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北京邮电大学硕士研究生论文 基于短信平台的公安系统专用平台 摘要 企业办公自动化简称为o a ( o m c ea u t o m a t i o n ) ，是指利用先进的 科学技术，尽可能充分地利用信息资源，提高生产工作效率和质量， 并且辅助决策，以求取更好的经济效益。办公自动化的核心问题是如 何提高日常的办公效率问题。当今，公安系统面临的信息来源、信息 量和处理要求都在迅速增长，由此对公安系统的工作效率和反应速度 提出了更高的要求。原有的办公自动化模式已不能满足日益增长的事 务处理、信息共享、工作协同和决策支持等方面的要求。为保证公安 系统管理和决策的更加迅速及时，充分利用先进的移动通信设备，多 渠道、全方位地掌握信息，已成为当务之急。因此，移动技术在办公 自动化建设中就显得格外重要了。 移动通信技术的发展，推动着新的业务不断的出现，也为移动办 公自动化的实现提供了技术平台。随着g s m 移动通信网络的迅速普及 和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已被提到十分重要 的位置。而短消息服务业务作为g s m 网络的一种基本业务，已得到越 来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用 也蓬勃发展起来。 本论文是围绕着基于短信平台的公安系统专用平台的研究、设计 和实现这个主题展开的。论文共分为四章来论述：第一章前言，阐述 了课题提出的行业背景和技术背景，也是本论文的理论依据。第二章 介绍系统承载层技术。第三章是基于短信平台的公安系统专用平台的 总体设计思想，描述了系统设计的原则、目标，以及整体结构和功能 设计。第四章是具体实现，详细介绍了平台的实现。第五章介绍了系 统实现中用到的几种关键技术。 关键词：办公自动化短消息 i i 北京邮电大学硕士研究生论文 t h ep l a t f o r mo fp o l i c es y s t e m b a s e do ns m s a b s t r a c t i h ea b b r e v i a t i o no to t h c ea u t o m a t i o ni s0 a 、i no r d e rt oo b t a i nb e t t e r e c o n o m yb e n e f i t ，i tm a k e b e s tu s eo fa d v a n c e d t e c h n o l o g y a n di n f o r m a t i o n r e s o u r c et oi m p r o v e p r o d u c t i o n ，e f f i c i e n c ya n dq u a l i t y t h ek e y o fo ai s t oi m p r o v e p r o d u c t i o n 、e f f i c i e n c ya n dq u a l i t y n o w a d a y s ，t h ei n f o r m a t i o n r e s o u r c e s ，v o l u m e sa n d t h ed e m a n d so f p r o c e s s i n gs p e e d t h a tt h ep o l i c e c o n f r o n tw i t hi n c r e a s er a p i d l y ，s ot h ee f f i c i e n c ya n dt h er e a c t i v ep a c et h e p o l i c en e e d e d s h o u l db ei n c r e a s e dr a p i d l yt o o t h eo l d p a t e r no f o f f i c e a u t o m a t i o nc o u l dn o ts a r i s f yw i t ht h ed e m a n d s h o wt om a k eb e s to f a d v a n c e dm o b i l ee q u i p m e n tt og e tt h ei n f o r m a t i o n v a r i o u s l yh a sb e e n c r i t i c a l s ot h em o b i l e t e c h n o l o g y b e c o m e sm o r e i m p o r t a n t i nt h e c o n s t r u c t i o no fo f f i c ea u t o m a t i o n t h e d e v e l o p m e n t o fn e wm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e sm a k e n e ws e r v