tcp protocol assess

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一、開啟TCP服務(wù)

TCP開啟在application.yml文件中控制。

Tips

tcp.enabled: 開啟后， TCP服務(wù)器啟動連接設(shè)備

openws：開啟后，配合TCP服務(wù)，推送設(shè)備消息至前端實時更新

2. 心跳包:

TCP需要主動發(fā)送消息來維持設(shè)備的心跳保持，上圖中 keep-alive 是心跳超時的判定時間 70s，因此設(shè)備的心跳需要維持在70s以下。

心跳包例如: 7e817e 7e 是包頭包尾，81是標(biāo)識位 (心跳包只是維持TCP長連接，一般無其他實際意義)

3. 特殊的注冊，心跳數(shù)據(jù)包：

在有些設(shè)備客戶端，會把設(shè)備的注冊包，心跳包，數(shù)據(jù)包，定時上報，一方面是包含了設(shè)備編號，也可以維持了心跳，數(shù)據(jù)包還包含了設(shè)備上報的信息，這種情況系統(tǒng)也是可以支持的。

三、TCP模擬客戶端測試

模擬客戶端放在如下文件

1. 模擬客戶端上線

發(fā)送注冊包：配置好后，點(diǎn)擊鏈接，發(fā)送注冊包，如下 7e80D4AD203F3A1C7e

這個時候，看下本地啟動服務(wù)可以看到

a. TCP客戶端上線
b. 更新TCP客戶的狀態(tài)
c. 記錄設(shè)備事件記錄

查看前端頁面展示： webSocket 推送設(shè)備上線消息，實時更新前端顯示

2. 模擬TCP客戶端斷電或斷開

斷電需要等待設(shè)備心跳超時(70S), 斷開連接是，是實時上報設(shè)備狀態(tài)

斷開連接是，打印信息如下，更新設(shè)備上下線狀態(tài)，新增設(shè)備事件記錄，前端ws推送實時更新

同樣模擬客戶端斷電，需要等待客戶端超過心跳超時時間 (70s)，更新動作跟設(shè)備斷開一致。

四、TCP客戶端前端連接展示

新建產(chǎn)品，選擇TCP傳輸協(xié)議，通訊協(xié)議可以選擇 JSON，Modbus-rtu協(xié)議

新建產(chǎn)品后，選中產(chǎn)品新建設(shè)備即可。

五、TCP + MODBUS

云端輪詢，用模擬設(shè)備可以看到下發(fā)到設(shè)備的讀指令，如下:

目前采用云端modbus輪詢，采集數(shù)據(jù)，具體步驟，可以參考MQTT+MODBUS輪詢方案

六、TCP+JSON

這里采用動態(tài)傾角監(jiān)測儀(通訊協(xié)議)2023-3-1 103136 設(shè)備通訊協(xié)議進(jìn)行演示。(應(yīng)答機(jī)制)

Details

A. 設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)報文

報文說明

動態(tài)傾角儀處于低功耗的時候、按照平臺設(shè)定的采集間隔和發(fā)送間隔通訊、監(jiān)測站每一個通訊間隔向平臺發(fā)送一次監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采用HTTP以POST方式發(fā)送、數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)的JSON鍵值對。如果平臺在2倍間隔時沒有收到監(jiān)測數(shù)據(jù)、可判定為設(shè)備離線。

報文示例

{
      "dev_ty":4000,
      "pro_ty":"rf_epmt_qjdt_1105",
      "use_id":0,
      "dev_id":2302180001,
      "pcb_ver":221214,
      "bot_ver":2023021700,
      "app_ver":2023030100,
      "net_ty":1,
      "link_ty":0,
      "pak_ty":"up_data",
      "mk_id":"",
      "ka_id":"",
      "rssi":0,
      "snr":0,
      "x_jsd":0.0492592602968216,
      "y_jsd":0.0070370370522141457,
      "z_jsd":4.4122223854064941,
      "temp_c_val":14.195767402648926,
      "x_jd":0.63720703125,
      "y_jd":0.0933837890625,
      "z_jd":89.3463134765625,
      "cj_s":300,
      "up_s":3600,
      "xt_s":3600,
      "run_s":70,
      "in_v":0.00880800001323223,
      "bat_v":6.4534401893615723,
      "gn_wd":0,
      "gn_jd":0,
      "gn_hb":521,
      "mem_sx":19276,
      "tm_sm":"000101001046"
}

