GPRS模塊TCP虛連接的解決方法

在GPRS數(shù)據(jù)模式通信中，TCP服務(wù)器端意外斷開時，GPRS模塊仍然保持連接狀態(tài)造成虛連接現(xiàn)象。提出了縮短未確認時間和定時判斷的方法，較好地解決了虛連接現(xiàn)象，實現(xiàn)了GPRS模塊自動聯(lián)網(wǎng)功能。 關(guān)鍵詞： GPRS；TCP；虛連接 在路燈監(jiān)控、水文情況調(diào)查等眾多數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控場合,GPRS模塊得到廣泛應(yīng)用。然而，由于PC機意

1 TCP虛連接
通?？蛻舳撕头?wù)器端之間斷開需要經(jīng)歷4個過程。圖1所示即為客戶機主動與服務(wù)器斷開連接的過程?？蛻魴C端完成任務(wù)后，發(fā)送FIN碼，表明這個方向上不再有數(shù)據(jù)要傳送；服務(wù)器收到后，以ACK進行回應(yīng)；服務(wù)器端如果要結(jié)束到客戶端的連接，則發(fā)送FIN碼，客戶機以ACK進行回應(yīng)，此后客戶機和服務(wù)器完成了安全的連接斷開過程[1]。
圖1以客戶機要求結(jié)束連接為例，實際上服務(wù)器端也可以發(fā)出主動要求結(jié)束連接的FIN碼。

如果服務(wù)器電腦斷電、電纜斷線、服務(wù)器軟件被強制關(guān)閉等情況下，服務(wù)器來不及安全地關(guān)閉，而TCP客戶端又沒有關(guān)閉連接，就造成了虛連接。

2 目前連接存在的問題
單片機與MG323模塊之間通過串口連接，如果需要流控，可以使用9線的串口連接方式，如果只是簡單地收發(fā)，可以使用3線(TX、RX、GND)連接即可。本文使用3線連接方式，單片機型號為F020，晶振12 MHz。
應(yīng)用中，PC機上運行的數(shù)據(jù)收發(fā)軟件采用多線程機制異步接收，同時接收界面線程的關(guān)閉/打開通信功能的指示。MG323設(shè)計為自動連接服務(wù)器端，連接后以113 s為周期發(fā)送心跳協(xié)議包，維持與中心計算機的連接。若判斷服務(wù)器斷開則由MG323負責自動重連服務(wù)器。
實踐中發(fā)現(xiàn)，在以下情況下,GPRS模塊并不能準確地判斷服務(wù)器的狀態(tài)：(1)PC機突然斷電；(2)利用進程管理器強行關(guān)閉PC機端軟件；(3)正常關(guān)閉PC機端運行的TCP服務(wù)器軟件。
上述3種情況模擬了現(xiàn)場實際可能存在的誤操作。前兩種情況發(fā)生時，打開TCP端軟件，發(fā)現(xiàn)超過10 min仍無客戶端連接請求。模擬情況(3)下，共進行30次測試，發(fā)現(xiàn)有2次10 min以內(nèi)無法連接服務(wù)器端。對于更長的時間則沒有測試，因為通常認為10 min已超過客戶忍耐極限。
通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在這些情況下，發(fā)送“AT^SISI=0”命令，返回結(jié)果為：“SISI：0，4，20，55，55，0”。其中的‘4’表明GPRS模塊依然判定和服務(wù)器保持著聯(lián)系。從而出現(xiàn)了虛連接。
查閱資料，了解到GPRS模塊的默認設(shè)置是如果TCP包沒有得到確認，需等待6 000 s才關(guān)閉當前鏈接[2]。這將漏記錄大量監(jiān)控數(shù)據(jù)，是工程上不能接受的。
3 MG323模塊相關(guān)指令
MG323指令A(yù)T^SCFG=[,]，其中str和value如表1所示。

從表1可以看出，如果PC機端突然斷開，則tcpOt需要100 min才能感知到，造成了虛連接。
指令A(yù)T^SISI=0可以返回0號連接的當前狀態(tài)。返回字符串格式如下：
^SISI:,,,
,,
OK
其中， 表明是哪個連接profile，表明當前狀態(tài)。可能的狀態(tài)如表2所示。

