LwM2M协议学习

LwM2M全称lightweight Machine to Machine，是OMA（open Mobile Alliance)定义的物联网协议，主要可以使用在资源受限(包括存储、功耗等)的嵌入式设备上。其官方网站 http://www.openmobilealliance.org ，协议的下载地址 http://openmobilealliance.org/release/LightweightM2M/ 。主要理解下LwM2M协议实现功能及网络框架，对具体的实现定义、加密处理等流程还是参考协议比较清晰(基于V1.0.1版本)。具体内容参考协议说明文档<<OMA-TS-LightweightM2M-V1_0_1-20170704-A.pdf>>。

名词解释

OMA- open Mobile Alliance

CoAP- Constrained Application Protocol

LwM2M- Lightweight Machine to Machine

DTLS-Datagram Transfer Layer Security

SMS-Short Messaging Service

TLV-Type-Length-Value

JSON- JavaScript Object Notation

网络基本框架

协议定义了四种接口，并对应不同的功能：Bootstrap、Client Registration、Device managment and Service Enablement及Information Report。这些接口的操作对象为：对象Object，对象实例Object Instance及资源Resources。为实现不同功能划分，协议定义了八种对象，ID及命名分别为0.Security Object、1. Server Object、2. Access Control Object、3. Device Object、4. Connectivity Monitoring Object、5. Firmware Update Object、6. Location Object、7. Connectivity Statistics Object。对象和对象实例比较好理解，资源协议的说明为逻辑概念，相当于一个对象实现一个功能所占用的资源。资源可以配置不同的权限: 只读、或读写，可由操作Access Control对象进行维护。在接口对元素进行操作时，可以在不同属性级别上进行操作：O、OI、R，概要讲优先级R>OI>O。

服务器客户端网络关系

一个终端至少可以接入一个服务商服务器，也可以接入多个服务服务器，多个服务器时需要进行选择操作，依据为bootstrap引导时获取的相关信息。而服务商可以和网络商属于同一家，亦可是不同家，其大概关系。

协议的流程及操作

主要流程：需要先进行Bootstrap获取相应信息，完成后进行Client Registration处理，只有成功在服务器端注册相关信息后，才可通过Device managment and Service Enablement及Information Report接口来控制和传送相关需要的信息。

协议定义的相关接口的操作和操作方向如下：Uplink表示客户端到服务器端的传送，而Downlink表示服务器端到客户端的传送。理解上LwM2M的消息没有对称的反馈消息，由于LwM2M承载在CoAP协议上，使用CoAP的get、post、put、delete方式（协议详细说明每种operation对应的CoAP操作方式），对于相应消息成功或失败的反馈是通过CoAP协议本身的交互来实现的。LwM2M载荷支持四种格式 plain text、Opaque、TLV、JSON,这四种协议要求服务器端必须都要支持，而在客户端必须支持TLV格式。

Bootstrap属于逻辑功能，不一定存在真实交互，流程可以分为四种：Factory Bootstrap：厂家存储相应信息在设备中；Bootstrap from Smartcard：信息存储在Smartcard中；Client Initiated Bootstrap：客户端请求服务器引导信息数据；Server Initiated Bootstrap:服务器发起引导程序，前提是bootstrap server已经确定客户端可以访问。而在Bootstrap过程实现的尝试流程：Smartcard mode => Factory Bootstrap mode =>采用存储的信息进行register=> Server Initiated Bootstrap ClientHoldOffTime内=>发起重新bootstrap流程。

在Bootstrap完成后进行Registration操作，这个过程有一些能力信息。如终端服务器交互工作模式：U(UDP)、UQ(UDP with Queue Mode)、S(SMS)、SQ、US、UQS(UDP with Queue Mode and SMS)，而UQSQ and USQ 在V1.0.1版本中不支持。理解上这些需要和客户端的工作模式设置一致，如在NB的PSM模式下无法使用实时接收服务器侧数据，则需要启用Q模式进行Buffer相应数据。

在Registration完成后，才可启用Device Management and Service Enablement及Information Report的接口服务，而这两类接口服务的主控方为服务器端。如Information Reporting接口，网络可以通过Observe、Cancel Observation来进行客户端Notify信息上报开关的控制。

协议层次结构

LwM2M属于应用层协议，位于CoAP协议之上，而CoAP可以进行DTLS加密处理，最后通过UDP或SMS方式传送。