软件工程硕士学位论文-基于FSK的固网服务终端接入系统的设计.pdf

北京工业大学 硕士学位论文 基于fsk的固网服务终端接入系统的设计 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：张建标;范立春 20061201 摘要 本课题介绍了一种能够有效利用固定电话网进行非语音增值业务的电话服 务终端( t e l e p h o n ys e r v i c et e r m i n a l ) ；重点论述了为陔型电话设备提供呼叫接 入服务的基于固网短信技术的接入服务系统的设计开发演进过程。 p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公共交换电话网) 是覆盖面广 泛的基础通信网络，而各种非固网通信的普及，使固网传统语音业务己不能适 应发展要求，扩展p s t n 的数据业务以及其它增值业务成为固网通信新的方向。 f s k ( f r e q u e n c ys h i f tk e y i n g ，移频键控) 是一种经过i t u ( 国际电信联盟) 标准化并广泛应用的数字信号调制技术。f s k 调制信号能够提供半双工 1 2 0 0 b i t j s 的数据传输能力。电信固话短信业务及来电显示业务即采用f s k 技术。 电话服务终端是以固网短消息单片机为核心设计的一种新型电话设备，它 在普通话机标准功能的基础上扩展了对f s k 通信标准的支持。终端利用分布广 泛且成本低廉的p s l n 网络，以f s k 调制信号作为负载手段进行业务数据传输。 本课题的重点是设计并构建终端接入服务系统( t e r m i n a ls e r v i c es y s t e m ) ， 接入服务系统为运行在p s t 网络的f s k 电话终端设备提供呼叫处理、业务执行 服务，并为系统管理人员和业务人员提供对系统的控管能力。 在系统的需求分析环节，使尽可能多的问题和变更得以显现，进行了系统 应用场景的阐述、系统的功能性定义以及系统质量属性的确定。 在系统总体设计中，对系统进行了关键子系统的分析，对重要功能模块进 行了结构分解，讨论了数据传输的安全性，对参与角色进行了定义和职责分配。 接入系统的详细设计主要关注各个模块之1 b j 的关系协调和性能折中，尽可 能地降低耦合度和依存程度。重点对模块的功能及行为进行进一步的分析定义。 接入系统实施中实现了f s k 链路层和传输层协议，采用d i a l o g i c 运行时异 步事件模型实现对通道资源控制的呼叫接入引擎：采用t c l 脚本引擎实现了业 务逻辑执行模块；以w e b 服务为【 i 心构建辅助管理子系统。 关键字p s t n ；f s k ：系统分析；体系结构；w e b 服务 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e do n ek i n do ft e l e p h o n ys e r v i c et e r m i n a lw h i c hc a n c a r r yo nt h en o n p r o n u n c i a t i o ni n c r e m e n ts e r v i c ev i at h ep s t nf p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n en e t w o r k ) n e t w o r ke f f e c t i v e l ya n dt h ek e yp a r t i st h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n te v o l u t i o np r o c e s so ft h es e r v i c es y s t e mw h i c hp r o v i d e st h ec o n n e c t i o n s e r v i c ef o rt h i sk i n do f e q u i p m e n tb a s e do nt h ep s t ns h o r tm e s s a g et e c h n o l o g y , p s t ni st h ef o u n d a t i o nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i t hw i d e s p r e a do v e r l a y , b u t a l o n gw i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no ft h eo t h e rk i n d so fn o n p s t nc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s t h et r a d i t i o np r o n u n c i a t i o ns e r v i