（应用数学专业论文）支持多协议的短消息网关的研究.pdf

支持多协议的短消息网关的研究 专业：应用数学 硕士生：巫伟科 指导教师：伍小明副教授 摘要 本文针对服务提供商同时接入国内四大电信运营商( 中国移动、中国联通、 中国电信和中国网通) 的短消息网关开展面向全网所有用户的短消息服务的时 候，遇到要熟悉多种短消息网关协议，开发多个协议接口，维护与多个运营商短 消息网关的网络连接等问题，设计和实现了一个位于外部短消息实体与各运营商 短消息网关之间的中介系统s m g ，同时制定了一套新的用以规定外部短消息实 体与s m g 之间的通信规程的短消息接臼协议s m i p 。 s m g 内部实现了四大电信运营商的短消息网关协议，可以支持多协议、多 运营商，对外部短消息实体提供统一的s p 协议。外部短消息实体可以通过接 入到s m g ，然后实现与各运营商短消息网关之间的短消息发送与接收，从而为 服务提供商开展面向全网所有用户的短消息服务，提出一种新的解决方案。 关键字：短消息服务、短消息网关、外部短消息实体、协议 t h es t u d yo fs h o i r tm e s s a g e g a t e w a y s u p p o r t i n gm u l t i p i - o t o c o l m 蚶o r = a p p u e dm a m e m a n 岱 n a m e ：w i n l 瓣 s u p e i e 缸d a t ep 内f e s s o r a o m i n gw u a b s t r a c t t h i sp 印e rd c s 遍地a n di l l l p l e m e n t sam e d i - s y s i e j n ，c a n e ds m g w h i c hi sb e t w e e n e x t e r n a ls h o nm s s a g ce m i t ya dt h eb j g 如u r t e k c o m m u n 蛔t i o no p 啪t o f s ( c h 劬 m o b i l e ，c h j l l au n 奶n l ，c h mt c b m 柚da l i n an c t c o m ) s h o n 眦龉a g e g a t e w 嘞t 0 s o l v c t l l cp m b k 麟s u c h 弱h a v i l l g t 0b c 盘m i l i a r w i t h 棚t 币l es h o nm e s s a g c g a t c w a y p r o t o c o l s ， d e v e l o pm u l t i p l cg a t e w a yi n t e r f a c c sa n d k e e p枷h i p l e n e t w o r k c o 衄u n i c a t j 0 粥w 豇ht h cb 远f o u ro p e 埘。心s l l o r t 聪渤g cg a t e w a y w h c ns e n r i c e p m v i d e r sc 0 蛐c c tt ot h cb i gf o l l ro p 盯a t o r s s h o r tm e s 妇g cg a t e w a y 锄dp p o v i c l cs b o n m e s s a g cs e r v i c ct oa nu 捂o f t h e m a tt h es a m et i m e ，t h i sp a p e rs t u d yo u tam w s l l o n m c s 鞠g eg a t e w a yj l l t e r 矗c e p r o t o l c a c d s m 吸w h i c hd e f i l l e st h c c 0 岫u n i c a 啪nm kb c t 、】l r c e ne m 锄ls h o nn 燃s a g c e n t i t y 柚ds m g 妯d e t a i l s m gc a ns u p p o nm u t i p r o t o c o k m u t 沁p c r a t o r 锄dp m v i d et h cs 锄es m i p p o t o c o lt oe 】【i e m a ls l l o nm e 鼯a g ee m j t yb e c 跚s ei ti m p l e m e t st h eb i gf o u ro p e f a t o r s ， 8 h o n m e s s a g eg a t e w a yp m t o c o lj n s i d e v i ac o 柚e c t h l gt 0s m ge x t e m a ls h o n m c 8 s a g ee n t i t yc a ns e n dt o 锄dr e c c i v e 劬mt h eb j gf o u ro p e a t o r s s h o nm c