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WoT 的成年儀式-通訊協(xié)定技術(shù)變革

作者:本站采編
來源:ctimes
日期:2015-08-04 11:50:54
摘要:WoT 成為成熟市場前,勢必經(jīng)歷通訊協(xié)定技術(shù)變革的過程。

  WoT 成為成熟市場前,勢必經(jīng)歷通訊協(xié)定技術(shù)變革的過程。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,進入到銜接 web(over HTTP)的階段后,典型的通訊協(xié)定堆疊(Protocol Stacks)開始產(chǎn)生變化。更進一步的話,物聯(lián)網(wǎng)在 2015 年開始,進入通訊協(xié)定技術(shù)變革的時代。過去使用的通訊協(xié)定技術(shù),開始有了改良版本。幾個知名的例子:Google 提倡的 SPDY 協(xié)定、專為 Constrained Device 所設(shè)計的 CoAP,以及 QUIC 改良傳統(tǒng)的 UDP。

   WoT 的成年儀式-通訊協(xié)定技術(shù)變革

  未來,當(dāng) IoT 裝置大量布署后,屆時網(wǎng)路上將有十億,甚致百億計的 IoT 裝置,這個總數(shù),絕對比純 web 時代時的 web server 還要更多。

  上述所提的例子,最終都想針對 HTTP 協(xié)定進行改造。HTTP 是應(yīng)用層通訊協(xié)定(Application Layer Protocol),現(xiàn)在的 IoT 架構(gòu),發(fā)展重心就是使用 HTTP(Web)來交連(interoperate),這個 IoT + Web 的架構(gòu),稱為 WoT(Web of Things)。不只是 WoT 架構(gòu),從通訊協(xié)定的角度來看,物聯(lián)網(wǎng)正進入應(yīng)用層通訊協(xié)定技術(shù)變革的時代。

  TCP/IP Stacks 是網(wǎng)路協(xié)定的基礎(chǔ),其中有一層稱為傳輸層(Transport Layer),傳輸層包含 TCP 與 UDP 二個協(xié)定。UDP 協(xié)定比 TCP 更輕量化,但因為 TCP 的可靠性佳高,因此,知名的應(yīng)用層協(xié)定“HTTP”,就基于 TCP 協(xié)定來發(fā)展?;?TCP 的 HTTP(或稱為 HTTP over TCP)的特色就是 Client/Server 間會進行資料傳輸?shù)拇_認(ACK),因此可靠度高。然而,這個確認的動作對物聯(lián)網(wǎng)裝置來說,可能會形成一個問題。這個問題在于,確認的動作需要花費較多的硬體資源(運算能力、記憶體等),對硬體資源較缺乏的裝置(稱為 Constrained Device),這個 TCP 的確認過程,就成為一個很大的負擔(dān)。

  HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是一種 request-response 形式的協(xié)定。就像我們所知道的,它已經(jīng)完全融入我們的生活之中。HTTP 在 PC 時代,已經(jīng)改變?nèi)藗兘邮召Y訊的方式與習(xí)慣,到了 Mobile 的時代,HTTP 更再次影響與改變?nèi)祟惖纳鐣幕?。到了物?lián)網(wǎng)時代,HTTP 將繼續(xù)影響與改變?nèi)祟惖纳盍?xí)慣,物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始受到 HTTP 的影響,這就是 Web of Things。HTTP 屬于 application-level 的協(xié)定,HTTP 的傳輸層就是使用 TCP。

  一個開放式且符合 Web of Things 設(shè)計原則的 IoT Cloud 架構(gòu),應(yīng)該以 application-level 的協(xié)定為主,因此 HTTP 成為自然當(dāng)選人。但物聯(lián)網(wǎng)硬體本身,有它的局限性,例如:低功耗、運算頻率較低、主記憶體較少等,當(dāng)軟體在這樣受局限的硬體環(huán)境上運作時,就需要一個比 HTTP 更適合的應(yīng)用層協(xié)定-CoAP(Contrained Application Protocol)就因應(yīng)而生。

