（通信与信息系统专业论文）基于ucosⅡ的固网短消息终端的研究与实现(1).pdf

塑垒鎏三些奎兰三兰丝圭兰墨鎏= 兰： 摘要 智能化信息终端技术随着现有通信技术、计算机技术、芯片技术、信息 处理技术的发展而发展，它的出现和发展已带动起一个潜力巨大、竞争日趋 激烈的新兴市场。同时，用户的个性化要求越来越高，业务类别呈现多样 化，以前多个设备组合完成的功能，现在集成在一部智能化信息终端中，为 我们的信息生活带来更大的方便。固网短消息便是这些智能化功能之一。 本文首先简单介绍了固网短消息结构，其中重点介绍了其特点及其应用 价值。在这个基础上，围绕固网短消息系统的各个设备分析了固网短消息规 范的组成。接着深入探讨了固网短消息协议栈的各个层次功能。 其次，讨论了固网短消息在网络层的实现方案。在分析了固网短消息主 要支撑服务器以及组网模式选择问题的基础上，进一步定量分析了固网短消 息对无线网络话务量以及寄存器访问次数的影响。为下一步制定固网短消息 智能化终端实现方案奠定了理论基础。 再其次，分别从软件和硬件两个方面进行原理分析，给出了可行的课题 实现方案。同时介绍了实现它们的技术基础，包括实时操作系统( u c o s - i i ) 及其移植技术；以及基于凌阳单片机实现p s t n ( p u b l i c s w i t c h t e l e p h o n e n e t w o r k ，公用交换电话网络) 单板的技术要点。 最后，本文给出了此方案的实际应用效果，验证了理论分析的正确性和 实现方案的可行性。 关键词智能化信息终端；固网短消息；u c o s i i 实时操作系统：公用交换 电话网络 堕查堡三些尘耋三耋堡三兰些丝兰 a b s t r a c t t h es m a r t1 n f o r m a t i o nt e r m i n a lh a s d e v e l o p e d w i t ht h e d e v e l o p m e n to f c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t e r , c h i p a n di n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y i t s e m e r g e n c ea n dd e v e l o p m e n t sh a v ea l r e a d yb r o u g h ta l o n gah u g ep o t e n t i a la n d c o m p e t e m a r k e t a tt h es a m et i m e ，t h et r a f f i cb e c o m e sd i v e r s ew i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft h es m a r ti n f o r m a t i o nt e r m i n a l a tt h e p r e s e n t t i m e ，i t e m p h a s i z e s o nt h ei n t e g r a t i o no fd i f f e r e n tf u n c t i o n sa n dm a k e so u rl i f em o r e e a s y , a n dt h ep u b l i cs w i t c ht e l e p h o n en e t w o r ks h o r tm e s s a g es e r v i c ei sac h a r a c t e r i s t i c f u n c t i o no ft h es m a r ti n f o r m a t i o nt e r m i n a l f i r s t l y , t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ef r a m eo f t h es h o r tm e s s a g es e r v i c en e t w o r k a n da n a l y z e st h ea p p l i c a t i v ev a l u ea n dc h a r a c t e r i s t i co ft h es h o r tm e s s a g es e r v i c e b a s e do nt h ef o r m e ri n f o r m a t i o n ，i td e e p l yr e s e a r c h e st h ep r o t o c o lo ft h es h o r t m e s s a g es e r v i c eo nt h es h o r tm e s s a g es e r v i c en e t w o r ks y s t e m i ta l s od e e p l y a n a l y z e s t h ef u n