目錄
前言
一、COAP簡介
1、關(guān)于COAP
?2、COAP特點(diǎn)
3、基于COAP的NB-IoT接入流程
二、CoAP協(xié)議JAVA實(shí)踐
1、californium介紹
2、Java集成?
3、Maven 資源引入
4、定義Server端
5、Client調(diào)用
6、運(yùn)行測試
總結(jié)
前言
? ? ? ? 今天平安夜，祝大家圣誕快樂，平平安安。最近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，很多設(shè)備都已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。相信很多從事安防、智慧城市、智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、應(yīng)急消防、自然資源行業(yè)的朋友們，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是很成熟的技術(shù)了。很多的攝像頭、傳感器、計(jì)量水表、電表、燃?xì)獗?、濕度傳感器等等設(shè)備不僅可以支持實(shí)時(shí)的上傳數(shù)據(jù)，還可以跟物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行互聯(lián)互通，接收服務(wù)端的指令并進(jìn)行執(zhí)行相應(yīng)操作。
????????在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接的過程中，除了基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)通信保障，還有一個(gè)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，就是物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。相信大家對(duì)協(xié)議都不陌生，從TCP/IP、UDP，從HTTP、MQTT、COAP，很多的協(xié)議在我們?nèi)粘５墓ぷ鳟?dāng)中，當(dāng)然更多使用的是HTTP協(xié)議。關(guān)于協(xié)議，很多書籍都已經(jīng)講解得非常詳細(xì)。
????????本文將圍繞物聯(lián)網(wǎng)的COAP協(xié)議，首先對(duì)其進(jìn)行簡單介紹，然后基于JAVA語言來進(jìn)行COAP協(xié)議通訊編程實(shí)戰(zhàn)，幫助大家對(duì)COAP有一個(gè)簡單的認(rèn)知，經(jīng)過編程實(shí)踐掌握協(xié)議的通信機(jī)制。
一、COAP簡介
????????為了讓不熟悉COAP協(xié)議的讀者在讀這篇博文時(shí)，不至于不知道COAP是什么？因?yàn)檫€是在此對(duì)COAP進(jìn)行一個(gè)簡單的介紹，讓每個(gè)讀者都有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。如果對(duì)COAP非常熟悉的朋友，可以略過，直接進(jìn)入后面的編程實(shí)戰(zhàn)環(huán)節(jié)。
1、關(guān)于COAP
????????CoAP（Constrained Application Protocol，受限應(yīng)用協(xié)議）是一種專為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備和資源受限網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的應(yīng)用層協(xié)議。它的誕生也是由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大多都是資源限制型的，比如 CPU、RAM、Flash、網(wǎng)絡(luò)寬帶等；對(duì)于這類設(shè)備來說，想要直接使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的TCP和HTTP來實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息交換是不現(xiàn)實(shí)的，為了讓這部分設(shè)備能夠順利接入網(wǎng)絡(luò)，CoAP 協(xié)議因此誕生。
?2、COAP特點(diǎn)
| 序號(hào) | 特點(diǎn) | 說明 |
| 1 | 輕量級(jí) | CoAP協(xié)議非常簡單，頭部和選項(xiàng)字段較少，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源較少。 |
| 2 | 基于UDP | 基于UDP運(yùn)行，使得更適用于無連接、低延遲和高效率的通信，通過CoAP的CON（Confirmable）和ACK（Acknowledgment）消息實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸。 |
| 3 | 類Restful架構(gòu) | 采用類RESTful架構(gòu)風(fēng)格，支持GET、POST、PUT和DELETE等常用的HTTP方法（有所區(qū)分），以進(jìn)行資源的讀取、創(chuàng)建、更新和刪除。 |
| 4 | 低能耗、低帶寬 | 對(duì)資源受限設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，具有低能耗和低帶寬消耗的特性。 |
| 5 | 資源標(biāo)識(shí)符 | 使用統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）來標(biāo)識(shí)資源 |
| 6 | IP多播 | 允許一對(duì)多的通信，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的多個(gè)設(shè)備同時(shí)接收非常有用 |
| 7 | 可擴(kuò)展性 | 允許在消息頭中包含自定義選項(xiàng)，以滿足特定應(yīng)用的需求，可擴(kuò)展性高。 |
3、基于COAP的NB-IoT接入流程
?????????上圖是某云基于Coap的NB-IoT的數(shù)據(jù)接入框架，這也是當(dāng)前很多物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)接入的架構(gòu)（可供參考），是一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方式。
| 序號(hào) | 描述 |
|---|---|
| 1 | 在設(shè)備端NB-IoT模塊中，集成物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)SDK。廠商在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)控制臺(tái)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備證書（ProductKey、DeviceName和DeviceSecret）并燒錄到設(shè)備中。 |
| 2 | NB-IoT設(shè)備通過運(yùn)營商的蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行入網(wǎng)。需要聯(lián)系當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商，確保設(shè)備所屬地區(qū)已經(jīng)覆蓋NB網(wǎng)絡(luò)，并已具備NB-IoT入網(wǎng)能力。 |
