基于电力载波的TCP通信实现

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问题背景

这是我在做海草移植项目过程中需要实现的功能——使用电力载波连接Jetson Nano与Raspberry实现信息互通，写下此篇博客以作记录

一、TCP通信

1.1 简单介绍

TCP协议，传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写为：TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。
TCP把连接作为最基本的抽象单元，每条TCP连接有两个端点，TCP连接的端点即套接字。
套接字: socket = (IP地址 + 端口号)
TCP连接:{socket1, socket2}={(IP1:port1), (IP2:port2)}
TCP提供全双工通信。
详细解释可参考网上资料。

1.2 一般用法

进行TCP通信的两端设备必须要在同一区域网或者网段内。如果使用的是无线网（WiFi），那么只需要将双方设备连接到同一WiFi上即可；如果使用的是以太网（网线），需要通过一根网线将双方设备接在一起，同时配置两端设备的静态以太网IP（eth0），使其处于同一网段。

二、电力载波

2.1 简单介绍

本款电力载波模块由ROVMaker官方售卖，其可通过电力线传输以太网信号，实现最长300米高速通信。由于传统双绞线不适合远距离传输以太网信号且干扰能力弱，所以此类工况下通常需要高频信号进行通信。本公司所生产电力载波通信模块可通过L/N电力线进行高频通信，传输速率高(300m传输距离，统一电表范围内，实测可达100Mbps)，最多支持8个节点，工作稳定，抗干扰能力强，操作方便快捷。

2.2 一般用法

电力载波模块供电电压为DC12V，工作组网时需要成对使用，L接L，N接N，用来建立长距离网络通信。
首先把电力载波模块的网线插入电脑，电力载波模块是以太网透传，两个电力载波模块如下图连接后，相当于一段网线。

三、以太网-静态ip配置

受限于电力载波的使用要求，我们只能选择通过以太网方式实现TCP通信。以下是具体实现过程：

3.1 Jetson Nano相关配置

首先终端输入ifconfig，查看相关网络信息。重点关注eth0（即以太网）网络信息。
如果看见其有ipv4地址信息，则无需再进行配置。否则，按下述操作进行
修改网络配置文件：/etc/network/interface。使用命令：sudo nano /etc/network/interface

添加以下内容：

auto eth0  
iface eth0 inet static
address 192.168.137.123
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.137.1
dns-nameserver 114.114.114.114

按ctrl+u进行保存，随后按enter键确认保存文件信息，最后按ctrl+x退出。
随后可以使用命令开启eth0设备。使用命令：sudo ifup -v eth0
最后重启设备（使用命令：sudo reboot）后，再次输入ifconfig即可查看到eth0设备的静态固定ipv4地址信息。

3.2 Raspberry相关配置

首先终端输入ifconfig，查看相关网络信息。重点关注eth0（即以太网）网络信息。
如果看见其有ipv4地址信息，则无需再进行配置。否则，按下述操作进行
修改网络配置文件：/etc/network/interface。使用命令：sudo nano /etc/network/interface

添加以下内容：

auto eth0  
iface eth0 inet static
address 192.168.137.111
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.137.1
dns-nameserver 114.114.114.114

按ctrl+u进行保存，随后按enter键确认保存文件信息，最后按ctrl+x退出。
随后可以使用命令开启eth0设备。使用命令：sudo ifup -v eth0
最后重启设备（使用命令：sudo reboot）后，再次输入ifconfig即可查看到eth0设备的静态固定ipv4地址信息。

3.3 配置注意事项

由上可以发现，Jetson Nano与Raspberry的配置步骤是一致的，二者唯一的区别在于/etc/network/interface文件中的address不同。当前我的理解是二者必须要配置在同一个网段中，即ipv4中前24位是网络号、后8位是主机号。我们可以有两种选择，一是将两个设备的网络号统一设置，主机号有所区别；二是两个设备的网络号不统一，网关（gateway）统一设置。

3.4 TCP通信Python代码

服务端-Raspberry:

from socket import *

IP = '0.0.0.0'
PORT = 50000
BUFLEN = 512

listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

listenSocket.bind((IP, PORT))

listenSocket.listen(5)

print(f"服务端启动成功，在{PORT}端口等待客户端连接...")

dataSocket, addr = listenSocket.accept()

print("接收一个客户端连接:", addr)

while True:

    receved = dataSocket.recv(BUFLEN)
    
    if not receved:
        break
    
    info = receved.decode()
    
    print(f"收到对方信息: {info}")
    
    dataSocket.send(f"服务端收到了信息：{info}".encode())
    
dataSocket.close()

客户端-Jetson Nano:

from socket import *

IP = '192.168.137.111'
SERVER_PORT = 50000
BUFLEN = 512

dataSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

dataSocket.connect((IP, SERVER_PORT))

while True:
    toSend = input('>> ')
    if toSend == 'exit':
        break
    
    dataSocket.send(toSend.encode())
    
    receved = dataSocket.recv(BUFLEN)
    
    if not receved:
        break
    
    print(receved.decode())
    
dataSocket.close()

3.5 注意事项

如果你的Raspberry或者Jetson nano还需要联网，那么在3.1、3.2进行/etc/network/interface文件配置时，取消gateway设置即可。

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