c e o fp s t nd o e s n t a d a p tt h e d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e i tb e c o m e st h en e wd i r e c t i o nf o rp s t nn e t w o r kt oe x p a n d t h ep s t nd a t as e r v i c ea sw e l la so t h e ri n c r e m e n ts e r v i c e f s k ( f r e q u e n c y s h i f tk e y i n g ) i so n ek i n d o f d i g i t a ls i g n a lm o d u l a t i n g t e c h n o l o g ys t a n d a r d i z e db yi t u ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) w i t ht h e w i d e s p r e a da p p l i c a t i o n t h ef s ks i g n a lc a np r o v i d eh a l f - d u p l e xd a t at r a n s m i s s i o n a b i l i t ya tt h es p e e dl2 0 0 b i “s b o t ht h et e l e c o m m u n i c a t i o ns h o r tm e s s a g es e r v i c ev i a p s t na n dt h ec i d ( c a l l i n gi d e n t i t yd e l i v e r y ) s e r v i c ea d o p tt h ef s kt e c h n o l o g y t h et e l e p h o n es e r v i c et e r m i n a li so n ek i n do fn e wt e l e p h o n ee q u i p m e n t d e s i g n e dw i t ht h ec o r eo ft h es h o r tm e s s a g es p e c i a lm c uc i r c u i t ；i te x p a n d e di nt h e s t a n d a r dt e l e p h o n ee q u i p m e n tt os u p p o at h ef s km o d u l a t i o ns t a n d a r d t e r m i n a l u s e st h ef s km o d u l a t i o ns i g n a la st h ej o a dm e t h o dt oc a r r yo nt h ed a t at r a n s m i s s i o n s e r v i c et h r o u g hw i d e s p r e a da n di n e x p e n s i v ep s t nn e t w o r k 1 1 1 ek e yp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o ni st od e s i g na n dc o n s t r u c tt h et e r m i n a ls e r v i c e s y s t e m t h i ss y s t e mp r o v i d e st h ec a l lp r o c e s s i n g t h eb u s i n e s se x e c u t i o ns e r v i c ef o r t h et e r m i n a l sw i t hf s k s u p p o r ti np s t nn e l w o r k a n dp r o v i d e st h ea b i l i t yo f s y s t e r n c o n t r o l sa n dm a n a g e m e n tf o rt h es y s t e ma d m i n i s t r a t i o na n dt h eb u s i n e s sp e o p l e i nt h ep a r a g r a p ho fs y s t e mr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，a sm o r ea sp o s s i b l eq u e s t i o n s a n dt h ec h a n g e sw e r ea p p e a r e d ，i th a sc a r r i e do nt h es y s t e ma p