物联网协议LWM2M MQTT与CoAP区别是什么

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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。

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。

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。

• 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。

• 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。

• 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.

• 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。

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