s s a g e g a t e w a y s ot h i sp a p e rp m v i d e san e ws o h i t i o nt os e r v i c cp m v i d c r sw h e nt h e yp m v i d c s h o nm e s s a g cs e r v i c ct 0a u s e r so f t h e b 培f o u ro p e r a t o r s k e y 啪r d s ：s h o nm e s s a g es c i c e ，s h o nm e s s a g eg a t e w a y ，脯e m ls h o nm e 鹦a g c e n t i t y ，p t o c o l 1 1 短消息服务 1 1 1 短消息服务 第1 章综述 短消息服务( s h o nm c s s a g es e r v i c e ，s m s ) ，是一种无线数据服务，它可以 实现移动用户和短消息实体( 比如电子邮件、证券信息、移动银行等) 之间传输 由数字、字母等级成的信息【l l 。一条短消息可以包含1 6 0 个英文字母( 7 _ b i t 编码) 或7 0 个非拉丁字母( 1 6 - b i i 编码) ，如中、日、韩文和阿拉伯字母等吼 s m s 按其实现的方式可以分为点对点短消息服务和小区广播短消息服甜1 1 。 点对点短消息服务是通过移动触发m o ( m o 蛐e0 吨曲) 或移动终止m t ( m o b i l e t e m l i n a l ) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地的服务。小区广播短消息 服务是通过基站向指定区域范围内的所有短消息用户广播发送短消息的服务。 s m s 于1 9 9 1 年出现在欧洲的无线通信领域【1 1 。历史上第一条短消息是1 9 9 2 年1 2 月，在英国通过v o d a f o n e 公司的g s m 网络从一台p c 发送到一部手机上 的1 2 】。在此后的几年内，s m s 的用途仅局限于寻呼功能，用以通知移动用户语音 邮件的到达，因此并没有得到广泛的应用。从1 9 9 8 年开始，s m s 的应用有了根 本性的变化。由于语音业务的增长明显放缓，发展移动数据业务的呼声日益高涨。 欧洲的的一些电信运营商将目光投向了s m s ，v o d a 旬、s o n e r a 、m a 衄e s m a 雌 等公司大力推行s m s ，从而在欧洲迅速掀起一场s m s 风暴【2 】。 在国内，2 0 0 0 年9 月中国移动与新浪、搜狐、清华深讯、灵通网四家著名的 服务提供商s p ( s e r v i c ep m v i d e f ) 联合为全球通手机用户提供“全球通奥运快讯” 互联网信息点播服务，取得巨大的成功【2 】。 作为一种不同于语音传输的数据服务，s m s 具有如下特点【3 1 ： 1 它利用短消息服务中心作为中介设备，实现短消息的存储转发机制。 2 任何一个手机能够在任何时候接收或发送短消息，而不依赖于该手机是 否正在通话或传送信息a 如果手机远离服务区域或出现故障，那么短消息会存储 在短消息服务中心，直到目的地手机恢复正常，短消息就会自动发送到目的地。 笠! 童堡鲨 3 它既适应外部带宽信息包的传输也适应低带宽信息包传输，这样就产生 了一种用于传输简短而紧急数据的高效方法。 同时，s m s 也具有如下缺点【2 】： 1 消息长度有限。由于g s m 协议规定，s m s 的消息长度不能超过1 6 0 个 英文字符。如果发送的电子自日件或新闻等服务信息太长，则需要拆分成多个消息 分段，从而造成成本上升，而且在手机上查看分段消息时操作非常不方便。 2 短消息的输入过程麻烦。在手机的小键盘上输入英文字母或汉字，比较 费时费力。 3 消息格式简单。s m s 只支持简单文本，无法传输图像、音频和视频信息。 4 数据传输速率低，等待时间较长。与g p r s 相比，s m s 提供的数据传输 速率低，因为s m s 使用的是速率比较慢的共享信令信道。 s m s 的上述缺点，可以在下一代短消息：多媒体短消息服务( m u l t i m e d i a m e s s a g j l l gs e r v i c c ，m m s ) 得到很大程度的改善【4 l 。m m s ，俗称“彩信”，它最大 的特色就是支持多媒体功能，可以传送视频短片、图片、声音和文字，传送方式 除了在手机间传送之外，还可以是手机与电脑之间的传送。具有m m s 功能的手 机的独特之处在于其内置的媒体编辑器，使用户可以很方便地编写多媒体短消 息。目前，这一应用服务已逐渐走向成熟，成为主流的短消息格式【5 。 1 1 2s 裕的网络体系结构 s m s 基本的网络体系结构如图1 1 所示【。 图1 1s m s 的网络体系结构 s m 匣( s h o nm 髓s a g ee n t i t i e s ) ，是短消息实体，可以用来接收、处理和发送 短消息的实体，通常存在于固话系统、移动基站或计算机系统中。