1. Comparação de Protocolos de
Comunicação CoAP, MQTT e HTTP
utilizando Eclipse Ponte e Amazon Web
Services
Denis Storti da Silva
Orientador: Professor Doutor Osvaldo Gogliano Sobrinho
São Paulo, 2016

2. Agenda
 Motivação
 Por que foi feito? Qual o problema?
 Objetivo
 O que foi feito?
 Desenvolvimento
 Como foi feito?
 Resultados
 Quais os resultados?
 Considerações finais

3. Motivação: Por que foi feito?
 Tendência no mercado (Gartner)
 Arquitetura referência de Internet of Things (IoT) não estabelecida
 Protocolos para Internet of Things aplicados à vários cenários
 Diversos requisitos (confiabilidade, segurança, rastreabilidade,
flexibilidade e durabilidade)
Fonte: Internet of Things Architecture (IOT-A), 2013.

4. Fonte: Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2015.
http://www.gartner.com/newsroom/id/3114217

5. Objetivo: O que foi feito?
 Comparação de Protocolos
HTTP, MQTT e CoAP
(Pereira e Aguiar, 2014) (Niccolò et al, 2013)
 Requisitos
Uso de banda no tráfego de dados
Qualidade de Serviço
 Testes e medições: experimentação

6. Desenvolvimento: Como foi feito?
Conceitos:
•Paradigma Publish/Subscribe vs Request/Response
•Arquitetura com Broker ou sem Broker
•Comparação teórica entre os protocolos
•Organização do Ambiente de testes
•Testes

7. Comparando protocolos
Característica CoAP MQTT HTTP
Modelos de comunicação Request-Response, ou
Pub-Sub (Padrão Observe)
Pub-Sub Request-Response
RESTful Sim Não Sim
Camadas de transporte UDP ou TCP TCP ou UDP (MQTT-
SN [37])
TCP
Header 4 Bytes 2 Bytes 26 bytes
Mensageria Assíncrono e Síncrono Assíncrono Sìncrono
Níveis de qualidade de serviço 2 níveis (CON ou NON) 3 níveis (0, 1 e 2) 1 nível
Segurança IPSEC ou DTLS TLS/SSL TLS/SSL

8. Desenvolvimento: Como foi feito?
CoAP com Observe Pattern
Fonte: BANDYOPADHYAY et al (2013)

9. Desenvolvimento: Como foi feito?
Característica TCP UDP
Conexão Orientado a conexão. Não possui conexão.
Protocolos que utilizam
HTTP, HTTPs, FTP, SMTP,
Telnet
DNS, DHCP, TFTP, SNMP, RIP,
VOIP.
Ordenação de pacotes
Organiza os pacotes
na ordem
especificada.
Não possui. Se ordenação
for necessária, deve ser
feita pela aplicação.
Velocidade da
transferência
Mais lenta. Verificação
e recuperação de
erros.
Mais rápida porque não
existe recuperação de
erros, somente verificação.
Confiabilidade
Apesar dos
mecanismos, não há
garantia que o dado
chegue intacto no
destino.
Nenhuma.
Tamanho do Header 20 bytes 8 bytes
Handshake (etapas para
abrir uma conexão)
SYN, SYN-ACK, ACK Não existe conexão.
Protocolos de aplicação
e transporte
•HTTP  TCP
•MQTT*  TCP ou UDP
•CoAP  UDP
*este projeto utilizou MQTT com TCP

10. Ambiente de teste: Ferramentas
• NodeJS como Engine para o backend
• Amazon Web Services – Servidores EC2 na nuvem em São Paulo
• Broker Eclipse Ponte como centralizador da mensageria

11. Eclipse Ponte
Fonte: Eclipse Ponte

12. Ambiente de testes: configurações
Importante:
•Não houve autenticação e autorização
•Não utilizaram-se camadas de segurança (TLS, DTLS)
•Não utilizou-se simulador de tráfego de rede (WANem)
Detalhes:
•Paradigma publish/subscribe
•Smartphones, browser, e sensor*
•Broker centralizador (Ponte)
•Persistência: LevelDB (chave-valor)
•Sniffer: Wireshark
•Infraestrutura: Nuvem AWS
•MQTT com QoS nível 1/ CoAP com CON

13. Ambiente de testes

14. Testes – Uso de banda
 Medição no recebimento de uma mensagem de 200 bytes
 Medição no recebimento de uma mensagem de 1 kbyte
 Medição no recebimento de mensagens de 1 kbyte a cada 500
ms, por um minuto

15. Resultados – Uso de banda
Protocolo Recebimento (bytes) ACK (bytes) Total (bytes)
MQTT (TCP) 264 + 394 (controle) 54 712
CoAP (UDP) 253 46 299
HTTP (TCP) 150 (REQ) + 373 (RES) 54 577
1. Comparativo de recebimento de 1 mensagem de 200 bytes
Protocolo Recebimento (bytes) ACK (bytes) Total (bytes)
MQTT (TCP) 1088 + 170 (ping) +
1088 (retransmissão)
100 2446
CoAP (UDP) 1077 46 1123
2. Comparativo de recebimento de 1 mensagem de 1024 bytes
Houve
retransmissão
do pacote
Polling
(REQ/RES)

16. Resultados – Uso de banda
471226 bytes
249760 bytes
MQTT:
141 pacotes
10 retransmissões
Total: 144108 bytes
CoAP:
120 pacotes
Total: 135000 bytes
Diferença: 9108 bytes/min
Em um serviço 24/7
Tráfego extra de 87,55 MBytes por semana
3. Medição no recebimento de mensagens de 1 kbyte a cada 500 ms, por um minuto

17. Considerações Finais
 CoAP é o protocolo mais eficiente quando falamos em uso de banda, gerando até
50% menos tráfego que o MQTT.
 CoAP se mostrou confiável nos testes (não deixou de entregar nenhum pacote)
 O HTTP não se mostrou eficiente em uso de banda.
 O MQTT oferece um equilíbrio entre confiabilidade e uso de banda.
 MQTT para qualidade de serviço  QoS 2 (exactly send once) que o CoAP não
oferece.
Trabalhos futuros:
 Simulações exaustivas com simulação de rede
 Testes utilizando camada de segurança (TLS, DTLS)
 Realizar testes em campo
 Melhoramento da Broker Ponte Eclipse (outros protocolos e armazenamentos)

18. Obrigado!
Perguntas?