i c e se m e r g e c o n s t a n t l ya n d a l s op r o v i d e st h et e c h n o l o g ys u p p o r t f o rm o b i l eo a t h e a p p l i c a t i o no fs m s h a sb e e n v e r yp o p u l a r a n dt h e p e r s p e c t i v ei nm a r k e t i ss t i l lg o o d t h et h e s i se x t e n d sa r o u n dt h er e s e a r c h ，d e s i g na n d i m p l e m e n t o f m o b i l eo a p l a t f o r m t h et h e s i sc o n s i s t so f f o l i o w i n gc o n t e n t s ：t h e i n d u s t r i a lb a c k g r o u n da n dt e c h n i c a lb a c k g r o u n do ft h et h e s i si nt h ef i r s t c h a p t e r t h ec o r r e l a t i v et e c h n o l o g i e so f m o b i l eo ar e a l i z a t i o na r e d i s c u s s e di nt h es e c o n dc h a p t e r ，i ti sa l s ot h eb a s i ct h e o r yo ft h et h e s i s t h e d e s i g no f t h em o b i l eo a p l a t f o r m i sd e s c r i b e di nt h et h i r dc h a p t e ri n d e t a i la l o n gw i t ht h ep r i n c i p a l ，o b j e c t i v eo f d e s i g n t h ei m p l e m e n t o f m o b i l eo ai si n t r o d u c e di nt h ef o r t hc h a p t e r s o m e k e yt e c h n o l o g y a r e i n t r o d u c e di nt h ef i f t hc h a p t e r i i i 北京邮电大学硕士研究生论文 k e yw o r d s ：m o b i l e0 am o b i l ea d d e dv a l u es e r v i c es m ss e r v i c e i v 北京邮电大学预= 匕研究生论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名日期 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 日期： 日期： 北京邮电大学碳士研究生论文 第一章前言 1 1 移动增值业务产生的背景 信息技术和通讯技术的结合是当前经济发展中不可轻视的重要因素。而随着 i n t e r n e t 和无线网络的日益成熟和广泛应用，获得信息的手段已不局限于p c 机， 各种类型的移动终端由于其灵活轻便而成为信息服务的一大新的开发领域。 一直以来，无论是有线的网络还是移动通信网络，都提供三大类的通信业务： 话音、数据和视像业务，而话音业务被定义为最基本的通信业务。目前移动通信 网络与将来的3 g 网络在简单的语音业务提供上没有太大的差异，但可能随着视 像业务的开展丰富了话音通信的功能。视像业务有时也被定义为多媒体业务，可 以同时提供声音、文本、图片或者视像信号。一般按照基本划分方式将移动通信 划分为话音业务和数据业务两大类，将视像业务都划分到移动数据业务中。语音 业务是移动通信业务中最基本的业务，所以相对于语音业务的其它业务就通称为 增值业务。目前，人们经常提到的移动增值业务主要指的就是移动数据业务。 移动增值业务是基于下述原因提出的： 1 利益驱动 目前，移动通信领域的基本业务语音通信业务随着移动终端的普及己逐步 趋于饱和，且收费水平己呈逐步下降之势，新的增值业务的出现成了必然。 2 技术驱动 近几年，移动通信技术飞速发展，2 5 g 新业务在中国刚开展不久，3 g 业务又 要呼啸而来，传统的语音业务在2 g 时代己很成熟，迅速增加的带宽给增值业务 的开展带来了技术上的支持。 3 需求驱动 消费者对语音业务的需求，已基本得到满足，新的数据业务的需求又逐渐升 温，如无线上网、手机游戏、移动办公、移动炒股以及位景服务等等，也给移动 增值业务的发展带来了条件。 1 2 课题提出的背景和意义 1 2 1 课题提出的行业背景和意义 目前，办公自动化系统( o a ) 是各行各业最普遍的信息系统。