使用 AT 指令进行 Socket 通信

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BC26 支持使用 Socket 进行 TCP 和 UDP 协议通信,这两个协议也是 BC26 支持的众多通信协议的基础。本文讲解如何使用这两个协议与服务器端进行通信。在学习这篇文章前,请首先使用AT+CPSMS=0指令将节电模式(PSM)关闭。否则每隔十来秒,MCU 就进入休眠状态,让你不得不重启评估板,相当扰人,学习期间,评估板一直插在 USB 口上,供电无忧,无所谓节电模式。进行 Socket 通信的所有 AT 指令都可以在 AT 指令助手的指令集合面板中通过选择【BC26 Socket 命令】项获取,并查看手册。

使用 AT 指令进行 Socket 通信

命令介绍

我们知道,TCP 是面向连接的协议,TCP 发送信息必须确保对方能够收到,即使对方无法收到信息本方也可以知晓。而 UDP 是面向无连接的协议,只管将信息发送给对方,至于对方能否收到,本方就不关心了。接下来首先介绍本文在使用 Socket 通信时所使用到的命令。

AT+QSOC=<domain>,<type>,<protocol>

创建一个 TCP 或 UDP Socket。

  • <domain>:表示使用的是 IPv4 还是 IPv6,其中 1 表示 IPv4。
  • <type>:表示协议类型,其中 1 表示 TCP;2 表示 UDP。
  • <protocol>:表示协议类型,其中 1 表示 IP;2 表示 ICMP。

例如:AT+QSOC=1,1,1表示创建一个使用 IPv4 的,使用 TCP/IP 的 Socket。

AT+QSOCON=<socket_id>,<remote_port>,<remote_address>

使用 Socket 进行远程连接。

  • <socket_id>:BC26 一共支持同时使用 5 个 Socket 进行通信,编辑为 0~4,此参数指定其中一个 Socket。
  • <remote_port>:通信端口,0~65535。
  • <remote_address>:远端 IP 地址。

例如:AT+QSOCON=0,5000,"193.112.19.116"表示将 0 号 Socket 向地址为 193.112.19.116 的远端服务器的 5000 端口发起连接。

AT+QSOSEND=<socket_id>,<data_len>,<data>

向远端发送数据。

  • <socket_id>:Socket 的编号,范围 0~4。
  • <data_len>:数据的长度,以字节为单位。对于 ASCII 码来说,一个字符的长度为 1。
  • <data>:发送的数据,使用 16 进制数字表示。记住,无论你发送的是整数、浮点数、字符串,还是其他的数据类型,这里统统要以字节的 16 进行数字表示。假设你要发送一个字符H,查ASCII表,找到H的编码为 0x48,则发送 48 即可。如果要发送的是Hello,则发送内容为:48656C6C6F

例如:AT+QSOSEND=0,5,48656C6C6F表示让 0 号 Socket 发送 5 个字节长度的数据[0x48,0x65,0x6C,0x6C,0x6F]。

+QSONMI=<socket_id>,<data_len>

此为非请求结果码(URC),即服务器端主动发送过来的数据,而非客户端请求的数据。表示收到服务器端发来的数据。

  • <socket_id>:表示是第几号 Socket 收到的数据。
  • <data_len>:表示收到的数据的长度。

例如:+QSONMI=0,5表示 0 号 Socket 收到远端发送过来的 5 个字节的数据。

+QSORF=<socket_id>,<req_length>

从 Socket 接收数据。此命令配合上一条命令使用。

  • <socket_id>:指示接收数据的 Socket 编号。
  • <req_length>:接收多长的数据。

例如:AT+QSORF=0,5表示从 0 号 Socket 的接收数据缓冲中读取 5 个字节的数据。

AT+QSODIS=<socket_id>

断开 Socket 连接。

2019年就要过去了,我很怀念它

  • <socket_id>指示要断开的 Socket 的编号。

AT+QSOCL=<socket_id>

关闭 Socket。

  • <socket_id>指示要断开的 Socket 的编号。

NB-IOT 的使用场景,必定是每日少量数据的传送,所以 Socket 打开后,传完数据就应当立即断开连接并关闭。

使用 TCP 协议进行通信

本节演示如何使用 AT 指令跟远程服务器进行 TCP 通信,条件是必须要有一台具有公网 IP 的服务器,没有的话,无法进行实验,不过问题也不大。后面主要还是使用更高层级的协议跟电信、华为、阿里的专用物联网云通信的。

