论文总字数：18951字

摘 要

随着物联网技术的飞速发展。人们对受限资源设备需求大大增加。但是受限设备的有限计算能力，较小的储存空间和较低的功耗，还不适用于传统的网络通信协议，因此COAP协议横空出世。COAP协议有不同于HTTP协议的双层架构、信息异步传输、占用资源少、低开销、基于UDP协议、支持可靠性的信息传输等特点，适用于资源受限的设备。因此，本文对COAP协议展开了研究，基于COAP设计了基础的COAP协议栈，通过对COAP协议栈的模块化，完成COAP协议的各个所需的功能。实现受限资源设备的信息传输。

关键词：物联网、COAP协议、HTTP协议、信息转换；

Design of wireless communication scheme of Internet of things based on coap protocol

Abstract

With the rapid development of Internet of things technology. People's demand for equipment with limited resources has greatly increased. However, the limited computing power, small storage space and low power consumption of the limited equipment are not suitable for the traditional network communication protocol, so the COAP protocol came out. COAP protocol is different from HTTP protocol in two-tier architecture, information asynchronous transmission, less resources, low overhead, based on UDP protocol, supporting reliable information transmission and so on. It is suitable for devices with limited resources. Therefore, this paper studies the COAP protocol, designs the basic COAP protocol stack based on the COAP, and completes the functions of the COAP protocol through the modularization of the COAP protocol stack. The information transmission of the device with limited resources is realized.

Keywords: Internet of things、COAP protocol、HTTP protocol、information transformation;

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 论文研究的主要内容 1

1.3 研究课题的优点 1

第二章 受限应用COAP协议的应用背景 2

2.1 数字家庭网络的概念 2

2.2 物联网 2

2.2.1 物联网的结构 2

2.3 本章小结 3

第三章 COAP协议的机制和设计 4

3.1 COAP协议的基础描述 4

3.1.1 HTTP协议 4

3.1.2 COAP协议 4

3.2 COAP协议的特点 5

3.3 COAP协议的逻辑模型 6

3.4 COAP协议的消息模型 6

3.5 COAP协议的交互模型 7

3.6 COAP协议信息格式 9

3.6.1 消息格式 9

3.6.3 选项值格式 10

3.7 COAP信息传输 10

3.7.1 可靠性消息传输 10

3.7.2 不可靠信息传输 11

3.7.3 消息重传和拥塞控制 11

3.7.4 信息参数 11

3.8 CAOP的请求/响应 12

3.8.1 COAP协议的请求 12

3.8.2 COAP响应 12

3.8.3方法码与状态码 12

3.9 COAP协议的选项 13

3.10 COAP协议栈的设计与实现 14

3.10.1 消息子栈描述 14

3.10.2管道子栈描述 18

3.10.3 资源子栈描述 19

3.10.4 接口子栈描述 21

3.11 本章小结 23

第四章 COAP协议栈开发环境和部署 24

4.1 开发环境和开发目标 24

4.2 COAP协议的部署 24

4.2.1 OSGI框架 24

4.2.2 OSGI体系结构 24

4.2.3 Bundle生命周期 25

4.2.4 COAP协议部署 26

4.3 COAP协议运行结果 26

4.4 本章总结 27

第五章 总结与展望 29

致谢 30

参考文献 31

附录 32

第一章 引言

1.1 论文的研究背景

随着越来越多的人开始使用资源受限设备相互连接，现代互联网的发展使人们的生活发生了巨大的变化，因为HTTP协议运行在TCP协议上，但是受限网络无法运行在TCP协议上，而且大部分的物联网设备都是受限资源型和有限的Flash，RAM，CPU，网络宽带等等！所以需要加入一个新的通信协议解决这种因资源受限网络而无法进行通信的情况。那这种协议叫做COAP协议。

在受限资源网络中，HTTP协议运用在其中就会过于庞大和复杂，所以需要设计一个能够运用在受限网络的协议，那就是COAP协议，它可以解决HTTP协议在受限网络中的问题。COAP协议是在HTTP协议上进行修改并添加一些新的功能，且一些受限资源的设备不能运行大功耗和复杂的程序，所以需要设计出来的COAP协议要低功耗和高的处理能力解决同样的问题并能够运行在受限网络上。同时COAP协议和HTTP协议都是以REST风格搭建的，但不同的是COAP协议采用的是UDP协议而不是HTTP协议使用的TCP协议，所以COAP协议被人们提及出来，使人们可以更方便用受限资源设备相互连接。

1.2 论文研究的主要内容

1、COAP协议的主要研究方向

主要针对COAP协议建立COAP协议栈，其中COAP协议栈分为四个子栈，下文将会详细介绍。并对COAP协议的通信机制进行分析。

2、在Java语言的基础上进行COAP协议的设计

分析HTTP协议和COAP协议区别，含有横向对比和纵向对比，以及COAP协议的基层协议等等，并用Java语言来实现COAP协议。 实现受限资源设备与网络之间的信息转换。

1.3 研究课题的优点

此次研究课题的优点有两点

优点1：COAP协议布置在OSGI框架上，将制作好的COAP协议栈封装成Bundle，使其能够运行在JVM的设备上（都可以使用COAP协议）。使受限资源设备的开发更加容易；

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