物聯(lián)網(wǎng)約束應用協(xié)議（CoAP）的基礎

2021-03-06

并非所有連接的設備都相等。盡管有些功能更強大且技術(shù)先進(jìn)，但其他功能卻是簡(jiǎn)單的傳感器和家庭自動(dòng)化設備，其能量，內存，計算能力和帶寬有限。為了補償這種資源受限和低功耗的設備，開(kāi)發(fā)人員可以選擇約束應用協(xié)議（CoAP）作為其IoT協(xié)議，以更有效地在兩個(gè)對等方之間進(jìn)行通信。

這種輕量級的RESTful協(xié)議專(zhuān)門(mén)針對網(wǎng)絡(luò )中具有大量終端設備的部署進(jìn)行了優(yōu)化。CoAP能夠在設備上創(chuàng )建和管理資源，發(fā)布和訂閱數據，管理數據多播，在請求時(shí)提供設備描述，以及提供機制以告知設備是否通電（同時(shí)節省能源并簡(jiǎn)化客戶(hù)端與客戶(hù)端之間的通信）。設備。更好的是，CoAP和HTTP REST之間的基礎設施相似性使設計人員能夠將對RESTful模式的理解運用到他們的IoT解決方案中。

讓我們探討一下這種獨特的請求/響應通信類(lèi)型的內容和原因。

CoAP一目了然

就像HTTP用于在客戶(hù)端和服務(wù)器之間傳輸數據和命令一樣，CoAP允許相同的命令傳輸功能，但是不需要相同數量的資源，因此非常適合當今的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備。

服務(wù)層協(xié)議是由Internet工程任務(wù)組（IETF）設計的，即使在受限的低帶寬網(wǎng)絡(luò )中也可以使簡(jiǎn)單的設備加入IoT。

從開(kāi)發(fā)人員的角度來(lái)看，CoAP感覺(jué)非常像HTTP。從傳感器獲取值與從Web API獲取值沒(méi)有太大區別。兩種協(xié)議之間的相似性極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)，因為設備開(kāi)發(fā)人員可以在其基礎架構中使用傳統客戶(hù)端/服務(wù)器HTTP REST服務(wù)中的知名模式。此外，由于HTTP和CoAP共享REST模型，因此可以使用與應用程序無(wú)關(guān)的跨協(xié)議代理輕松連接它們。例如，在CoAP vs MQTT方面，這是一個(gè)主要優(yōu)勢，因為后者不是基于RESTful的。

更快的通訊，更好的電池

CoAP旨在滿(mǎn)足多播支持，低開(kāi)銷(xiāo)和簡(jiǎn)單性等特殊要求，這是物聯(lián)網(wǎng)設備的三個(gè)重要元素，它們深深地嵌入并且比傳統的互聯(lián)網(wǎng)設備具有更少的內存和電源。因此，效率是不可或缺的，而這正是CoAP所能提供的。

例如，由于其開(kāi)銷(xiāo)低且簡(jiǎn)單，CoAP降低了功耗要求。該協(xié)議例如通過(guò)UDP和BLE進(jìn)行操作，而UDP和BLE所需的通信開(kāi)銷(xiāo)最小，并允許更快的喚醒時(shí)間和延長(cháng)的睡眠狀態(tài)。兩者合計，這意味著(zhù)電池使用壽命更長(cháng)。此外，UDP和BLE所提供的較小的數據包大小可導致更快的通信周期，再次使電池使用壽命更長(cháng)。

實(shí)際上，在控制智能家居設備時(shí)，更快的通信周期和更長(cháng)的電池使用時(shí)間是極好的好處。CoAP允許與例如智能鎖，警報器或加熱系統的直接交互，就像在傳統HTTP REST服務(wù)中公開(kāi)時(shí)那樣。同樣，工業(yè)設備用戶(hù)也可以從發(fā)送控制命令，查詢(xún)寄存器和更改配置的功能中受益。

遠程訪(fǎng)問(wèn)注意事項

但是，與此同時(shí)，設備設計人員必須意識到CoAP的局限性。

CoAP本身不提供遠程訪(fǎng)問(wèn)，因此，如果連接位于防火墻后面，則用戶(hù)將無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)其設備。因此，由于按照標準在CoAP中沒(méi)有安全的傳輸，因此用戶(hù)將需要自帶。 

答案可能是HTTPS，TLS，DTLS或第三方平臺。但是，無(wú)論選擇如何，設備用戶(hù)和設計人員都必須承認這一局限性并做出相應的準備，這是不可或缺的。同樣，不要忽略此方程式中的訪(fǎng)問(wèn)控制。用戶(hù)必須非常確定在穿越任何防火墻時(shí)允許誰(shuí)進(jìn)入，因此，用戶(hù)有責任確保在正確的客戶(hù)端和設備之間進(jìn)行數據傳輸?；蛘?，他們可以選擇具有內置安全傳輸和訪(fǎng)問(wèn)控制的第三方遠程訪(fǎng)問(wèn)平臺。

都是關(guān)于節點(diǎn)的

隨著(zhù)傳感器數量逐月增長(cháng)，很明顯，連接物聯(lián)網(wǎng)數十億個(gè)節點(diǎn)將需要同時(shí)廉價(jià)且高效。實(shí)現該協(xié)議是CoAP最為令人興奮的元素之一，因為該協(xié)議已設計為可在內存低至10 kb（KiB），代碼空間為100 KiB的微控制器上運行。

本質(zhì)上，CoAP采用了HTTP REST的最佳元素并縮小了它們的尺寸。REST主要在HTTP上運行，并且通常在Web API中使用?；?span lang="EN-US">REST體系結構的應用程序符合一些指導原則和約束，因此生成的協(xié)議性能良好，并且具有高度可伸縮性，簡(jiǎn)單性，并且易于修改和擴展。由于CoAP基于REST，但著(zhù)重于縮小協(xié)議的大小，因此它是熟悉RESTful模式的小型設備和設計人員的理想解決方案。

再次，設備和網(wǎng)絡(luò )設計人員必須考慮訪(fǎng)問(wèn)和安全性，并通過(guò)第三方平臺的實(shí)現來(lái)實(shí)現對等（P2P）遠程連接，這可能是最好的選擇?？傮w而言，CoAP通過(guò)使IoT設備能夠經(jīng)濟高效且安全地在遠距離傳輸數據的同時(shí)又僅消耗很少的電量，從而幫助最小化了云設備連接的成本。同時(shí)，對于設計者而言，與HTTP REST的相似性使任何設備向CoAP的過(guò)渡在2021年都更加誘人。