s m e 可以分 2 筮! 童绽述 为两种类型【8 】：一种是移动电话或特定的短消息收发设备等，用户可以直接使用 它们将短消息发送到短消息服务中心，然后再转发到目标地址；另一种类型是通 常所说的外部短消息实体( e x t e m a ls h o r tm e 鼯a g ee m i t y ，e s m 巳) ，以下简称 e s m e ，是一类存在于计算机系统中的s m s 应用系统( 如w a p 代理服务器，短 消息股市报价系统等) 。它们通常由s p 开发出来，使用特定的短消息协议，通 过t c 聃p 或x 2 5 计算机网络接入到电信运营商的短消息服务中心或者短消息网 关，从而实现短消息的发送与接收。本文讨论的s m e 是第二种类型，即外部短 消息实体。 s m s c ( s h o nm e s s a g e ss e r v i c cc e n t e t ) ，是短消息服务中心，是硬件和软件 的结合，负责在基站和s m e 之间中继、存储或转发短消息。 s m s g 1 w m s c ( s m s g a t e w a 妒n t e r w o r k i n gm o b 丑es w i t c h i n gc e n t e r ) ，是短 消息服务网关，包括s m s - g m s c ( s m s g a t e w a ym o b 赴s w i t c h i n gc e m c r ) ，接 收由s m s c 发送的短消息，向h l r 查询路由信息，并将短消息传送给接收者所 在基站盼交换中心：s m s 1 w m s c ( s m s - i m e r w o r k i n gm 0 b n es w i t c h i l l gc c n t c r ) ， 从移动基站接收短消息，并将短消息提交给合适的s m s c 。 m 卫( h o m el 0 c a t j o nr e g i s t 盱) ，是归属位置寄存器，用于永久存储管理用 户和服务记录的数据库。 且( v i s t o r 姗i 0 咀r c g i s t e r ) ，是访问位置寄存器，含有用户临时信息的数 据库。 m s c ( m o b i l cs w i t c h 妯gc c m e r ) ，是移动交换中心，负责系统切换、管理和 控制来自或发向其他电话或数据系统的呼叫。 b s s ( b 鹤es t a t i o 咀s y s t e m ) ，是基站系统，s m s 中所有与无线通迅相关的功 能都在b s s 里面完成，基本功能是在移动基站之间传输语音和数据信号。 m s ( m 0 b 丑es t a t i o n ) ，是移动基站，能够接收和发送短消息的无线终端，并 可以进行语音呼叫。通常这些设备是数字蜂窝电话，但是很早阻前s m s 的应用 就已经延伸到其他的终端，比如电子收款机系统( p o & 、手提电脑、以及个人数 字助理( p d a ) 。 下面给出移动触发短消息( m o s m s ) 在s m s 网络中的流程，如图1 2 所示 【1 1 。 s m e 爱惦虻h i 且 4 r m 图1 2 m o s m s 的流程 下面给出移动终止短消息( m r s m s ) 在s m s 网络中的流程，如图1 3 所示 糊囊撇诅建滔 图1 3 m t - s m s 的流程 1 2 短消息网关在s m s 中的作用 1 2 1s m s 发展的两个阶段 s m s 的发展经历了如下两个阶段【9 】： 第一阶段是以s m s c 为主要的服务提供者和信息提供者的时期。在此阶段， s m s c 是唯一的信息提供者，造成信息量少，且各s m s c 的信息来源不一致。这 4 釜! 童筮姿 一阶段是s m s 的缓慢发展时期。 第二阶段是以互联网和现实生活中的信息作为短消息的主要信息来源，由互 联网上的s p 接入s m s c 或短消息网关，建立信息交互的通信链路。其特点是以 s p 作为信息的提供者，弱补了原来s m s c 的不足。这一阶段是s m s 的急剧扩展 时期。 目前s m s 的发展正处在第二阶段【9 】，其主要的业务特征是：广大的s p 开发 出各种各样的e s m e ，将互联网和现实生活中的巨大、丰富多彩的信息，根据用 户的要求。通过短消息方式传递给用户。这一发展模式，将传统合二为一的信息 提供与信息服务彻底分离，体现了一种传统电信业务与互联网相结合的发展模 式，也体现了电信网络与计算机网络相融合的趋势。随之出现的问题是：如何使 e s h 但有效地接入电信网络。 1 2 2 短消息网关的引入 s p 在开发e s m e 的时候所遇到的最基本困难是：1 3 3 3 8 】如何使存在于计算机 系统中的e s m e 接入电信网络，实现短消息的发送和接收。e s m 巳接入电信网络 也经历了如下两个阶段。 第一阶段是通过短消息中心协议，接入到s m s c ，实现短消息的发送和接收。 