AWS上でMQTTを使う機会があったのですが、MQTT自体を全く知らなかったので、基礎知識整理しつつ関連サービスを触ってみて感じた違いを整理してみます。

（内容としては初心者向けです。間違っているところあれば教えてください。）

今回試してみたサービスはAmazon MQとAWS IoT Coreです。

※対象のサービス探す時に以下の図が非常に参考になりました。ありがたい。

（引用元：https://pages.awscloud.com/rs/112-TZM-766/images/DevAx_connect_season1_Day2_MessagingService_配布.pdf）

1. MQTTの基礎知識

個人的に知っておいた方が良いと思われる基礎知識を簡単に整理します。

MQTTとは

一言で言うと「停帯域や不安定なネットワークでも使える軽量なメッセージングプロトコル」だそうです（by ChatGPT）。その特徴からIoTの分野で使われていることが特に多い印象です。

アーキテクチャーはいわゆるPub/Subモデルとなっており、Topicを介して通信をします。

（引用元：MQTT - The Standard for IoT Messaging）

Publisher：MQTTブローカーのトピックにメッセージをパブリッシュする。
Subscriber：MQTTブローカーのトピックをサブスクライブしてメッセージを取得する。
MQTTブローカー：通信を仲介するコンポーネントで、トピックの管理やメッセージの受け渡しを行う。

MQTTのトピックについて

AWS脳なのでAmazon SNSのトピックと同じようなものと思っていました。概念的には同じですが、「MQTTのトピック」としては以下を押さえておく必要があります。

トピックは動的に作成される：Amazon SNSのように事前にトピックを作っておくなどは不要です。パブリッシュするトピック、サブスクライブするトピックを指定するだけで良いです。
階層構造：トピック名は/で構造化できます（例：foo/bar/hoge）
ワイルドカード：サブスクライブするときにワイルドカードでトピック名を指定可能です。
- +：単一レベルのワイルドカード（例：foo/+/hogeとすると間の一階層のみ任意となります）。
- #：複数レベルのワイルドカード（例：foo/#とするとfoo/で始まるトピック全てが対象になります。）

またMQTTのトピックに関するベストプラクティスとして、AWSがホワイトペーパーを公開しています。AWS IoT Coreに関するドキュメントですが、一般的なMQTTトピックに関しても記載があり、参考になると思います。

以下ホワイトペーパーから一般的に使えそうなプラクティスのみ引用します。

MQTT トピックレベルでは、小文字、数字、ダッシュのみが使用されていることを確認する

記載の通りで、大文字小文字は区別されるため大文字はなるべく避けましょうという話になります。

MQTT トピックレベルの構造が、一般的なものから具体的なものへのパターンに従っていることを確認する

トピック名をプラットフォーム名/建物名/フロア名/デバイス名のように、広い範囲から狭い範囲になるように階層化しましょうという話です。
こうしておくとワイルドカードが使いやすくなると思います。例えば特定の建物のトピックを全てサブスクライブしたい、となったらプラットフォーム名/建物名/#とトピックを指定できます。

<参考>

AWSのMQTTトピックに関するホワイトペーパー https://d1.awsstatic.com/whitepapers/ja_JP/Designing_MQTT_Topics_for_AWS_IoT_Core.pdf?did=wp_card&trk=wp_card
上記ホワイトペーパーに関するAWS公式の解説ブログ aws.amazon.com

QoSについて

MQTTにおけるQoS (Quality of Service) が定められています。数値が大きいほど、メッセージ到達の保証レベルが高いです。

QoS 0：At most once
- メッセージが最大一回届く（届かない場合もある）
- Publisherはメッセージを1回投げるだけなので到達する保証は無いと言うイメージ。
QoS 1：At least once
- メッセージが最低一回届く（重複する場合もある）
- 到達確認を保証する仕組みはあるので、最低一回は届くというイメージ。
QoS 2：Exactly once
- メッセージが正確に一回だけ届く
- 重複の検知も可能のため、正確に一回届くというイメージ。

