智能物联网通信技术实验教程 课件 第5章 应用层实验

第5章应用层实验CATALOGUE实验内容MQTT协议COAP协议LwM2M协议第5章应用层实验学习MQTT协议特点深入理解MQTT协议的特性，包括其轻量级、发布/订阅模式及数据传输机制。部署MQTT代理服务器搭建MQTT代理服务器，并基于该服务器创建客户端，实现数据的高效传输。5.1MQTT协议-实验内容MQTT通信协议基础MQTT是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通讯协议，构建于TCP/IP协议上，专为小型设备到云端的通信设计。Mosquitto代理服务器实验中使用了MQTT代理服务器——Mosquitto，客户端与Mosquitto建立网络连接，向特定的主题发布消息。消息转发机制客户端发布的消息会被Mosquitto转发给订阅了该主题的所有客户端，实现了一对多的消息传输功能。5.1MQTT协议-实验原理环境准备下载Mosquitto2.0.9到本地，通过apt-get命令安装mosquitto、mosquitto-clients及mosquitto-dev，修改mosquitto.conf文件，添加监听端口、关闭匿名访问并指定用户名密码文件。添加账户和密码在pwfile写入账户MQTT，密码MQTT，使用mosquitto_passwd命令创建凭证文件，至此Mosquitto配置完成，接下来进行运行测试，确保代理服务器正确配置并可接受安全连接。启动客户端进行消息交互开启两个客户端，一个作为发布端，一个作为接收端，进行简单的发布订阅测试，通过Shell脚本实现消息交互，并确保订阅端能够接收到发布端发送的消息。5.1MQTT协议-实验步骤订阅端接收数据记录信息：订阅端成功接收到发布端发送的数据，消息传输系统运行正常，数据能够从发布端顺利到达订阅端。运行订阅的脚本记录信息：运行订阅的脚本后成功接收到数据，消息传输系统设计合理，能够高效地处理并转发消息。5.1MQTT协议-实验结果5.2COAP协议-实验内容学习CoAP协议的特点，包括其设计初衷、数据传输模式以及在物联网中的应用。学习协议特点创建CoAP协议的客户端和服务端，实现数据传输，加深对协议的理解。创建客户端服务端CoAP协议特性01CoAP专为物联网设计，基于REST，适用于资源受限设备。它运行在UDP上，支持请求/响应和资源观察，提供GET、POST、PUT、DELETE方法，并支持二进制格式提高效率。服务端运行原理02服务端初始化Libcoap库，定义资源及其URL和处理函数。它监听CoAP请求，构造响应，并在通信结束后释放资源。客户端运行原理03客户端初始化Libcoap库，构造请求并发送至服务端。它处理响应，实现确认和重传机制，确保消息可靠传输，并在通信结束后释放资源。5.2COAP协议-实验原理在Ubuntu虚拟机上，通过gitclone下载libcoap源码，并编译安装。编译过程包括生成configure文件、makefile文件、编译和安装。环境准备在多个终端中，使用coap-server和coap-client工具模拟服务端和客户端的交互，实现数据的PUT存储和GET获取。客户端的PUT等请求启动CoAP服务器，在终端中使用coap-client工具向服务器发送GET请求，例如./coap-client-mgetcoap://localhost:5683/。测试客户端使用nano文本编辑器编写服务器和客户端的脚本，分别在服务端启动服务器并处理GET和PUT请求，在客户端发送相应的请求。编写GETPUT请求脚本5.2COAP协议-实验步骤发送GET请求在C终端中，成功使用了GET请求从B终端获取了所需的数据，验证CoAP协议在物联网数据获取中的应用。运行Shell运行脚本通过Shell脚本运行LwM2M客户端，实现对服务器的注册和数据的获取，提高数据交互的效率。DELETE,POST请求在c源文件中加入DELETE和POST请求的示例代码，并进行测试，展示如何在CoAP协议中使用不同的请求方法。5.2COAP协议-实验结果LwM2M协议学习深入理解LwM2M协议特性，包括其数据传输模式及在物联网中的应用。LwM2M客户端与服务端实现搭建LwM2M客户端与服务端，构建稳定的数据传输通道。5.3LwM2M协议-实验内容LwM2M协议概述LwM2M是专为物联网设备设计的轻量级通信协议，适用于资源受限的终端设备。它基于REST框架实现，采用CoAP协议传输消息，并定义了紧凑、高效且具有扩展性的数据模型。LwM2M架构与接口LwM2M架构包括LwM2MServer和LwM2MClient，以及Bootstrap、ClientRegistration、DeviceManagement和InformationReporting四个逻辑接口。LwM2MClient功能LwM2MClient运行在受限设备上，负责收集数据并上报给Server。它通过BootstrapServer获取配置信息，支持简化协议与Server交互，并执行Server下达的命令。5.3LwM2M协议-实验原理LwM2MServer功能LwM2MServer部署在网络中，管理多个Client设备，提供设备注册、监控和远程控制等功能。它收集Client数据，支持命令下发，实现设备配置更改和固件更新。LwM2M通信安全在整个通信过程中，LwM2M协议通过DTLS协议加密Client和Server之间的通信，确保数据传输的安全性，保护数据免受未授权访问。5.3LwM2M协议-实验原理环境准备在Ubuntu虚拟机上克隆EclipseWakaama仓库，并通过CMake构建项目，为后续实验准备环境。启动服务端和客户端启动服务端并解析运行结果，包括客户端连接、版本、生命周期和对象列表；同时启动客户端并注册到服务端。数据交互命令使用在输入页面中查找并使用help命令，了解如何使用write、change和read等命令实