摘  要： 在GPRS數據模式通信中，TCP服務器端意外斷開時，GPRS模塊仍然保持連接狀態造成虛連接現象。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象，實現了GPRS模塊自動聯網功能。
關鍵詞： GPRS；TCP；虛連接

     在路燈監控、水文情況調查等眾多數據采集與監控場合,GPRS模塊得到廣泛應用。然而，由于PC機意外斷電、軟件被強制關閉等原因，現場GPRS模塊并不能檢測出此時TCP連接已經斷開，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
    通常客戶端和服務器端之間斷開需要經歷4個過程。圖1所示即為客戶機主動與服務器斷開連接的過程。客戶機端完成任務后，發送FIN碼，表明這個方向上不再有數據要傳送；服務器收到后，以ACK進行回應；服務器端如果要結束到客戶端的連接，則發送FIN碼，客戶機以ACK進行回應，此后客戶機和服務器完成了安全的連接斷開過程[1]。
    圖1以客戶機要求結束連接為例，實際上服務器端也可以發出主動要求結束連接的FIN碼。

    如果服務器電腦斷電、電纜斷線、服務器軟件被強制關閉等情況下，服務器來不及安全地關閉，而TCP客戶端又沒有關閉連接，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，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。
    應用中，PC機上運行的數據收發軟件采用多線程機制異步接收，同時接收界面線程的關閉/打開通信功能的指示。MG323設計為自動連接服務器端，連接后以113 s為周期發送心跳協議包，維持與中心計算機的連接。若判斷服務器斷開則由MG323負責自動重連服務器。
    實踐中發現，在以下情況下,GPRS模塊并不能準確地判斷服務器的狀態：(1)PC機突然斷電；(2)利用進程管理器強行關閉PC機端軟件；(3)正常關閉PC機端運行的TCP服務器軟件。
    上述3種情況模擬了現場實際可能存在的誤操作。前兩種情況發生時，打開TCP端軟件，發現超過10 min仍無客戶端連接請求。模擬情況(3)下，共進行30次測試，發現有2次10 min以內無法連接服務器端。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。
    通過調試，發現在這些情況下，發送“AT^SISI=0”命令，返回結果為：“SISI：0，4，20，55，55，0”。其中的‘4’表明GPRS模塊依然判定和服務器保持著聯系。從而出現了虛連接。
    查閱資料，了解到GPRS模塊的默認設置是如果TCP包沒有得到確認，需等待6 000 s才關閉當前鏈接[2]。這將漏記錄大量監控數據，是工程上不能接受的。
3 MG323模塊相關指令
    MG323指令AT^SCFG=<str>[,<value>]，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AT^SISI=0可以返回0號連接的當前狀態。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> 表明是哪個連接profile，<srvState>表明當前狀態。可能的狀態如表2所示。

    從表2可以看出，<srvState>共有5種可能的取值。當服務器異常斷開時，通過調試可以看到連接仍然為4。當服務器正常斷開時，調試中也能觀察到srvState為4或者5。這說明發生了虛連接。需要程序去發現這種情況。根據以上所述，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送AT^SCFG=120指令，設定如果發送的數據2 min內沒有獲得確認，就關斷連接。從而能在AT^SISI指令中得到真正的TCP/IP連接狀態。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，即使有虛連接的可能，<ackData>數據也表明了已經發送的數據。如果在一定時間內，考慮到心跳協議也要發送數據，則可以判斷這一段時間里<ackData>是否增多。如果<ackData>數據沒有增加，則說明網絡實際上已經斷開，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為經過的時鐘節拍，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模塊返回的數據中，第11個字節開始表明成功發出去的數據，采用數字的ASCII編碼表示，因此要轉成數字數據。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，則進行進一步的檢查。第4行表明每5 min查一次，如果不設定時查詢，則連續執行本程序兩次但是確實沒有數據被發送的話，將會把確已連接但暫無數據交互的連接誤判為虛連接，因為GPRS模塊要在2 min內發送一個心跳包給服務器，所以5 min內肯定有數據應該發送出去。第9～13行程序得到ackData數據。第14行進行比較，ackdata2是當前回應的數據，ackdata1是5 min以前的結果，如果兩次的數據差值太小的話，說明實質上連接中斷了，此時要啟動連接服務器的過程,connect()函數執行實際的連接工作。如果處于連接狀態，第18行將數據賦予ackdata1保存，以便下次比較。
    本文詳細分析了GPRS模塊和服務器計算機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，強制關閉服務器軟件，拔掉網線或者PC機直接重啟，任何時候再打開服務端進行連接，均能保證可靠的連接，說明了設計思路是正確的。
    本設計已經應用到水產養殖水質監測系統中，迄今為止已有上千模塊的應用，均能保證自動聯網。本文的設計思路可以為開發GPRS/CDMA數據模塊的人員提供參考，有較好的應用價值。
參考文獻
[1] STEVENS W R.TCP/IP詳解卷1：協議[M].范建華，譯.北京：機械工業出版社，2000.
[2] 華為技術有限公司.HUAWEI MG323 GSM M2M模塊軟件指南[A].2010.