注意点としては以下です。

（当然ですが）性能的にはQoS0 > QoS1 > QoS2 になります（到達保証や重複検知の仕組みが入るとその分性能は落ちる）。そのため要件を踏まえて適切な選択が必要です。
PublisherとSubscriberが指定したQoSのうち、低い方に合わせる形になります。
- QoS 2にしたい場合はPublisher・SubscriberともにQoS2を指定する必要があります。
- PublisherはQoS2を指定しているけど、SubscriberはQoS0を指定した場合、トータルではQoS0にダウングレードされる形となります。

実装イメージ（python）

        # QoS 2を指定してパブリッシュ
        client.publish(topic=topic, payload=payload, qos=2)

        # QoS 2を指定してサブスクライブ
        client.subscribe(topic=topic, qos=2)

詳細なシーケンスは以下の記事が参考になります。

qiita.com

個人的な所感としては以下かなと思いました。

基本はQoS0を使用する
ロストしたら困る場合はQoS1を使用して、サブスクライブ側で冪等性を確保する
QoS2は極力使わない。

retain

メッセージをpublishする際にretainを付与すると、後から対象のトピックをsubscribeするSubscriberで受信することができます。

1トピックに対してretain=trueは1メッセージという制約があります。

実装イメージ（python）

        client.publish(topic=topic,
                       payload=payload,
                       qos=0,
                       retain=True) # retainフラグ

最新の状態を通知するためなどに使えそうですね。

Last Will and Testament (willメッセージ)

willメッセージはPublisherが切断処理を行わずに、意図せず接続が切れた場合に指定したメッセージを通知する機能です。

太字のところがポイントで、正常に切断処理を行うと送信されないという点に注意が必要です（異常発生時に切断処理を行うような実装にしていると、Willメッセージが通知されなくなる）。

実装イメージ（python）

        # Willメッセージの設定
        client.will_set(topic=topic, payload=payload, qos=2)

2. MQTTブローカーとして使えるAWSのサービス

選択肢

Amazon MQとAWS IoT Coreの2つが選択肢になるかと思います。

一言で言うと以下のようなサービスです。

Amazon MQ: OSS(ActiveMQ)※1のフルマネージドサービス。OSSがビルトインされたブローカー（インスタンス）が払い出されるイメージ。
AWS IoT Core: AWSネイティブなサーバーレスのサービス。ブローカーだけではなく様々なIoT向けの機能を提供している。

※1. Amazon MQはRabbitMQも使用可能ですが、デフォルトでMQTTをサポートしているのはActiveMQのみです。そのため以降ActiveMQを使用することを前提に記載します。

docs.aws.amazon.com

ぶっちゃけどっちがいいの

ざっと触ってみた感触は以下です。特に理由がなければAWS IoT Coreがいいと思います。

以下のいずれかに該当するならAmazon MQ
- ActiveMQを使いたい。
- QoS2を使いたい（2023/6時点でAWS IoT Coreは非対応）。
- パスワード認証でサッとやりたい（AWS IoT Coreでもできなくはないが、Amazon MQの方が楽）
上記以外はAWS IoT Core

Amazon MQとAWS IoT Coreの違い

触ってみて感じた違いを表にまとめてみました。

No.	項目	Amazon MQ	AWS IoT Core
1	サーバー管理	必要	不要
2	QoSの対応レベル	全て対応	QoS0, QoS1のみ対応
3	認証方式	パスワード認証	Cognito / IAM / 証明書 / カスタム認証
4	アクセス制御	限定的	ポリシーによる柔軟な制御が可能
5	他AWSサービスとの連携	限定的	ルールエンジン・アクションによる豊富な連携
6	リソースの場所	VPC内	VPC外
7	同時接続のクォータ（2023/6）	2,000 (インスタンスがlargeの場合)	500,000