在这一阶段，主要有欧洲电信标准协会( e t s i ) 列举的五种常用的短消息中心 协议【1 0 l ：s m p p 协议( l 0 9 i l ：a 公司) 、a m d 协议( n o k i a 公司) 、u c p e m i 协议 ( c m g 公司) 、s m s 2 0 0 0 协议( s e m a 公司) 和e i s o n 公司提供的协议。所有 这些协议都是在功能上稍微有一些不同，但在形式转换上存在相当大的区别。 比如用s m p p 协议连接s m s c ，s m p p 协议定义了s p 端的e s m e 与s m s c 之间的通信规程。其中s m s c 是s m p p 协议的服务器端，而e s m e 则是该协议 的客户端。e s m e 主动向一直处于监听状态的的s m s c 发起网络连接，连接成功 并通过验证后，e s m e 就可以与s m s c 接收和发送短消息。根据短消息传递方向 的不同，e s m e 分为三种类型【“1 ：短消息发送者t r a n s m i t t e r ，它只能向s m s c 发 送短消息；短消息接收者r e c e i v e r ，它只能从s m s c 接收短消息；短消息收发者 t r a n s c c i v e r ，它既能向s m s c 发送短消息，也能从s m s c 接收短消息。利用s m p p 协议接入s m s c 进行短消息发送和接收的网络结构如图1 4 所示。 图1 4 基于s m p p 协议接入s m s c 的网络结构图 采取这种接入方式，当s m s 的业务量很大时，每一个e s m e 都与s m s c 直 接连接，会给s m s c 带来沉重的资源负担，甚至不堪重负，难以满足业务发展 的需要i 扪。而且，g s m 网络的规范做法是1 1 2 】由用户归属地的s m s c 负责用户短 消息的转发，如果s m s c 与提供服务的e s b 没有连接，当用户采用短消息点 播申请短消息服务时，上行短消息无法发送到该e s m e 。另一方面，对s p 而言， 支持这么多的短消息中心协议是一项非常繁重的工作。 为了减轻s m s c 的负担，把一些原来属于s m s c 负责的s p 管理任务( 比如 网络连接、监权认证、防火墙、计费和流量控制等) 【9 】，分配给短消息网关，由 其负责完成。而且短消息的转发也要求采用g s m 网络的规范做法【1 2 】，由用户归 属地的s m s c 负责用户短消息的发送。但是如何将大量的e s m e 接入到各地的 s m s c ，保证接入的一致性及安全性，向用户提供优质的服务，是这一阶段业务 发展需要解决的主要问题。因此，短消息网关应运而生。 短消息网关作为专业化的信息分配者及管理者，为e s m e 与s m s c 之间的数 据交互提供一条安全、快捷的通道。短消息网关一般都要完成协议转换、计费、 路由、安全和网络管理等功能1 1 3 j 。图1 5 给出中国移动的短消息网关的结构图【1 4 1 。 一 图1 5 中国移动的短消息网关的结构图 6 筮! 童绫姿 1 s m p p 通信代理模块主要实现网关与s m s c 的连接，确保准确地接收和 发送数据，实现高效、可靠的数据传输。为了达到规范要求的不超过o 0 0 1 的 数据丢包率，s m p 通信模块需要支持流量控制。 2 q 凹p 通信代理模块主要实现与e s m e 的连接，与s m p p 通信代理模块 不同的是，由于协议的影响，c m p p 通信代理模块是服务器端，需等待e s m e 的连接，而s m p p 通信代理模块是客户端，需要主动连接s m s c 。 3 短消息网关处理模块是网关中最复杂的处理进程，它完成的任务包括： 向汇接网关查询路由，维护路由表，进行协议转换和数据分发。 4 防火墙模块主要为网关提供安全保障，它包括i p 包过滤和身份验证。 5 计费模块主要形成各种计费话单，为计费提供依据。 6 业务管理模块主要完成业务统计报告，生成报表，为运营商对用户数据 的添加、修改、删除以及对网关的监控、查询、操作和维护提供接口和界面。 琰；氛歪与短消怠网关连接，短消息两关与s m s c 连接，把复杂的短消息服务 中心接口转变为对s p 来说相对简单的短消息网关接口，充当s m s c 和e s m e 之 间的中介实体。短消息网关接口由各运营商提供给s p ，e s m 匣与短消息网关之 间的通信规程由各运营商制定的接口协议定义。这就是e s m e 接入电信网络的 第二阶段。 目前，国内的四大电信运营商( 中国移动、中国联通、中国电信和中国网通) 都有开展短消息服务，比如中国移动推出“移动梦网”f 1 5 】，中国联通推出“联 通在信”【1 6 j ，中国电信推出基于固话的“家家e 信息系统”f 1 7 】和基于小灵通的 短消息服务【1 8 】，中国网通推出基于小灵通的短消息服务【1 9 1 。它们各自都提供有 短消息网关供s p 接入，也制定有短消息两关接口协议，比如中国移动的c m p p 协议、中国联通的s 0 i p 协议、中国电信的s m g p 协议和中国网通的c n g p 协议。 