p l i c a t i o ns c e n a r i o e l a b o r a t i o n t h es y s t e mf u n c t i o n a l i t yd e f i n i t i o na n dt h es y s t e mq u a l i t ya t t r i b u t e s i nt h ep a r a g r a p ho f t h es y s t e mt o t a ld e s i g n ，i ta n a l y z e dt h ei m p o r t a n ts u b s y s t e m s a n df u n c t i o n a lm o d u l e si nt h es e r v i c es y s t e m d i s c u s s e dt h es e c u r i t yo ft h ed a t a t r a n s m i s s i o n ，d e f i n e dt h es y s t e mr o l e sa n da s s i g n e dt h er e s p o n s i b i l i t yf o rt h e m i nt h ep a r a g r a p ho ft h es y s t e md e t a i l e dd e s i g n 。i tm a i n l yp a i da t t e n t i o nt ot h e r e l a t i o n s h i pc o o r d i n a t i o nb e t w e e ne a c hm o d u l ea n dt h ep e r f o r m a n c ec o m p r o m i s e a n dr e d u c e dt h ec o u p l i n gd e g r e ea n dt h ed e p e n d e n c ea sf a ra sp o s s i b l e i ta n a l y z e d w i t he m p h a s i st od e f i n et h ef u n c t i o na n dt h eb e h a v i o r i nt h ep a r a g r a p ho ft h es y s t e mi m p l e m e n t a t i o n t h ec o n n e c t i o np r o c e s s i n g e n g i n ei m p l e m e n t e dt h ef s kp r o t o c o lo ft h el i n kl a y e ra n dt h et r a n s p o al a y e r i m p l e m e n t e dt h ec h a n n e lr e s o u r c e sm a n a g e m e n ta n dc a l lr e q u e s tp r o c e s s i n gt ot h e t e r m i n a lb yu s i n gt h ea s y n c h r o n o u se v e n tm e c h a n i s ma p p l i e db yd i a l o g i cr u n t i m e i tu s e dt h et c ls c r i p t i n ge n g i n et oi m p l e m e n tt h ee x e c u t i o nm o d u l ef o rb u s i n e s sl o g i c a n de s t a b l i s h e dp e r i p h e r a lm a n a g e m e n ts u b s y s t e mb a s e do nw e bs e r v i c e s k e y w o r d sp s t n ；f s k ：s y s t e ma n a l y s i s ：s y s t e ma r c h i t e c t u r e ：w e bs e r v i c e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同i t 作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 盔璺金：皇一日期：兰塑笸：! 兰： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：立哔导师签名：班同期：盟 第1 章绪论 p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公共交换电话网) 已经走过了 悠久的发展历程，迄今已经形成一个覆盖面最为广泛的基础通信网络。由于新 技术的不断发展，各种非电话网通信方式的同益成熟普及，固定电话网络仅提 供传统语音服务业务已经不能适应新时期通讯行业的发展要求，因此扩展基于 固定电话网的数据业务以及其他的增值业务成为崮网通信的新的发展契机。 