Введение в QtCoAP

QtCoAP, M2M, Qt

Это клиентская реализация Constrained Application Protocol (Протокола ограниченных приложений (CoAP)) для Internet of Things (Интернета вещей). Библиотека предоставляет быстрый и простой способ использования протокола CoAP в ваших кроссплатформенных приложениях Qt. Как было объявлено ранее, QtCoAP будет доступен в новом выпуске Qt 5.13 как часть Qt for Automation вместе с другими реализациями протокола IoT, такими как MQTT, KNX и OPC UA.

Что такое CoAP?

CoAP был разработан, как облегченный протокол обмена данными между компьютерами (M2M), который может работать на устройствах с ограниченным объемом памяти и вычислительных ресурсов. Он основан на концепции RESTful APIs и очень похож на HTTP.

CoAP имеет архитектуру «клиент-сервер» и использует запросы GET, POST, PUT и DELETE для взаимодействия с данными. Но в отличие от HTTP, он использует облегченный UDP для переноса вместо TCP. Кроме того, он поддерживает некоторые интересные функции, такие, как многоадресные запросы, обнаружение ресурсов и наблюдение.

Благодаря низким расходам и простоте CoAP стал одним из популярных протоколов IoT для использования на встроенных устройствах. Он действует, как своего рода HTTP для встроенного мира.

Обзор реализации QtCoAP

QtCoAP поддерживает следующие функции:

• Наблюдение за ресурсами.
• Обнаружение ресурсов.
• Групповое общение (многоадресная передача).
• Блочные переводы.
• Безопасность.

Библиотека действительно проста в использовании. Вам просто нужно создать экземпляр объекта QCoapClient и подключить его сигналы:

QCoapClient client;
connect(&client, &QCoapClient::finished, this, &CoapHandler::onFinished);
connect(&client, &QCoapClient::error, this, &CoapHandler::onError);

Теперь вы готовы отправлять запросы и получать ответы:

// GET requests
client.get(QUrl("coap://127.0.0.1:5683/resource"));
// or simply
client.get(QUrl("127.0.0.1/resource"));
 
// PUT/POST requests
QFile file("data.json");
// ...
client.post(QUrl("127.0.0.1/resource"), file.readAll());
client.put(QUrl("127.0.0.1/resource"), file.readAll());
 
// DELETE requests
client.deleteResource(QUrl("127.0.0.1/resource"));

Используя класс QCoapRequest , вы можете передавать параметры и настраивать ваши запросы. Например:

QCoapRequest request;
request.setUrl(QUrl("127.0.0.1"));
request.setPayload(file.readAll());
request.addOption(QCoapOption::UriPath, "resource");
client.put(request);

CoAP также предоставляет механизм публикации-подписки, который достигается с помощью запросов “observe” («наблюдения»):

QCoapReply *observeReply = client.observe(QUrl("127.0.0.1/temperature"));
connect(observeReply, &QCoapReply::notified, this, &CoapHandler::onNotified);

Теперь ваше приложение будет получать уведомления при каждом изменении ресурса “/temperature” («/температура»).

Что делает CoAP еще более интересным, так это возможность находить и открывать ресурсы CoAP. Вы можете найти ресурсы на данном хосте:

QCoapResourceDiscoveryReply
*discoverReply = client.discover(QUrl("127.0.0.1"));

Или во всей сети:

QCoapResourceDiscoveryReply
*discoverReply = client.discover();

Это отправит запрос на обнаружение многоадресной рассылки IPv4 CoAP multicast group. Вы также можете запустить обнаружение для узлов IPv6:

discoverReply = client.discover(QtCoap::MulticastGroup::AllCoapNodesIPv6LinkLocal);
// or
discoverReply = client.discover(QtCoap::MulticastGroup::AllCoapNodesIPv6SiteLocal);
...
connect(discoverReply, &QCoapResourceDiscoveryReply::discovered, this, &CoapHandler::onDiscovered);

Вы получите несколько ответов об обнаружении от каждого устройства CoAP в вашей сети. Например:

Host 1:

RES: 2.05 Content
;rt="temperature-c";if="sensor";obs,
;rt="firmware";sz=262144

Host 2:

RES: 2.05 Content
;rt="temperature-c";if="sensor";obs,

Это будет означать, что в вашей сети есть 2 устройства, на которых работают серверы CoAP: одно из них подключено к датчикам температуры и освещенности, а другое - только к датчику температуры.

Безопасность

Последнее, но не менее важное - это безопасность. Библиотека Qt CoAP поддерживает следующие режимы безопасности:

• Аутентификация с помощью pre-shared keys (общих ключей).
• Использование X.509 certificates (сертификатов X.509).

Для защиты соединения CoAP вам необходимо пройти один из этих режимов при создании клиента и настроить его соответствующим образом. Например:

QCoapClient secureClient(QtCoap::SecurityMode::PreSharedKey);
QCoapSecurityConfiguration config;
config.setIdentity("Client_identity");
config.setPreSharedKey("secretPSK");
secureClient.setSecurityConfiguration(config);