1 3 四大运营商的短消息网关协议 1 3 1c 驻) p 协议汹 1 c m p p 协议功能概述 c 瑚p p ( c h i n am o b i l ep e c rt op e e r ) 协议是中国移动点对点协议，它以t a p 7 协议为底层通信承载，规定了三个方面的内容： e s m e 与互联网短消息网关之间的接口协议 互联网短消息网关之间的接口协议； 互联网短消息网关与茫接网关的接口协议。 2 c m p p 协议涉及的端口号 表1 1 c m p p 协议涉及的端口号 端口号应用 7 8 9 0长连接( s p 与i s m g 之间) 7 9 0 0短连接( s p 与l s m g 间或1 s m g 之间) 7 9 3 0长连接( i s m g 之间) 9 1 6 8 短连接( i s m g 与汇接网关之间) 3 c m p p 协议的消息类型 这里只介绍涉及到s p 的消息类型，其它消息类垂 和具体的消息结构请参阅 c m p p 2 0 或c m p p 3 o 。涉及s p 的消息类型主要有： 表1 2 涉及s p 的c m p p 消息类型 序号消息类型消息方向 描述 1 c m p p _ - c o n n e c t s p ) i s m gs p 向i s m g 请求连接 2 c m p p _ c o 】q n e c r _ r e s p i s m g ) s pi s m g 对c m p p c o n n e c t 的应答 3 c m p p j e 砌咀n 1 阻 i s m g s ps p ( 或i s m g ) 向i s m g ( 或 s p ) 通知断开当前连接 4 c m p p r e r 重i n a 江er e s p i s m g ( s pl s m g ( 或s p )对 c m p p n ! r m i n t e 的应 答 5c m p p _ s u b m i ts p i s m gs p 向i s m g 提交m t 短消 息 6 c m p p s u b m 二r e s p i s m g s pi s m g 对c m p p - s u b m i t 的应答 7 c m p p _ d e u r i s m g s p i s m 0 对s p 下发m o 短消 8 息 8 c m p p d e l i v e rr e s p s p i s m gs p 对c m p p _ d e u r 的 应答 9c m p pa c n t e s ti s m g s pi s m g ( 或s p ) 向s p ( 或 i s m g ) 发送链路检测信息 1 0c m p pa c 加v e r e y rr e s pi s m g ( s ps p ( 或i s m g ) 对 例p pa c n t e s t 的 应答 1 1 c m 聃，_ q u e r y s p i s m gs p 向i s m g 查询业务统计 情况 1 2 c m p p q u e r yr e s p i s m g s pi s m g 对c m p p _ q u e r y 的 应答 1 3a 胛pc a n c l es p l s m gs p 向i s m g 删除己提交的 短消息 1 4c m p p _ o 蝌c u - i 也s pi s m g - s p i s m g 对c m p p _ o 悄c l e 的应答 1 3 2s g i p 协议睇1 l 1 s g l p 的功能概述 s g i p ( s h d n m e 豁a g e g a t e w a y i n t e 血c ep r o t o 0 0 1 ) 协议是中国联通短消息网关 系统接口协议，它规定了中国联通的短消息网关和s p 之间、短消息网关和汇接 网关( g n s ) 之间、以及短消息网关和短消息网关之间的通信协议。通过s g i p 协议可以实现以下功能： s p 可以接入到中国联通的短消息网关，实现s p 的一点接入、全网服务； 可以实现短消息在不同短消息网关之间的路由和转发； 短消息网关通过该协议可以和g n s 通信，实现各短消息网关和g n s 之间路 由表的同步功能。 2 s g i p 的通信方式和端口号 s g i p 协议支持两种通信方式，一种为专用s g i p 承载方式，另一种为通用 9 h 订p 承载方式。本文对s g i p 的介绍是基于专用s g i p 方式的。s g i p 协议涉及 的端口号： 表1 3s g i p 协议涉及的端口号 端口号 应用 8 8 0 l 短消息网关和短消息网关之间、s p 和短消息网关之间 8 8 0 2g n s 监听s m g 8 8 0 3s m g 监听g n s 8 8 0 4主g n s 和备用g n s 之间 8 8 1 0s m g 之间的测试 4 s g i p 的消息类型 这里只介绍涉及到s p 的消息类型，其它消息类型和具体的消息结构请参阅 s g i p l 2 。