適切な産業通信プロトコルの選択

MQTT、REST、OPC UAの主要な違いを理解し、システムに適切なプロトコルの選定方法を学びましょう。

Businesswoman with tablet in a modern factory

の通信プロトコルを選ぶべきですか?
MQTT、REST、OPC UAとは?
シームレスなコミュニケーションにより、よりスマートなシステムを構築

機械、センサ、その他のシステムを、効率的かつ安全に、さらに高い拡張性を確保しながらネットワーク化することは、容易ではありません。通信プロトコルの選定は一見すると小さな判断に思えますが、MQTT、REST、OPC UAの中から適切なものを選ぶ際には、判断に迷いやすいのが実情です。本記事では、代表的な通信プロトコルを取り上げ、それぞれの仕組みから、適した用途、主な制約・課題に至るまで解説します。最適な標準規格を容易に選定でき、アプリケーションを可能な限り円滑かつ効率的で、高い信頼性をもって運用することが可能になります。

どの通信プロトコルを選ぶべきですか?

ここでは、通信プロトコルと、それらが最適なアプリケーションについて簡単に説明します。

Illustration of cloud and automation protocols

もちろん、これらの通信規格は完全に独立して機能するわけではありません。多くの場合、これらの規格は組み合わせて利用され、それぞれのプロトコルの強みが他のプロトコルの課題を補完する形で活用されます。例えば、「OPC UA over MQTT」という形態がよく見られます。これは、OPC UAのデータをMQTTメッセージとして送信することで、セキュリティを向上させつつ帯域幅の節約を実現する手法です。

MQTT、REST、OPC UAとは？

適切な通信規格の選定は、当初は分かりにくく、判断に迷いやすいものです。しかし、最適なプロトコルを見極めるためには、MQTT、REST、OPC UAそれぞれの特性を正しく理解し、それらを自社アプリケーションの要件に適合させることが重要です。

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MQTT
REST
OPC UA

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これは何なのかでしょうか?

IoT 通信用の軽量ネットワークプロトコルです。 MQTT はパブリック・サブスクライブ・モデルに基づいています。つまり、デバイスおよびアプリケーション(または「MQTT クライアント」) は、「トピック」に対してデータを発行し、中央のブローカーを介して配信されます。他のアプリケーションやクライアントは、ブローカーを介してこれらのトピックをサブスクライブ（購読）することで、関連するメッセージを受信できます。

特徴

非同期通信
低帯域幅およびデバイスリソース要件
0～2の範囲で選択可能な複数のQoS（Quality of Service）レベルにより、信頼性とネットワーク効率の最適なバランスを実現できます。QoS 0は頻繁に送信される重要度の低いデータに適しており、QoS 1および2は配信確認が不可欠なメッセージに使用されます。

いつ使用すべきか?

MQTT は、小型のIoT デバイスおよびプラットフォームに最適です。また、センサネットワーク用途においても高い性能を発揮する強力なプロトコルです。その結果、予知保全の分野における通信プロトコルとして、広く利用されています。このような理由から、MQTTは当社の digiBOXアンプにおいて重要な役割を担っています。MQTTを openDAQと組み合わせて採用することで、digiBOXをさまざまなクラウドアプリケーションや分析プロセスと容易に連携できるようにしました。

動作中のMQTT

使用事例:ある自動車メーカーは、異常を早期に検出できるように、マシンからのセンサのデータをリアルタイムで記録したいと考えています。 MQTTのパブリッシュ/サブスクライブ方式は、この用途に適切な通信プロトコルといえます。センサはデータを継続的に中央のMQTTブローカーへ送信し、ブローカーがそれを関連するシステムへ配信します。エンジニアはこれらのデータを活用して、設備の性能および環境パラメータの双方を監視し、設備運用のあらゆる側面を最適化します。重要なのは、データが高速かつ高い信頼性で伝送される点です。その結果、エンジニアは問題を解決するために迅速に動くことができ、重要な異常兆候や製品最適化の機会を見逃すことがないという安心感を得られます。

これは何なのかでしょうか?

