2. CoAP协议基础
CoAP（Constrained Application Protocol，受限应用协议）是 IETF 为物联网场景设计的轻量级应用层协议，运行于 UDP 之上。它本质上是将 HTTP 的 RESTful 语义映射到低功耗、低带宽的受限网络中。理解 CoAP 与 HTTP 的差异、消息模型及 URI 结构，是后续在 ThingsBoard 中配置设备接入与优化功耗的前提。
2.1 CoAP 与 HTTP 核心对比
CoAP 并非 HTTP 的替代品，而是其“受限网络适配版”。下表从协议栈、传输方式、消息格式、可靠性机制等维度进行对比：
| 对比维度 | HTTP | CoAP |
|---|---|---|
| 传输层 | TCP（面向连接，可靠有序） | UDP（无连接，尽力交付） |
| 消息格式 | 文本（ASCII/UTF-8），头部较大 | 二进制（4 字节固定头部 + 选项），极简 |
| 可靠性 | TCP 内置重传与确认 | 应用层 CON/NON 机制（可选确认） |
| 请求/响应模型 | 严格 Request/Response，同步或异步 | Request/Response + 观察者模式（Observe） |
| 方法 | GET / POST / PUT / DELETE / PATCH 等 | GET / POST / PUT / DELETE（与 HTTP 语义对齐） |
| 资源标识 | URI（http://host:port/path?query） | URI（coap://host:port/path?query） |
| 头部开销 | 通常 200~800 字节 | 固定 4 字节，选项压缩 |
| 适用场景 | Web 应用、浏览器、API 网关 | 传感器、执行器、低功耗嵌入式设备 |
关键结论：CoAP 通过二进制编码、UDP 传输、轻量头部和可选确认机制，将单次交互的带宽消耗降低到 HTTP 的 10%~20%，非常适合 ThingsBoard 中电池供电的传感器节点。
2.2 CoAP 消息模型：Request / Response
CoAP 消息模型分为两种类型：确认型（CON，Confirmable）和非确认型（NON，Non-confirmable）。CON 消息要求接收方回复 ACK（确认）或 RST（复位），NON 消息则无需确认。响应消息同样可以携带 CON 或 NON 标记。
典型的 CoAP Request/Response 流程如下：
- 客户端发送 CON 请求：携带 Message ID，请求资源（如温度值）。
- 服务端处理并回复 ACK + 响应：ACK 携带与请求相同的 Message ID，并在 Payload 中返回资源表示。
- 若服务端需要更长时间处理：可先回复空 ACK（Separate Response），待处理完成后发送新的 CON 响应。
- 重传机制：若客户端未收到 ACK，会以指数退避方式重传 CON 请求（默认最多 4 次）。
低功耗优化提示：对于周期性上报数据的传感器，建议使用 NON 消息发送数据，避免 ACK 交互带来的额外唤醒和功耗。ThingsBoard 的 CoAP 集成默认支持 NON 消息的接收。
下图展示了 CoAP 的两种典型交互模式：
2.3 CoAP URI 结构
CoAP 的 URI 结构与 HTTP 高度相似，但使用 coap:// 或 coaps://（DTLS 加密）作为 scheme。标准格式如下：
coap://[host]:[port]/[path]?[query]
coaps://[host]:[port]/[path]?[query]各组成部分说明：
| 组件 | 示例 | 说明 |
|---|---|---|
| scheme | coap:// |
协议标识，coap 为明文，coaps 为 DTLS 加密 |
| host | thingsboard.cloud 或 192.168.1.100 |
服务端域名或 IPv4/IPv6 地址 |
| port | 5683（默认） |
CoAP 默认端口 5683，coaps 默认 5684 |
| path | /api/v1/DEVICE_TOKEN/telemetry |
资源路径，ThingsBoard 使用固定路径模板 |
| query | ?key=temp&value=25.5 |
查询参数，用于过滤或附加数据 |
ThingsBoard 路径约定：设备接入时，CoAP URI 必须遵循 ThingsBoard 的固定模板：
coap://[host]:5683/api/v1/[DEVICE_TOKEN]/[method]。其中 [method] 可选 telemetry（遥测）、attributes（属性）、rpc（RPC 命令）。DEVICE_TOKEN 是设备接入凭证，不可泄露。
以下是一个完整的 CoAP 请求示例，用于向 ThingsBoard 上报温度数据：
请求行：
coap://demo.thingsboard.io:5683/api/v1/ABC123DEF456/telemetry
方法：POST
Payload（JSON 格式）：
{"temperature": 25.5, "humidity": 60.2}
消息类型：NON（非确认型，适合周期性上报）2.4 小结
- CoAP 与 HTTP 的核心差异在于传输层（UDP vs TCP）、消息格式（二进制 vs 文本）和可靠性机制（可选确认 vs 强制确认）。
- CON 消息提供可靠传输，适合控制指令；NON 消息减少交互开销，适合高频传感器数据上报。
- CoAP URI 遵循
coap://host:port/path?query结构，ThingsBoard 使用固定路径模板/api/v1/DEVICE_TOKEN/telemetry接收设备数据。