涉及s p 的消息类型主要有： 表1 - 4 涉及s p 的s g i p 消息类型 序号消息类型消息方向描述 1b i n d s p 一 s m gs p ( 或s m g ) 向s m g ( 或s p ) 发起建立 连接的请求 2 b i n d - r e s p s p s m gs m g ( 或s p ) 对b i n d 命令的应答 3u n 嘲s p s m gs p ( 或s m g ) 向s m g ( 或s p ) 发起断开 连接的请求 4 u n b i dr c s ps p s m gs m g ( 或s p ) 对u n b i l l d 命令的应答 5s u b m i ts p s m g s p 向s m g 提交m r 短消息 6 s u b m i l r e s p s m g s p s m g 对s u b l i t 命令的应答 7 d e l i v e r s m g s p s m g 向s p 下发m 0 短消息 8 d e h v e l r e s p s p s m g s p 对d e h v e r 命令的应答 9 r 印o r t s m g s ps m g 通知s p 的s u b m i t 命令发送的m t 短 消息的当前结果 1 0 r e p g r tr e s p s p - s m g s p 对r 印0 n 命令的应答 1 1 u s e r r p t s m g s p s m g 通知s p 条手机用户的状态信息 1 2 u s e r l 呻t j t e s p s p s m g s p 对u s e r i 呻t 命令的应答 筮! 童绽姿 一一 1 31 i a c e s p s m gs p 向s m g 请求跟踪某一条m t 短消息的状 态 1 4 t r a c c _ i t e s p s m ( 卜 s ps m g 对t r a c e 命令的应答 1 3 3s m g p 协议阎 1 s m g p 功能概述 s m g p ( s h o r t m e s s a g c g a t e w a y p r o t o 。0 1 ) 协议是中国电信短消息网关接口协 议，它规定了s p 与短消息网关，以及短消息网关与短消息网关之间的通信协议。 通过s m g p 协议可以实现以下功能： s p 向综合信息系统短消息用户发送短消息，例如邮件通知、天气预报等； 综合信息系统短消息用户向s p 点播信息，例如股票查询、航班信息等； s p 以某个短消息用户的身份向综合信息系统短消息用户发送信息，例如 短消息、图片信息等。 2 s m g p 涉及的端口号 网关与s p 之间通信连接采用端口号8 8 9 0 。 3 s m g p 的消息类型 这里只介绍涉及到s p 的消息类型，其它消息类型和具体的消息结构请参阅 s m g p l 3 。涉及s p 的消息类型主要有： 表1 5 涉及s p 的s m g p 消息类型 序号消息类型消息方向描述 1 l o g i n s p s m g ws p 或s m g w 登录请求 2 l o g 过r 髂p s p s m g w s p 或s m g w 登录回应 3 s u b m i ls p 一 s m g ws p 提交短消息请求 4 s u b m j l r e s p s m g w 每s p s m g w 对提交短消息的回应 5 d e l j v c r s m g w 二 s p s m g w 向s p 下发短消息请求 6 d e 盯r e 印 s p s m g w s p 向s m g w 对下发短消息的回应 7 a d i v et e s t s m g w s p 测试通信链路是否正常请求 8 a c t i v ct c s tr e s ps p s m g w 测试通信链路是否正常回应 9 e x i t s m g w s p 退出请求 1 1 笠! 童绫姿 1 0 e x i t r e s p s p s m g w退出回应 1 1 q u e r y s p s m g w s p 统计查询请求 1 2 q u e r y _ r e s p s m g w ( 一 s p s 删统计查询回应 1 3 4c n g p 协议吲 1 c n g p 协议功能概述 c n g p ( c h j n an e t c o ms h o nm e s s a g cg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 协议是中国网通短消 息网关接口协议，它规定了s p 与短消息网关，以及短消息网关之间的通信标准。 c n g p 可以实现以下功能： s p 通过短消息网关向用户发送短消息，例如邮件通知、天气预报等； 短消息用户向s p 点播信息，例如查询股票信息、航班信息等； s p 以某个短消息用户的身份向其他短消息用户发送信息； 短消息用户发送的短消息通过短消息网关转发给异地或异网的短消息用户。 2 q 婚p 协议涉及的端口号 表1 6c n g p 协议的涉及的端口号 端口号应用 9 8 9 0长连接( s p 与s m g w 间) 9 9 0 0短连接( s p 与s m g w 或s m g w 与s m g w 之间) 9 9 3 0长连接( s m g w 与s m g w 之间) 9 0 0 1短连接( s m g w 与预付费平台之间) 3 c n g p 协议消息类型 这里只介绍涉及到s p 的消息类型，其它消息类型和具体的消息结构请参阅 刚g p l o 。