c t i o n so ft h es h o r tm e s s a g es e r v i c ep r o t o c 0 1 s e c o n d l y ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ed e s i g no f t h es h o r tm e s s a g es e r v i c ep r o j e c t o nt h en e t w o r kl a y e r w i t ht h ef o u n d a t i o no ft h et e c h n i q u ea n a l y s i sa b o u tt h e s h o r tm e s s a g es e r v i c ea n dt h es e l e c t i o no fn e t w o r km o d e ，t h et h e s i sd e e p l y r e s e a r c ht h ee f f e c to nt h ew i r e l e s sn e t w o r kc a l la n dt h er e g i s t e ra c c e s s t h i sw i u b e c o m et h eb a s i ci n f o r m a t i o no fp r o j e c tw h i c hi m p l e m e n t st h es h o r tm e s s a g e s e r v i c eo ft h es m a r ti n f o r m a t i o nt e r m i n a l t h i r d l y ，t h et h e s i sr e s p e c t i v e l ya n a l y z e st h es y s t e m sf r a m e w o r kf r o mt h e s o f t w a r ea n dt h eh a r d w a r e a n di tg i v e sv i a b l ed e s i g no ft h ep r o j e c t a tt h es a m e t i m e ，i ta n a l y s e s t h ef o u n d a t i o no ft h et e c h n i q u e ，i n c l u d i n gu c o s - i ia n d s u n p l u su n s p a tl a s t ，t h et h e s i sg i v e st h ep r a c t i c a le f f e c to ft h ef u n c t i o nm o d u l ea c c o r d i n g t od e s i g na n dh a sv e r i f i e dt h et h e o r i e sa n a l y t i c a la c c u r a c ya n dt h ep o s s i b i l i t yo f t h ep r o j e c t s k e y w o r d ss m a r ti n f o r m a t i o nt e r m i n a l ，s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，u c o s i i r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m ，p u b l i cs w i t c ht e l e p h o n en e t w o r k - 1 1 - 一 堕垒鎏三些奎耋三兰堡圭兰堡兰兰 第1 章绪论 1 i 课题背景以及研究意义 随着数字化、宽带化、综合化、智能化、个性化的通信技术时代的到来， 以电信网、计算机网和闭路电视( c a t v ) 网三个信息业务网络来分割三大市场 的技术基础已不存在，市场需求和技术发展促使三网合一川。三网合一是发 展方向，业界已呈现出技术融合、市场融合、业务融合的大趋势，终端的最终 融合不可避免。同时，n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，下一代网络) 是一种综 合、开放的网络构架，可以提供话音、数据和多媒体等多种业务，它的发展 也迫切需要智能化信息终端的突破【2 j 。另一方面，现在正处在通信业务大发展 时期，各种业务的保有量已达到相当规模，因此开发新的终端实现业务上的增殖 和开拓新的业务领域已成为一个普遍的课题【3 。j 。 基于实时操作系统( u c o s i i ) 的固网智能化信息终端的研究，就是在这样 的市场和技术背景环境下应运而生的。它是集普通p s t n ( p u b l i cs w i t c h t e l e p h o n en e t w o r k ，公用交换电话网络) 电话、i p ( i n t e r n e tp r o t o c o l 。