在通常的o a 系 北京邮电大学顾士研究生论文 统中，信息技术的应用更多表现为以数据存储及信息传递为主，然而相对一般企 业，公安系统面临的信息来源、信息量和处理要求更加巨大和严格，同样的人们 对公安系统的工作效率和反应速度也提出了更高的要求。因此，一般的办公自动 化模式不能满足公安系统日益增长的事务处理、信息共享、工作协同和决策支持 等方面的要求。同时还应当认识到人的本能是具有移动特性的，为保证管理和决 策的更加迅速及时，充分利用先进的移动通信设备，多渠道、全方位地掌握信息， 己成为当务之急。因此，移动技术在公安系统的办公自动化建设中就显得格外重 要了。 本系统不但可以提供办公人员可以在p c 上进行机动车资料的查询、驾驶员 资料的查询、嫌疑人查询、现场资料的录入等实时查询功能。而且通过移动办公， 实现在完全无线的环境中向工作人员提供办公信息。用户可以在任何地方直接利 用手机查看现有的电子邮件、日程表和通信簿，并可以在移动状态下对信息做出 反应，从而能有效地处理紧急事务。如果无线工作方式在越来越多的系统中得到 应用，可间接带来的经济效益和社会效益是相当可观的。 公安办公移动信息平台通过对现有o a 系统的移动化支持，实现各管理层文 件、项目、计划的审批、远程获取办公信息数据等功能，为公安部门提供一种更 具优势的系统。移动办公自动化应用将极大地提高公安系统现有i t 系统的能力， 无需昂贵的投资即可对移动互联设备提供支持，并赋予原有的办公系统更强大的 功能，使之突破其依赖线缆的局限性。 1 2 2 课题提出的技术背景 目前，全世界范围内，s m s ( 短消息服务) 、w a p 服务、m m s ( 多媒体消息服务) 等各项基本业务技术已得到广泛应用，这些基本业务技术的发展成熟为开展移动 办公创造了技术条件。 当然，这些服务都是一些最基本的业务，能满足人们简单的信息交流，而不 是一种具体应用。整合了具体的一种或某几种业务，并在此基础之上再做出来适 合某些用户群使用的业务才叫应用。移动办公自动化平台正是这些基本技术的组 合应用。 1 2 3 基于短信技术实现移动o a 的意义 本系统实现的移动增值业务都是基于短消息这一业务承载手段实现的。 首先，短消息业务在我国的开展和使用己经具有了良好的用户基础。随着移 动通信的迅速普及，移动通信的应用范围越来越广泛。除了基本的语音服务外， 2 北京邮电太学硕士研究生论文 短消息作为一种方便实用的移动通信方式，也得到了广泛的应用，尤其是在我国， 短消息正逐渐成为用户最为接受的信息交流手段，短消息业务也成为移动运营商 收入的一个新增长点，据统计仅2 0 0 4 年1 3 月份，我国两大移动运营商的短消 息业务量就达到4 8 0 亿条，实现业务收入超过4 0 亿元，全年国内短消息市场的 容量将达到2 0 0 亿元人民币。 其次，基于短消息的移动增值业务获得了移动运营商的大力推动。受到短消 息业务收入快速增长利益的驱动，移动运营商对其始终抱有积极的态度，不断推 出各种基于短消息的移动增值服务，这些服务包括证券服务、银行服务、信息点 播、移动商务、位置服务等。 第三，短消息业务具有低廉的成本优势。对于用户而言，为了使用移动增值 业务所付出的短消息成本只有o 1 元条甚至更低，而可以支持短消息的手机终端 的价格也远远低于那些支持w a p 、j a v a 等新技术的手机终端。对服务提供商 和运营商而言，短消息服务的实现和运营成本相对较低，而且服务效率高。成本 上的优势决定了短消息业务在相当长的一个时期内仍将是用户获得移动增值服 务的首选方式。 第四，短消息技术更加容易实现与其他技术的融合。与其他技术相比，短消 息技术能够通过菜单的方式代替用户手工输入的操作，促进单一的查询服务向全 方位服务的转变。 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章系统承载层技术 前面已经讲过要实现移动o a 系统需要用短消息做为业务承载层技术。下面 介绍短信技术的具体实现以及发展前景。由于本文作者在攻读学位期间所参与的 课题和项目的研发工作主要集中于g s m 网络，因此在本文中主要讨论了g s m 网络中的短信应用。 2 1g s m 网络的结构 g s m 系统有两个主要的组成部分：固定网络基础结构( 即固话网络) 和移动基 站。移动用户通过网络提供的服务享受无线通信业务。一般来说g s m 系统中的 模块按其功能划分可以分成：网络与交换子系统( n s s ) 、基站子系统( b s s ) 、移动 台( m s ) 和公众网络四部分，如图2 1 所示。 图2 - 1g s m 网络系统的构成 1 移动台 移动台0 v i s ) 是用户使用的终端设备，它由两个主要部分组成：移动终端设备 ( m e ) 和用户身份模块( s i m ) 。移动台采用分离设计的原因一方面在于可以将m s 端的安全功能集中于s i m ，便于控制：另一方面通过分离m e 和s i m 的功能， 用户可以方便地更换移动台，只需要将原来的s i m 卡插入到新的m e ，网络即可 识别用户的身份。 移动台( m e ) 主要用于提供语音编码、建立通信链路、提供数据传真等附加 业务等功能。