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

由于物聯(lián)網(wǎng)中的很多設備都是資源受限型的，即只有少量的內存空間和有限的計算能力，所以傳統的HTTP協(xié)議應用在物聯(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架構的CoAP協(xié)議。CoAP是6LowPAN協(xié)議棧中的應用層協(xié)議。該文在詳細介紹了CoAP協(xié)議的內容、特點(diǎn)和交互模型后，在uIPv6 START KIT無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)套件上，使用Contiki嵌入式操作系統，不僅在瀏覽器端實(shí)現了CoAP協(xié)議而且用自己編寫(xiě)的客戶(hù)端程序實(shí)現了CoAP協(xié)議，增加了和數據庫之間的交互功能，從而實(shí)現了在Web界面上不僅可以查看實(shí)時(shí)數據，還可以查看歷史數據的功能。

　　0引言

　　物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò )，其用戶(hù)端延伸和擴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)現所有物品與網(wǎng)絡(luò )的連接，從而方便識別、管理和控制。

　　無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)包括：全面感知、實(shí)時(shí)準確傳遞物品信息、利用智能計算技術(shù)對海量數據進(jìn)行分析和處理，以實(shí)現智能化控制。

　　由于無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中的設備很多都是資源受限型的，這些設備只有少量的內存空間和有限的計算能力。為此，IETF（Intemet Engineering Task Force）的CoRE（Constrained RESTful Environment）工作組為受限節點(diǎn)制定相關(guān)的REST（Representational State Transfer）形式的應用層協(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標準的。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。通信主機使用CoAP協(xié)議，能夠支持穩定的通信架構，以實(shí)現傳感器節點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)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)中資源受限設備制定的應用層協(xié)議。它是一種面向網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議，采用了與HTTP類(lèi)似的特征，核心內容為資源抽象、REST式交互以及可擴展的頭選項等。應用程序通過(guò)URI標識來(lái)獲取服務(wù)器上的資源，即可以像HTTP協(xié)議對資源進(jìn)行GET、PUT、POST和DELETE等操作。CoAP協(xié)議具有如下特點(diǎn)：（1）報頭壓縮：CoAP包含一個(gè)緊湊的二進(jìn)制報頭和擴展報頭。它只有短短的4 B的基本報頭，基本報頭后面跟擴展選項。一個(gè)典型的請求報頭為10～20 B.圖2是CoAP協(xié)議的信息格式。

　　報頭部分各字段的含義如下：V（Version）表示CoAP協(xié)議的版本號；T（Type）表示消息的信息類(lèi)型；OC（Option Count）表示頭后面的可選的選項數量；Code表示消息的類(lèi)型：請求消息、響應消息，或者是空消息；Message ID表示消息編號，用于重復消息檢測、匹配消息類(lèi)型等。

　?。?）方法和URIs：為了實(shí)現客戶(hù)端訪(fǎng)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(xiāo)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制。