服务器端

服务器端,具体开发环境的搭建请参考上一篇文章

新建一个 TCPSocket 文件夹,进入后,使用命令dotnet new console创建一个新控制台项目,代码如下:

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading.Tasks;
using System.Text;

namespace TCPSocket
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {   //设置服务器 IP,如果是腾讯云,必须使用内网地址,而不是公网 IP。
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("172.16.0.11");
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, 5000); //端口指定为 5000
            Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            try
            {
                s.Bind(point);
                s.Listen(5);
                Console.WriteLine("服务器开始侦听...");
                Socket subSocket = s.Accept(); //等待新连接,本程序仅能接受一个客户端的连接
                Console.WriteLine("获取一个来自{0}的连接", subSocket.RemoteEndPoint.ToString());
                //创建线程接收客户端的消息
                Task.Factory.StartNew(() => ReceiveMessage(subSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
                //发送消息
                while (true)
                {
                    string sendStr = Console.ReadLine();
                    if(sendStr=="") return; //如果在控制台不输入任何字符直接按回车,则退出程序
                    byte[] sendBuff = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
                    subSocket.Send(sendBuff, sendBuff.Length, SocketFlags.None);
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                s.Close();
            }
        }

        //监听客户端连接的线程方法
        static void ReceiveMessage(Socket subSocket)
        {
            byte[] buff = new byte[1024]; //创建一个接收缓冲区
            try
            {
                while (true)
                {   
                    int count = subSocket.Receive(buff, buff.Length, SocketFlags.None);
                    //下面这个判断是非常必要的,否则有可能导致不停地接收到长度为 0 的数据,导致 CPU 占用率100%
                    if (count == 0) 
                    {
                        subSocket.Close();
                        return;
                    }
                    //将接收到的数据转化为 ASCII 字符
                    string recvStr = Encoding.ASCII.GetString(buff, 0, count);
                    Console.WriteLine($"接收到数据:{recvStr}");
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                subSocket.Close();//客户端关闭时会引发异常,此时关闭此连接
                Console.WriteLine("客户端已退出连接。");
            }
        }
    }
}

本程序仅用于测试 AT 指令,所以写得比较简单,实现如下功能:

  1. 仅可以接收一个连接,如果需要再次接收,请重新运行程序。当程序接收到一个新的连接时,会打印客户端 IP 地址。
  2. 当收到消息时,会将消息转化为 ASCII 码字符串打印。
  3. 在控制台输入字符按回车,可将字符串转化为字节数组发给客户端,注意,与客户端连接后方可实现此功能。
  4. 不输入任何内容按回车即可退出程序。

运行程序

  • 服务器端使用dotnet run运行程序启动服务,显示“服务器开始侦听…”。
  • 打开AT指令助手,载入【TCP Socket】脚本。
  • 发送指令:AT+QSOC=1,1,1,创建 Socket。
  • 发送指令:AT+QSOCON=0,5000,"193.112.19.116",连接服务器,注意端口和 IP 地址请自行更改。
  • 发送指令:AT+QSOSEND=0,5,48656C6C6F,发送数据“Hello”,观察服务器是否收到。
  • 发送指令:AT+QSOSEND=0,10,54435020536F636B6574,发送数据“TCP Socket”,观察服务器是否收到。
  • 服务器端发送数据abc
  • 客户端收到+QSONMI=0,3
  • 发送指令:AT+QSORF=0,3接收缓冲区数据。
  • 服务器端发送数据good-bye
  • 客户端收到+QSONMI=0,8
  • 发送指令:AT+QSORF=0,8接收缓冲区数据。
  • 发送指令:AT+QSODIS=0断开连接。
  • 发送指令:AT+QSOCL=0关闭 Socket。

