無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)中CoAP協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)(一)

由于物聯(lián)網(wǎng)中的很多設(shè)備都是資源受限型的，即只有少量的內(nèi)存空間和有限的計(jì)算能力，所以傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)上就顯得過(guò)于龐大而不適用。 IETF的CoRE工作組提出了一種基于REST架構(gòu)的CoAP協(xié)議。CoAP是6LowPAN協(xié)議棧中的應(yīng)用層協(xié)議。該文在詳細(xì)介紹了CoAP協(xié)議的內(nèi)容、特點(diǎn)和交互模型后，在uIPv6 START KIT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)套件上，使用Contiki嵌入式操作系統(tǒng)，不僅在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)了CoAP協(xié)議而且用自己編寫的客戶端程序?qū)崿F(xiàn)了CoAP協(xié)議，增加了和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互功能，從而實(shí)現(xiàn)了在Web界面上不僅可以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可以查看歷史數(shù)據(jù)的功能。

　　0引言

　　物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品之間，彼此進(jìn)行信息交換和通信，目的是實(shí)現(xiàn)所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，從而方便識(shí)別、管理和控制。

　　無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)包括：全面感知、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳遞物品信息、利用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以實(shí)現(xiàn)智能化控制。

　　由于無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備很多都是資源受限型的，這些設(shè)備只有少量的內(nèi)存空間和有限的計(jì)算能力。為此，IETF（Intemet Engineering Task Force）的CoRE（Constrained RESTful Environment）工作組為受限節(jié)點(diǎn)制定相關(guān)的REST（Representational State Transfer）形式的應(yīng)用層協(xié)議。這就是CoRE工作組正在制訂的CoAP（Constrained Application Protocol）協(xié)議。

　　1 6LoWPAN協(xié)議棧

　　由于TCP/IP協(xié)議棧不適用于資源受限的設(shè)備，因此提出了一種6LoWPAN（IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks）協(xié)議棧。CoAP是6LoWPAN協(xié)議棧中的應(yīng)用層協(xié)議。6LoWPAN使IPv6可用于低功耗的有損網(wǎng)絡(luò)，它是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的。6LoWPAN協(xié)議棧如圖1所示。

　　協(xié)議棧的下兩層用802.15.4 PHY/MAC，中間加一個(gè)IPv6-6LoWPAN適配層，傳輸層使用UDP協(xié)議，應(yīng)用層使用CoAP協(xié)議。它包括REST的最小子集和到HTTP的無(wú)狀態(tài)映射。通信主機(jī)使用CoAP協(xié)議，能夠支持穩(wěn)定的通信架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線連接。

　　2 CoAP協(xié)議

　　在2010年3月，CoRE工作組開(kāi)始制定CoAP協(xié)議，到目前為止，該協(xié)議還沒(méi)有定稿。CoAP協(xié)議是為物聯(lián)網(wǎng)中資源受限設(shè)備制定的應(yīng)用層協(xié)議。它是一種面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，采用了與HTTP類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、REST式交互以及可擴(kuò)展的頭選項(xiàng)等。應(yīng)用程序通過(guò)URI標(biāo)識(shí)來(lái)獲取服務(wù)器上的資源，即可以像HTTP協(xié)議對(duì)資源進(jìn)行GET、PUT、POST和DELETE等操作。CoAP協(xié)議具有如下特點(diǎn)：（1）報(bào)頭壓縮：CoAP包含一個(gè)緊湊的二進(jìn)制報(bào)頭和擴(kuò)展報(bào)頭。它只有短短的4 B的基本報(bào)頭，基本報(bào)頭后面跟擴(kuò)展選項(xiàng)。一個(gè)典型的請(qǐng)求報(bào)頭為10～20 B.圖2是CoAP協(xié)議的信息格式。

　　報(bào)頭部分各字段的含義如下：V（Version）表示CoAP協(xié)議的版本號(hào)；T（Type）表示消息的信息類型；OC（Option Count）表示頭后面的可選的選項(xiàng)數(shù)量；Code表示消息的類型：請(qǐng)求消息、響應(yīng)消息，或者是空消息；Message ID表示消息編號(hào)，用于重復(fù)消息檢測(cè)、匹配消息類型等。

　?。?）方法和URIs：為了實(shí)現(xiàn)客戶端訪問(wèn)服務(wù)器上的資源，CoAP支持GET、PUT、POST和DELETE等方法。CoAP還支持URIs，這是Web架構(gòu)的主要特點(diǎn)。

　?。?）傳輸層使用UDP協(xié)議：CoAP協(xié)議是建立在UDP協(xié)議之上，以減少開(kāi)銷和支持組播功能。它也支持一個(gè)簡(jiǎn)單的停止和等待的可靠性傳輸機(jī)制。