本课题介绍了一种能够有效利用廉价固定电话网进行非语音增值业务的电 话服务终端( t e l e p h o n ys e r v i c et e r m i n a l ) ，并立足于设计开发一套为该型电话 服务终端提供访问服务的主接入系统及其相关辅助系统而展开分析研究。 本章将介绍问题的产生背景以及所涉及的专业领域，并对论文的设计主体 进行了概括性的说明。 1 1 研究背景 1 1 1 数据通信与电信电话网络 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种通信方式。数据通 信的发展不能完全脱离原有的通信网基础，在一般情况下均须利用原有的通信 设施作为数据传输的手段。既可以使用公用数据网，也可以利用已有的公用交 换电话网和用户电报网来开放公用的数据通信业务、使用租用电路( 电话网向 用户提供固定接续的传输电路) 或是建立专用的数据通信网。利用分布广泛 且具有较高性价比的公用电话交换网络用作基础网络通常是进行数据通信的最 为便捷的选择。 电信网一般是指有许多电信设备构成的一个总体，它使得网内位于不同地 点的用户可以通过它来交换信息。按照网络传送信息所采用的信号形式，电信 网可分为数字网与模拟网，前者以数字信号形式来传送信息，后者则采取模拟 信号形式；按照性质，电信网又可以分为电话网、电报网( 公共电报网与用户 电报网) 、数据网等。其中，电话网是规模最大且分布最广泛的，从而成为各种 电信网的基础。电报网和数据网往往借用电话网的传输通路作为自己的传输媒 介，而且电话网还可以直接被用以丌放数据传输业务1 ”。 1 1 2 固话网络数据传输概述 目前在通信网中使用最普遍的由模拟话音信号转换成二进制信号序列的一 种方法就是脉码调制( p u l s ec o d em o d u l a t i o n ，p c m ) 。国际上有两种p c m 一 次群的制式系统：一种是3 0 3 2 路系统，传输速率为2 0 4 8 k b s ；一种是2 4 路系 统，传输速率为1 5 4 4 k b s 。我国及欧洲国家大都采用前一种制式，1 ：t 本及美国 采用后一种制式。在前一种制式中，一次群的每一帧包含3 2 个时隙( 0 - - 3 1 ) ， 每一时隙包含8 个比特，故每一帧包含2 5 6 比特。其中第0 时隙用于帧的定位， 即帧同步。第1 1 5 及1 7 3 1 时隙用于传送3 0 路话音信号，第1 6 时隙用于复帧 的定位和传送各路信令。在这里每1 6 帧构成一个复帧，设立复帧的目的主要是 为了在时间上分享第1 6 时隙来传送各路信令。帧的传输速率等于话路信号的抽 样率，即8 0 0 0 帧秒，因此每一帧的时间长度为o 1 2 5 m s ，每一复帧的长度则为 1 6 x o 1 2 5 = 2 m s 。每一路的信息传输率为6 4 k b s ，总的传输率为6 4 x 3 2 = 2 0 4 8 k b s 1 3 1 。 利用固定电话网开放数据传输业务有两种形式：一是直接通过公用电话交 换网在两地用户间传输数据信号；另一种是利用电话网向用户提供固定接续的 传输电路，通常称作租用电路，用户可以利用这种租用电路来构成自己的专用 数据网。但是，不论采用何种形式，为了在现有的电话网上传输数据都必须首 先是数据源发出的原始数据信号转换成适合于现有电话网传输要求的信号1 4 1 。 国内的电话网和世界大多数国家一样，是个模拟通信网，它采用模拟信号的 形式来传送信息。 现有电话网是为传送语音等模拟信号而设计的，要在模拟信道上传送数据， 就必须解决数据信号和模拟信道之间不相适应的问题，调制解调器( m o d e m ) 就是解决这个问题的一种信号变换装置，常常把能够完成信号的调制解调功能 的设备模块或语音板卡等也都视为等同于调制解调器。简单来说，调制解调器 的基本作用就是把数据信号变换成类似于语音的模拟数据信号，在电话信道上 传输，并把经过传输的模拟数据信号反变换成原发送数据。一般地，调制解调 器还负责呼叫、建立连接、拆除连接，以及电话与数据的相瓦转换等链路控制 功能【3 l 。 1 1 3f s k 调制技术概述 ，电话信号的传输频带一般只要求3 - 4 k h z ，例如，长途电话电路的有效传输 频带一般规定为3 0 0 3 4 0 0 h z ，带宽为3 1 0 0 h z ，但在许多传输媒介上的传输频 带均远比一个话路的传输频带宽得多，这就涉及到信号调制。在p s t n 网络上 进行数据传输也就是将原始数据经过调制、编码产生适合在现有制式p s t n 系 统上进行传输。数字数据通过调制振幅、频率和相位等载波特性或这些特性的 某种组合对数字数据进行调制形成模拟信掣5 1 。最基本的调制方式有以下三种： 幅移键控方式( a s k ，a m p l i t u d e s h i f tk e y i n g ) 频移键控方式( f s k ，f r e q u e n c y s h i f tk e y i n g ) 相移键控方式( p s k ，p h a s e s h i f tk e y i n g ) f s k 信号为连续相位二进制频移键控1 2 0 0 波特异步串行方式，数据以数据 字节的方式传送。