Tcp協(xié)議設(shè)備接入

fastbee大約 10 分鐘

一、開(kāi)啟TCP服務(wù)

TCP開(kāi)啟在application.yml文件中控制。

提示

tcp.enabled: 開(kāi)啟后， TCP服務(wù)器啟動(dòng)連接設(shè)備

openws：開(kāi)啟后，配合TCP服務(wù)，推送設(shè)備消息至前端實(shí)時(shí)更新

1. 注冊(cè)包：

由于TCP設(shè)備連接，需要識(shí)別設(shè)備，因此TCP客戶(hù)端連接時(shí)，上報(bào)的第一個(gè)報(bào)文為客戶(hù)端的注冊(cè)包。

例如：7e80D4AD203F3A1C7e

其中 7e 是包頭包尾

80是注冊(cè)包的標(biāo)識(shí)位

D4AD203F3A1C 是設(shè)備編號(hào)

客戶(hù)端上報(bào)注冊(cè)包后，更新設(shè)備狀態(tài)為在線

2. 心跳包:

TCP需要主動(dòng)發(fā)送消息來(lái)維持設(shè)備的心跳保持，上圖中 keep-alive 是心跳超時(shí)的判定時(shí)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(shí)位 (心跳包只是維持TCP長(zhǎng)連接，一般無(wú)其他實(shí)際意義)

3. 特殊的注冊(cè)，心跳數(shù)據(jù)包：

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

三、TCP模擬客戶(hù)端測(cè)試

模擬客戶(hù)端放在如下文件

1. 模擬客戶(hù)端上線

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

這個(gè)時(shí)候，看下本地啟動(dòng)服務(wù)可以看到

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

查看前端頁(yè)面展示： webSocket 推送設(shè)備上線消息，實(shí)時(shí)更新前端顯示

2. 模擬TCP客戶(hù)端斷電或斷開(kāi)

斷電需要等待設(shè)備心跳超時(shí)(70S), 斷開(kāi)連接是，是實(shí)時(shí)上報(bào)設(shè)備狀態(tài)

斷開(kāi)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(shí)時(shí)更新

同樣模擬客戶(hù)端斷電，需要等待客戶(hù)端超過(guò)心跳超時(shí)時(shí)間 (70s)，更新動(dòng)作跟設(shè)備斷開(kāi)一致。

四、TCP客戶(hù)端前端連接展示

新建產(chǎn)品，傳輸協(xié)議選擇TCP，通訊協(xié)議可以選擇 JSON、ModbusTcpOverRtu協(xié)議、ModbusRtu協(xié)議

新建產(chǎn)品后，選中產(chǎn)品新建設(shè)備即可。

五、TCP + MODBUS

概述：Modbus TCP 報(bào)文由以下幾個(gè)主要部分組成：

MBAP 報(bào)文頭（Modbus Application Protocol Header）：
- 事務(wù)標(biāo)識(shí)符（Transaction Identifier）：用于匹配請(qǐng)求和響應(yīng)，通常由客戶(hù)端生成。
- 協(xié)議標(biāo)識(shí)符（Protocol Identifier）：固定為 0，表示 Modbus 協(xié)議。
- 長(zhǎng)度（Length）：后續(xù)數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度，包括單元標(biāo)識(shí)符和 PDU （Protocol Data Unit）。
- 單元標(biāo)識(shí)符（Unit Identifier）：用于標(biāo)識(shí)從站設(shè)備。
PDU（Protocol Data Unit）：
- 功能碼（Function Code）：指示要執(zhí)行的操作，如讀取、寫(xiě)入等。
- 數(shù)據(jù)（Data）：根據(jù)功能碼的不同，包含相應(yīng)的操作數(shù)據(jù)。

使用：產(chǎn)品配置時(shí)選擇ModbusTcpOverRtu協(xié)議，具體配置方式參考網(wǎng)關(guān)與子設(shè)備文檔
可以在設(shè)備詳情-數(shù)據(jù)調(diào)試、數(shù)據(jù)采集頁(yè)面下發(fā)指令，如果采用云端輪詢(xún)方式，可配置輪詢(xún)?nèi)蝿?wù)下發(fā)指令：