移动台可以是车载型，手持型或便携型等。 用户身份模块( s n v i ) 可以是固化的芯片，也可以是可更换的s i m 模块。固化 的s i m 模块主要在早期的g s m 系统中获得应用，后来由于不适应用户需要更换 新的m e 设备的要求而被淘汰。目前智能卡被普遍采用，作为可更换的s i m 模 4 1 北京邮电大学碘士研究生论文 块，称为s i m 卡。 s i m 卡一般包括两部分：微处理器和存储器。存储器一般由只读存储器r o m 、 随机存储器r a m 和电可擦除只读存储器e e p r o m 三部分组成。r o m 中一般用 于保存卡上操作系统( c o s ) 、应用程序和保密算法a 3 和a 8 。r a m 则主要用作 数据缓冲和存放变量。e e p r o m 中保存了用户身份标识( i m s i ，p i n ) 、乎叫号码 ( i m s i 和m s i s d n ) 、密钥硒、网络相关信息( t m s i ，l a i ) 和移动台识别号( i m e i ) 。 由于智能卡的天然特性以及其自身具有计算能力等特点，它能够实现g s m 系统 在用户端的安全需求以及安全特征，并成为g s m 系统中一个独立的模块。还可 以在s i m 卡上进一步做开发，使之成为s i m 卡工具包( s t k ) 的功能，从而可以 在g s m 系统上提供新的业务和功能。 2 基站子系统( b s s ) 基站子系统( b s s ) 包括基站控制器( b s c ) 、基站收发信机0 3 t s ) 和维护基站子 系统的操作维护中心( o m c r ) 。b s s 是g s m 通信系统中固定部分与无线部分的 介面，把控制与传输功能结合起来，通过空中的无线传输，m s 可以和基站子系 统相互连接。拥有b s c 是g s m 系统与蜂窝模拟系统的一个重要区别，一般来说， 一个b s c 控制多个b t s ，b s c 的主要功能是管理无线资源，包括无线信道的分 配、释放、小区域资料的管理、跳频、切换和功率控制等。b t s 是一个无线接入 设备，它完全由b s c 控制主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分 集、无线信道加密、跳频等功能。 3 网络与交换子系统( n s s ) 网络与交换予系统一般由移动交换中心( m s c ) 、归属位置寄存i 撂( h l r ) 、拜 访位置寄存器( v l r ) 、认证中心( a u c ) 、设备标识寄存器( e i r ) ，短消息业务中心、 操作和维护中心等功能实体组成。主要负责交换功能、用户资料和通信所需的所 有资料库。 m s c 是移动网络的核心，主要是提供交换功能，移动用户和固定用户的相 互连接，是移动通信网和其它通信网络之间的接口实体。可以完成网络连接，公 共信道的信号系统和重要的计费功能。m s c 能够从h l r 、v l r 和a u c 中取得 用户在呼叫过程中所用的所有参数。 h l r 是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都必须在所属的归属位置 寄存器进行登记和注册之后，才能使用。h l r 主要存储两类信息，一是移动用 户的业务信息，而另外一个是移动用户的位置信息。 v l r 储存异地m s c 的移动用户进入本地m s c 所管理区的移动用户的全部 有关资料。这主要是考虑移动用户在漫游时还能正常使用移动电话。我们可以把 v l r 看成是一个动态数据库，随时登录漫游用户的用户资料，它可以随时与用 北京邮电大学硕士研究生论文 户相关的h l r 进行资料交换，如果用户进入另外一个v l r ，则存储在原v l r 中的用户资料将被删除。在实际中，v l r 通常和m s c 设计在同一物理实体中。 a u c 存储用于保护移动用户进行通信时不受侵犯的资料，a u c 中保存了用户 的秘密信息和a 3 、a 8 算法，在用户需要接入到网络时a u c 负责在网络端生成 用户入网安全参数并传送给基站，由它来对用户进行身份认证。在实际中，a u c 和h l r 通常设计在同一个物理实体中。 e i r 存储有关移动台设备标识的数据库，它主要完成对移动设备的识别、监 视和闭锁等功能，使非法移动台不能使用。短消息业务中心是向用户提供短消息 业务的功能实体。操作和维护中心是执行n s s 操作维护的功能实体。 4 公众网络 通常来说g s m 系统中的公众网络包括固定电话网络( p s t n ) 、综合业务数字 n - - ( i s d n ) 等等，主要为两个m s 端通信时提供一个有线数据连接链路。由于g s m 系统在设计时是作为移动台用户进入现有电信网络的一种通路进行的，g s m p l m n 不能独立建立呼叫，它需要固定网络为呼叫建立路由，提供给用户的服务 是g s m 的接入业务和一些固定网提供的接入业务的结合。因此，g s m 系统必须 要有公众网络作为支持。 2 2 有关短信的基础 s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 是短信息服务的简称，是通过手机发送和接收有 限长度文本消息的功能。