f s k 方式可直接在电话电路( 3 0 0 3 4 0 0 h z ) 上进行数据传输， 采用频移键控( f s k ) 方式进行数据传输的行业标准主要有以下几种( 见表1 1 ) 。 表1 - 1 常用f s k 调制标准 t a b l e1 - 1f r e q u e n t l yu s e df s ks t a n d a r d s 推荐标准名称传输速率( b p s )l 作方式 b e l l c o r e1 0 33 0 0全双l ： b e l l c o r e2 0 21 2 0 0半全双工 i t u tv 2 l3 0 0全双l i t u tv 2 3 ( m o d e1 )6 0 0 半全双：f i t u tv 2 3 ( m o d e2 ) 1 2 0 0 半全双， 在本课题中，电话服务终端与接入服务器之间的通信采用的是符合 b e l l c o r e2 0 2 或i t u - tv 2 3 的f s k 调制方式。符合v 2 3 建议的m o d e m ，可在 p s t n 上以同步或异步操作方式进行6 0 0 1 2 0 0 波特的数据传输。与在普通电话 上所采用的d t m f ( d o u b l et o n em u l t i p l ef r e q u e n c y ，双音多频) 相比，f s k 更适应数据传输的要求( 见表1 - 2 ) 。 表1 2 移频键控方式与双音多频方式的比较 t a b l e1 - 2c o n t r a s to f t h ef s ka n dd t m fm o d e 类别 f s kd t m f 传输速度1 2 0 0 b i t s s约1 2 5 字符s 规定时间内的信息昔( 字符) 最多约6 0 0最多约3 8 字符集a s c i i数字及少苗字符 传输可靠性 高较高 ( 注：双音频4 0 m s 发送，间隔4 0 m s ) 1 2 基于f s k 技术的应用现状 1 2 1 固网短消息的发展现状 固网短消息就是在p s t n 网上利用电话终端发送短消息。目前电信部门正在 力推固话短信业务，此业务在由短消息中心局端和用户终端构成的短消息收发 平台上实现。中国电信已在北京、上海、广州等城市推出此业务，相关标准也 已经出台，中国电信集团公司企业标准c t t 卜2 0 0 1 基于电话网的住处终端 及综合平台技术规定：下行信号( 短消息中心至短消息终端) 采用半双工频 移键控( f s k ) 调制方式；上行信号( 短消息终端至短消息中心) 采用d t m f 信 号模式，或者采用( f s k ) 调制模式。中兴、贝尔等国内大型通信公司提供了支 持中文短消息传送的服务器，固网短信已经开始进入普通百姓生活，短消息电 话在今后的一段时间将会有更大的市场【6 】。 1 2 2 固定电话来电显示的应用现状 固定电话来电显示，即电话主叫号码信息识别及传送( c i d ，c a l l i n g i d e n t i t yd e l i v e r y ) ，是指交换机将主叫用户的主叫号码及呼叫的日期、时间等 信息传送给被叫用户，由被叫号用户的主叫号码显示器将信息显示出来并存储。 它是由具有主叫号码信息识别服务功能的交换机与具有主叫号码显示服务功能 的终端相配合来实现，在终端上可以显示主叫电话机的号码、呼叫时间等信息。 c i d 技术的数据传送可采用移频键控( f s k ) 方式或双音多频( d t m f ) 方式 作为解决方案。到目前为止，经过多年的研究和发展，许多国家认为移频键控方 式有较好的发展前景，并以此为基础制定本国的标准。采用f s k 方式的国家和地 区有美国、加拿大、比利时、英国、西班牙、日本、新加坡和中国等；而部分 欧洲国家采用d t m f 方式。在我国，f s k 模式是强制要求的主叫信息识别传送的 传输方式。 目前，我国已具备程控交换机开放多种新业务的条件，所生产的交换机已 具备移频键控方式传送c i d 信息的能力，如上海贝尔、n e c 、大唐和华为等厂家 生产的交换机已经具备c i d 功能1 7 】。 1 2 3 基于f s k 技术的特定行业终端的应用现状 短消息电话是具有短消息发送和接收功能的电话。短消息服务器和短消息 电话之间采用半双工通讯方式，通过f s k ( 频移键控) 信号和d t m f ( g y 音多频) 信号进行数据传输，采用交互操作方式。短消息电话除了具有普通电话的通话 功能外，还有中文显示、信息存储、d t m f 信号、f s k 信号发送接收等功能。 在短消息电话的基础上，针对特定客户群体推出了专用于金融保险领域的 电话终端。目前国内已经有厂家进行了金融电话终端方面的研发，并取得了初 步的市场推广。 “家家e ”是中国电信2 0 0 2 年为拓展固定电话业务推出的新品牌【8 l 。2 0 0 5 年9 月的北京金融展上，又有其它厂商展示了几款全新的电话终端设备。中国 银联所展示的金融电话终端更是引起了媒体的广泛关注。 