涉及s p 的消息类型主要有： 表1 7 涉及s p 的c n g p 的消息类型 序号消息类型消息方向描述 1岫s p s m g w 登录请求 2 l o g i nr c s p s m g w - s p 登录请求的应答 3 s u b m i ls p s m g w s p 向s m g w 发送短消息请求 4 s u b 帆i t r e s p s m g w s p s m g w 对发送短消息的应答 1 2 5d e l i v e rs m g w 二 s p s m g w 发送短消息请求 6 d e 曲e r _ r e s p s p s m g w s p 对发送短消息的应答 7a c t i v et b s ts m g w s p 测试通信链路是否正常请求 8 a c i i v 唧e s l r e s p s p s m g w 测试通信链路是否正常回应 9e x j t s m g w s p 退出请求 1 0 e 矗r e s p s p s m g w 退出回应 1 4 国内外的研究现状 如果s p 同时接入国内四大电信运营商的短消息网关，开展面向全网所有用 户的短消息服务的时候，目前的普遍做法是：开发多个协议接口，分别与目标运 营商的短消息网关建立通信链路，网络结构如图1 6 所示。 e m s e 重囟嘲鞠 自自自自 筮! 童筮适 3 e s m e 要同时维护多个网络连接。它本身就要进行比较繁重的业务处理， 同时要维护多个网络连接，无疑加重了e s m e 的负担。 4 如果s p 要进行业务数据统计，有两种途径。一是求助于运营商，查看运 营商的提供业务统计数据，但此时s p 完全依赖于运营商，如果统计数据有出入 的话，也只能由运营商提供的数据为准：二是s p 自己开发一个类似于运营商的 业务统计模块。 为了解决上述存在的不足，本文在图1 6 的基础上，在e s m e 与各运营商短 消息网关之间，加一层中介系统，命名为短消息网关( s h o r tm e s s a g cg a t e 、张y ， s m g ) ，以下简称s m g ，同时制定出一套新的短消息接口协议( s h o nm e s 鼢g c i n t e r f a c ep r o t o c o l ，s 虹p ) ，以下简称s p 协议，用于规定e s m e 与s m g 之间 的通信规程。 目前，在研究如何有效地接入多家运营商的电信网络，完成对短消息资源的 扩充，国内外都有一些研究。在国内，浙江大学的2 0 0 3 级计算机应用技术专业 的硕士生邓锦红提出一种统一短消息应用语言【2 4 1 ，采取沮。语言对中国移动的 c m p p 协议和s g i p 协议作了v i l 格式的封装；东北大学2 0 0 2 级计算机应用专 业的硕士生杨德光提出了一种基于x m l 语言的短消息通信协议【矧，同时对短消 息网关的通用接入作了探讨。在国外，2 0 0 2 年m 0 1 r o r o l a 公司开发出一种支 持接入到多家运营商s m s c 的短消息网关系统【2 6 】；2 0 0 3 年，由s m sf o m mx m l p m t o c o lg r o u p 的l ( i e md o l a n 提出了一份协议草案：m o b n em e s s a g ea c c e s s p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ( 厦m a p ) 【拥，该协议也是基于讧l 技术封装而成的；也有 学者在统一消息平台1 2 8 】的基础上，对接入多家运营商的电信网络作了研究。 1 5 本文的主要工作 本文针对s p 同时接入四大电信运营商的短消息网关，开展面向全网所有用 户的短消息服务时候遇到的问题，设计和实现了一个位于e s 忱与各运营商短消 息网关之间的中介系统s m g 。e s m e 可以通过接入到s m g ，然后实现与各运营商 短消息网关之间的短消息发送与接收。s m g 内部实现了国内四大电信运营商的 短消息网关协议，从而可以支持多协议、多运营商。此外，s m g 还支持存储转 发、自主的业务数据量和计费统计和二次开发等功能。 1 4 筮1 童绽述 为了规定e s m 匣与s m g 之间的通信规程，本文在参考中国移动、中国联通、 中国电信和中国网通的短消息网关协议的基础上，根据支持多协议、多运营商， 协议之间互相兼容、便于转换的原则，制定出一套新的短消息接口协议s m i p 。 在s m g 系统的设计中，采取了层次化的体系结构和消息队列技术，各模块 高度独立，耦合度低，方便扩充。在s m g 系统的实现中，采取了多线程、内存 池、分页机制和哈希映射等多项复杂的技术，保证了系统的性能，提高系统的反 应速度和不丢包率等。 