1.1 什么是 CoAP 协议？

CoAP（Constrained Application Protocol，受限应用协议）是 IETF 为资源受限的物联网设备设计的轻量级 UDP 应用层协议（RFC 7252）。它在 HTTP 请求/响应模型基础上，通过二进制头压缩、慢启动 UDP 重传和资源发现机制，使 MCU、传感器等低算力设备也能接入互联网。

1.1.1 核心特性一览

• UDP 传输 + 可靠性保障：默认基于 UDP，通过 CON（Confirmable）消息与 ACK/RST 握手实现重传保障；非确认消息 NON 用于实时流数据。
• 二进制头部（4 字节基础）：头部紧凑，相比 HTTP 文本头部大幅节省带宽。
• RESTful 语义：沿用 GET/POST/PUT/DELETE 方法 + URL 路径，与 Web 开发体系自然衔接。
• 内置资源发现：通过 /.well-known/core 路径查询设备支持的资源列表。
• 观察者模式（Observe）：客户端订阅资源变化，服务端主动推送更新，避免轮询。
• 块传输（Block）：将超过 UDP 报文 MTU 的负载分片传输，支持大负载固件升级。

1.1.2 与 MQTT / HTTP 的对比

1.1.3 典型适用场景

• 智能楼宇传感器网络：温度、湿度、光照等节点通过 6LoWPAN 或 LoRaWAN 接入，CoAP 提供资源描述 + 多播查询，同一网络中数百节点可同时上报。
• 工业现场瞬时控制：对实时性要求高的开关量（如电磁阀动作），使用 NON 消息减少确认延时；固件升级时通过块传输分批推送。
• 农业物联网：电池供电的土壤传感器每隔 5 分钟上传数据，CoAP 的观察者订阅模式让网关只推送变化值，节省能耗。
• 智慧路灯：路灯控制器支持 CoAP 资源发现；运维平台通过 GET /lights/strip1 获取状态，通过 PUT /lights/strip1/level 调节亮度。

1.1.4 设备接入流程拆解（最小可行）

1. 资源建模：将设备功能抽象为 URL 路径 + 方法语义。例如温度传感器在设备上暴露 /temp 资源，对外提供 GET 操作。
2. 服务端启动：在 MCU 上嵌入 CoAP 栈（如 coap‑thon、CoAP.NET、libcoap），绑定 UDP 端口 5683（普通）或 5684（DTLS 加密）。
3. 客户端发现：客户端（网关或云端）向设备发送 GET 请求 /.well-known/core，设备返回可用资源列表，如 </temp>;rt="temperature"。
4. 数据交互：客户端使用对应的 REST 方法读取或写入资源；若开启 Observe，客户端在请求中携带 Observe:0 选项，设备在资源变化时自动推送响应。
5. 安全防护：对敏感设备启用 DTLS；在非受信网络中搭配预共享密钥或证书。