乐趣区

关于物联网:一文解决-CoAP-协议设备与外部网络沟通难题

jiezi

CoAP 协定是一种反对在低功耗、低功率等受限设施间进行通信的物联网协定，这些设施往往都运行在受限网络中，因而 CoAP 协定设计得非常精炼，同时采纳 UDP 协定进行数据传输，所以可能很好的适应受限网络环境。CoAP 通过相似于 HTTP 操作的形式，在受限设施组成的 M2M 网络中，对设施上形象的资源进行操作，这样可能非常简洁、高效地实现受限设施间同步、异步的信息交换。

CoAP 是专为受限硬件、环境而设计的通信协议，在受限网络中可能良好的工作，但如果受限网络须要和内部网络进行沟通，CoAP 则不能很好的适应。另外，因为 CoAP 设计时更多思考的是 M2M 网络模型，所以 CoAP 不足对资源解决核心的反对（基于 CoAP 的 LwM2M 协定为此专门引入了资源的注册、资源的服务等概念）。

以上问题能够通过 EMQX 音讯服务器失去很好的解决。本文就将介绍如何应用 EMQX 接入 CoAP 协定，实现 CoAP 协定设施与内部的沟通。

EMQX 的 CoAP 协定接入形式

对于须要和内部进行沟通的 CoAP 设施，应用 EMQX 作为消息中间件，能够很不便地实现以下性能：

  • 对设施进行认证，回绝不可信设施的数据
  • 对资源进行权限治理，能够指定不同的设施对某个资源领有不同的读 / 写权限
  • 能够作为不同网络 CoAP 设施间的信息传输核心
  • 能够作为其余利用，比方 CoAP 治理利用、数据分析利用和 CoAP 设施、网络间的接入中间件

EMQX 中提供了两种不同的 CoAP 接入形式，涵盖了大多数 CoAP 的业务场景，且接入简略，反对良好，不需对 CoAP 协定自身进行改变。而对原有的 CoAP 设施、利用，接入 EMQX 的老本也很小。

URL 模型

EMQX 通过 URL path 和 queryString 来实现对 CoAP 的接入，CoAP 接入时须要依照上面的规定组织 URL 模型:

coap 连贯类型://Host:Port/ 模式 /TopicName?c= 客户端 Id&u= 用户名 &p= 明码

其中，coap 连贯类型 能够为:

  • coap：应用一般的 UDP 进行传输
  • coaps：启用平安传输层，对于如何启用 coaps (包含单向认证、双向认证)，具体见加密通信配置

模式 目前有: MQTT 和 PubSub 两种，具体区别将会在下文具体介绍。

TopicName : EMQX 中应用 Topic 作为 CoAP 中的资源标识符，一个 Topic 就代表一个资源对象，而 Topic 能够为任意 UTF8 字符串，容许多个层级，比方 coap/、coap/test/queryString。

URL 中的 c、u、p 三个字段是必须的，其中：

  • c 代表客户端 ID，为任意字符串，实践上每个客户端 ID 都应该须要是惟一的
  • u 和 p 别离代码用户名和明码，须要在 EMQ X 的认证模块中事后设置好

MQTT 模式

MQTT 模式依照 MQTT 规范，对 CoAP 的 Method 进行本义，只有简略的 Pub/Sub 行为，本义对照表如下：

Method Token MQTT
GET 0 Subscribe
GET 1 UnSubscribe
GET _ 非法操作
PUT _ Publish
POST _ 非法操作
DELETE _ 非法操作

该模式实用于以下场景:

  • 只须要应用 EMQX 进行音讯、指令或者其余实时信息传输
  • 如果须要长时间应用 Observe 性能，则须要处于专用网络或者内网中 这点比拟重要，因为 UDP 是无连贯的，所以在公网上产生的 UDP 链路是无奈长时间放弃的，这会导致 Observe 可能无奈失常承受到数据

