MQTT（エムキューティーティー）

2025年10月29日

MQTT（エムキューティーティー）

英語表記: MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

概要

MQTTは、非常にリソースが限られた組み込み機器（IoTデバイス、マイコン）が、不安定なネットワーク環境でも効率的かつ確実にデータを送受信するために設計された、軽量なメッセージングプロトコルです。このプロトコルは、特に通信速度が遅い、または接続が途切れやすい環境（組み込み機器（IoTデバイス, マイコン） → 通信とネットワーク → インターネット接続）において、最小限の帯域幅で動作するように最適化されています。そのため、電池駆動のセンサーや遠隔地の監視システムなど、電力や通信コストが重視されるIoTの世界で、今や欠かせない存在となっています。

詳細解説

MQTTは、従来のWeb通信でよく使われるHTTPのような「クライアント・サーバー型」（リクエストとレスポンス）とは根本的に異なる、「Publish/Subscribe（発行/購読）」モデルを採用している点が最大の特徴です。このモデルこそが、リソース制約の厳しい組み込み機器のインターネット接続において、絶大な効果を発揮します。

Publish/Subscribeモデルの仕組み

組み込み機器の文脈で考えると、デバイス（センサーなど）はデータを取得するたびに、ネットワークの向こう側で誰がそのデータを必要としているかを知る必要はありません。ただ、「このデータを送りたい」という意思表示をするだけで良いのです。

ブローカー（Broker）: MQTTの心臓部であり、すべてのメッセージの中継役を担います。これは、メッセージを送り手と受け手の間に立つ「郵便局」のような存在だと考えてください。組み込み機器がインターネットに接続する際、まずこのブローカーに接続します。
パブリッシャー（Publisher）: データを送信する側、つまり多くの場合、センサーやアクチュエーターなどの組み込み機器本体です。パブリッシャーは、ブローカーに対して特定の「トピック」（例: 部屋Aの温度、工場ラインBの稼働状況）を指定してメッセージを発行（Publish）します。
サブスクライバー（Subscriber）: データを受信する側、つまりクラウドサービスや監視アプリケーションなどです。サブスクライバーは、興味のあるトピックをブローカーに登録（Subscribe）しておきます。

パブリッシャーがブローカーにメッセージを送ると、ブローカーはトピックを識別し、そのトピックを購読しているすべてのサブスクライバーにメッセージを転送します。この仕組みのおかげで、デバイス間の直接的な接続や相手のIPアドレスを知る必要がなくなり、組み込み機器側の処理負荷が大幅に軽減されるのです。これは本当に素晴らしい設計だと感じます。

組み込み機器における優位性

なぜ組み込み機器（IoTデバイス, マイコン）のインターネット接続においてMQTTが選ばれるのでしょうか。

軽量性: MQTTのヘッダーサイズは非常に小さく、最小限のデータ量で通信が可能です。これは、低帯域幅の回線や、データ通信量にコストがかかるモバイル回線を使用するIoTデバイスにとって決定的なメリットとなります。
低消費電力: 通信頻度を抑え、接続維持のためのオーバーヘッドが少ないため、電池駆動のデバイスの寿命を延ばすことに貢献します。
信頼性の確保（QoS）: MQTTは、メッセージの配信品質（QoS: Quality of Service）を3段階（QoS 0, 1, 2）で設定できます。
- QoS 0: 確実に届かなくても良い（At most once）。
- QoS 1: 少なくとも1回は届ける（At least once）。
- QoS 2: 確実に1回だけ届ける（Exactly once）。
  組み込み機器がミッションクリティカルなデータを送信する場合（例えば医療機器のデータなど）、QoS 2を選択することで、ネットワークが不安定でもデータの欠損を防ぐことができるのです。これは、HTTP通信では実現が難しい、組み込み機器特有の要求に応える重要な機能です。

MQTTは通常、TCP/IP上で動作し、アプリケーション層のプロトコルとして機能します。組み込み機器がインターネットに接続する際の「通信の効率」と「信頼性」を両立させた、まさにIoT時代の標準プロトコルと言えるでしょう。