目前，基于f s k 技术的行业终端研发方兴未艾，具有广阔的发展前景。 1 3 主要研究内容 电话服务终端在普通电话机各项标准功能的基础上扩展了对f s k 协议的支 持，以此提供在p s t n 网络下以f s k 通讯作为负载手段的业务支持。电话服务 终端利用分布广泛且成本低廉的p s l n 网络作为数据通道从而将各类增值业务 延伸到传统固定电话和其它终端设备所不能及的领域。 基于相同的技术标准，我们将固网短消息的相关技术应用于智能金融电话 终端的设计。该终端具有普通电话的所有功能以及专为会融业务设计的定制功 能。和普通的短消息电话不同的是，由于该金融电话终端与我们的接入服务系 统配合使用，而接入服务系统主要为终端提供金融类业务服务，因此本课题涉 及到话机终端及接入服务系统两方面的设计实施。其主要研究内容如下： f s k 链路层、传输层协议的设计 链路层为传输层提供一个稳定的、带差错检查、重传控制的底层传输机 制，传输层为消息载荷的传输提供一个安全的、易扩展的传输支持； 电话服务终端与接入服务系统之间遵循并执行该协议栈进行基于f s k 的数据传输。 北京t 业人学i 程坝i 学化论文 _ 接入系统呼叫处理引擎的设计 异步处理话机终端通过p s t n 网络发起的呼叫请求，管理语音板卡通道 资源；并在该部分实现消息层的处理。 - 接入系统业务脚本执行引擎的设计 呼叫处理的目的是为主叫终端提供所需的金融服务业务，业务脚本引擎 为业务执行提供了一个稳定的容器。 - 以w e b 服务为中心的辅助系统的设计 辅助系统为主服务系统提供各类必不可少的支撑服务，让主服务系统的 业务处理具有了现实意义。 鉴于接入平台所面临系统设计目标的复杂性，迫切需要通过采用系统化的 设计和更为高效的开发方法学来指导系统的实施过程。 本文还从需求的分析、系统架构设计以及代码框架构建等方面对系统开发 过程进行较为全面的展现。在开发过程中借鉴软件工程设计思想的指导原则， 以实现既定的设计目标，达到系统质量属性要求。另外，在系统并发设计、资 源管理等方面也进行实践。 1 4 论文组织结构 本文旨在通过对一种接入服务系统的设计和实现的演进过程的描述，试图 揭示该类型系统在设计实践中的有关问题的提出与解决。该接入服务系统将为 运行在p s t n 网络( 公用电话网络系统) 的支持f s k 通讯方式的话机终端提供呼 叫接入及业务执行服务。 论文对该接入系统进行了从整体分析到详细设计最后给出实现框架的全景 展示。全文分为五章： 第一章绪论 本章介绍问题的产q 三背景以及所涉及的专业领域，并对论文的设计主体进 行了概括性的说明。 第二章接入系统需求分析 本章将通过对接入系统的需求进行分析，为接入系统设计的总体设计给出 概念性和指导性要求。 第三章接入系统总体设计 本章将对接入系统进行从需求出发的功能分解和参与角色定义，为进一步 的系统详细设计提供子系统级别的设计视图，并从系统安全性的要求考虑提供 从终端侧到辅助系统的方案。 第四章接入系统详细设计 本章针对已分解的子系统模块的设计要求，对模块要素进行细化设计，给 出了模块级设计的参考。 第五章接入系统实施 本章将对接入系统进行实施描述，将结构设计框架映射到技术实现框架。 其中主要对软硬件基础设施提出了具体要求，对所选择的技术进行了简要的说 明，对关键模块给出了实现详细设计说明。 第2 章接入系统需求分析 从系统的需求出发，识别接入系统所隐含的行为与功能；并通过对问题行 为及功能的分析，发现系统设计约束、需求约束等，为进一步获取系统构件接 口提供概念性和指导性要求。 2 1 系统概述 电话服务终端在普通电话机各项标准功能的基础上扩展了对f s k 协议的支 持，以此提供在p s t n 网络下以f s k 通讯作为负载手段的业务支持。电话服务 终端利用分布广泛且成本低廉的p s t n 网络作为数据通道从而将各类增值业务 延伸到传统固定电话和其它终端设备所不能及的领域。 接入服务系统为电话服务终端提供呼叫处理服务、业务执行服务，并为系 统管理人员和业务人员提供对系统的控管能力。通过电话服务终端与接入服务 系统的通信，提供比原有p o s 设备更为高效、广泛的金融交易功能。 2 2 系统环境 电话服务终端与接入服务系统的部署关系如图2 - 1 所示。 图2 - 1 系统环境示意i ! i f i g u r e2 - 1s y s t e me n v i r o n m e n td i a g r a m 9 电话终端通过普通电话线接入到p s t n 网络，可以作为一部普通固定电话使 用；当作为一部会融电话服务终端使用时，话机终端将呼叫预设定的f s k 接入 服务器，并使用f s k 调试信号进行数据通信。为了节省终端用户的电信资费， 电话服务终端的部署一般以地级市为一个部署区域，而不直接进行跨地区的通 讯。 在一个地级市开放一个或若干个接入服务器，为本地电话服务终端提供呼 叫接入和业务服务。服务器通过租用的e 1 线路连接到p s t n 网络，每条e 1 线路 提供3 0 路数据信道和2 路控制信道。 2 3 系统应用场景 在电话服务终端的应用环境中，经常地需要涉及到多方单位，比如，查询 银行卡余额涉及到金融机构，查询通讯欠费则涉及到第三方单位，而转账交易 则常常同时涉及到两个或两个以上的单位如银行间或银行和商户间。