IoT协议LwM2M MQTT与CoAP

一、MQTT

1、概述：

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和制动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。

2、主要特征：

MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；

对负载内容屏蔽的消息传输；

使用TCP/IP 提供网络连接；

有三种消息发布服务质量：

“至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

“只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；

3、网络资源

官方网站

http://public.dhe.ibm.com/software/dw/webservices/ws-mqtt/mqtt-v3r1.html

中文翻译

https://www.gitbook.com/book/mcxiaoke/mqtt-cn

代理软件

Mosquitto —— 这是最早在生产环境中可用的消息代理之一，以 C 语言编写，提供轻量级多种配置与高性能。

Mosca —— 以 Node.js 编写，可嵌入 Node 应用或以独立可执行文件的形式运行。由于配置简单并具有可扩展性，它也是我们最喜欢的消息代理，具有高性能的优点。

RSMB —— IBM 对 MQTT 协议的实现，也是最不常用的选项之一，不过它是一个用C语言编写的成熟系统。

HiveMQ —— HiveMQ 是一种相对较新的消息代理，面向企业环境，在博客上有很多关于 MQTT 不错的信息。

二、CoAP

由于物联网中的很多设备都是资源受限型的，即只有少量的内存空间和有限的计算能力，所以传统的HTTP协议应用在物联网上就显得过于庞大而不适用。 IETF的CoRE工作组提出了一种基于REST架构的CoAP协议。CoAP是6LowPAN协议栈中的应用层协议。

1、网络资源

官网：https://en.wikipedia.org/wiki/Constrained_Application_Protocol

三、Lightweight M2M

OMA是一家国际组织，最初定义了一套 OMA-DM的协议，用来远程管理移动终端设备，比如手机开户，版本升级，等等。OMA-DM有着非常广泛的应用，很多运营生比如Verizon Wireless, Sprint都有自己的OMA-DM服务并要求手机/模块入网的时候通过自定义的OMA-DM入网测试。因为物联网的兴起， OMA在传统的OMA-DM协议基础之上，提出了LWM2M协议。2013年底，OMA发布了LWM2M规范。

OMA Lightweight M2M 主要动机是定义一组轻量级的协议适用于各种物联网设备，因为M2M设备通常是资源非常有限的嵌入式终端，无UI, 计算能力和网络通信能力都有限。同时也因为物联网终端的巨大数量，节约网络资源变得很重要。

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

这个接口让客户端注册到服务器并通知服务器客户端所支持的能力（简单说就是支持哪些资源Resource和对象Object

Bootstrap

Bootstrap server通过这个接口来配置Clinet – 比如说LWM2M server的URL地址

Device Management and Service Enablement

这个就是最主要的业务接口了。 LWM2M Server 发送指令给 Client 并受到回应.

Information Reporting

这个接口是 LWM2M Client 来上报其资源信息的，比如传感器温度。上报方式可以是事件触发，也可以是周期性的。

Lightweight M2M 协议栈

LWM2M Objects: 每个对象对应客户端的某个特定功能实体. LWM2M 规范定义了一下标准Objects，比如

urn:oma:lwm2m:oma:2; (LWM2M Server Object)

urn:oma:lwm2m:oma:3; (LWM2M Access Control Object)

每个object下可以有很多resource. 比如Firmware object可以有Firmware版本号，size等resource.

Vendor可以自己定义object

LWM2M Protocol: 定义了一些逻辑操作，比如Read, Write, Execute, Create or Delete.

CoAP: 是IETF 定义的Constrained Application Protocol 用来做LWM2M的传输层，下层可以是 UDP 或SMS .UDP 是必须支持的，SMS是可选的。CoAP有自己的消息头，重传机制等。

DTLS: 是用来保证客户端和服务器间的安全性的.

四、MQTT与CoAP比较

MQTT和CoAP都是非常有用的物联网协议，但两者有根本区别，两个协议各有特点，选择哪个才是正确的取决于你的应用程序。

1、MQTT是多个客户端通过一个中央代理传递消息的多对多协议。它通过让客户端发布消息、代理决定消息路由和复制来解耦生产者和消费者。虽然MQTT持久性有一些支持，但它是最好的实时通讯总线。

2、CoAP基本上是一个在Client和Server之间传递状态信息的单对单协议。虽然它支持观察资源，但是CoAP最适合状态转移模型，而不是单纯的基于事件。

3、MQTT Clients与Broker之间保持TCP长连接，这个在NAT环境中也不会有问题。CoAP Clients与Server都要接收和发送UDP包。在NAT环境下使用CoAP，需要使用“隧道掘进”或者端口转发(内网穿透)，否则像LWM2M（轻量级M2M）一样，首先初始化设备到‘头端’( head-end )的连接.

4、MQTT不支持带有类型或者其它帮助Clients理解的标签消息。MQTT消息可用于任意目的，但前提是所有的Clients必须知道消息格式。而CoAP则相反，它内置内容协商和发现支持，这样允许设备彼此窥测以找到交换数据的方式。