胡浩

【摘 要】DNS服務發現和COAP的資源發現是IOT自動配置的重要方法，本文根據幾個性能指標比較分析基于coap和dns的服務發現協議，這些指標包括協議開銷和發現功能。

【關鍵詞】服務發現;資源發現;協議開銷;發現功能

1.協議開銷

1.1 coap的協議開銷比較

假設在星型網絡中具有兩個CoAP服務器和一個CoAP客戶端，COAP服務器的服務路徑為/light/5/on，資源類型為rt=philips.light.on，分別比較分布式和集中式CoAP資源發現機制的協議開銷，對于集中式COAP，因為每個設備都必須獨立的發現RD并注冊于RD。協議開銷與設備數量成正比。對于具有大量設備的網絡來說，RD發現過程非常低效，因為相同的RD發現信息必須獨立地傳輸多次。而RD查找開銷主要與查找響應相關，響應中包括所有注冊設備資源的完整的路徑，例如;rt=philips.light.on，。;rt=philips.light.on，兩個URI中的許多信息是重復的，只有IP地址發生了改變（從2002：50到2002：51），如果RD能減少這種冗余開銷，則協議開銷會大幅減少。

另一方面，對于COAP分布式發現，節點不進行RD發現和注冊。查找是由不可靠的多播（Mulighticast Lookup）執行的。從總體上看，分布式優于集中式。此外，分布式查找開銷較低，因為只傳輸資源的路徑而不是完整的URI，例如;RT=“philips.light.on”，IP地址可以從數據包源地址推斷出來。

然而，分布式多播使用了一個ttl值，表示組播數據包可以遍歷的跳數。若ttl=1，多播請求只能由客戶端發送，而不能由任何服務器轉發，可以保證較低的協議開銷，而多跳網絡中ttl>1，多播包就會被轉發多次，此時無法保證較低的協議開銷。此外，在遠程客戶端上，將無法執行多播發現。因此，多播方法更適合于在小型低功率網絡中執行查找，這種網絡無需遠程客戶端的發現。或者RD可以作為客戶端使用多播查找來填充其目錄。這樣RD既可以主動發現服務器資源，又可以為遠程客戶端提供資源發現。

2.DNS-SD協議開銷比較

本節分析與DNS-SD協議相關聯的服務發現協議開銷。對發現過程的不同階段進行了分析。即發布（public）、本地和全球的瀏覽（browse），本地和全球解析（resolution）。此外，分析了兩個不同的DNS-SD開源實現的開銷：Avahi[1]和輕量級多播DNS（LmDNS）[2]。Avahi是DNS-SD 基于Linux操作系統的mdns免費實現，而lmDNS是一種輕量級的mdns實現，用于使用Contiki操作系統開發的支持IP的智能對象。

假設星型網絡由兩個服務器和一個客戶端組成。可以看到，Avahi實現在發布的開銷很多。因為它將發布分成探測消息和通告消息。探測消息最多發送三條消息來查詢服務實例名稱是否已經被其他設備使用，當檢測到服務實例名稱沖突時，必須選擇新的服務實例名稱。如果沒有沖突，則發送通告消息，這導致相同的信息被發送了四次：探測消息最多發送三次TXT和SVR記錄，通告發送TXT、SVR和PTR。lmDNS探測消息只發一條消息。無沖突就發通告。lmDNS減小了開銷。

在瀏覽和解析方面，lmDNS在開銷方面再次優于Avahi。這是因為Avahi在響應中包含了所有可用的記錄，而lmdns只包含了必要的信息。對于本地或全局（單播）瀏覽兩者開銷基本相當，綜合來看，Avahi只適合于邊界路由器而不適合于低功耗網絡。

3.DNS-SD與CoAP資源發現協議開銷比較

對比lmDNS與分布式CoAP的開銷，COAP的效率要高得多。在分布式情況下，由CoAP只執行多播或單播查找，服務器網絡的開銷約為100-150字節。而mDNS在通告、瀏覽和解析階段，消息傳輸的總開銷約為700字節。因此，lmdns是分布式CoAP七倍的開銷。因此，取決于網絡變化的頻率，由于連接性、移動性、節點死亡等方面的變化，lmdns的較高開銷將增加設備的能耗并減少設備的壽命。總之，CoAP發現協議在開銷方面比DNS發現協議表現出更好的性能。只有在與現有域名系統快速集成時才考慮DNS服務發現，一般可在后端（back-end）使用DNS-SD，現場使用CoAP，以減少開銷。

4.發現功能

CoAP使用？Key=Value一次查詢就能發現不同類型的資源。例如，為了查找具有兩種類型的資源的設備，可以將查詢編寫為：？rt=philips.light.on&RT=philips.light.dimmer，用于查找兼具光開關和調光功能的設備資源。另一方面，DNS一次只能查詢一種類型。

CoAP允許使用通配符模式，例如：？RT=core.rd*，以便獲取任何匹配core.rd的資源。DNS不支持通配符。

在發出發現請求后，CoAP直接提供資源URI。dns-sd發現提供服務實例。然后通過服務實例解析為IP地址或主機名。

總之，基于CoAP的資源發現允許一組更高效、更豐富的機制來執行查找。任何實現CoAP的設備能夠執行CoAP資源發現，無需引入其他請求方法。對COAP-RD，end-point幾乎不需要額外的功能就能在RD中注冊或執行查找。另一方面，dns-sd已經是非嵌入式設備發現的事實標準，使用DNS-sd允許中心化的服務發現，也可以使用單播DNS方法執行發現。由于dns-sd使用標準的dns數據包格式查詢，使用dns-sd的LoWPAN網絡將更易于與外部的dns快速集成，相較于mdns，mdns則需要額外的客戶端內存來存儲從服務器接收到的服務發現信息。

【參考文獻】

[1] Avahi實現 http：//avahi.org/

[2] A. J. Jara， P. Martinez-Julia， A. Skarmeta. Light-Weight Mulighticast DNS and DNS-SD （lmDNS-SD）： IPv6-Based Resource and Service Discovery for the Web of Things. Sixth International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing （IMIS）， 2012.