为了支持 此要求，设计中允许平台配置为任意多个后端系统。 接入服务系统作为电话服务终端的接入平台，处理用户终端的呼入并提供 业务交互，另外也为终端和后端系统进行数据组包解包功能。通过连接到本接 入平台，使用银行卡支付工具的终端话机用户能够进行类似余额查询、明细查 询、代理缴费、卡卡转账等金融交易。一个余额查询处理的示例如图2 2 所示。 幽2 - 2 账户余额奇询示例 f i g u r e2 - 2e x a m p l eo f a c c o u n tb a l a n c eq u e r y o 用户在电话服务终端上按键向接入服务器发出呼叫请求，接入服务器的语 音板卡设备负责接受、处理终端的呼入，摘机后完成与电话服务终端之自j 数据 通讯前的建链过程；建链之后，业务嘟本执行与终端的业务交互，交互通讯采 用f s k 协议；接入服务器验证终端是否合法有效。对来自合法电话服务终端的 连接，业务流程要求用户刷磁条卡以获取交易账号，并由用户输入正确银行卡 密码，最后与后端业务系统进行通讯。 2 4 系统功能性定位 系统的功能性是系统能够完成所期望的工作的能力，软件构架根据质量属 性来限制各结构的功能分配。功能性考虑更多的是与其它质量属性的交互，以 及它又是如何限制其它质量属性的9 1 。以下是对接入系统功能的说明： 2 4 1 呼叫接入会话处理 管理系统数字语音通道资源，对来自数字通道的呼叫请求进行处理； 实现f s k 链路层、传输层协议栈，为业务消息提供可靠的、业务无关 的底层支撑能力。 2 4 2 业务交易服务处理 为业务流程提供一个稳定、可快速扩展的执行环境 为有效的接入终端提供业务逻辑执行服务。 2 4 3 主接入系统的辅助管理子系统 为业务运行提供基本数据信息支持服务，如注册终端信息等； 为系统管理人员提供接入服务系统的运行监控能力； 为业务管理人员提供业务处理情况监控能力。 2 4 4in e t 网络应用层数据包格式定制 支持金融行业经常采用的标准i s 0 8 5 8 3 会融交易消息交换包格式及国内常 用变种包格式，如u n i p a y 8 5 8 3 、b u l l 8 5 8 3 等”1 。另外也需要考虑到大量现 存应用的以普通字符串或x m l 作为基本格式的通讯方式。 2 5 系统目标质量属性 质量属性和系统的功能性是正交的关系，而质量属性必须在从设计、实现 到部署的整个过程中予以考虑。系统构架提供了实现质量属性的基础，而不能 独自实现质量属性。我们不准备过多考虑受构架影响的商业属性或构架本身的 质量属性( 如概念完整性) ，而更多地关注接入系统的系统质量属性1 【l2 1 。通 过对系统需求的进一步分析，从而为接入服务系统提取以下系统质量属性： 并发处理性能 预计在一个地级城市( 中等规模) 放置一台接入服务器，注册电话服务终 端总量预计为1 0 0 0 0 0 台，并发量峰值预计不超过1 0 0 0 。 系统扩展能力 对预先给定的组可能变化，新系统的子系统增加应当相对便捷，而不应 较大改动软件系统架构。 可插接模块 在切换到不同应用环境下，应可对功能系统进行配置分离；在设计中保持 系统关注点的正交关系。 安全性 面向公共网络的时候，对用户、机具的身份审核，对通信数据的完整性的 保护都是值得关注的。安全性为跨越边界的数据访问提供保证。 快速二次开发 减少开发环节成本和培训时间，减弱二次开发人员对系统细节了解的熟练 深度和广度，从而提高二次开发的可靠性和开发效率。客户环境的变更将是设 计中需要着重关注的因素，不同的客户环境可能存在很大的差异，这部分最可 能产生变化。 可修改性 将平台特定的部分进行抽象，从通用代码结构中剥离出去，以此降低未来 平台切换所带来的调整成本，增强平台移植性。 系统质量属性之间一般会相互影响，而针对不同质量属性场景，对质量属 性进行设计平衡就显得尤为重要。 2 6 本章小结 本章对接入服务系统的需求进行了整体的指导性分析，通过对典型应用场 景的展示借以引出系统设计面临的问题；还从需求的最直观角度将系统主要功 能分为接入服务处理和辅助运行系统两大部分，包括呼叫处理、业务处理、系 统管理、统计分析等功能要求；最后从系统需求识别接入服务系统需要达到的 目标质量属性，对这些质量属性的实现是后续任务所重点关注的。 第3 章接入系统总体设计 本章将对接入系统进行从需求出发的功能分解和参与角色定义，为进一步 的系统详细设计提供子系统级别的设计视图，并从系统安全性的要求考虑提供 从终端侧到辅助系统的方案。 3 1 系统总体物理结构 接入系统为电话服务终端提供位于p s t n 网络边缘与i p 网络边缘之间的协 议转换和业务核心服务。接入系统在物理部署上主要可以分为主接入服务器和 以w e b 服务器为中心的辅助系统构成，如图3 1 所示。 图3 - 1 系统总体物理结构 f i g u r e3 - 1s y s t e mp h y s i c a la r c h i t e c t u r e 主接入系统服务器 夺接入服务器：为话机终端提供呼叫接入和业务逻辑执行服务。 