短信业务是g s m 系统中唯一不要求建立端对端业务路 径的业务，所以即使移动终端已处于完全电路型通信情况下，也可继续进行短消 息的传输。短消息通信只使用信令方式，不必建立专用的传输通道，当被叫不可 到达时( 关机或不在服务区或短信存储区已满等情况) ，短消息业务中心可保存待 传信息，并监听被叫的开机事件，或每隔一定时间断进行查询，等到被叫方可接 收短信时，信息将自动重发。短消息有两种可用的类型，为小区广播和点到点的 通信方式，我们这里讨论的是后者。 2 2 1 短倍的基本规范 s m s 是e t s i 所制定的一个规范( g s m0 3 4 0 和g s m0 3 3 8 ) 。有两种方式发 送和接收s m s 消息：文本( t e x t ) 模式或者p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i t ) 模式。文 本模式只能发送普通的a s c i i 字符，p d u 模式可以发送图片、铃声、其他编码 的字符，譬如中文和日文必须采用p d u 模式下的u n m o d e 编码方式。p d u 模式 可采用三种编码方式来编码要发送的内容，如7 _ b i t 编码、8 - b i t 编码、1 6 - b i t 编 北京邮电大学硕士研究生论文 码。其中的7 - b i t 编码用于发送普通的a s c h 字符；8 b i t 编码通常用于发送数据 消息，有图片、铃声等；1 6 b i t 编码用于发送u m c o d e 字符。这三种编码方式可 发送的最大字符数不同，分别是1 6 0 、 1 4 0 、7 0 。 s m s 开发是近几年的事情，在九十年代初，还无法控制短消息，因为那时的 a t 指令是用于m o d e m 的。针对这种情况，专门开发了一种s m sb l o c k m o d e 的 协议，通过终端设备( x z ，t e r m i n a le q u i p m e n t ) 用来控制m e 。( m e ，m o b i l e e q u i p m e n t 最底层的通信模块，负责无线的传输) 或电脑来完全控制s m s 。几年 后，移动电话供应商们为g s m 研制了一整套a t 命令，其中就有了对s m s 的控 制命令。a t 命令也在此基础上演化并被加入g s m0 7 0 5 标准和之后的0 7 0 7 标 准。 上面所提的a t 命令集需要的解释器是t a ( t e r m i n a la d a p t 0 0 ，它是整个m e 的外部接口标准化。它的接口就是a t 命令集，e t s i 标准的g s m 0 7 0 7 5 0 0 ( a t c o m m a n ds e tf o rg s mm o b i l ee q m p m e m ) 详细描述了a t 命令集的规范。我们常 用的基本的p d u 命令是a t + c m g r 、a t + c m g l 、a t 十c m g s 。有参数进行 控制，譬如a t + c m g l = 0 是读取全部未读过的s m s 消息，而a t + c m g l = 4 是读取全部的短消息( 所有读过和未读过的) 。 2 z 2 短信的网络结构 点对点的短消息服务提供了一种长度受限消息的发送方式。短消息通过充当 存储转发心的短消息服务中一心( s m s c ) 来实现功能。因此，无线网络需要支持在 短消息服务中心和手机之间的短消息传输。共定义了两类点到点服务：手机发起 的服务( m o ) 和手机终止的服务( m d 。手机发起的短消息从m s 发送到s m s c ， 接收端可以是其他的移动用户或固定网络中的用户。手机终止的短消息从s m s c 到m s ，输入到s m s c 的消息可以是其他移动用户( 通过手机发起的短消息) 发送 的或通过其他的来源，如语音、电报、传真等。基本的短消息网络体系结构如图 2 2 所示。 短消息中心 接入部分 冒一囤一卜- 圈? 圈? i 囤固曰 ；一一- ， b s m 协议之外 ，- - g s m 协议之内 图2 - 2 点到点的短信网络结构 7 北京邮电火学硕士研究生论文 目前移动和联通都提供短信服务，主要是将短消息平台、w a p 平台和m s i c 平台进行全面开放，提供统一的网络支撑平台。移动的短消息系统网络结构如图 2 3 所示。 r 、 r 。7 7 卜，p l m n 1 j 卜7 图2 - 3 短消息系统网络结构 缩写符号： i s m g ( i n t e m e ts h o n m e s s a g eg a t e w a y ) 互联网短消息网关。 s m p p ( s h o r tm e s s a g ep e e r t op e e r ) 为短消息点对点协议。 c m p p ( c h i n a m o b i l ep e e rt op e e r ) 为中国移动点对点协议。 i w t g m s c ( g a t e w a y i n t e r w o r k i n g m s c ) 为关口，互联m s c 。 