JSON鍵值說明

鍵名	數(shù)據(jù)類型	說明	備注
dev_ty	U16	設(shè)備類型	廠家研發(fā)編碼、用戶無需在意
pro_ty	String	產(chǎn)品類型	rf_epmt_qjdt_1105=動態(tài)傾角儀
use_id	U16	用戶ID	廠家對用戶的編碼
dev_id	U32	設(shè)備唯一ID	設(shè)備廠家對設(shè)備的唯一編號
pcb_ver	U32	電路板版本號	設(shè)備電路板版本號
bot_ver	U32	啟動程序版本	遠(yuǎn)程啟動程序版本號
app_ver	U32	功能程序版本	功能程序版本號
net_ty	U8	網(wǎng)絡(luò)類型	1=CAT1、5=NBIOT、6=RJ45、8=北斗短報文
link_ty	U8	連接類型	0=短連接=設(shè)備發(fā)送完數(shù)據(jù)等待5秒主動斷開連接、1=長連接=設(shè)備發(fā)送完畢數(shù)據(jù)不斷開連接。
pak_ty	String	數(shù)據(jù)包類型	"up_data"=上報監(jiān)測數(shù)據(jù)
mk_id	String	無線模塊號	模塊號IMEI=15-20個字符串組成
ka_id	String	流量卡號	物聯(lián)網(wǎng)卡號IMSI=15-20個字符串組成
rssi	S16	信號強(qiáng)度	現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)度
snr	S16	信號質(zhì)量	現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)信號的質(zhì)量
x_jsd	float	X軸加速度	重力加速度、單位g
y_jsd	float	Y軸加速度	重力加速度、單位g
z_jsd	float	Z軸加速度	重力加速度、單位g
temp_c_val	float	溫度	設(shè)備內(nèi)部溫度、單位℃
x_jd	float	X軸角度	傾角度、單位°
y_jd	float	Y軸角度	傾角度、單位°
z_jd	float	Z軸角度	傾角度、單位°
cj_s	U32	采集數(shù)據(jù)間隔	設(shè)備每cj_s秒采集并和閾值對比一次傳感器數(shù)據(jù)
up_s	U32	上報數(shù)據(jù)間隔	設(shè)備每到up_s秒向平臺發(fā)送一次數(shù)據(jù)報文、平臺收到以后盡快向設(shè)備回饋報文、超過2倍up_s時間沒有收到平臺回饋，設(shè)備會重啟當(dāng)前連接。
xt_s	U32	設(shè)備心跳數(shù)據(jù)	預(yù)留鍵值對、暫時未使用
run_s	U32	設(shè)備運(yùn)行時間	設(shè)備從上電到現(xiàn)在的工作時間、單位秒
in_v	float	太陽能或輸入電壓	太陽能或市電AC-DC適配器輸入的電壓
bat_v	float	蓄電池電壓	蓄電池電壓
gn_wd	float	定位緯度	GNSS當(dāng)前定位-緯度
gn_jd	float	定位經(jīng)度	GNSS當(dāng)前定位-經(jīng)度
gn_hb	float	定位海拔	GNSS當(dāng)前定位-海拔高度
mem_sx	U32	剩余內(nèi)存	設(shè)備操作系統(tǒng)的剩余內(nèi)存
err_cd	U16	錯誤代碼	當(dāng)前設(shè)備的錯誤代碼0=無錯誤、其它的參考后面的錯誤代碼定義
tm_sm	/	/	預(yù)留鍵值對、暫時未使用

B、平臺回饋報文

報文說明

平臺收到傾角儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)以后、需盡快通過SET報文，向傾角儀發(fā)送參數(shù)設(shè)置信息?？紤]信號不好的網(wǎng)絡(luò)延遲和平臺服務(wù)響應(yīng)時間在內(nèi)、如果在10秒內(nèi)沒有收到平臺的ACK回饋，傾角儀在預(yù)定的重傳次數(shù)內(nèi)(固定為5次)、向平臺重傳數(shù)據(jù)保證通訊的可靠性。

報文示例

{
      "pak_ty":"set_inf",
      "cj_s":null,
      "up_s":3600,
      "xt_s":3600,
      "x_yz":500,
      "y_yz":500,
      "z_yz":500,
      "nian":2022,
      "yue":3,
      "ri":25,
      "shi":12,
      "fen":23,"miao":33
}

