c - 嵌入式设备与远程服务器通信的协议(protocol)架构

Question

对于特定应用程序的最佳协议(protocol)架构，我几乎没有疑问。让我更好地解释我的应用程序。

在我的应用程序中，有 3 个元素:

• 仪表
• 集中器
• 服务器

仪表(嵌入式设备)通过 RF 链路定期向集中器(另一个嵌入式设备)发送消息。在本次通信中，我们使用的是 WM-Bus 协议(protocol)，我没有遇到任何问题。

集中器每天与服务器通信，以传输白天从仪表收集的数据。该数据可以是不同类型的数据，例如读出数据、警报等，并且可能有一天集中器只有要传输的读出数据，而在另一天有很多不同类型的数据。除了这种情况，有时，服务器需要向集中器发送数据，例如，当服务器要更改集中器的配置时。此连接将由实现了 TCP/IP 的 GPRS 模块处理，因此，低级协议(protocol)不是问题。将在系统的这一部分中使用的协议(protocol)将是专有协议(protocol)，我们无法指定它。

我们为该协议(protocol)考虑了两种可能的架构。第一个选项，服务器是通信的主(服务器)，集中器是从(客户端)。换句话说，服务器打开一个监听套接字并等待集中器的连接。当集中器打开与服务器的套接字时，它发送它的状态字(位字段)，每一位指示连接的原因，然后服务器开始通过特定命令询问数据。

在第二个选项中，集中器是主站。通过这种方式，它打开与服务器的套接字并使用特定命令发送数据。在我的选择中，这个选项听起来更好，因为集中器知道它需要发送哪种数据并执行它，而不是服务器需要的第一个选项，首先，查看状态字来决定它必须询问哪些数据.在这个架构中，虽然集中器是master，但是在client/server模型中它仍然是一个client，因为是server打开了一个listening socked。

我怀疑哪个更好，服务器表现得像一个服从集中器的系统，反之亦然。

集中器是一个 ARM Cortex-M3 微 Controller ，将使用 C 语言进行编程。服务器将使用 Java。

该架构应该是健壮的，因为一台服务器可以连接 10K 的集中器，每个集中器可以连接大约 200 米。因此，服务器将间接接收来自 200 万个仪表的数据。

哪种架构更适合我的应用程序？为什么？

Answer 1

我不知道这是否对您有帮助，但是，一些轨道:

• 想想你想把“情报”放在哪里。与 10.000 个集中器堆栈相比，维护一个服务器堆栈可能更简单。

• 考虑您要使用 TCP 或 UDP 的低级协议(protocol)。这可能会让您思考主要的堆栈自动机设计。

• 你说的是主/从，但考虑的是客户端/服务器，哪一方打开监听套接字，哪一方连接到监听 socket 。这可以让您精确地设计堆栈自动机。 (UDP、TCP、 session TCP 等...)

• 您的 Cortex M3 集中器可能使用内部或外部 MAC 接口(interface)/芯片来支持 TCP/UDP 联网。此接口(interface)可能有限制，可能无法处理多个监听端口等...在这种情况下，将集中器视为客户端和服务器可能更简单。

尽量让你的栈尽可能简单，一个简单的栈自动机可以是:

服务器:

 1 - Open a listen socket
 2 - Accept connexion and fork or create thread
 3 - Send handshake frame (server name, version, etc...)
 4 - Wait for hello frame (client name, version, etc...)
 5 - Send GetData frame
 6 - Wait for Data frame
 7 - Send Ack frame
 8 - Send GetAlarm frame
 9 - Wait for Alarm frame
10 - Send Ack frame
11 - Send Bye frame
12 - Close socket

Each 'Wait' is protected by timeout, this close connection if append

客户:

1 - Try to connect (3 times and pause 60s if time out)
2 - On connect wait for Handshake frame
3 - Send Hello frame
4 - Wait for frame :
  4.1 - If frame is GetData, send data frame 
  4.2 - If frame is GetAlam, send alarm frame
  4.3 - If frame is Bye, close connexion
5 - Wait for Ack frame (if not disconnect)

Each 'Wait' is protected by timeout, this close connection if append

对于帧格式，你可以使用像这样的简单格式

|-----------------------------------------------------------------------|
|  Head | Frame |     Size      |         Data          |     Crc16     |
|-----------------------------------------------------------------------|
|   0   |   1   |   2   |   3   |   4   |  ...  |  n-3  |  n-2  |  n-1  |
|-----------------------------------------------------------------------|


* Head is fixed to 0x81

* Frames :
  * 0x00 : <forbidden>
  * 0x01 : Handshake
  * 0x02 : Hello
  * 0x03 : GetData
  * 0x04 : Data
  * 0x05 : GetAlams
  * 0x06 : Alams       
  * 0x07 : Bye
  * 0x08 : Ack
  * 0x09 : Nack

你可以看到你可以发送握手、你好、getdata、getalarm 帧(主/从)以你想要简化堆栈自动机序列的方式......所以考虑一个轻量级的堆栈自动机序列和错误恢复。

希望这对您设计协议(protocol)有帮助