具体例・活用シーン

MQTTが組み込み機器（IoTデバイス, マイコン）のインターネット接続でどのように使われているかを見てみましょう。

1. スマートホーム・センサーネットワーク

スマートホームの温度センサーや湿度センサーが、数分おきにデータをクラウドに送信する際によく利用されます。

パブリッシャー: 各部屋の温度センサー（組み込み機器）
トピック: home/living_room/temperature
ブローカー: クラウド上のMQTTサービス
サブスクライバー: スマートフォンアプリや自動制御システム

センサーは必要なデータだけを最小限のパケットでブローカーに送り、アプリ側は必要なトピックだけを購読します。これにより、家の外からでも、電池をあまり消耗せずにリアルタイムに近いデータ監視が可能になります。

2. 産業IoT（IIoT）と遠隔監視

工場やインフラ設備の遠隔監視でもMQTTは活躍しています。例えば、数千台のポンプやモーターの稼働状況を監視する場合、すべてのデバイスがHTTPで頻繁に接続を試みると、ネットワーク帯域がすぐに飽和してしまいます。

MQTTを使えば、個々の組み込み機器は非常に少ないトラフィックで接続を維持し、異常が発生したときだけブローカー経由でアラートをPublishできます。これは、広大なエリアに分散した多数のデバイスを一元管理する上で、非常に合理的です。

比喩による理解：新聞配達システム

MQTTのPublish/Subscribeモデルを理解するために、「新聞配達」の比喩を使ってみましょう。

従来のHTTP通信が「電話での問い合わせ」だとすると、MQTTは「新聞の購読」のようなものです。

パブリッシャー（新聞社＝IoTデバイス）: 新しいニュース（データ）を発行します。新聞社は誰が読者かを知る必要はありません。ただ、郵便局（ブローカー）に新聞（トピック）を渡すだけです。
ブローカー（郵便局）: 郵便局は、読者（サブスクライバー）が「経済ニュース」や「スポーツ」といったどのジャンル（トピック）に興味があるかを把握しています。
サブスクライバー（読者＝アプリケーション）: 読者は郵便局に「経済ニュースを購読します」と一度登録するだけです。その後、経済ニュースが発行されるたびに、自動的に配達されます。

読者側が「今、新しいニュースはありますか？」と何度も電話で問い合わせる（HTTPのリクエスト）必要がなく、必要な情報だけが効率的に届けられるため、デバイス（読者）側の負担が極めて少ないのです。この受け身の通信モデルこそが、リソース制約の厳しい組み込み機器にとって、インターネット接続を可能にする魔法だと私は思っています。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート、基本情報技術者、応用情報技術者試験において、MQTTはIoTやネットワーク技術のトレンドとして出題される可能性があります。特に、組み込み機器の文脈で軽量プロトコルが問われた場合、重要な選択肢となります。

キーワードの理解: 「軽量プロトコル」「Publish/Subscribeモデル」「ブローカー」「QoS（Quality of Service）」は必ず押さえてください。これらはMQTTの核となる概念です。
通信モデルの区別: HTTPがリクエスト/レスポンス型であるのに対し、MQTTはPublish/Subscribe型であることを明確に区別し、それぞれの適用シーン（HTTPはWebブラウジング、MQTTはIoT通信）を理解しておく必要があります。
適用領域: MQTTが主に「組み込み機器（IoTデバイス, マイコン） → 通信とネットワーク → インターネット接続」の領域で利用される理由（低消費電力、低帯域）を説明できるようにしましょう。
試験パターン: 「多数のセンサーデバイスからのデータ収集に適したプロトコルは何か？」という問いに対し、MQTTが正解となるパターンが典型です。また、QoSのレベル（0, 1, 2）や、メッセージの中継役であるブローカーの役割について問われることもあります。
動作基盤: MQTTはアプリケーション層のプロトコルであり、通常、信頼性の高いTCP/IP上で動作するという点も、ネットワークの知識として重要です。