使用Elixir和CoAP搭建IoT平台 - 01 CoAP介绍

随着芯片成本的不断下降,移动设备的不断增多,互联网的日益发达,设备间的通信互联又重新走向了台前。毫无疑问,把数以万计的传感器连接在一起能够产生巨大的化学反应,IoT的初衷之一也就是采集大数据。交通、运输、物流、能源,几乎生产生活的每个方面都可能被IoT所颠覆。一般而言,IoT遇到的最大的问题就是环境的不稳定性,也就是没有稳定的电源,并且无线网络的带宽、延时、丢包等问题都比较突出。所以,IoT领域一般使用轻量级的协议,如知名的消息协议MQTT和XMPP。但今天我们关注的有所不同,它是在RFC 7252描述的受限应用协议(Constrained Application Protocol, CoAP)。

CoAP

理解CoAP协议主要要弄清几个概念,首先,也就是上面提到的,IoT中很多设备都是资源受限的,即只有少量的内存空间和有限的计算能力,像HTTP这种协议就显得过于庞大而不适用了。为此,IETF(Intemet Engineering Task Force)的CoRE(Constrained RESTful Environment)工作组为受限节点制定相关的REST(Representational State Transfer)形式的应用层协议。

REST,是不是很熟悉?REST也是互联网中最为常用的架构之一,许多服务的接口都是REST,微服务中间件的接口也大量采用了REST,当然,针对数据耦合度比较高的情况,为了简化请求和查询,后来也发明了GraphQL等。

REST架构的基本概念可以参见阮一峰的理解RESTful架构。这里仅仅挑出几个重点,首先,它是client/server的架构模型。其次,它把数据看做「资源」,放到IoT里,就可以是温度计测量的温度,或者电池的剩余电量这些数据。

CoAP服务器则提供了人们能轻松看懂的URI,如/thermometers/5。在可发现性的使用惯例里,所有资源都可以通过访问/.well-known/core这个地址列出,每个资源可以通过一系列查询参数来筛选,如/.well-known/core?rt=light_switch会列出所有资源类型(rt, resource type)为light_switch的资源。

和HTTP协议类似,你可以使用GET, POST, PUT 和 DELETE来操作资源,这种相似性使你可以映射请求到另一个服务器,也就是把CoAP和Web结合。我们也要注意到,CoAP底层是基于UDP协议的,这样能让协议更加轻盈。请求既可以被确认,也可以不被确认,可以根据需求而定。Large payloads are handled on the application layer to avoid IP fragmentation through a block-wise transfer.

                    +----------------------+
                    |      Application     |
                    +----------------------+
                    +----------------------+  \
                    |  Requests/Responses  |  |
                    |----------------------|  | CoAP
                    |       Messages       |  |
                    +----------------------+  /
                    +----------------------+
                    |          UDP         |
                    +----------------------+

                Figure 1: Abstract Layering of CoAP

CoAP协议的传输层使用UDP协议。由于UDP传输的不可靠性,CoAP协议采用了双层结构,定义了带有重传的事务处理机制,并且提供资源发现和资源描述等功能。CoAP采用尽可能小的载荷,从而限制了分片。

最有趣的特性要属“observe” 设置了。客户端发送GET请求时可以传递一个flag来开启观察者模式(observation)。server之后会把这个客户端列入特定资源的观察者名单,然后客户端持续监听服务端的响应。它允许我们构建被动接收数据的系统,无论这些数据将在什么时候送达。我们回想到HTTP和Websocket的场景,是不是有点像publisher-subscriber模式?是不是有点像Meteor的REST for Websocket。简言之,CoAP既可以单次REST请求,也可以通过observe实现实时数据订阅。

当然CoAP还有其他有趣的特性。数据包(Datagrams)的传输安全性可以由DTLS(Datagram Transport Layer Security,数据包传输层安全性协议)来保证。未来也存在 multicast and grouping of resources 的可能性。CoAP被最大最有前景的开源IoT框架IoTivity使用,它是由 Open Connectivity Foundation 赞助的,OCF包含了许多工业巨头,著名的微软、英特尔、高通、三星、思科、通用电气都在其列。

小结

简单地来说,CoAP是简化了HTTP协议的RESTful API,因而也只提供了REST的四个方法,即GET,POST,PUT和DELETE。对于资源受限的微处理器,和在资源受限的IP网络下通信,HTTP并不是一种可行的选择。它占用了太多的资源和太多的带宽。而对于物联网这种嵌入式设备来说,对于资源与带宽,是我们需要优先考虑的内容。

  • CoAP采用了二进制报头,而不是文本报头(text header)
  • CoAP降低了头的可用选项的数量
  • CoAP减少了一些HTTP的方法
  • CoAP可以支持检测装置

Refs

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 201,681评论 5 474
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 84,710评论 2 377
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 148,623评论 0 334
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,202评论 1 272
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,232评论 5 363
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,368评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,795评论 3 393
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,461评论 0 256
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,647评论 1 295
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,476评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,525评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,226评论 3 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,785评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,857评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,090评论 1 258
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,647评论 2 348
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,215评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容

  • 一说到REST,我想大家的第一反应就是“啊,就是那种前后台通信方式。”但是在要求详细讲述它所提出的各个约束,以及如...
    时待吾阅读 3,401评论 0 19
  • 正在午睡时安安打来电话,兴奋的说:“嗨!我的烘培屋马上就要开张了,记得要过来捧场哦!”当然了,必须去,不请也去。 ...
    月知寒秋阅读 680评论 0 2
  • 举目休远望 闭目锁衣襟 众人皆有怨 谁知春无心 细柳泛青翠 雏花露红衾 只待春洗面 不落两风尘
    6bc20608a844阅读 209评论 3 1
  • 今天在网上发现了一个新词,叫“心流”,这个词是一个外国人提出来的,意思是指对所做的事情,全身心投入的感受。并说明,...
    b7a019f3cbb9阅读 745评论 0 4