本文在第1 章介绍s m s 的概念、发展历史，短消息网关在s m s 中的作用和 国内四大电信运营商的短消息网关协议，最后提出了本文研究的主要问题和研究 现状；在第2 章给出s m g 系统的整体设计，包括s m g 的网络拓扑结构、s m g 的功能和整体框架，同时给出用以规定e s m e 和s m g 双方通信规程的s m i p 协 议的具体描述；在第3 章给出s m g 系统9 个子模块的详细设计，包括s p 协 议通信层、c a c h e 缓存队列层、目标协议通信层、存储转发模块、归档模块、系 统参数配置模块、系统日志模块、数据库模块、消息队列模块：在第4 章给出 s m g 系统的实现及其结果分析。 第2 章s m g 的整体设计 第2 章s m g 的整体设计 2 1s 鹏的网络结构 s m g 位于e s m b 与各运营商短消息网关之间，e s m e 与s m g 采用s m i p 协 议通信，s m g 内部实现了c m p p 协议，s g i p 协议、s m g p 协议和c n g p 协议 的网络接口，分别与相应的运营商短消息网关建立通信链路。因此，e s m e 可以 通过接入到s m g ，然后实现与各运营商短消息网关之间的短消息的发送与接收。 图2 1 是s m g 的网络结构图。 国自自圈 自自自自 2 2s 鹏的功能设计 s m g 主要面向四大电信运营商的s p ，s p 可以通过接入s m g 完成对短消息 服务资源的扩充，管理及合理分配等功能。s m g 具备以下几点功能： 1 6 圜 一 第2 章s m g 的整体设计 1 满足信息实时传输 目前s m s 在许多行业( 如：证券，新闻等) 的实际应用中，往往对其传输 速度有严格的要求。作为通讯产品的短消息网关，信息实时传输也是其应具备的 最基本功能。 2 支持多协议、多运营商 s m g 内部实现了多家运营商所制定的短消息网关协议( 包括c m p p 协议、s g i p 协议、s m g p 协议和c n g p 协议) ，对e s 她提供统一的接口协议s i i p ，s m g 系统会 根据用户的请求，完成协议之间的转换，并将信息分发到合适的目标运营商短消 息网关。同时也会把来自运营商短消息网关的信息进行协议转换，分发到目标 e s m e 。 3 支持自主业务统计 s m g 把所有m r 和m 0 短消息记录保存在数据库里面，从而可以实现系统 业务数据量和计费统计。 4 信息的存储转发 s m g 负责e s m e 与各运营商短消息网关之问的信息转发，一方面负责把来自 e s m e 的短消息提交( s u t ) 给目标运营商的短消息网关；另一方面负责把来 自运营商短消息网关的短消息下发( d c 钉) 给目标e s m e 。 当e s m e 由于异常情况无法接收m o 短消息时，s m g 可以对m 0 短消息进行临时 存储。如果e s m e 在系统指定的时间( 该值可通过系统参数配置文件来设置，系 统默认值为4 8 小时) 内恢复了短消息的接收功能，s m g 会将所有为其缓存的m o 短消息发送给目标e s m e ：否则过期的短消息将会被删除掉。相应地。当目标运 营商短消息网关无法接收m 短消息时，酬g 同样会为其作存储转发。 6 支持二次开发 为方便s p 在开发e s m e 的时候，有效地接入到s m g 系统。s m g 系统提供 s m i p 协议的应用编程接口( a p i ) ，包括w 证d o w s 下的d u 。动态链接库和j a v a 语言接口库。 1 7 第2 章s m g 的整体设计 2 3s m g 的整体框架 “p 自t 1 。5 t 。口如屠 h - m 一 主控模块 _ 一 m 止| “i m h ”| m 。_ “l b w o d 。d a 如1 t，t c 一”一j | 哳一js m ii i c m p ps g ms m g pc k g p t 圈 厂 广- 广一 f 联逼一关i| 电信一* l| 冈通用关l 图2 2 s m g 整体框架图 图2 - 2 是s m g 整体结构框架图。如图所示，s m g 采用了层次化的体系结构， 依次分别为s m i p 协议通信层( s m i p ) ，缓存队列层( c a c h e ) 以及目标协议通信 层( 1 缸g e t j 协t o c 0 1 ) 。为了提高系统的整体性能，这里使用了多种复杂的处理技 术，如内存池i 删、多线程p 1 1 、分页缓存机制、消息队列【3 2 】和哈希映射【3 司等。 s 枷口协议通信层( s m i p ) 主要负责向e s 姗巳提供s m i p 瑚c k e t 接口，接收 来自s p 的网络连接请求，并对s p 进行管理。一方面它从e s m e 接收m r 短消 息，并把它们存入到s m i p m t q u e u e 队列中；另一方面向目标e s 姗巳下发m 0 短消息。为了保证信息数据正确的发送与接收，该层会根据链路检测算法实现链 路检测机制、采用滑动窗口实现流量控制和根据超时重发算法实现超时重发机 制。同时，该层提供s p 应用编程接口，保证s p 有效地接入s m g 。 缓存队列层( c a c h e ) 主要是为了向系统提供一个足够大的存储空间，使系