本次我要說的是玩轉(zhuǎn)物聯(lián)網(wǎng)，洞悉服務(wù)器的心跳，所謂的心跳包就是（探測性的）數(shù)據(jù)包，之所以叫心跳包是因為：它像心跳一樣每隔固定時間發(fā)一次，以此來告訴服務(wù)器，這個客戶端還活著。

事實上這是為了保持長連接，至于這個包的內(nèi)容，是沒有什么特別規(guī)定的，不過一般都是很小的包，或者只包含包頭的一個空包。

最大的作用就一句話，就是告訴服務(wù)器：
我還活著，別給我踢下線了。

01.為什么需要心跳？

4G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備受限于自身工作環(huán)境的影響，極有可能發(fā)生網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況。

例如：
人多的環(huán)境中，為了保證人聯(lián)網(wǎng)的及時性，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通訊優(yōu)先級會被運營商調(diào)低，極有可能出現(xiàn)多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互相競爭4G通訊通道，或者與手機等人聯(lián)網(wǎng)設(shè)備競爭網(wǎng)絡(luò)通道的情況。

再比如：
野外環(huán)境下，本身就人煙罕至的地方，運營商基站覆蓋弱。

又或者：
半夜運營商降低基站發(fā)射功率來省電，或者半夜進行基站的維護。

還有可能：
服務(wù)器遇到特殊情況進行維護升級，沒有及時通知物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備一直進行重連/數(shù)據(jù)重傳等操作，耗盡了物聯(lián)網(wǎng)卡的流量。

以上等等諸如此類的意外情況，都會使本來正常環(huán)境下能聯(lián)網(wǎng)的4G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，突然斷網(wǎng)，導(dǎo)致服務(wù)器長期收不到模組發(fā)過來的數(shù)據(jù)或者模組收不到服務(wù)器發(fā)過來的數(shù)據(jù)，進而導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲、丟失，最終導(dǎo)致用戶資產(chǎn)受損。

所以在客戶端/服務(wù)器設(shè)計之初，都會設(shè)計一個心跳機制，用來處理服務(wù)器/網(wǎng)絡(luò)異常的情況。

▼ 4G模組心跳設(shè)置 ▼

如果使用AT固件：

可以參考如下指令設(shè)置心跳：

1）AT+CIPTKA

2）AT^HEARTCONFIG

具體的參數(shù)參考的AT指令集，可以設(shè)置心跳內(nèi)容、心跳周期等。

如果使用LuatOS固件：

可以使用socket.config接口：

接口參數(shù)設(shè)置詳見：
https://wiki.luatos.com/api/socket.html

也可以使用sys.timerLoopStart函數(shù)：
創(chuàng)建一個定時器，進行心跳包的傳輸。

02.推薦的心跳間隔

一般來說，人聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，對實時性要求較高，所以一般人聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，根據(jù)實際業(yè)務(wù)的實時性不同，一般心跳間隔時間也從5秒~40秒不等。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實時性要求大多數(shù)都不是很高，所以一般來說1分鐘/2分鐘/3分鐘/5分鐘也就夠用了，可以根據(jù)真實的使用場景，以及服務(wù)器能夠承載的冗余鏈路數(shù)量決定具體的心跳間隔。

如果你使用的是阿里云/騰訊云等可靠的物聯(lián)網(wǎng)平臺，也可以適當(dāng)拉長自己的心跳周期。例如：阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺推薦的心跳為300秒以上，最長為1200秒。

值得一提的是，心跳間隔時間越短，同等時間內(nèi)，模組耗電越多。為了節(jié)約流量和省電，對大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，并不是真的會在用戶設(shè)定的心跳間隔時間時給服務(wù)器發(fā)送心跳——真正發(fā)送心跳包的間隔時間，往往是用戶設(shè)置的1.5倍時長，這是心跳機制決定的。

03.如果不用心跳，服務(wù)器怎么設(shè)計

一般來說，用戶使用的是TCP協(xié)議或者基于TCP的MQTT這種長連接協(xié)議。

如果客戶對功耗比較看重，既希望能保持長連接，又不希望在沒有數(shù)傳的時候發(fā)送心跳數(shù)據(jù)導(dǎo)致功耗上升，可以與服務(wù)器進行協(xié)商，將定時的數(shù)據(jù)報文，當(dāng)作應(yīng)用層心跳報文。

如果上下兩包數(shù)據(jù)接收時間小于設(shè)置的應(yīng)用層心跳時間，則在下一包數(shù)據(jù)收到以后，檢測心跳周期的定時器事件重置。注意：此種方式僅限于數(shù)傳間隔較小（15分鐘內(nèi)）的情況。

當(dāng)然，如果對數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾圆蛔鰢?yán)格要求，也可以將自己通訊協(xié)議改為UDP。

04.不用心跳方式的弊端

TCP協(xié)議層是有默認(rèn)兩小時的心跳機制，但是這會造成服務(wù)器有時需要處理大量的TCP冗余鏈接，所以一般服務(wù)器都會和客戶端協(xié)商，啟用應(yīng)用層心跳。

如果沒有服務(wù)器心跳，4G模組和4G基站之間也是需要一個心跳機制的——因為4G模組不是直接跟服務(wù)器連接的，而是通過NAT（即網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）與服務(wù)器連接，NAT就是網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換。

NAT會維護一個映射表，這個映射表會定時檢查。如果10分鐘內(nèi)這路socket跟服務(wù)器沒任何數(shù)據(jù)往來，就會回收這路的地址，10分鐘后應(yīng)用上再發(fā)數(shù)據(jù)就找不到路由地址了，也就是常說的和服務(wù)器斷開了鏈接；如果10分鐘內(nèi)有數(shù)據(jù)更新，計時器會重新置為10分鐘。

如果不需要和模組保持長連接，且不怎么需要和服務(wù)器進行交互，半小時甚至更久：

那么可以考慮使用HTTP等鏈接方式，或者參考4G模組【PSM+超低功耗】教程。

審核編輯 黃宇

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