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

六、TCP+JSON

這里采用動(dòng)態(tài)傾角監(jiān)測(cè)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)

詳情

A. 設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)文

報(bào)文說(shuō)明

動(dòng)態(tài)傾角儀處于低功耗的時(shí)候、按照平臺(tái)設(shè)定的采集間隔和發(fā)送間隔通訊、監(jiān)測(cè)站每一個(gè)通訊間隔向平臺(tái)發(fā)送一次監(jiān)測(cè)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(duì)。如果平臺(tái)在2倍間隔時(shí)沒(méi)有收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、可判定為設(shè)備離線。

報(bào)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(shuō)明

鍵名	數(shù)據(jù)類(lèi)型	說(shuō)明	備注
dev_ty	U16	設(shè)備類(lèi)型	廠家研發(fā)編碼、用戶(hù)無(wú)需在意
pro_ty	String	產(chǎn)品類(lèi)型	rf_epmt_qjdt_1105=動(dòng)態(tài)傾角儀
use_id	U16	用戶(hù)ID	廠家對(duì)用戶(hù)的編碼
dev_id	U32	設(shè)備唯一ID	設(shè)備廠家對(duì)設(shè)備的唯一編號(hào)
pcb_ver	U32	電路板版本號(hào)	設(shè)備電路板版本號(hào)
bot_ver	U32	啟動(dòng)程序版本	遠(yuǎn)程啟動(dòng)程序版本號(hào)
app_ver	U32	功能程序版本	功能程序版本號(hào)
net_ty	U8	網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型	1=CAT1、5=NBIOT、6=RJ45、8=北斗短報(bào)文
link_ty	U8	連接類(lèi)型	0=短連接=設(shè)備發(fā)送完數(shù)據(jù)等待5秒主動(dòng)斷開(kāi)連接、1=長(zhǎng)連接=設(shè)備發(fā)送完畢數(shù)據(jù)不斷開(kāi)連接。
pak_ty	String	數(shù)據(jù)包類(lèi)型	"up_data"=上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
mk_id	String	無(wú)線模塊號(hào)	模塊號(hào)IMEI=15-20個(gè)字符串組成
ka_id	String	流量卡號(hào)	物聯(lián)網(wǎng)卡號(hào)IMSI=15-20個(gè)字符串組成
rssi	S16	信號(hào)強(qiáng)度	現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的強(qiáng)度
snr	S16	信號(hào)質(zhì)量	現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(duì)比一次傳感器數(shù)據(jù)
up_s	U32	上報(bào)數(shù)據(jù)間隔	設(shè)備每到up_s秒向平臺(tái)發(fā)送一次數(shù)據(jù)報(bào)文、平臺(tái)收到以后盡快向設(shè)備回饋報(bào)文、超過(guò)2倍up_s時(shí)間沒(méi)有收到平臺(tái)回饋，設(shè)備會(huì)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(duì)、暫時(shí)未使用
run_s	U32	設(shè)備運(yùn)行時(shí)間	設(shè)備從上電到現(xiàn)在的工作時(shí)間、單位秒
in_v	float	太陽(yáng)能或輸入電壓	太陽(yáng)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(cuò)誤代碼	當(dāng)前設(shè)備的錯(cuò)誤代碼0=無(wú)錯(cuò)誤、其它的參考后面的錯(cuò)誤代碼定義
tm_sm	/	/	預(yù)留鍵值對(duì)、暫時(shí)未使用

B、平臺(tái)回饋報(bào)文

報(bào)文說(shuō)明

平臺(tái)收到傾角儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以后、需盡快通過(guò)SET報(bào)文，向傾角儀發(fā)送參數(shù)設(shè)置信息?？紤]信號(hào)不好的網(wǎng)絡(luò)延遲和平臺(tái)服務(wù)響應(yīng)時(shí)間在內(nèi)、如果在10秒內(nèi)沒(méi)有收到平臺(tái)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(tái)重傳數(shù)據(jù)保證通訊的可靠性。

