が増え、帯域の大半を占めてしまう／ウ：同時アクセスが集中し、輻輳や再送の連鎖が起きる／エ：周波数の免許が自動的に失効し、通信できなくなる

正解：ウ。送信時刻をずらす（ジッタを入れる）などの対策をとります。イ・ア・エは現象として成り立ちません。