其中s p 是i s p 、i c p 的统称，各s p 和i s m g 是通过中国移动自己制定的c m p p 协议来完成的，i s m g 至各短消息是通过s m p p 协议来完成的。 2 3 接入及网络部分的设计 短信技术使得移动网络不仅可以传送音频，也可以传送数据，而数据传输是 互联网技术的根本。在这一点上，我们找到了利用短信技术作为联接计算机网络 和无线通信网络来利用数据网络上信息资源的结合点。因此本系统的分析设计也 着眼于怎样使手机用户通过短信与计算机网络上的计算机用户交流数据信息，以 方便手机用户和互联网用户之间的短信互通；并可维护所收发短信的存储管理， 解决s i m 卡的有限存储问题：并提供简单友好的界面以方便使用。 2 3 1 如何接入 进行基于短信的办公平台的设计，离不开短信的按入，这是解决计算机网络 上的数据向无线通信网络传输的首要问题。因此我们考虑采取一种比较符合原型 8 北京邮电大学硕士研究生论文 系统这个层次的解决方式。要采取的接入方法既不能跟运营商的关系过于密切使 得课题偏离重点，解决方案过于繁杂；又不能太高层，直接使用二次开发的接口， 完全屏蔽掉底层的传输方式，这会使得系统的稳定性、安全性受限，妨碍课题的 进一步扩展。所以接入方式的选择是很重要的。我们用较大的篇幅来说明各种的 优缺利弊。 因为我们是为公安系统提供的办公平台，所以我们从企业接入的方式来考 虑，将目前的几种比较流行的方式来进行比较。 适合大型应用的，采用专线接入运营商短信网关短信中心的方式：企业可 以使用符合运营商要求的设备，开展经过运营商批准的业务，并将自己的服务器 按照一定规定直接接入移动运营商的网络。采用这种方式开展的业务必须经过运 营商的综合评测。如果开展的业务涉及多个运营商的网络( 如中国移动、中国联 通) ，则需要分别接入，代价比较大。而且服务器的价格一般也比较昂贵，所以 专线接入的方法比较适合超大型企业，一般的中小企业很少采用，因为本系统是 与f b x 小交换机联合使用的，因此这种方式不适合。 简单便捷的通过虚拟运营商接入的方式：这种方式是利用虚拟运营商提供的 客户端软件或二次开发接口来发送短消息，每个接入者只是虚拟运营商的一个客 户。它的优点是前期和设备投入比较少；利用接口开发比较简单，但存在着依赖 虚拟运营商的问题。不过后期负担比较大，因为要向服务提供商缴纳短信资费， 这种费用是比较高的。采用这种接入方式虽然技术门槛比较低，但是对利用短信 进一步开展业务的内容和服务的质量将会收到虚拟运营商的限制：因为所有信息 必须经过服务提供商转接，传输信息的安全得不到保证。再者是没有掌握核心技 术，也不利于进一步开展业务。所以采用这种虚拟运营商的接入方式虽然前期技 术方面投入少，但很快会引出瓶颈问题，所以不考虑该种方式。 有一定技术含量又比较灵活的是通过手机或g s mm o d e m 无线接入的方式： 这种方法是计算机上运行应用程序，该程序通过串口利用手机或g s mm o d e m 发 送短消息。目前一般一个应用程序只支持一个o s m m o d e m ，不过也可以将多个 g s mm o d e m 串接以扩容。但是现在一些号称支持多个g s mm o d e m 接入的短信 应用软件或二次开发包的可靠性、方便性都很低，这个瓶颈问题目前还未解决。 就最后一种接入方式来说，现在应用较好的有西门子的t c 3 5 和法国 w a v e c o mg s m g p r s 短信模块，他们都是工业级短信收发模块，可以通过串口 与计算机、单片机、工控机连接。在此基础上进行软件开发，可以实现各种短信 无线应用，针对我们课题来说最合适的是无线短信接入手段。因为这种方式投资 不大，应用灵活，可扩展性也较好，尤其适合原型系统的应用或较小企业的应用。 所以本文的实现就是采用此种方式接入的。 9 北京邮电火学硕士研究生论空 2 3 2 系统网络拓扑结构 选择手机短信这种无线应用形式是因为其具有普及率高、方便快捷、移动性 好、灵活性高、价格便宜等特点。 但是，手机短信也有其缺点： 1 由于用手机发送短信与中文输入的操作过于复杂，不方便，更不适合信 息群发和通知类使用频率非常高的业务。 2 手机短信的大量信息无法被长久地保存，因而短信的收发记录无法有效 管理，因此实行短信移动办公后将存在管理上的难度。 3 无法实现计算机的自动化管理，无法实现计算机数据与手机数据的交互。 根据以上所列的优缺点，我们分析第一个问题，并得出结论应是：避免输入 繁琐、自动群发、存储纪录并有效管理，计算机、手机数据方便交互。所以我们 的解决办法就是将应用平台上的数据通过s o c k e t 通信，传给无线接入服务器， 无线接入服务器进行相应的处理后通过串口传给无线模块，最后无线模块通过无 线网络将数据传给移动终端。反之亦然，各个手机上的数据通过无线网络传输到 无线模块上，充当服务器的无线接入服务器从无线模块上获取数据，并进行处理 后发给应用平台。