因特网协 议) 电话、i p 可视电话、s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，短信息) 、信息服务等 多种功能予一体的全新概念信息终端，是通讯及i t ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y 。 信息技术) 领域结合的高新技术产品。它不仅能满足用户对多业务多功能的 市场需要，而且能满足三网合一和软件智能化信息终端发展的技术需求。它 有利于各项业务共同发展，有利于为用户提供差异化服务，有利于发挥综合网 络优势7 钳。 固网智能化信息终端可广泛应于制造、能源、交通、金融、保险、社会 服务、教育、军队和广播事业等各个方面，在大中城市中可以具有相当规模 的用户，市场十分广阔。据调查，我国今后十年固网智能化信息终端市场价 值约1 5 0 0 亿元，尽快地开发出我们自己的固网智能化信息终端产品，不仅 是为了满足国内用户的需要，更重要的是使我们的产品进军国际市场，促进 我国通信技术进步提高产品的国际竞争力。因此对于固网智能化信息终端的 研究和开发对振兴民族通信工业有重要意义。 1 本课题研究的目的是：研究智能化信息终端的关键技术，特别是在目前 技术水平所能支持的智能化信息终端上如何实现固网短消息的收发功能。研 堕查堡三些奎兰王兰堡圭差竺鎏兰 究了固网短消息协议栈，提出了基于u c o s i i 实时操作系统与p s t n 单板 的固网短消息的实现方案，并将以居本方案实现的固网短消息终端在中兴集 成网络中测试联调，验证了理论研究的正确性和实现方案的可行性。 1 2 国内外研究现状及分析 1 2 1 智能化信息终端技术的现状与发展 国内多年前就有人提出固网智能化信息终端的概念，但由于传统网络和 通信技术条件的限制，固网智能化信息终端一直没有取得实质性进展。 直到目前，随着芯片技术、传输技术、数字通信、视频编解码技术和集 成电路技术不断发展并日趋成熟，以及新业务的不断开拓，在通信设备制造 商和通信运营商和业务服务商等的推动下，适合商用和民用的圈网智能化信 息终端的开发才得以进展l l ”“j 。 固网智能化信息终端技术主要包含如下几个主要的技术领域： ( 1 ) 多媒体信息处理技术多媒体信息处理技术是固网智能化信息终端 十分关键的技术，主要是针对各种媒体信息进行压缩和处理。固网智能化信 息终端的发展过程也反映出信息处理技术特别是视频压缩技术的发展历程。 编解码算法从早期经典的熵编码、变换编码、混合编码等发展到新一代的模 型基编码、分形编码、神经网络编码等。另外，还不断地将图形图像识别、 理解技术、计算机视觉等内容引入到压缩编码算法中。这些新的理论和算法 不断推进多媒体信息处理技术的发展，进而推动着固网智能化信息终端技术 的发展。特别是在网络带宽不富裕的条件下，多媒体信息压缩技术已成为固 网智能化信息终端关键的问题之一。 ( 2 ) 宽带网络技术影响固网智能化信息终端发展的另外一个非常重要 的因素就是网络带宽问题。多媒体信息的特点就是数据量大，即使通过上述 压缩技术，要想获得高质量的视频图像，仍然需要较宽的带宽【l 。要达到 广播级的视频传输质量，带宽至少应该在1 5 m b p s 以上。作为一种新的通信 网络，b i s d n ( b r o a d i s d n ) 网的a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，异步传 输模式) 带宽非常适合于多媒体数据的传输，它可以把不同种类的多种业务 集中起来，在同一网络上既能传输v b r ( v a r i a b l eb i tr a t e ，可变比特率) 数 据，又能传输c b r ( c o n s t a n tb i tr a t e ，恒定比特率) 视频u ”。过去，a t m 技 术由于不够成熟且交换设备价格昂贵难以推广应用。经过这些年的大量工 里尘堡三些奎兰三兰罂圭兰堡丝兰 作，i t u t 和a t m 论坛已经完善了许多标准，各大通信公司生产、安装了 大量的a t m 设备，同时，a t m 接入网也逐步扩充，越来越多的应用已经在 2 m b p s 的速率上运行。 另外，还要解决目前通信中的接入问题，它一直是多媒体信息到用户端 的“瓶颈”。全光网、无源光网络( p o n ，p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k i n g ) 、光纤到 户( f t t h ，f i b e rt ot h eh o m e ) 被公认为理想的接入网。但目前就全世界来 说，仍还处于一个“过渡”时期，因此，目前的x d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ， 数字用户线) 技术、混合光纤同轴电缆网( h f c ，h y b r i df i b e rc o a x ) 、交互式 数字视频系统( s d v ，s w i t c h e dd i g i t a lv i d e o ) ”4 1 仍然是当前高速多媒体接入网 络的发展方向。 