运行效果如下图所示。

使用 AT 指令进行 Socket 通信

使用 UDP 协议进行通信

UDP 协议具有资源消耗小,处理速度快的优点,但它是不靠的。接下来演示使用 UDP 协议进行通信,使用 UDP 和使用 TCP 的思维方式是不一样的。UDP 没有连接,也就没有所谓的断开连接,但有意思的是,使用 AT 指令发送 UDP 信息时,依然和 TCP 一样,需要进行连接和断开连接操作(在 C# 中写 UDP 程序是没有这些的)。你不能说建立一个连接后,在这个连接的基础上你来我往。UDP 的一个 Socket 只会侦听某一端口的所有信息,而这个信息可能是不同客户端发送的,所以,每次接收信息都要创建一个新的IPEndPoint。所以这次我把程序改为将接收到的信息原样发回。

服务器端

新建一个 UDPSocket 文件夹,进入后,使用命令dotnet new console创建一个新控制台项目,代码如下:

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading.Tasks;
using System.Text;

namespace TCPSocket
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {   //设置服务器 IP,如果是腾讯云,必须使用内网地址,而不是公网 IP。
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("172.16.0.11");
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, 5000); //端口指定为 5000
            Socket udpSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            udpSocket.Bind(point);
            Console.WriteLine("服务器开始侦听...");
            //创建线程接收客户端的消息
            Task.Factory.StartNew(() => ReceiveMessage(udpSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
            Console.ReadLine(); //按回车直接退出程序
        }

        //监听客户端连接的线程方法
        static void ReceiveMessage(Socket udpSocket)
        {
            byte[] buff = new byte[1024]; //创建一个接收缓冲区
            try
            {
                while (true)
                {
                    EndPoint remote = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                    int count = udpSocket.ReceiveFrom(buff, ref remote);
                    //将接收到的数据转化为 ASCII 字符
                    string recvStr = Encoding.ASCII.GetString(buff, 0, count);
                    Console.WriteLine($"接收到来自{remote.ToString()}数据:{recvStr}");
                    udpSocket.SendTo(buff, 0, count, 0, remote);
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                udpSocket.Close();
            }
        }
    }
}

本程序实现如下功能:

  1. 由于没有所谓的连接,可以一直的接收 UDP 信息,也就是说,客户端可以多次创建 Socket 向服务器发信息,而服务器不需要重启程序便可接收所有 Socket 的信息。
  2. 当收到消息时,会将消息转化为 ASCII 码字符串打印。
  3. 服务器在收到信息后,原样返回给客户端。
  4. 按回车即可退出程序。

程序运行效果如下图所示,由于和上一个程序类似,我不再详细讲解。

使用 AT 指令进行 Socket 通信

感想

做完两个程序后,还是有一些感想的,我买了两块板,有一块信号不太好,导致调试程序的过程异常痛苦,使用另一块板之后才能确定是信号而不是程序的问题,将来万物互联,NB-IOT 的连接设备数量会非常巨大,在这种情况下,使用 TCP 协议或许并不是最优选择,毕竟 TCP 光建立一个连接就要费不少周折,而且保持连接还会耗费服务器资源和带宽,NB-IOT 的带宽并不优裕。UDP 是更好的选择,来信息直接处理,无需耗费资源保持连接,不占用带宽,可靠性问题可以通过应用层的控制来满足。所以我们也看到,BC26 上的大多数协议也是基于 UDP 进行开发的。这些协议我在后面会一一讲解。

K:缓存数据库双写数据一致性方案

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THE END
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