由此，我们分析了数据流的传输方向后，便设计好了系统的网 络连接方式，如图2 - 4 所示： 图2 4 网络连接形式图 北京邮电大学硕：t ：g f 究生论文 2 4 系统承载层的硬件和软件平台 2 4 1 硬件平台 系统无线接入服务器端软件最终运行的硬件平台是s m a r t w a y l 8 一g s m 智能可 编程语音交换机，它结合数字程控、i t 、i p 、g s m 等技术，实现一个强大的语音、 传真、座席、短消息等综合业务平台。 系统c p u 采用的是m o t o r o l a 3 2 位快速嵌入式处理器p o w e r p c 8 6 0 ，时钟频率 1 4 0 m h z ，它广泛用于通信和控制领域。 系统自身配有超大容量硬盘，用于存放程序、用户的配置数据以及用户的录 音数据。 系统配备有丰富的主机接口，一个标准r s 2 3 2 串行接口、一个完全符合u s b 1 _ l 规范的通用串行接口、以及一个i o m 以太网接口。r s 2 3 2 串行接口可用于调 试程序、系统设置以及传输少量的数据；u s b 接口可用于系统设置以及传送大量 的数据；以太网接口也可用于系统设置以及传送大量的数据，本系统正是采用以 太网接口进行系统设置。通过这些丰富接口可外接一台具有串口、u s b 接口、以 太网接口的计算机。 系统主要由以下几部分构成： 北京邮电大学硕士研究生论文 图2 - 5 系统构成 有了网络拓扑结构和硬件平台，下一步我们则分析硬件设备的选择问题。按 照上- d , 节的分析，我们采取通过无线模块接入的形式，但是应该选择什么样的 无线模块来实现呢? 我们可以从上面的描述中注意到该模块是两个网络数据传 输的瓶颈，在整个系统中起着至关重要的地位。考察目前市场上的原装模块和组 装模块，决定选用西门子的t c 3 5 短信模块。而t c 3 5 t 则是一个更好地短信设 备，它内置了t c 3 5 无线模块。通过串口连接到计算机或者别的设备上，通过 1 2 北京邮电大学硕：b 研究生论文 a t 指令操作。集成了标准的r s 2 3 2 接口以及s i m 卡，可以用a t 命令通过串口 对它进行设置。这使它成为在声音和数据通讯上通用的一个g s m 双频终端产品。 并且在远程通讯，现场监控等诸多无线通讯领域也比较适合，由此可判断t c 3 5 t 短信设备也能保证我们系统中的需求。仔细调查后，发现它的主要技术特点是： 1 ) 支持e g s m 9 0 0 和g s m l 8 0 0 双频支持数字、语音、短消息和传真。 2 ) 采用电路交换最高速率为1 4 a k b p s 支持电压范围：8 v 。3 0 v ，低功耗。 3 ) 采用工业接口标准协议的认证、采用g s m p h a s e 2 1 2 i 标准。 4 ) 体积大小：6 5 m m * 7 4 m m * 3 3 r m m 。 各方面都比较适合我们课题的需要，所支持的频率运营商已经提供：所提供 的短消息是我们进行集成开发的重点；电路交换的功率和电压范围都有辅助电源 保证，接口、体积也都符合要求。 2 4 2 软件平台 目前，嵌入式系统广泛地应用于办公自动化。有很多专用的嵌入式操作系统 如v x w o r k s 、p s o s 、n e c u l e u s 和w i n d o w sc e 。但这些专用操作系统都是商业 化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而却步；而且，源代码封闭性 也大大限制了开发者的积极性。另外，结合国内实情，当前国家对自主操作系统 的大力支持，也为源码开放的l i n u x 的推广提供的广阔的发展前景。基于以上考 虑本系统选择p c l i n u x 嵌入式实时操作系统作为软件开发平台。 l i n u x 本身作为一个桌面系统，在进入嵌入式操作系统领域的时候，需要解 决的问题主要包括小型化( 裁减内核) 、硬件支持以及提供二次开发的环境等。在 各种嵌入式l i n u x 的版本中。j t e l i n u x 是一个较为成功的典范，并已得到了广泛的 应用。 “c l i n u x 小型化 作为一个操作系统，l i n u x l 勾核主要负责程序的管理与调度、内存的管理及 对外设的驱动和管理等，一般如果有网络应用，也要支持t c p i p 等网络协议。小 型化的目的是在满足操作系统基本功能和用户特定需要的情况下，使内核尽可能 小。 i l i n u x d 、型化方法 l i n u x i 匈核采用模块化的设计，很多模块可以独立地加上或卸载。小型化的 主要方法是对l i n u x 内核重新编译，在编译时仔细地选择嵌入式设备所需要的功 能支持模块，同时删除不需要的功能。通过对内核的重新配置，可以使系统运行 所需要的内核显著减小 2 p c l i n u x 采用的小型化方法 北京邮电大学硕士研究生论文 首先，l - t c l i n u x 的内核有两种运行方式可供选择：可以在f l a s h 上直接运行， 也可加载到内存中运行。f l a s h 运行方式把内核的可执行映象烧写到f l a s h 上，系 统启动时从f l a s h 的某个地址开始运行内核，再进入s h a m 继续运行。这种做法能 减少内存需要，实际上很多嵌入式系统都采用这种方法。