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

　?。?）支持資源發(fā)現：為了自主的發(fā)現和使用資源，它支持內置的資源發(fā)現格式，用于發(fā)現設備上的資源列表，或者用于設備向服務(wù)目錄公告自己的資源。它支持RFC5785中的格式，在CoRE中用/.well—known/core的路徑表示資源描述。

　?。?）支持緩存：CoAP協(xié)議支持資源描述的緩存以?xún)?yōu)化其性能。

　?。?）訂閱機制：CoAP使用異步通信方式，用訂閱機制實(shí)現從服務(wù)器到客戶(hù)端的消息推送。實(shí)現CoAP的發(fā)布，訂閱機制，它是請求成功后自動(dòng)注冊的一種資源后處理程序。是由默認的EVENT_和PERIODIC_RESOURCEs來(lái)進(jìn)行配置的。它們的事件和輪詢(xún)處理程序用 EST.notify_subscri bers（）函數來(lái)發(fā)布。

　　2.1 CoAP協(xié)議棧圖3是CoAP協(xié)議棧。CoAP協(xié)議的傳輸層使用UDP協(xié)議。由于UDP傳輸的不可靠性，CoAP協(xié)議采用了雙層結構，定義了帶有重傳的事務(wù)處理機制，并且提供資源發(fā)現和資源描述等功能。CoAP采用盡可能小的載荷，從而限制了分片。

　　事務(wù)層（Transaction layer）用于處理節點(diǎn)之間的信息交換，同時(shí)提供組播和擁塞控制等功能。請求/響應層（Request/Responselayer）用于傳輸對資源進(jìn)行操作的請求和響應信息。CoAP協(xié)議的REST構架是基于該層的通信。CoAP的雙層處理方式，使得CoAP沒(méi)有采用TCP協(xié)議，也可以提供可靠的傳輸機制。利用默認的定時(shí)器和指數增長(cháng)的重傳間隔時(shí)間實(shí)現CON（Confirmable）消息的重傳，直到接收方發(fā)出確認消息。另外，CoAP的雙層處理方式支持異步通信，這是物聯(lián)網(wǎng)和M2M應用的關(guān)鍵需求之一。

　　2.2 CoAP的訂閱機制HTTP的請求/響應機制是假設事務(wù)都是由客戶(hù)端發(fā)起的，通常叫做拉模型。這導致客戶(hù)端不能高效的知統中，設備都是無(wú)線(xiàn)低功耗的，這些設備大部分時(shí)間是休眠狀態(tài)，因此不能響應輪詢(xún)請求。而CoRE認為支持本地的推送模型是一個(gè)重要的需求，也就是由服務(wù)器初始化事務(wù)到客戶(hù)端。推送模型需要一個(gè)訂閱接口，用來(lái)請求響應關(guān)于特定資源的改變。而由于UDP的傳輸是異步的，所以不需要特殊的通知消息。訂閱機制如圖4所示。

　　2.3 CoAP的交互模型CoAP使用類(lèi)似于HTTP的請求/響應模型：CoAP終端節點(diǎn)作為客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)或多個(gè)請求，服務(wù)器端回復客戶(hù)端的CoAP 請求。不同于HTTP，CoAP的請求和響應在發(fā)送之前不需要事先建立連接，而是通過(guò)CoAP信息來(lái)進(jìn)行異步信息交換。CoAP協(xié)議使用UDP進(jìn)行傳輸。這是通過(guò)信息層選項的可靠性來(lái)實(shí)現的。CoAP定義了四種類(lèi)型的信息：可證實(shí)的CON（Confirmable）信息，不可證實(shí)的NON（Non- Confirmable）信息，可確認的ACK（Acknowledgement）信息和重置信息RST（Reset）。方法代碼和響應代碼包含在這些信息中，實(shí)現請求和響應功能。這四種類(lèi)型信息對于請求/響應的交互來(lái)說(shuō)是透明的。

　　CoAP的請求/響應語(yǔ)義包含在CoAP信息中，其中分別包含方法代碼和響應代碼。CoAP選項中包含可選的（或默認的）請求和響應信息，例如URI和負載內容類(lèi)型。令牌選項用于獨立匹配底層的請求到響應信息。

　　請求/響應模型：請求包含在可證實(shí)的或不可證實(shí)的信息中，如果服務(wù)器端是立即可用的，它對請求的應答包含在可證實(shí)的確認信息中來(lái)進(jìn)行應答。圖5是基本的 GET請求和響應模式，其中圖5（a）表示成功發(fā)送請求和收到ACK確認信息，圖5（b）表示重傳了請求信息，然后才收到ACK確認信息。

　　雖然CoAP協(xié)議目前還在制定當中，但Contiki和TinyOS嵌入式操作系統已經(jīng)支持CoAP協(xié)議。Contiki是一個(gè)多任務(wù)操作系統，并帶有 uIPv6協(xié)議棧，適用于嵌入式系統和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，它占用系統資源小，適用于資源受限的網(wǎng)絡(luò )和設備。目前，火狐瀏覽器已經(jīng)集成了Copper插件，從而實(shí)現了CoAP協(xié)議。但是這種方式只能讀取傳感器節點(diǎn)上的實(shí)時(shí)數據，而不能查看各種歷史數據。為此，在Contiki系統的基礎上，基于 uIPv6START KIT無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)套件，用自己編寫(xiě)的客戶(hù)端程序實(shí)現了和數據庫的交互，把歷史數據