  CoAP 并不是要取代 HTTP,它是針對 Constrained Device 的 HTTP 需求。CoAP(Constrained Application Protocol)是更簡單且輕量化的 HTTP 技術(shù),簡單的意思是,CoAP 簡化了 HTTP 的內(nèi)容,輕量化的意思是,CoAP 采用 UDP 進行傳輸。簡單來說,CoAP 可以看做是一個 HTTP over UDP 的技術(shù)。CoAP 是物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù),它讓 Constrained Device 都能具備 HTTP 的能力。大部份的 MCU 裝置都是 Constrained Device,因此,就也像是 MCU + HTTP。

  從實作的角度來看,CoAP 并非直接采用 HTTP 標(biāo)準(zhǔn),而是透過轉(zhuǎn)換(translate)的方式將訊息對應(yīng)成標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP。CoAP 采納了 REST 架構(gòu),并且也是采取 request/response 的模式。因此,要將 CoAP 轉(zhuǎn)換為 HTTP,或是將 HTTP 轉(zhuǎn)換為 CoAP,其實是非常容易的。實際上,CoAP 只對 request/response 的部份做轉(zhuǎn)換,也就是 CoAP 的 request 都能轉(zhuǎn)換為 HTTP request headers;response 的部份亦同。

  除了 CoAP 外,HTTP/2.0 未來也可能在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上,扮演重要角色。HTTP over TCP 的 ACK 會造成的一些負擔(dān),因此如果讓 HTTP over UDP 的話,就可以解決這個問題。Google 所提出的 QUIC(Quick UDP Internet Connection)就是這樣的技術(shù)。QUIC 可以讓 HTTP 基于 UDP 傳輸層,就是 HTTP + QUIC + UDP。

  解決了傳輸層的問題,再回到應(yīng)用層來看 HTTP。因為 HTTP request/response headers 設(shè)計上的一些缺點,讓 HTTP 的網(wǎng)路傳輸效能無法提升。為解決這些問題,Google 便提出了 SPDY 協(xié)定。SPDY 協(xié)定后來成為 HTTP/2(HTTP 2.0)的基礎(chǔ)。IETF 在 2015 年 5 月正式發(fā)布 HTTP/2 標(biāo)準(zhǔn)(RFC 7540)。HTTP/2 是基于 TCP 協(xié)定,因此要讓物聯(lián)網(wǎng)裝置使用 HTTP over UDP 的話,目前仍必須使用 HTTP + QUIC + UDP 的堆疊。

  因為 HTTP/2 標(biāo)準(zhǔn)就是 SPDY 的內(nèi)容,如果有意在物聯(lián)網(wǎng)裝置上使用 HTTP/2 的特性,就要采用 HTTP + SPDY + QUIC + UDP 的堆疊。不過,Google 未來有意將 HTTP/2 over QUIC 提交給 IETF,到時就能舍棄 HTTP + SPDY + QUIC + UDP 的做法,畢竟這只是過渡時期的解決方案。

  從 IoT 裝置的角度來看,在一個硬體很受限的環(huán)境里,HTTP over TCP 的過程不但消耗硬體資源,也考驗硬體的運算能力。同時,這個過程因為 handshake 的過程繁復(fù),也可能造成“response time”過長。CoAP、HTTP over UDP 或是 HTTP/2 over QUIC 則是修改了 handshake 的過程,解決了包含 response time 在內(nèi)的各種問題。

  未來,當(dāng) IoT 裝置大量布署后,屆時網(wǎng)路上將有十億,甚致百億計的 IoT 裝置,這個總數(shù),絕對比純 web 時代時的 web server 還要更多。當(dāng)這些 IoT 裝置彼此間,發(fā)出大量且頻繁的 HTTP request/response 時,這些 TCP 連線就會累積出非??膳碌摹斑B線負載”。未來迎接 IoT 的時代,降低 ACK 封包,并設(shè)計更適合的通訊協(xié)定,就成了重要的基礎(chǔ)研究?;蛟S,在通訊協(xié)定技術(shù)完成技術(shù)變革后,WoT 才會真正成為成熟市場。

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