内核加载方式把内核的 压文件存放在f l a s h 上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行， 这种方式相对较复杂，但运行速度更快。 其次，l i _ r t u x 系统采用r o r a f s 文件系统，这种文件系统相对于一般的e x t 2 文 件系统要求更少的空间。 再次，扯c l i n u x 小型化的另一个做法是重写了应用程序库，相对于越来越大 且越来越全的g l i b c 库，肛c l i n u x 对l i b c 作了精简。 t c l i n u x 的开发环境 1 g n u 开发套件作为通用的l i n u x 开放套件，主要包括g c c 编译器、g d b 调试 器、b i n u t i l s 辅助工具等。 2 通常情况下，i t c l i n u x 的默认终端是串1 ：3 ，内核在启动时所有的信息都打 印到串口终端( 使用p r i n t k 函数打印) ，同时也可通过串1 2 终端与系统交互。i s c l i n u x 在启动时启动y t e l n e t ( 远程登录服务) ，操作者可远程登录上系统，从而控制系统 运行。 3 交叉编译调试工具。肛l i n u x 系统使用f l a t 可执行文件格式，g c c 的编译器不 能直接形成这种文件格式，但是可以形成c o f f 或e l f 格式的可执行文件，这两种文 件需要c o i f 2 f i t 或e l f 2 n t 工具进行格式转化，形成f l a t 文件。 4 针对实时性的解决方案。l s c l i n u x 可以使用r t l i n u x ( 实时l i n u x ) 的p a t c h ， 从而增强i t c l i n u x 的实时性，使得邮l i l l u ) 【可以应用于工业控制、进程控制等一些 实时要求较高的应用。 5 i _ t c l i n u x 的内存管理。g c l i n u x 是在没有m m u 的系统上运行的操作系统， 因此在p , c l i n u x 下开发应用程序时没有f o r k0 函数可以使用，要用v f o r k ( ) 函数替 代。另外，肛c l i n u x 精简了l i b c 库，并重写了应用程序库，因此在i t c l i n u x 下开发 应用程序时如要用到一些不常用的函数要自己编写。 2 5 短信的业务流程 短信根据业务流程可以分为两类：m o 类短信( 手机发起的) 和m t 类短信( 手 机终止的) 1 4 北京邮电大学硕士研究生论文 2 5 1m o 业务流程 2r 13r j ：一1 无线接入服务器c = ：二_ 二一业务处理平台i 5 l _ j 4 l _ 一 图2 6m o 业务流程图 由图2 6 可以看出，数据从终端发起，经过下列步骤将结果返回： 1 ) 终端发起数据请求，通过无线网络被无线模块接收。 2 ) 无线接入服务器进行处理后，调用通信模块将数据传给应用处理平台。 3 ) 应用处理平台通过通讯接口接收数据，并进行相应的处理。 4 ) 应用处理平台相应的处理模块返回数据请求的处理结果。 5 ) 无线接入服务器通过通信模块接收应用处理平台返回的处理结果。 6 ) 无线模块接收处理结果，并将其返回给终端。 2 5 2m t 业务流程 受互臣受一匿 图2 7m t 业务流程图 如2 7 图所示，m t 业务步骤如下： 1 ) 业务处理平台将业务数据通过通信模块传给无线接入服务器。 2 ) 无线接入服务器进行相应处理后，通过串口将其传给无线模块。 3 ) 无线模块通过无线网络将数据传给移动终端。 釜 圭 北京邮电大学颂士研究生论文 第三章移动办公自动化平台的总体设计 3 1 移动办公自动化平台的系统结构设计 系统功能设计围绕公安系统特有的业务模式展开。基础是嵌入式软件和无线 网络，并且在应用层上进行信息的提取、整理、传送和反馈。 3 1 1 系统设计要达到的目标 本系统为公安系统的专用系统，因此系统的设计必须考虑到安全保密性和稳 定性 安全保密性 办公自动化系统所处理的信息一般涉及单位的机密，甚至包括了许多内部敏 感的、具有极高价值的政治、军事和商业信息，这些信息都是至关重要的，一旦 泄漏，后果不堪设想。而且不同的办公人员在不同的时刻对办公信息的处理权限 也是不同的，因此安全控制、保密功能成为办公自动化系统得以投入使用的先决 条件，如果系统失去了安全性与保密性，那么它就失去了使用的价值。随着现代 通信、办公自动化和计算机信息网络系统的迅速普及和发展，泄密隐患在急剧增 加。保密工作必须由被动变主动，实施超前性的保障。要把保密工作渗透到各个 领域，成为各项业务工作的有机组成部分，以保密工作的“实效”来实现业务工 作的“增效”。 本系统在设计时建立了严格的用户认证机制，以确保用户身份的合法性，防 止非法用户的侵入。 1 ) 身份认证 身份认证提供了关于某人或某事( 称为实体) 的身份保证，即当某个实体声 称具有某个特定的身份时，身份认证将会证实这一声称的正确性。口令就是一种 常用的认证方法。在用户登录后，系统要通过口令进行验证，以防止非法用户盗 用他人的用户名进行登录。 2 ) 权限控制 办公自动化系统属内部信息管理系统，它必须对所有用