JSON鍵值說明

鍵名	數(shù)據(jù)類型	說明	備注
pack_ty	String	數(shù)據(jù)包類型	"set_inf"=設(shè)置報文
cj_s	U32	數(shù)據(jù)采集間隔	平臺設(shè)置設(shè)備的數(shù)據(jù)采集間隔
up_s	U32	上報數(shù)據(jù)間隔	平臺設(shè)置設(shè)備的數(shù)據(jù)上報間隔
xt_s	U32	設(shè)備心跳間隔	平臺設(shè)置設(shè)置的心跳上報間隔、默認(rèn)不使用
x_yz	Float	X軸增量閾值	設(shè)置X軸的增量閾值，1.2為±1.2的變動
y_yz	Float	Y軸增量閾值	設(shè)置Y軸的增量閾值，1.2為±1.2的變動
z_yz	Float	X軸增量閾值	設(shè)置Z軸的增量閾值，1.2為±1.2的變動
nian	U8	下發(fā)同步=年	平臺下發(fā)設(shè)備同步時間=年=2022=22
yue	U8	下發(fā)同步=月
ri	U8	下發(fā)同步=日
shi	U8	下發(fā)同步=時
fen	U8	下發(fā)同步=分
miao	U8	下發(fā)同步=秒
err_cd	U16	錯誤代碼	錯誤代碼0=無錯誤、其它的參考后面的錯誤代碼定義

設(shè)備上報報文: （設(shè)備數(shù)據(jù)，注冊包，心跳包組合）

{
      "dev_ty":4000,
      "pro_ty":"rf_epmt_qjdt_1105",
      "use_id":0,
      "dev_id":2302180001,
      "pcb_ver":221214,
      "bot_ver":2023021700,
      "app_ver":2023030100,
      "net_ty":1,
      "link_ty":0,
      "pak_ty":"up_data",
      "mk_id":"",
      "ka_id":"",
      "rssi":0,
      "snr":0,
      "x_jsd":0.0492592602968216,
      "y_jsd":0.0070370370522141457,
      "z_jsd":4.4122223854064941,
      "temp_c_val":14.195767402648926,
      "x_jd":0.63720703125,
      "y_jd":0.0933837890625,
      "z_jd":89.3463134765625,
      "cj_s":300,
      "up_s":3600,
      "xt_s":3600,
      "run_s":70,
      "in_v":0.00880800001323223,
      "bat_v":6.4534401893615723,
      "gn_wd":0,
      "gn_jd":0,
      "gn_hb":521,
      "mem_sx":19276,
      "tm_sm":"000101001046"
}

服務(wù)端收到設(shè)備上報消息，應(yīng)答設(shè)備:

{
      "pak_ty":"set_inf",
      "cj_s":null,
      "up_s":3600,
      "xt_s":3600,
      "x_yz":500,
      "y_yz":500,
      "z_yz":500,
      "nian":2022,
      "yue":3,
      "ri":25,
      "shi":12,
      "fen":23,
      "miao":33
}

模擬TCP客戶端示例：

因為TCP是面向流，沒有邊界，而操作系統(tǒng)在發(fā)送TCP數(shù)據(jù)時，會通過緩沖區(qū)來進(jìn)行優(yōu)化，例如緩沖區(qū)為1024個字節(jié)大小。
如果一次請求發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較小，沒達(dá)到緩沖區(qū)大小，TCP則會將多個請求合并為同一個請求進(jìn)行發(fā)送，這就形成了粘包問題。
如果一次請求發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較大，超過了緩沖區(qū)大小，TCP就會將其拆分為多次發(fā)送，這就是拆包。

對于粘包和拆包問題，常見的解決方案有四種：

發(fā)送端將每個包都封裝成固定的長度，比如100字節(jié)大小。如果不足100字節(jié)可通過補(bǔ)0或空等進(jìn)行填充到指定長度;
發(fā)送端在每個包的末尾使用固定的分隔符，例如\r\n。如果發(fā)生拆包需等待多個包發(fā)送過來之后再找到其中的\r\n進(jìn)行合并;例如，F(xiàn)TP協(xié)議;
將消息分為頭部和消息體，頭部中保存整個消息的長度，只有讀取到足夠長度的消息之后才算是讀到了一個完整的消息;
通過自定義協(xié)議進(jìn)行粘包和拆包的處理