摘  要： 在GPRS数据模式通信中，TCP服务器端意外断开时，GPRS模块仍然保持连接状态造成虚连接现象。提出了缩短未确认时间和定时判断的方法，较好地解决了虚连接现象，实现了GPRS模块自动联网功能。
关键词： GPRS；TCP；虚连接

     在路灯监控、水文情况调查等众多数据采集与监控场合,GPRS模块得到广泛应用。然而，由于PC机意外断电、软件被强制关闭等原因，现场GPRS模块并不能检测出此时TCP连接已经断开，从而形成虚连接。本文尝试用两种方法在GPRS模块端解决虚连接问题。
1 TCP虚连接
    通常客户端和服务器端之间断开需要经历4个过程。图1所示即为客户机主动与服务器断开连接的过程。客户机端完成任务后，发送FIN码，表明这个方向上不再有数据要传送；服务器收到后，以ACK进行回应；服务器端如果要结束到客户端的连接，则发送FIN码，客户机以ACK进行回应，此后客户机和服务器完成了安全的连接断开过程[1]。
    图1以客户机要求结束连接为例，实际上服务器端也可以发出主动要求结束连接的FIN码。

    如果服务器电脑断电、电缆断线、服务器软件被强制关闭等情况下，服务器来不及安全地关闭，而TCP客户端又没有关闭连接，就造成了虚连接。
2 目前连接存在的问题
    单片机与MG323模块之间通过串口连接，如果需要流控，可以使用9线的串口连接方式，如果只是简单地收发，可以使用3线(TX、RX、GND)连接即可。本文使用3线连接方式，单片机型号为F020，晶振12 MHz。
    应用中，PC机上运行的数据收发软件采用多线程机制异步接收，同时接收界面线程的关闭/打开通信功能的指示。MG323设计为自动连接服务器端，连接后以113 s为周期发送心跳协议包，维持与中心计算机的连接。若判断服务器断开则由MG323负责自动重连服务器。
    实践中发现，在以下情况下,GPRS模块并不能准确地判断服务器的状态：(1)PC机突然断电；(2)利用进程管理器强行关闭PC机端软件；(3)正常关闭PC机端运行的TCP服务器软件。
    上述3种情况模拟了现场实际可能存在的误操作。前两种情况发生时，打开TCP端软件，发现超过10 min仍无客户端连接请求。模拟情况(3)下，共进行30次测试，发现有2次10 min以内无法连接服务器端。对于更长的时间则没有测试，因为通常认为10 min已超过客户忍耐极限。
    通过调试，发现在这些情况下，发送“AT^SISI=0”命令，返回结果为：“SISI：0，4，20，55，55，0”。其中的‘4’表明GPRS模块依然判定和服务器保持着联系。从而出现了虚连接。
    查阅资料，了解到GPRS模块的默认设置是如果TCP包没有得到确认，需等待6 000 s才关闭当前链接[2]。这将漏记录大量监控数据，是工程上不能接受的。
3 MG323模块相关指令
    MG323指令AT^SCFG=<str>[,<value>]，其中str和value如表1所示。

    从表1可以看出，如果PC机端突然断开，则tcpOt需要100 min才能感知到，造成了虚连接。
    指令AT^SISI=0可以返回0号连接的当前状态。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> 表明是哪个连接profile，<srvState>表明当前状态。可能的状态如表2所示。

    从表2可以看出，<srvState>共有5种可能的取值。当服务器异常断开时，通过调试可以看到连接仍然为4。当服务器正常断开时，调试中也能观察到srvState为4或者5。这说明发生了虚连接。需要程序去发现这种情况。根据以上所述，采用了以下两种方法来处理。
4 解决虚连接措施
4.1 缩短TCP/IP包未确认连接时间
    单片机在初始化时发送AT^SCFG=120指令，设定如果发送的数据2 min内没有获得确认，就关断连接。从而能在AT^SISI指令中得到真正的TCP/IP连接状态。程序如下：
    str1=”ATE0\r”;
    i=0;
    while(str1[i]!=’\0’)
    {
       SBUF=str1[i];
       i++;
       while(TI==0);
       }
    Delay(100); //延时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);//延时100 ms等待命令完成
4.2 采用定时器周期判断法
    使用AT^SISI指令查询当前状态，即使有虚连接的可能，<ackData>数据也表明了已经发送的数据。如果在一定时间内，考虑到心跳协议也要发送数据，则可以判断这一段时间里<ackData>是否增多。如果<ackData>数据没有增加，则说明网络实际上已经断开，需要重新连接。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为串口接收的MG323的返回信息，timeclk为经过的时钟节拍，本项目中采用5 ms定时器，在定时器中给timeclk加1，则200×60×5相当于5 min。收到MG323模块返回的数据中，第11个字节开始表明成功发出去的数据，采用数字的ASCII编码表示，因此要转成数字数据。程序中，第1行判断是否返回连接串。如果确实是对查询作出了正确的响应，则进行进一步的检查。第4行表明每5 min查一次，如果不设定时查询，则连续执行本程序两次但是确实没有数据被发送的话，将会把确已连接但暂无数据交互的连接误判为虚连接，因为GPRS模块要在2 min内发送一个心跳包给服务器，所以5 min内肯定有数据应该发送出去。第9～13行程序得到ackData数据。第14行进行比较，ackdata2是当前回应的数据，ackdata1是5 min以前的结果，如果两次的数据差值太小的话，说明实质上连接中断了，此时要启动连接服务器的过程,connect()函数执行实际的连接工作。如果处于连接状态，第18行将数据赋予ackdata1保存，以便下次比较。
    本文详细分析了GPRS模块和服务器计算机TCP通信中TCP三次握手安全断开流程，在意外情况下有可能产生虚连接。在单片机平台上采用了两种方法，利用软件来解决虚连接，均收到良好的效果。测试中，强制关闭服务器软件，拔掉网线或者PC机直接重启，任何时候再打开服务端进行连接，均能保证可靠的连接，说明了设计思路是正确的。
    本设计已经应用到水产养殖水质监测系统中，迄今为止已有上千模块的应用，均能保证自动联网。本文的设计思路可以为开发GPRS/CDMA数据模块的人员提供参考，有较好的应用价值。
参考文献
[1] STEVENS W R.TCP/IP详解卷1：协议[M].范建华，译.北京：机械工业出版社，2000.
[2] 华为技术有限公司.HUAWEI MG323 GSM M2M模块软件指南[A].2010.