物联网受限应用协议 (CoAP) 的基础知识

黎峰吖

并非所有连接的设备都是平等的。虽然有些功能更强大、技术更先进，但有些则是能源、内存、计算能力和带宽有限的简单传感器和家庭自动化设备。为了弥补这种资源受限和低功耗的设备，开发人员可以选择约束应用协议 (CoAP) 作为他们的IoT 协议，以更有效地在两个对等点之间进行通信。
这种轻量级 RESTful 协议专门针对网络中具有大量终端设备的部署进行了优化。CoAP 能够在设备上创建和管理资源、发布和订阅数据、管理数据多播、在请求时提供设备描述并提供机制来判断设备是否已通电——同时节约能源并简化客户端和客户端之间的通信。设备。更好的是，CoAP 和 HTTP REST 之间的基础架构相似性使设计人员能够将他们对 RESTful 模式的理解应用到他们的 IoT 解决方案中。
让我们探索这种独特的请求/响应通信类型的内容和原因。
CoAP 概览
就像 HTTP 用于在客户端和服务器之间传输数据和命令一样，CoAP 允许相同的命令传输功能，但不需要相同数量的资源，使其成为当今物联网 (IoT) 设备的理想选择。
由互联网工程任务组 (IETF) 设计的服务层协议使简单的设备即使通过低带宽的受限网络也能加入物联网。
从开发人员的角度来看，CoAP 感觉非常像 HTTP。从传感器获取值与从 Web API 获取值没有太大区别。这两种协议之间的相似性极大地简化了开发，因为设备开发人员可以在其基础设施中使用来自传统客户端/服务器 HTTP REST 服务的众所周知的模式。此外，由于 HTTP 和 CoAP 共享 REST 模型，因此它们可以使用与应用程序无关的跨协议代理轻松连接。例如，这是CoAP 与 MQTT的主要优势，因为后者不是基于 RESTful 的。

CoAP 与 MQTT(图片来源：Nabto)

更快的通信，更好的电池
CoAP 旨在满足特殊要求，例如多播支持、低开销和简单性，这是物联网设备的三个重要元素，与传统互联网设备相比，深度嵌入且内存和电源供应少得多。因此，效率是不可或缺的，而这正是 CoAP 所提供的。
例如，由于其低开销和简单性，CoAP 降低了功率要求。例如，该协议在 UDP 和 BLE 上运行，它们需要最少的通信开销并允许更快的唤醒时间和扩展的休眠状态。总之，这意味着电池的使用寿命更长。此外，UDP 和 BLE 提供的更小的数据包大小可导致更快的通信周期，再次允许电池使用更长时间。
实际上，在控制智能家居设备方面，更快的通信周期和更持久的电池是极好的优势。CoAP 允许与智能锁、警报或加热系统等直接交互，就像在传统 HTTP REST 服务中公开时一样。同样，工业设备用户可以从发送控制命令、查询寄存器和更改配置的能力中受益。
关于远程访问的说明
然而，与此同时，设备设计人员必须意识到 CoAP 的局限性。
CoAP 本身不提供远程访问，因此如果连接在防火墙后面，用户将无法访问他们的设备。因此，由于按照标准在 CoAP 中没有安全传输，用户将需要自带。
这里的答案可能是 HTTPS、TLS、DTLS 或第三方平台。但是，无论做出何种选择，设备用户和设计人员都必须承认这一限制并相应地做好准备。此外，不要忽略此等式中的访问控制。用户在穿越任何防火墙时必须非常确定他们让谁进入，因此用户有责任确保数据传输在正确的客户端和设备之间进行。或者，他们可以选择具有内置安全传输和访问控制的第三方远程访问平台。
都是关于节点的
随着传感器数量逐月增长，很明显，连接物联网的数十亿个节点需要同时便宜且高效。实现这一点是 CoAP 中最令人兴奋的元素之一，因为该协议旨在用于具有低至 10 KB (KiB) RAM 和 100 KiB 代码空间的微控制器。
从本质上讲，CoAP 采用了 HTTP REST 的最佳元素并缩小了它们的大小。REST 主要通过 HTTP 运行，通常用于 Web API。基于 REST 架构的应用程序符合多项指导原则和约束，由此产生的协议性能良好且具有高度可扩展性、简单且易于修改和扩展。由于 CoAP 是基于 REST 的，但侧重于减小协议的大小，因此它是熟悉 RESTful 模式的小型设备和设计人员的完美解决方案。
同样，设备和网络设计人员考虑访问和安全是不可或缺的，第三方平台的实现可能是他们最好的选择，这些平台支持点对点 (P2P) 远程连接。总体而言，CoAP 使物联网设备能够以经济高效且安全的方式远距离发送数据，同时消耗很少的电量，从而帮助最大限度地降低云设备连接的成本。同时，对于设计人员来说，与 HTTP REST 的相似性使得任何设备在 2021 年过渡到 CoAP 都更具诱惑力。
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