  • 如果处于公网，则 Observe 只能用来做为PUT 操作的后果监听机制，例如: 假如一个 CoAP 设施须要通过 EMQX 向另外的其余设施发送指令、数据，并且依据返回的数据进行后续解决，则能够:

    1. 应用 PUT 办法向某个 Topic 发送指令
    2. 应用 Observe 形式监听这个 Topic
    3. 依据 EMQX 返回的数据进行解决 鉴于公网中 UDP 链路的维持工夫，Observe 的工夫在 30s 以内是平安的，在 15s 内是足够平安的

PubSub 模式

PubSub 模式绝对于 MQTT 模式来说更加简单些，然而也绝对更合乎 CoAP 中「资源」的概念，所有 Publish 的音讯，会被当作「资源」寄存在 EMQX 内，超时工夫采纳 CoAP 协定中的 max-age 可选字段进行管制，在超时前，音讯都能通过 GET 办法获取到。

本义关系如下:

Method Token MQTT Resouce
GET 0 Subscribe _
GET 1 UnSubscribe _
GET _ _ 读取该 Topic 对应的音讯
PUT _ Publish 更新该 Topic 对应的音讯
POST _ Publish 更新该 Topic 对应的音讯
DELETE _ _ 删除该 Topic 对应的音讯

这种模式相当于下面的 MQTT 模式的扩大，除了上述实用场景外，还实用于以下场景:

  • 应用 EMQX 作为数据、信息等资源的替换汇总核心的场景 比方监控环境的 CoAP 设施, 能够定时将本人采集到的数据 PUT 到 EMQX 中，而数据处理核心则通过订阅相干主题来接管这些数据，以此对环境情况进行剖析；又比方 CoAP 设施能够定时将本身状态推送到 EMQX 中，用户则能够通过 EMQX 间接察看设施的运行状态。
  • 音讯传输的频率低、对时延容忍度高的场景 这种场景中，能够应用 PUT 更新某个 Topic 的音讯，而对该 Topic 感兴趣的客户端则能够依照本人的节奏，通过 GET 来获取最新的音讯、数据等。

配置办法

EMQX 的 CoAP 协定网关相干配置在 emqx.conf 文件中，上面将会具体介绍。

非加密通信场景

对于数据敏感性不高，或者不须要传输链路保障通信安全的状况下，能够简略依照业务需要关上对应的端口进行监听即可。

比方上面的配置，在所有可用 IP 上监听 5683 端口，且在局域网 IP 192.168.1.2 上监听 5684 端口

coap.bind.udp.1 = 0.0.0.0:5683
coap.bind.udp.2 = 192.168.1.2:5684

加密通信场景

EMQX 的 CoAP 协定网关反对 DTLS 平安传输层协定，同时可配置单向 / 双向认证，默认配置会主动关上单向认证。

单向认证

单向认证的配置如下，如果不须要启用加密通信，应该正文掉这些配置。

## DTLS 监听的端口, 配置形式和下面的 udp 模式一样, 可用依照须要配置多个端口
coap.dtls.port1 = 5684
coap.dtls.port2 = 192.168.1.2:6585

## DTLS 的私钥
## Value: File
coap.dtls.keyfile = {{platform_etc_dir}}/certs/key.pem

## DTLS 的证书文件
## Value: File
coap.dtls.certfile = {{platform_etc_dir}}/certs/cert.pem

双向认证

EMQX 的 CoAP 协定网关也反对双向认证，配置如下：

## 验证模式, 可选值为: verify_peer | verify_none
coap.dtls.verify = verify_peer

## 客户端没有发送证书时是否回绝连贯
coap.dtls.fail_if_no_peer_cert = false

## pem 格局的 CA 证书
coap.dtls.cacertfile = {{platform_etc_dir}}/certs/cacert.pem

coap.dtls.verify 用来决定是否开启双向认证, 可选值为:

