OneNET协议之LWM2M+CoAP

OneNET基础通信套件架构

• SDK的架构如图所示，包括了三部分的内容，最下层是基于UDP协议的CoAP实现，中间是基于CoAP的LWM2M协议实现，最上层是在LWM2M协议里面使用的IPSO定义的资源模型，用于对传感器以及传感器属性进行标识，该部分内容遵循IPSO组织制定的Profile规范。

LWM2M协议简介

LWM2M是OMA组织制定的轻量化的M2M协议。LwM2M定义了三个逻辑实体:

• LWM2M Server 服务器；
• LWM2M Client 客户端，负责执行服务器的命令和上报执行结果；
• LWM2M 引导服务器 Bootstrap Server，负责配置LWM2M客户端。

在这三个逻辑实体之间有4个逻辑接口：

• Device Discovery and Registration：客户端注册到服务器并通知服务器客户端所支持的能力；
• Bootstrap：Bootstrap Server 配置 Client ；
• Device Management and Service Enablement：指令发送和接收；
• Information Reporting：上报其资源信息。
  LWM2M协议栈：
  
• LWM2M Objects：每个对象对应客户端的某个特定功能实体。LWM2M规范定义了以下标准Objects，比如：
  (1) urn:oma:lwm2m:oma:2; (LWM2M Server Object)；
  (2) urn:oma:lwm2m:oma:3; (LWM2M Access Control Object)；
  (3) 每个object下可以有很多 resource，比如 Firmware object 可以有 Firmware 版本号，size 等 resource；
  (4) Vendor可以自己定义object。
• LWM2M Protocol：定义了一些逻辑操作，比如Read, Write, Execute, Discover or Observe等。

LWM2M 协议的具体内容和消息格式可以参考OMA的网站
https://en.wikipedia.org/wiki/OMA_LWM2M

COAP协议简介

• CoAP(Constrained Application Protocol)协议是IETF提出的一种面向网络的协议，采用了与HTTP类似的特征，核心内容为资源抽象、REST式交互以及可扩展的头选项等。CoAP协议基于REST构架，REST是指表述性状态转换架构，是互联网资源访问协议的一般性设计风格。为了克服HTTP对于受限环境的劣势，CoAP既考虑到数据报长度的最优化，又考虑到提供可靠通信。一方面，CoAP提供URI，REST式的方法如GET、POST、PUT和DELETE，以及可以独立定义的头选项提供的可扩展性。另一方面，CoAP基于轻量级的UDP协议，并且允许IP多播。为了弥补UDP传输的不可靠性，CoAP定义了带有重传机制的事务处理机制。并且提供资源发现机制，并带有资源描述。
  CoAP协议栈示意图：
  
• CoAP由UDP作为承载，遵循UDP基本的协议报文格式，UDP数据内容部分按照CoAP协议报文格式进行写入传输。

CoAP协议格式说明如下：

• 【Ver】版本编号，指示CoAP协议的版本号。类似于HTTP 1.0 HTTP 1.1。版本编号占2位，取值为01B。
• 【T】报文类型，CoAP协议定义了4种不同形式的报文：CON报文，NON报文，ACK报文和RST报文。
• 【TKL】CoAP标识符长度。CoAP协议中具有两种功能相似的标识符，一种为Message ID（报文编号），一种Token（标识符）。其中每个报文均包含消息编号，但是标识符对于报文来说是非必须的。
• 【Code】功能码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具有不同的表现形式，Code占一个字节，它被分成了两部分，前3位一部分，后5位一部分，为了方便描述它被写成了c.dd结构。其中0.XX表示CoAP请求的某种方法，而2.XX、4.XX或5.XX则表示CoAP响应的某种具体表现。
• 【Message ID】报文编号。
• 【Token】标识符具体内容，通过TKL指定Token长度。
• 【Option】报文选项，通过报文选项可设定CoAP主机、CoAP URI、CoAP请求参数和负载媒体类型等等。
• 【1111 1111B】CoAP报文和具体负载之间的分隔符。
  CoAP支持多个Option，CoAP的Option的表示方法比较特殊，采用增量的方式描述。一般情况下Option部分包含Option Delta、Option Length和Option Val三部分：
• 【Option Delta】表示Option的增量，当前的Option的具体编号等于之前所有Option Delta的总和。
• 【Option Length】表示Option Val终端设备的具体长度。
• 【Option Val终端设备】表示Option具体内容。

CoAP协议报文中具体数值的意义参考CoAP协议：IETF RFC7252