從表2可以看出，共有5種可能的取值。當服務(wù)器異常斷開時，通過調(diào)試可以看到連接仍然為4。當服務(wù)器正常斷開時，調(diào)試中也能觀察到srvState為4或者5。這說明發(fā)生了虛連接。需要程序去發(fā)現(xiàn)這種情況。根據(jù)以上所述，采用了以下兩種方法來處理。
4 解決虛連接措施
4.1 縮短TCP/IP包未確認連接時間
單片機在初始化時發(fā)送AT^SCFG=120指令，設(shè)定如果發(fā)送的數(shù)據(jù)2 min內(nèi)沒有獲得確認，就關(guān)斷連接。從而能在AT^SISI指令中得到真正的TCP/IP連接狀態(tài)。程序如下：
str1=”ATE0\r”;
i=0;
while(str1[i]!=’\0’)
{
SBUF=str1[i];
i++;
while(TI==0);
}
Delay(100); //延時100 ms等待命令完成
str1=”AT^SCFG=tcpOt,120\r”;
i=0;
while(str1[i]!=’\0’)
{
SBUF=str1[i];
i++;
while(TI==0);
}
Delay(100);//延時100 ms等待命令完成
4.2 采用定時器周期判斷法
使用AT^SISI指令查詢當前狀態(tài)，即使有虛連接的可能，數(shù)據(jù)也表明了已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果在一定時間內(nèi)，考慮到心跳協(xié)議也要發(fā)送數(shù)據(jù)，則可以判斷這一段時間里是否增多。如果數(shù)據(jù)沒有增加，則說明網(wǎng)絡(luò)實際上已經(jīng)斷開，需要重新連接。部分程序如下：
pt=strstr(recbuf,”^SISI: 0,4);
if(pt!=NULL)
{
if(timeclk>200*60*5)
{
Timeclk=0;
ackdata2=0;
i=11;
while(recbuf[i]!=’,’)
{
ackdata2=ackdata2*10+recbuf[i]-0x30;
i++;
}
if(ackdata2-ackdata1<1)
{ ackdata2=ackdata1=0;
connect();
}
else{ ackdata1=ackdata2;
break;
}
}

以上程序中，recbuf為串口接收的MG323的返回信息，timeclk為經(jīng)過的時鐘節(jié)拍，本項目中采用5 ms定時器，在定時器中給timeclk加1，則200×60×5相當于5 min。收到MG323模塊返回的數(shù)據(jù)中，第11個字節(jié)開始表明成功發(fā)出去的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字的ASCII編碼表示，因此要轉(zhuǎn)成數(shù)字數(shù)據(jù)。程序中，第1行判斷是否返回連接串。如果確實是對查詢作出了正確的響應(yīng)，則進行進一步的檢查。第4行表明每5 min查一次，如果不設(shè)定時查詢，則連續(xù)執(zhí)行本程序兩次但是確實沒有數(shù)據(jù)被發(fā)送的話，將會把確已連接但暫無數(shù)據(jù)交互的連接誤判為虛連接，因為GPRS模塊要在2 min內(nèi)發(fā)送一個心跳包給服務(wù)器，所以5 min內(nèi)肯定有數(shù)據(jù)應(yīng)該發(fā)送出去。第9～13行程序得到ackData數(shù)據(jù)。第14行進行比較，ackdata2是當前回應(yīng)的數(shù)據(jù)，ackdata1是5 min以前的結(jié)果，如果兩次的數(shù)據(jù)差值太小的話，說明實質(zhì)上連接中斷了，此時要啟動連接服務(wù)器的過程,connect()函數(shù)執(zhí)行實際的連接工作。如果處于連接狀態(tài)，第18行將數(shù)據(jù)賦予ackdata1保存，以便下次比較。
本文詳細分析了GPRS模塊和服務(wù)器計算機TCP通信中TCP三次握手安全斷開流程，在意外情況下有可能產(chǎn)生虛連接。在單片機平臺上采用了兩種方法，利用軟件來解決虛連接，均收到良好的效果。測試中，強制關(guān)閉服務(wù)器軟件，拔掉網(wǎng)線或者PC機直接重啟，任何時候再打開服務(wù)端進行連接，均能保證可靠的連接，說明了設(shè)計思路是正確的。
本設(shè)計已經(jīng)應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中，迄今為止已有上千模塊的應(yīng)用，均能保證自動聯(lián)網(wǎng)。本文的設(shè)計思路可以為開發(fā)GPRS/CDMA數(shù)據(jù)模塊的人員提供參考，有較好的應(yīng)用價值。

參考文檔

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