使用 AT 指令进行 Socket 通信

时间:2019-12-30 abatei 人气:1

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。

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。

<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：

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。
当收到消息时，会将消息转化为 ASCII 码字符串打印。
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。
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 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：

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。
当收到消息时，会将消息转化为 ASCII 码字符串打印。
服务器在收到信息后，原样返回给客户端。
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。

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。

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