Лабы / ОИВ_Л4
.docxМИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
_________________________________________
Кафедра «СиССК»
Лабораторная работа №4
«Роль протокола CoAP в концепции Интернета
вещей и технологии ближнего радиуса действия»
Выполнили студенты БСС2201:
Проверили:
Рогач И. С.
Короткова В. И.
г. Москва, 2025г.
1. Определение протокола CoAP и принцип действия
CoAP (Constrained Application Protocol) — это специализированный протокол прикладного уровня, разработанный для устройств Интернета вещей (IoT) с ограниченными ресурсами (память, энергопотребление, вычислительная мощность). Он использует модель «клиент-сервер», аналогичную HTTP, но оптимизирован для работы в сетях с низкой пропускной способностью и высокой задержкой. Основные особенности:
Работает поверх UDP для снижения накладных расходов.
Поддерживает асинхронные запросы и наблюдение за ресурсами (observe mode).
Использует бинарный формат сообщений для компактности.
2. Роль протокола CoAP в концепции Интернета вещей
CoAP играет ключевую роль в IoT, обеспечивая:
Энергоэффективность: Минимизация передачи данных и использование UDP снижают энергозатраты устройств.
Совместимость: Интеграция с HTTP через прокси-серверы позволяет взаимодействовать с веб-приложениями.
Масштабируемость: Поддержка групповой рассылки (multicast) упрощает управление множеством устройств.
Безопасность: Реализация DTLS (Datagram Transport Layer Security) для шифрования данных.
3. Ограничения CoAP
Отсутствие гарантии доставки: UDP не обеспечивает подтверждение получения пакетов.
Ограниченная поддержка QoS: Нет встроенных механизмов для управления приоритетами трафика.
Сложности с NAT: Проблемы маршрутизации в сетях с трансляцией адресов.
Зависимость от дополнительных протоколов: Для обнаружения устройств требуется использование, например, mDNS.
4. Методы запросов в CoAP
CoAP поддерживает методы, аналогичные HTTP:
GET — получение данных.
POST — создание ресурса.
PUT — обновление ресурса.
DELETE — удаление ресурса.
OBSERVE — подписка на изменения ресурса (специфичен для CoAP).
5. Примеры использования методов CoAP в IoT
Управление умным домом:
PUT /light — включение/выключение света.
OBSERVE /temperature — мониторинг температуры в реальном времени.
Сельское хозяйство:
GET /soil_moisture — сбор данных с датчиков влажности почвы.
POST /alert — отправка уведомлений о критических значениях.
6. Сравнение CoAP с другими протоколами IoT
MQTT:
Использует TCP, гарантирует доставку, но требует больше ресурсов.
Подходит для облачных решений, тогда как CoAP — для локальных сетей.
HTTP:
Высокие накладные расходы из-за текстовых заголовков.
CoAP компактнее и быстрее в слабых сетях.
7. Технологии IoT ближнего радиуса действия
Технологии ближнего радиуса действия (до 100–1000 м) ориентированы на локальные сети с низким энергопотреблением и высокой надёжностью. Рассмотрим ключевые протоколы:
Bluetooth Low Energy (BLE)
Радиус: До 100 м (в открытом пространстве).
Частотный диапазон: 2.4 ГГц (ISM-диапазон).
Скорость: До 2 Мбит/с.
Топология: Звезда (реже — mesh с использованием Bluetooth Mesh).
Энергопотребление: Крайне низкое, подходит для устройств с батарейным питанием (например, датчики, умные часы).
Применение: Умные дома (управление светом), фитнес-трекеры, медицинские устройства.
Ограничения: Нестабильность в перегруженных сетях из-за работы в зашумлённом диапазоне.
Zigbee
Радиус: До 10–100 м (зависит от препятствий).
Частотный диапазон: 868 МГц (Европа), 915 МГц (США), 2.4 ГГц (глобально).
Скорость: 20–250 Кбит/с.
Топология: Mesh-сеть (устройства ретранслируют сигнал).
Энергопотребление: Низкое, но выше, чем у BLE, из-за маршрутизации.
Применение: Промышленная автоматизация, умное освещение (например, Philips Hue).
Ограничения: Требует координатора (хаб), сложность масштабирования в больших сетях.
Z-Wave
Радиус: До 30–100 м.
Частотный диапазон: 868 МГц (Европа), 908 МГц (США).
Скорость: До 100 Кбит/с.
Топология: Mesh-сеть.
Энергопотребление: Умеренное, большинство устройств питаются от батарей.
Применение: Умные дома (безопасность, климат-контроль).
Ограничения: Зависимость от региональных частот, высокая стоимость чипов.
Thread
Радиус: До 100 м.
Частотный диапазон: 2.4 ГГц.
Скорость: До 250 Кбит/с.
Топология: Mesh-сеть на основе IPv6.
Энергопотребление: Низкое, оптимизировано для IoT.
Применение: Умные дома (Google Nest, Apple HomeKit).
Ограничения: Требует совместимых устройств, относительно новый стандарт.
NFC (Near Field Communication)
Радиус: До 10 см.
Частотный диапазон: 13.56 МГц.
Скорость: До 424 Кбит/с.
Топология: Точка-точка.
Энергопотребление: Пассивные метки не требуют питания.
Применение: Платежи (Apple Pay), идентификация (ключи-карты).
Ограничения: Крайне малый радиус, низкая скорость.
Wi-Fi HaLow (802.11ah)
Радиус: До 1 км.
Частотный диапазон: 900 МГц.
Скорость: До 40 Мбит/с.
Топология: Звезда.
Энергопотребление: Выше, чем у BLE/Zigbee, но ниже, чем у классического Wi-Fi.
Применение: Умные города (датчики уличного освещения).
Ограничения: Ограниченная поддержка устройств, высокая сложность развёртывания.
8. Концепция «дружба» в Bluetooth Mesh
В Bluetooth Mesh «дружба» — это механизм, при котором устройства с постоянным питанием («друзья») помогают энергоэффективным узлам («низкоэнергетическим узлам») хранить и передавать сообщения. Это позволяет сократить энергопотребление конечных устройств, так как они могут активироваться реже, перекладывая задачи на «друзей».