IoT 通信プロトコル

通信は日常生活の基本技術です。このガイドでは、IoT通信プロトコルとは何かを説明し、さまざまな種類とその利点について紹介します。

IoT通信技術について語るとき、私たちは技術を通じてどのように通信が行われるかを指しています。他のプロトコルと同様に、いくつかの要素がIoT技術に影響を与え、プロトコルがどのように動作し、デバイス間で通信するかを構成します。

最新のテクノロジーと同様に、通信速度はIoTプロトコルの重要な部分です。通信速度はbps（ビット毎秒）またはGbps（ギガビット毎秒）で測定され、皆さんがよく知っている他のデータ接続と同じです。データのパケットが小さい場合（例えば、単純なオン／オフスイッチや、10分ごとの温度測定値の送信など）、帯域幅を低く抑えることができるため、消費電力の少ない、より安価なテクノロジーを意味します。一方、高解像度のビデオを24時間365日ストリーミングするには、より高性能な機器が必要になります。

IoT通信技術を検討する際の2つ目の要素は、利用可能な範囲です。これによってネットワークの物理的レイアウトが決まります。この範囲は、ネットワークのノードと接続の物理的・論理的レイアウトである「ネットワーク・トポロジー」と連動しています。ネットワーク形態の例としては、スター型（すべてのノードが1つのハブに接続）、リング型（ノードが閉ループで接続）、バス型（すべてのノードが1本のケーブルで接続）などがあります。

IoTプロトコルの消費電力とコストは、IoT通信技術の決定に影響する他の要因です。これには、技術の導入コストだけでなく、その技術を実行するためにどれだけのコストがかかるか、その技術が実行時にどれだけの電力を消費するかも含まれます。小型バッテリーで1年間動作する機器もあれば、主電源に常時接続する必要がある機器もあります。

IoT通信技術で考慮すべき最後の要素は、その技術を構築し進歩させる能力です。これはスケーラビリティとして知られています。これには、速度、通信距離、その他前述したすべての要素の拡張性が含まれます。

IoTにおける無線通信

IoTにおける無線通信は、次の4つのグループに分類できます：

1. LANとPANネットワーク：BluetoothやWi-Fiなどの通信プロトコルが使用される、ローカル・エリア・ネットワークとパーソナル・エリア・ネットワークが含まれます。
2. LPWAN（Low Power Wide Area Networks）：SigfoxやLoraなどの通信プロトコルが使用され、より長距離に少量の情報を送信します。
3. セルラー通信：携帯電話や独自のデータ通信方式を持つデバイスで主に使用されます。
4. Zigbee技術で使用されるメッシュ・ネットワーク：複数のノードと複数の経路を使い、短い距離で素早く情報を伝達するように設計されています。

IoT衛星通信

さらに、IoT衛星通信は、企業が広範囲で複数のデータストリームを通信する必要性に応えるために使用されます。衛星技術により、このプロトコルはグローバルにデータと通信を転送できますが、データ転送には時間がかかるため、時間的制約のある活動には不向きです。

IoTにおける機械間通信

また、IoTにおける機械間通信（M2M）は、2つの機械間の直接通信であり、人間の入力を必要とせず、有線または無線ネットワークを介して行われます。M2M IoTは、自動化されたソフトウェアを使用してデータに基づいて決定を下し、機械がその決定に基づいて動作するように機能します。しかし、M2M IoTの弱点は、そのアプリケーションにあります。M2M IoTプロトコルは、通信技術に依存するため、通信技術を解決する解決策にはなりません。

前述したとおり、デバイスによって利用されるプロトコルの種類は異なります。これらのワイヤレス方式はすべて4つの異なるカテゴリーに分類され、各プロトコルにはそれぞれ長所と短所があります。

Zigbee（ジグビー）

Zigbeeは、メッシュ・ネットワークを利用して低レンジで高速な通信を行う無線通信形式です。Zigbeeの利点の1つは、その拡張性にあります。Zigbeeでは、デバイスをネットワークに接続して送信機として機能させることができます。そのため、デバイスと中央ハブ間の通信を間接的に行うことができ、通信範囲をほぼ無制限に向上させることができます。

LoRa

LoRaはLPWAN（Low Power Wide Area Network）の一種であり、最大5kmという広範囲で通信し、データを転送することができます。データ使用量も少なく、最大1000台のデバイスと通信できます。ただし、LoRaの欠点は通信速度です。この技術は、通信距離と使用電力が低いため、通信速度が遅くなります。そのため、データの高速通信が必要な場合、LoRaは最適なIoTソリューションではないかもしれません。

近距離無線通信

近距離無線通信（Near-Field Communication、NFC）は、カード決済アプリやキーカードなどのデバイスで最も使用されている短距離IoTプロトコルです。NFCの利点は、高度な暗号化と非常に高速なデータ転送です。そのため、非常に汎用性の高いプロトコルと言えます。ただし、NFCの欠点は、通信距離が非常に短いことです。そのため、データを長距離転送することはできません。

Wi-Fi

Wi-Fiは最も一般的なIoT通信技術であり、提供できる機能が最も多様です。Wi-Fi IoTは高い周波数で動作し、通信距離は中程度です。ただし、これらの要素は帯域幅に応じて変更することができます。Wi-Fiの明らかな利点は、標準的な通信技術であることです。一方で、Wi-Fiはメッシュ・ネットワークで動作しないため、Wi-Fiに接続されたデバイスを送信機として使用することができないという欠点があります。

Wi-SUN

Wi-SUNは、農業や環境モニタリングなどの産業環境でより一般的に使用される広範囲の通信技術です。Wi-SUNはWi-Fiと同様の速度で動作し、メッシュ・ネットワークを使用してデータと通信を転送します。そのため、Wi-Fiとは異なり、圏外のデバイスでも通信を受信することができます。