| 3 | 設(shè)備入網(wǎng)成功后，NB設(shè)備產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)及產(chǎn)生的費(fèi)用數(shù)據(jù)，將由運(yùn)營商的M2M平臺(tái)管理。此部分平臺(tái)能力由運(yùn)營商提供。 |
| 4 | 設(shè)備開發(fā)者可通過CoAP/UDP協(xié)議，將設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)到云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，借助物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量億級(jí)設(shè)備的安全連接和數(shù)據(jù)管理能力。并且，可通過規(guī)則引擎，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至大數(shù)據(jù)產(chǎn)品、云數(shù)據(jù)庫、表格存儲(chǔ)等服務(wù)中進(jìn)行處理。 |
| 5 | 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供相關(guān)的數(shù)據(jù)開放接口和消息推送服務(wù)，可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到業(yè)務(wù)服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用的快速集成。 |
二、CoAP協(xié)議JAVA實(shí)踐
????????協(xié)議一般與編程語言無關(guān)。因此，您可以使用熟悉的技術(shù)棧來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)即可，這里以作者熟悉的Java語言為例，簡單的介紹適用Java進(jìn)行CoAP的協(xié)議開發(fā)。采用Java實(shí)現(xiàn)的原因很簡單，基于Java良好的生態(tài)，有一款基于Java開發(fā)的CoAP協(xié)議實(shí)現(xiàn)框架californium，基于這個(gè)框架可以快速實(shí)現(xiàn)CoAP的Server端和Client的開發(fā)，幫助我們快速實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。
1、californium介紹
????????Californium框架是一款基于Java實(shí)現(xiàn)的Coap技術(shù)框架，californium官網(wǎng)地址，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了Coap協(xié)議的各種請(qǐng)求響應(yīng)定義，支持CON/NON不同的可靠性傳輸模式。Californium 基于分層設(shè)計(jì)且高度可擴(kuò)展。Californium三層架構(gòu)如下:
????????1 網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)處理端口監(jiān)聽，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)；
????????2 協(xié)議層:負(fù)責(zé)Coap協(xié)議數(shù)據(jù)包解析及封裝，實(shí)現(xiàn)消息的路由、可靠性傳輸、Token處理、觀察者模型；
????????3 邏輯層:負(fù)責(zé) Resource定義和映射，一個(gè)Resource 對(duì)應(yīng)一個(gè)URL，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)Coap 請(qǐng)求處理?？梢詫esource是一個(gè)controller。
2、Java集成?
????????實(shí)現(xiàn)申明，在這里，我們使用californium的版本是2.0.x版本，使用2.0版本是因?yàn)樵?的版本中座了優(yōu)化和調(diào)整，導(dǎo)致有一些配置需要重寫。為了保證最簡單的實(shí)現(xiàn)，我們用2.0作為示例例子，下次可以說明一下在更高級(jí)的版本中如何使用。
????????Java開發(fā)環(huán)境軟件說明：
? ? ? ? Eclipse、Jdk1.8、Maven3.3.9、californium 2.0.0-M7
3、Maven 資源引入
????????首先新建一個(gè)Maven工程，在Pom.xml中引入所需要的資源jar包。
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<groupId>com.yelangking</groupId>
<artifactId>californium-client-demo</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.eclipse.californium</groupId>
<artifactId>californium-core</artifactId>
<version>2.0.0-M7</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.eclipse.californium</groupId>
<artifactId>element-connector</artifactId>
<version>2.0.0-M7</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.eclipse.californium</groupId>
<artifactId>scandium</artifactId>
<version>2.0.0-M7</version>
</dependency>
</dependencies>
</project>4、定義Server端
????????基于californium的server端開發(fā)，其實(shí)非常簡單。關(guān)鍵代碼如下：
package com.yelagking;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import org.eclipse.californium.core.CoapResource;
import org.eclipse.californium.core.CoapServer;
import org.eclipse.californium.core.coap.CoAP.ResponseCode;
import org.eclipse.californium.core.server.resources.CoapExchange;
public class HelloCoAPServer {
public static void main(String[] args) {
CoapServer server = new CoapServer();// 主機(jī)為localhost 端口為默認(rèn)端口5683
server.add(new CoapResource("hello") {// 創(chuàng)建一個(gè)資源為hello 請(qǐng)求格式為 主機(jī)：端口\hello
@Override
public void handleGET(CoapExchange exchange) { // 重寫處理GET請(qǐng)求的方法