  • verify_peer 验证客户端
  • verify_none 不验证客户端

当双向认证开启时，coap.dtls.fail_if_no_peer_cert 用来决定当客户端没有发送证书时, 服务器是否回绝连贯。coap.dtls.cacertfile 为 pem 格局的 CA 证书，用来对客户端进行验证。对于双向认证，具体能够参考 EMQX 启用双向 SSL/TLS 平安连贯。

测试和验证

开启 CoAP 协定网关

应用 Dashboard 开启

在 Dashboard 中的 插件 目录下，抉择 emqx_coap 点击开启即可，如图:

应用终端开启

在终端可应用上面的指令开启 emqx_coap 性能:

./bin/emqx_ctl plugins load emqx_coap

装置 CoAP 测试用客户端

coap.me

如果在 EMQX 的 CoAP 协定网关上配置的是公网 IP，能够应用 https://coap.me/ 这个在线网站进行测试。具体应用办法见网站阐明。

libcoap

libcoap 是一个 C 语言实现的、对 CoAP 所有相干规范都有欠缺反对的库，自带一个客户端利用，个别被视作 CoAP 的规范校验客户端。

在大多数 Linux 零碎中，能够应用零碎的包管理器进行装置，在 macOS 上能够应用 brew 进行装置，其余平台可能须要手动编译源代码。

装置好后的客户端个别叫做：coap-client 或者 libcoap。

测试 PubSub 模式

上面应用 libcoap 演示，先向服务器 publish 一个音讯后，再读取该 Topic 对应的最新消息

# 应用 PubSub 模式, 以 put 办法向 coap/test Topic 推送一条 json 格局的音讯
coap-client -m put -e '#{msg =>"Hello, CoAP"}' -t json "coap://127.0.0.1:5683/ps/coap/test?c=clientid1234&u=admin&p=public"

# 读取 coap/test 这个 Topic 最初一条音讯, 将会失去 #{msg => "Hello, CoAP"}
coap-client -m get  "coap://127.0.0.1:5683/ps/coap/test?c=clientid1234&u=admin&p=public"

上面的例子演示如何进行订阅:

## 订阅 coap/observe 这个 topic, Token 设置为 "token", 订阅超时为 60s
coap-client -m get -s 60 -B 30 -o - -T "token" "coap://127.0.0.1:5683/ps/coap/observe?c=clientid1234&u=admin&p=public"

## 应用另外一个 CoAP 客户端进行推送, 也能够应用其余任意的 MQTT 客户端
coap-client -m post -e '#{msg =>"This is Observe"}' -t json "coap://127.0.0.1:5683/ps/coap/observe?c=clientid1234&u=admin&p=public"

## 这个时候订阅者将会收到:
## #{msg => "This is Observe"}

测试 MQTT 模式

MQTT 模式的测试和下面一样，只不过只有 publish/subscribe 两种操作。例子如下:

## publish
coap-client -m put -e '#{msg =>"Hello, CoAP"}' -t json "coap://127.0.0.1:5683/mqtt/coap/test?c=clientid1234&u=admin&p=public"

## subscribe
coap-client -m get -s 60 -B 60 -o - -T "token" "coap://127.0.0.1:5683/mqtt/coap/sub?c=clientid1234&u=admin&p=public"

结语

至此，咱们实现了 CoAP 协定设施接入 EMQX 的残缺流程，实现了 CoAP 协定设施和 MQTT 协定设施的整合。

作为一款弱小的开源分布式云原生物联网音讯服务器，EMQX 不仅残缺反对 MQTT 协定，同时反对 CoAP、LwM2M 协定，为各类终端设备的接入提供便当。

欢送拜访 EMQX GitHub 我的项目地址：https://github.com/emqx/emqx 关注 EMQX 开源我的项目最新进展。

版权申明：本文为 EMQ 原创，转载请注明出处。

原文链接：https://www.emqx.com/zh/blog/connecting-coap-devices-to-emqx

退出移动版