報(bào)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(shuō)明

鍵名	數(shù)據(jù)類(lèi)型	說(shuō)明	備注
pack_ty	String	數(shù)據(jù)包類(lèi)型	"set_inf"=設(shè)置報(bào)文
cj_s	U32	數(shù)據(jù)采集間隔	平臺(tái)設(shè)置設(shè)備的數(shù)據(jù)采集間隔
up_s	U32	上報(bào)數(shù)據(jù)間隔	平臺(tái)設(shè)置設(shè)備的數(shù)據(jù)上報(bào)間隔
xt_s	U32	設(shè)備心跳間隔	平臺(tái)設(shè)置設(shè)置的心跳上報(bào)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(dòng)
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(dòng)
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(dòng)
nian	U8	下發(fā)同步=年	平臺(tái)下發(fā)設(shè)備同步時(shí)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(shí)
fen	U8	下發(fā)同步=分
miao	U8	下發(fā)同步=秒
err_cd	U16	錯(cuò)誤代碼	錯(cuò)誤代碼0=無(wú)錯(cuò)誤、其它的參考后面的錯(cuò)誤代碼定義

設(shè)備上報(bào)報(bào)文: （設(shè)備數(shù)據(jù)，注冊(cè)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(bào)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(hù)端示例：

因?yàn)門(mén)CP是面向流，沒(méi)有邊界，而操作系統(tǒng)在發(fā)送TCP數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)通過(guò)緩沖區(qū)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，例如緩沖區(qū)為1024個(gè)字節(jié)大小。
如果一次請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較小，沒(méi)達(dá)到緩沖區(qū)大小，TCP則會(huì)將多個(gè)請(qǐng)求合并為同一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行發(fā)送，這就形成了粘包問(wèn)題。
如果一次請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較大，超過(guò)了緩沖區(qū)大小，TCP就會(huì)將其拆分為多次發(fā)送，這就是拆包。

對(duì)于粘包和拆包問(wèn)題，常見(jiàn)的解決方案有四種：

發(fā)送端將每個(gè)包都封裝成固定的長(zhǎng)度，比如100字節(jié)大小。如果不足100字節(jié)可通過(guò)補(bǔ)0或空等進(jìn)行填充到指定長(zhǎng)度;
發(fā)送端在每個(gè)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(gè)包發(fā)送過(guò)來(lái)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(gè)消息的長(zhǎng)度，只有讀取到足夠長(zhǎng)度的消息之后才算是讀到了一個(gè)完整的消息;
通過(guò)自定義協(xié)議進(jìn)行粘包和拆包的處理

Netty對(duì)粘包和拆包問(wèn)題的處理

Netty對(duì)解決粘包和拆包的方案做了抽象，提供了一些解碼器(Decoder)來(lái)解決粘包和拆包的問(wèn)題。如：

LineBasedFrameDecoder：以行為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)包的解碼;
DelimiterBasedFrameDecoder：以特殊的符號(hào)作為分隔來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的解碼;
FixedLengthFrameDecoder：以固定長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)包的解碼;
LenghtFieldBasedFrameDecode：適用于消息頭包含消息長(zhǎng)度的協(xié)議(最常用);

FastBee的TCP服務(wù)端，解決粘包，分包問(wèn)題

固定分隔符

DelimiterBasedFrameDecoder 類(lèi)定義了分割符處理粘包，分包問(wèn)題

TCP服務(wù)器啟動(dòng)處理客戶(hù)端消息配置中，第二個(gè)處理類(lèi)配置了粘包，分包處理在TCP啟動(dòng)時(shí)候，添加分隔符號(hào)

固定長(zhǎng)度

LengthFieldAndDelimiterFrameDecoder ，固定長(zhǎng)度配置在TCP啟動(dòng)時(shí)候，配置如下做固定長(zhǎng)度處理粘包，分包問(wèn)題

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