exchange.respond(ResponseCode.CONTENT, "Hello CoAP!This is from Java coap server");
}
});
server.add(new CoapResource("time") { // 創(chuàng)建一個(gè)資源為time 請(qǐng)求格式為 主機(jī)：端口\time
@Override
public void handleGET(CoapExchange exchange) {
Date date = new Date();
exchange.respond(ResponseCode.CONTENT, new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(date));
}
});
server.start();
}
}
????????在上面的代碼中，相當(dāng)與定義了兩個(gè)controller，分別為hello和time，在類里面，開放了一個(gè)get訪問接口（相當(dāng)于是restful的get）。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，我們可以在get里面做業(yè)務(wù)邏輯了，比如把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫，或者把執(zhí)行命令一起推送給下游的設(shè)備端。
server.add(new CoapResource("hello") {// 創(chuàng)建一個(gè)資源為hello 請(qǐng)求格式為 主機(jī)：端口\hello
@Override
public void handleGET(CoapExchange exchange) { // 重寫處理GET請(qǐng)求的方法
exchange.respond(ResponseCode.CONTENT, "Hello CoAP!This is from Java coap server");
}
});5、Client調(diào)用
????????有了服務(wù)端之后，我們?cè)龠M(jìn)行客戶端的開發(fā)。由于是示例，并未做分離部署，及客戶端和服務(wù)端在一臺(tái)機(jī)器上，實(shí)際情況下肯定是需要分開的。關(guān)鍵代碼如下：
package com.yelangking;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;
import org.eclipse.californium.core.CoapClient;
import org.eclipse.californium.core.CoapResponse;
import org.eclipse.californium.core.Utils;
import org.eclipse.californium.core.coap.MediaTypeRegistry;
public class ClientTest {
public static void main(String[] args) throws URISyntaxException, IOException {
URI uri = null;
uri = new URI("coap://localhost:5683/hello"); // 創(chuàng)建一個(gè)資源請(qǐng)求hello資源，注意默認(rèn)端口為5683
//uri = new URI("coap://127.0.0.1:5683/core/time?type=1");
CoapClient client = new CoapClient(uri);
CoapResponse response = client.get();
if (response != null) {
System.out.println(response.getCode()); // 打印請(qǐng)求狀態(tài)碼
System.out.println(response.getOptions()); // 選項(xiàng)參數(shù)
System.out.println(response.getResponseText()); // 獲取內(nèi)容文本信息
System.out.println("\nAdvanced\n"); //
System.out.println(Utils.prettyPrint(response)); // 打印格式良好的輸出
}
}
}
6、運(yùn)行測試
????????在編寫完server端和client端代碼后，我們分別來測試一下是否可用，以及通過client調(diào)用server，是否有請(qǐng)求報(bào)文。首先將Server端啟動(dòng)起來。
????????然后再啟動(dòng)client，同時(shí)訪問hello接口，測試能否從接口中獲取數(shù)據(jù)。運(yùn)行main函數(shù)后，發(fā)現(xiàn)控制臺(tái)有以下輸出：
SLF4J: Failed to load class "org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder".
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#StaticLoggerBinder for further details.
2.05
{"Content-Format":"text/plain"}
Hello CoAP!This is from Java coap server
Advanced
==[ CoAP Response ]============================================
MID : 59202
Token : [d845e70ed6398b48]
Type : ACK
Status : 2.05
Options: {"Content-Format":"text/plain"}
RTT : 51 ms
Payload: 40 Bytes
---------------------------------------------------------------
Hello CoAP!This is from Java coap server
===============================================================
????????可以看到，client成功發(fā)起了一個(gè)get請(qǐng)求，server端正常接收請(qǐng)求，并返回了相應(yīng)。一次CoAP的協(xié)議調(diào)用過程實(shí)例就成功了。
總結(jié)
????????以上就是本文的主要內(nèi)容，本文將圍繞物聯(lián)網(wǎng)的COAP協(xié)議，首先對(duì)其進(jìn)行簡單介紹，然后基于JAVA語言來進(jìn)行COAP協(xié)議通訊編程實(shí)戰(zhàn)，幫助大家對(duì)COAP有一個(gè)簡單的認(rèn)知，經(jīng)過編程實(shí)踐掌握協(xié)議的通信機(jī)制。
本文部分插圖參考網(wǎng)絡(luò)資源，原文地址：
1、Coap協(xié)議和Californium框架使用示例。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-765416.html
2、CoAP連接通信。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-765416.html
到了這里，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之COAP簡介及Java實(shí)踐的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
