IoTにおけるソフトと特徴

• Arduino
  • イベント駆動
• MQTT
  • 軽量プロトコル
  • publish/subscribe型のMQ

Arduinoとは

• 無償で使えるマイコン用プログラム作成アプリ
  • マイコン毎にアドオンがある(ex, ESP8266)
• スケッチ(=プログラム)はsetup/loopで構成
  • setup: 電源入り後一度だけ呼ばれる
  • loop: (電源切るまで)繰り返し呼ばれる
• 提供されているスケッチ例を改造して動かす

$brew cask install arduino

MQTTとは

• Message Queuing Telemetry Transport
• 非常に軽量なプロトコル
  • 2000年代初めに登場し標準化
  • TCP/IP上で動く
• publish/subscribe型のメッセージ転送
• IoT/モバイルに適する
  • センサーデバイス
  • Facebook Messengerで使われている

HTTPよりも

• 軽量（ヘッダが最小2バイト）¹・優れた処理速度・省電力
  • HTTPではヘッダのオーバーヘッドが高い
  • AgostoのテストによるとHTTPSの10倍以上オーバーヘッドが低い
• IoTの利用場面に適している
  • 貧弱な電波環境（通信帯域制限）
  • バイト毎に料金・バッテリーを消費する環境

HTTPヘッダとの比較

$curl --head https://www.yahoo.co.jp/
HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 18 Jul 2017 18:10:57 GMT
(中略)
$curl --head https://www.yahoo.co.jp/ | wc -c
703

• 最小まで減らすとしたらHTTP/1.1 200 OKの15byte
• MQTTでは最小2バイト¹
• 通信量が膨大になるほどこの10byteの差が意味を持つ

暗号化

• TLSを使った暗号接続が可能
  • port: 8883
• ただし通信毎に認証が必要なので軽量さは失われる²
  • メッセージ全体のサイズが大きいならヘッダの10バイト差は誤差
  • MQTTとHTTPsどちらが適しているか要検討

HTTPとのすみ分け

Publish/Subscribe

• メッセージの送信者(publisher)が特定の受信者(subscriber)に直接メッセージを送信しない
• メッセージのやりとりにはBrokerと呼ばれる中継serverが必要
  • サーバーがメッセージを保管するため受信側の状態に関係なくメッセージを送れる
    • オフラインでもOK
  • publisher/subscriberがMQTT client
• 接続時のデバイスIDが被ると古い接続が切れる

出典: Securing MQTT - BuildingIoT 2016 slides

message(= topic + data)

1. subscriberはbrokerへtopicの受信を申し込む
   • 接続後一度だけで良い
2. brokerはtopicへのpublishがあると接続中のtopicを申し込んだsubscriberへmessageを送信
   • 過去分は送れない（最後のmessageはオプションで受け取れる）
   • publisherにsubscriberのアクセス情報は通知されない

出典: Paho Python client for MQTT and G-code Visualization Talks, Chennaipy

topic

• 一般的に/(スラッシュ)で階層化³
  • ex, tokyoA/temp
• ワイルドカード(#,+)
• mosquittoなどの一部ブローカーにはACL機能有り

QoS

• client間のメッセージ到達保証レベル(Quality of Service)
• 通常は0、コントロール系のメッセージは1以上、が基本
  • 1以上はbrokerでstoreが必要
• Kafkaの例だが佐伯さんのスライドがわかりやすい

（閑話）ログの質が精度を分ける

• 米テックジャイアントのログ収集は実は雑
  • 重複やロストは気にしない
  • ログ設計はすごい。デモグラなど混ぜて1レコードに豊富な情報量
• 重複もロストも許さないログでディープラーニングにかけたら、モデルの精度がテックジャイアントより高かった
  • precision/recallがほぼ1
  • 1レコードは購買やPVなど基本情報のみ
  • 日本向けサービス同士の比較なので、日本語の壁など外的要因な可能性も

※社外秘のため詳細は公開しません

MQTTブローカー

• OSS
  • mosquitto
• cloud
  • cloudMQTT
  • ニフティクラウド
• 公開MQTTテスト用ブローカー
  • iot.eclipse.org

MQTTクライアント

• OSS
  • paho
    • 様々な言語に対応
  • PubSubClient
    • Arduinoクライアント
    • 日本語のスケッチ例はこちら

mosquitto & paho by Python

MQTT通信の実例
Macで下記セットアップ

$brew install mosquitto
# mosquitto起動のため以下のどちらかを実行
# bg
$brew services start mosquitto
# fg
$/usr/local/opt/mosquitto/sbin/mosquitto -c /usr/local/etc/mosquitto/mosquitto.conf

$pip install paho-mqtt

paho pub.py

Pythonクライアントのチュートリアルを真似つつ

import paho.mqtt.client as mqtt
import time

client = mqtt.Client()
client.connect('localhost', 1883, keepalive=60)
client.loop_start()
while True:
  client.publish('world/darai0512', 'test')
  time.sleep(1)

paho sub.py

import paho.mqtt.client as mqtt

def on_connect(client, userdata, flags, respons_code):
  print('connected')
  client.subscribe('world/#')

def on_message(client, userdata, msg):
  print(msg.topic + ' ' + str(msg.payload))

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.connect('localhost', 1883, keepalive=60)
client.loop_forever()

Let's try MQTT

$python pub.py &
$python sub.py
world/darai0512 test
world/darai0512 test
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