Web インタフェースのための、HTTP 要求に基づくアーキテクチャスタイル。 REST を使用する場合、サーバーはWeb インタフェース(REST API) を介してリソースを提供します。クライアントアプリケーションは、固有のアドレスを使用してリソースをアドレス指定します。次に、アプリケーションは、 GET、 POST、PUT、またはDELETE などのHTTP メソッドを使用して、データを取得、作成、更新、または削除します。

特徴

ライアント・サーバーモデル
ステートレス設計：すべてのAPIリクエストは自己完結型であり、相互に独立しています。
また、多層アーキテクチャにより高いスケーラビリティを実現します。クライアントはインターフェースのみを認識するため、実際の技術的な実装は抽象化され、外部からは見えません。いつ使用すべき

いつ使用すべきか?

RESTは一般的に利用されているインターネット技術を基盤としているため、他のプロトコルと比べて使いやすく、既存インフラへの統合も容易です。

その結果、REST API はさまざまなWeb サービス、Web アプリケーション、およびクラウドプラットフォームで使用されます。

ただし、以下に示すように、REST API を使用して産業用デバイスと通信することもできます。

動作中のREST

使用事例:産業機器向けセンサーのメーカーが、製造現場（生産ホール）から中央のクラウドプラットフォームへセンサデータを転送する方法を検討しています。

このような状況において、REST APIは、機械とクラウド間の標準化されたHTTP通信を容易に実現します。既存のMESや ERPシステムとも容易に連携できるため、メーカーは業務への影響を最小限に抑えつつ、迅速に運用を開始できます。

また、生産規模が拡大した場合でも、RESTにより、分析および最適化プロセスを同様にスケールさせることが可能です。

これは何なのかでしょうか?

自動化装置とソフトウェア・システム間のデータ交換のための産業用通信規格。業界やアプリケーションの枠を超えて、産業オートメーション分野における最も重要な標準規格の一つとして確立されています。

異なるメーカーのマシンおよびデバイスであっても、OPC UA を使用して、標準化されたフォーマットでデータを提供したり、制御目的でデータを受信したりすることが可能です。

OPC UAを利用するには、独自インターフェースとOPC UA標準との間で「変換（トランスレート）」を行うOPC UAサーバーが必要となります。

特徴

プラットフォームに依存せず拡張可能
認証および暗号化を統合したセキュリティメカニズム
複雑な情報モデリングをサポート
技術抽象化いつ使用すべきか

いつ使用すべきか?

MESやERPシステムなどのソフトウェアアプリケーションは、 OPC UAクライアントを使用してデータを取得し、コントローラに送信します。

OPC UAは、当社の1チャンネル信号調整器「ClipX」に採用されており、シームレスなデータ収集を中核とした、統合された一体的な産業システムの構築を可能にします。

動作中のOPC UA

使用事例:ある製造会社は、生産現場において、PLCとSCADA 制御システム間のシームレスな通信を実現したいと考えています。

OPC UAは機械データの伝送を標準化できるため、本用途に最適なソリューションです。また、複雑なデータモデルのマッピングにも対応しており、メーカーのシステム構成がどれほど複雑化しても、常に適切な情報を適切な場所へ確実に届けることができます。OPC UAに統合されたセキュリティ層により、メーカーはデータがサイバー攻撃からも安全であることを確信できます。

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シームレスなコミュニケーションにより、よりスマートなシステムを構築

通信プロトコルに関しては、万能な選択肢は存在しません。

MQTT は、IoT ネットワークにおいて軽量かつ効率的な通信を提供し、REST は、Web ベースのインフラにおいてシンプルさと高い拡張性を実現、そしてOPC UA は産業環境における堅牢で安全なデータ交換を可能にします。

場合によっては、最も賢明なアプローチはハイブリッド型です。プロトコルを組み合わせることで、それぞれの強みを活かし、弱点を補完できます。

機械、センサ、またはクラウドシステムを接続する場合でも、それらの背後にある通信プロトコルを理解することで、よりスマートで、より迅速で、より安全なシステムを構築できます。

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