随着网络通信技术的发展和对人们生活方方面面的渗透,越来越多的设备有网络通信的需求,而且会出现越来越多小型的设备,这些设备建立在资源受限的平台之上,使用低端微处理器和有限的存储空间,电能等能源供应有限,对于互联网协议在这些设备上的实现提出了很高的要求。探索轻量级的协议标准是根本性解决方案,其中应用协议是重要的研究方向,可以帮助各种各样的应用在小设备上的实现。本文首先介绍了轻量级IP的技术背景和研究现状,从IETF (Internet Engineering Task Force)工作组和其他推动协议应用的组织的研究进展介绍了现有的协议标准研究及应用情况。基于对协议标准研究的调研,本文对一种轻量级的应用协议——CoAP (Constrained Application Protocol)协议进行了分析,介绍了协议的基本特性、消息模型、消息格式和部分交互过程,将协议标准定义的内容与无线网络场景相结合,提出将该协议应用到M2M (machine-to-machine)业务并以移动通信网络作为服务承载的应用场景的设计以发掘存在的问题和需求,分析业务传输中的协议标准优化问题。为了对应用信息进行标识,本文提出扩展CoAP协议的选项字段,以一个选项标识出应用的信息,网络中的功能实体可以读取到选项值,针对不同的应用数据进行差异化处理。此外,本文还提出了完善CoAP协议安全机制的方案,对等端点通过安全协商确定中间网络底层安全机制是否可以满足CoAP协议安全性需求,若可以满足则在该段中间网络不使用DTLS (Datagram Transport Layer Security),通过一个中间实体设置一个安全信息指示来表明该安全性信息,避免DTLS带来的开销,实现分段处理的安全模式,增强了CoAP安全机制部署的灵活性。本文在仿真环境中实现了CoAP协议并验证其轻量级特性和方案的有效性。最后,本文总结了主要工作并指出了不足之处和下一步的改进完善方向,并对本人在硕士研究生期间所取得的成果和参与的工作进行说明。