夺业务服务器：作为接入服务器和后台系统之白j 的前置服务器。 辅助系统服务器 夺w e b 服务器：提供w e b 服务以及w e b 页面。 15 夺数掘库服务器：集中存储接入系统的相关终端数据和运行数据。 夺管理员工作站：系统管理员通过该工作站进行系统管理。 3 2 接入系统的子系统分析 作为终端的呼叫接入端，接入服务系统首先需要高效率地完成数字通道资 源的管理，并对数字通道资源进行全程的状态控制，对远程电话服务终端的呼 叫请求做出快速有效的处理。 业务应用是整个系统商业价值的关键，也是系统构建的出发点【1 4 】。业务应 用包括来源有效性验证、业务逻辑执行、业务状态管理、日志管理等功能。业 务应用能够适应多种系统平台，即同样的业务应用可以在不同的系统平台上运 行，当系统平台发生变化时，业务与应用能够继续适应新的平台来运行。 由此，系统可以划分为主接入系统、终端管理子系统、系统监控子系统、 业务监控子系统等若干子系统，子系统之间的关系如图3 - 2 所示： ，一、一、 ， 、 、， 服务终端 图3 - 2 子系统关系图 f i g u r e - 2s u b s y s t e m sr e l a t i o n s h i pd i a g r a m 3 2 1 主接入子系统 业务主机： ：e 接入子系统主要涉及到呼叫接入服务模块和业务逻辑执行模块两部分。 6 它们共同构成了整个接入服务系统的核心功能部分。其它予系统的构建实施主 要都是为主接入子系统提供必要的支持和扩展。 3 2 1 1 呼叫接入模块系统的呼叫接入模块为核心模块，负责对数字通道资源 进行调度管理，并处理由内部调用、外部主叫等引发的通道异步事件，据此向 终端提供呼叫接入处理服务。另外，呼叫接入模块还是系统监控子系统的资源 状态提供者。 3 2 1 2 业务逻辑执行模块系统的业务逻辑执行模块负责执行服务系统为终端 提供的预定业务逻辑，它是系统建设的核心目标。此外，还通过加载其它构件 来提供与后台系统之问的交易数据格式转换服务。同时，它也是业务监控子系 统的业务信息提供者。 3 2 2 辅助子系统 3 2 2 1 监控子系统监控子系统包括系统监控子系统、业务监控子系统。监控 系统具有下列基本特征： 实时性：对系统数字语音通道资源使用的状态数据和业务逻辑执行的业 务交易情况的监控应具有实时性或准实时性( 定时) 。 数据内容：提供通道线路状态( 空闲建链拆链接收发送等) 、业务执 行状态、交易类别、服务时间以及服务地点等内容。 日志数据完整：分级别存储系统的同志信息数据，为报表管理系统提供 数据支持。 3 2 2 2 终端管理子系统终端管理子系统提供对电话服务终端进行开户注册、 挂失、变更、锁定、注销等服务，终端的注册信息将为接入系统验证终端来源 合法性提供基本支持。 3 2 2 3 报表管理子系统报表管理子系统对由各监控子系统生成的历史监控数 据进行数据挖掘分析，为接入系统的持续优化、业务变化更新及商业目标调整 提供一定的参考依据。 3 3 接入系统的层次视图 围绕着接入系统的两个核心关注点，可以把接入系统切分为三个方面来进 行深入分析，分别为接入层面、业务层面和管理层面1 1 5 l 。如图3 3 所示为从系 统构建者角度来看，接入系统所划分的逻辑分层视图。 管理层 交易管理 h 运行管理 h 终端管理 业务层 第三方系统叫业务流程f _ 1 终端验证接口 ，q 、e 1 姒层乃蛊 。产一 务hi“l 接口 一 i 话机终端ii 话机终端i 图3 3 系统构建层次图 f i g u r e3 - 3s u b s y s t e m sh i e r a r c h yd i a g r a m - 接入层对通道资源进行分配管理，接受电话服务终端的呼叫、验证以及 状态管理，为业务层数据交换提供基础传输信道。该层是业务实施的重要 的支撑层面，决定着整个系统的运行效率。 业务层提供对业务流程的支持，协调和管理终端侧的原子动作，将本地业 务数据组装成特定的交易报文转发到后台业务系统，并将应答数据转换为 终端的原子动作。业务层就像胶水一样，将不同的功能构件粘接在一起， 共同完成系统功能，从而减小了构件之删的耦合程度。该层面可以视作子 系统间的连接器，它在很大程度上减小了子系统之间的耦合关系【怕】。 _ 管理层管理层向管理人员提供对语音板卡数据链路层通道状态监控以及 业务层的交易状况的统计分析。管理层面包括软实时系统监控、业务监控、 终端管理等子系统。这些辅助子系统是系统的重要组成部分，是系统进入 正常生产运行维护环节必不町少的支撑。这些管理子系统为系统管理员、 业务监控人员等提供了量化依据，使管理员可以及时发现问题，并及时调 整系统资源配置( 设备、线路、业务量) 。 3 4 接入系统模块分解 接入服务系统可以大致划分为毛接入服务子系统、后端业务系统和辅助信 息管理子系统等，这几大系统又可以细分为以下一些主要子模块： 接入引擎( c o n n e c t i o n e n g i n e ) 接入引擎为电话服务终端提供呼叫接入处理以及业务脚本引擎的执行控 制。接入引擎采用异步i o 工作方式处理语音通道的呼叫、摘机、主叫信息获取 以及链路建立拆除等终端接入基本服务，如图3 4 所示。 脚本引擎(