摘  要： 在GPRS數(shù)據(jù)模式通信中，TCP服務(wù)器端意外斷開時(shí)，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(rèn)時(shí)間和定時(shí)判斷的方法，較好地解決了虛連接現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了GPRS模塊自動(dòng)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(chǎng)合,GPRS模塊得到廣泛應(yīng)用。然而，由于PC機(jī)意外斷電、軟件被強(qiáng)制關(guān)閉等原因，現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊并不能檢測(cè)出此時(shí)TCP連接已經(jīng)斷開，從而形成虛連接。本文嘗試用兩種方法在GPRS模塊端解決虛連接問題。
1 TCP虛連接
    通?？蛻舳撕头?wù)器端之間斷開需要經(jīng)歷4個(gè)過程。圖1所示即為客戶機(jī)主動(dòng)與服務(wù)器斷開連接的過程。客戶機(jī)端完成任務(wù)后，發(fā)送FIN碼，表明這個(gè)方向上不再有數(shù)據(jù)要傳送；服務(wù)器收到后，以ACK進(jìn)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(jī)以ACK進(jìn)行回應(yīng)，此后客戶機(jī)和服務(wù)器完成了安全的連接斷開過程[1]。
    圖1以客戶機(jī)要求結(jié)束連接為例，實(shí)際上服務(wù)器端也可以發(fā)出主動(dòng)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(qiáng)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(jī)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(jiǎn)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(jī)型號(hào)為F020，晶振12 MHz。
    應(yīng)用中，PC機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)收發(fā)軟件采用多線程機(jī)制異步接收，同時(shí)接收界面線程的關(guān)閉/打開通信功能的指示。MG323設(shè)計(jì)為自動(dòng)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(jì)算機(jī)的連接。若判斷服務(wù)器斷開則由MG323負(fù)責(zé)自動(dòng)重連服務(wù)器。
    實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在以下情況下,GPRS模塊并不能準(zhǔn)確地判斷服務(wù)器的狀態(tài)：(1)PC機(jī)突然斷電；(2)利用進(jìn)程管理器強(qiáng)行關(guān)閉PC機(jī)端軟件；(3)正常關(guān)閉PC機(jī)端運(yùn)行的TCP服務(wù)器軟件。
    上述3種情況模擬了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可能存在的誤操作。前兩種情況發(fā)生時(shí)，打開TCP端軟件，發(fā)現(xiàn)超過10 min仍無(wú)客戶端連接請(qǐng)求。模擬情況(3)下，共進(jìn)行30次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有2次10 min以內(nèi)無(wú)法連接服務(wù)器端。對(duì)于更長(zhǎng)的時(shí)間則沒有測(cè)試，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)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(rèn)設(shè)置是如果TCP包沒有得到確認(rèn)，需等待6 000 s才關(guān)閉當(dāng)前鏈接[2]。這將漏記錄大量監(jiān)控?cái)?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=<str>[,<value>]，其中str和value如表1所示。

    從表1可以看出，如果PC機(jī)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(hào)連接的當(dāng)前狀態(tài)。返回字符串格式如下：
<CR><LF>^SISI:<srvProfileId>,<srvState>,<rxCount>,
<txCount>,<ackData>, <unackData><CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
其中，<srvProfileId> 表明是哪個(gè)連接profile，<srvState>表明當(dāng)前狀態(tài)?？赡艿臓顟B(tài)如表2所示。

    從表2可以看出，<srvState>共有5種可能的取值。當(dāng)服務(wù)器異常斷開時(shí)，通過調(diào)試可以看到連接仍然為4。當(dāng)服務(wù)器正常斷開時(shí)，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(rèn)連接時(shí)間
    單片機(jī)在初始化時(shí)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(rèn)，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(shí)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(shí)100 ms等待命令完成
4.2 采用定時(shí)器周期判斷法
    使用AT^SISI指令查詢當(dāng)前狀態(tài)，即使有虛連接的可能，<ackData>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(shí)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(shí)間里<ackData>是否增多。如果<ackData>數(shù)據(jù)沒有增加，則說明網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(shí)鐘節(jié)拍，本項(xiàng)目中采用5 ms定時(shí)器，在定時(shí)器中給timeclk加1，則200×60×5相當(dāng)于5 min。收到MG323模塊返回的數(shù)據(jù)中，第11個(gè)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?jǐn)?shù)據(jù)。程序中，第1行判斷是否返回連接串。如果確實(shí)是對(duì)查詢作出了正確的響應(yīng)，則進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。第4行表明每5 min查一次，如果不設(shè)定時(shí)查詢，則連續(xù)執(zhí)行本程序兩次但是確實(shí)沒有數(shù)據(jù)被發(fā)送的話，將會(huì)把確已連接但暫無(wú)數(shù)據(jù)交互的連接誤判為虛連接，因?yàn)镚PRS模塊要在2 min內(nèi)發(fā)送一個(gè)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(jìn)行比較，ackdata2是當(dāng)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(shí)質(zhì)上連接中斷了，此時(shí)要啟動(dòng)連接服務(wù)器的過程,connect()函數(shù)執(zhí)行實(shí)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(xì)分析了GPRS模塊和服務(wù)器計(jì)算機(jī)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(jī)平臺(tái)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(cè)試中，強(qiáng)制關(guān)閉服務(wù)器軟件，拔掉網(wǎng)線或者PC機(jī)直接重啟，任何時(shí)候再打開服務(wù)端進(jìn)行連接，均能保證可靠的連接，說明了設(shè)計(jì)思路是正確的。
    本設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，迄今為止已有上千模塊的應(yīng)用，均能保證自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)。本文的設(shè)計(jì)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(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] STEVENS W R.TCP/IP詳解卷1：協(xié)議[M].范建華，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
[2] 華為技術(shù)有限公司.HUAWEI MG323 GSM M2M模塊軟件指南[A].2010.