正在迅速发展的i p 网络，由于它是面向非连接的网络，因而对传输实 时的多媒体信息而言是不适合的。但t c p i p 协议对多媒体数据的传输并没 有根本性的限制。目前世界各个主要的标准化组织、产业联盟、各大公司都 在对i p 网络上的传输协议进行改进，并己初步取得成效，例如：r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l ，实时传输协议) r t c p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tc o n t r o l p r o t o c o l ，实时传输控制协议) 、r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，资源预 留协议) 和i p v 6 等协议，为在i p 网上大力发展诸如视频会议之类的多媒体 业务打下了良好的基础。 f 3 1 芯片技术固网智能化信息终端系统对终端设备的要求较高。要求 接收来自于摄像机的视频输入、麦克风的音频输入、共享白板的数据输入， 接收来自于网络的信息流数据，同时进行视频编解码、音频编解码、数据处 理等，并将各种媒体信息复用成信息流之后传输到其它终端。在此过程中要 求能与用户进行友好的交流，实行同步控制。目前，固网智能化信息终端有 基于p c 机的软件编解码解决方案、基于媒体处理器的解决方案和基于专用 芯片组( a s i c ，a p p l i c a t i o ns p e c i f i c i n t e g r a t e dc i r c u i t s ) 的解决方案三种。不 管采用何种方案，高性能的芯片是实现这些固网智能化信息终端方案所必须 的基础。 在编解码芯片技术上，国内逐步掌握了系统级s o c ( s y s t e mo nc h i p ，片 上系统) 的核心技术。在传输线路上，除了p s t n 外，目前国内i s d n 综合 业务数字网的发展，特别是x d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ，数字用户环路) 技术和宽带i p 的出现，更为固网智能化信息终端的传输线路问题得到完美 的解决提供了现实依据。在通讯标准上，国内相继颁布了一系列统一标准和 规章制度，使固网智能化信息终端生产厂家有章可循，利于互联互通“。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 另一方面，目前市场上的智能化信息终端多是单模式的，部分仅支持i p 电 话，部分仅支持可视电话，不利于智能化信息终端用户的互联互通。同时，目前 开发的终端系统很少有操作系统，一般也都没有涉及到多模式操作f 比如， p s t n 模式和i p 模式的切换) 。对运营商来说，不是通过更新软件，而是通 过更换新的硬件来实现新业务功能，不利于新业务的发展和应用 1 6 1 。而本 文研究开发的基于u c o s i i 的固网智能化信息终端，是多模式的，它充分利用 u c o s - i i 操作系统和软件化编程的优势，可以方便的在普通p s t n 电话i p 电 话和婵可视电话三种模式中切换；另外，可以通过更新软件，而不是一次次的 更换硬件实现新的业务功能。 当i j ，国内主要研发的终端有基于i p 的宽带智能化信息终端，基于 p s t n 的智能化信息终端，基于i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ， 综合业务数字网) 的智能化信息终端。此三种智能化信息终端，各有优缺 点。三种类型智能化信息终端比较如表1 1 所示。 表1 - 1 几种信息终端的比较 t a b l e1 - lc o m p a r i s o no fs o m ei n f o r m a t i o nt e r m i n a l 比较 p s t n 信息终端i s d n 信息终端i p 信息终端 项目 承载网 p s t ni s d ni p 络 接入方 p s t n 线路i s d n 线路 a d s l ，l a n n 拨号方 p s t n 号码1 s d n 号码i p 地址 n 系统协 h 3 2 4 h 2 4 5h 3 2 0 h 3 2 3 ，s i p 议 音频协 q 7 2 3g 7 1 1 g 7 2 8 q 7 1 1 ，g 7 2 3 ， 议 c t 7 2 8 视频协 h 2 6 3h 2 6 1 h 2 6 3h 2 6 3 议 数据传 3 3 6 k1 2 8 k 与网络连接速率 输率有关 传输内 数据，语音语音和数据语音和数据 容 图象质 一般较好较好 量 成本高中等低 - - 4 哈尔滨工业大学丁学硕十学位论文 1 2 2 智能化信息终端相关标准的制定状况以及其发展趋势 与智能化信息终端技术有关的标准为智能化信息终端的实现提供了十分 灵活的实现方式，使厂商把发展的重点放在提高产品质量和服务质量上来， 规范了智能化信息终端产业的发展。 在这些不同类型的智能化信息终端技术系统中，在现有的通信网上传输 多媒体视听信息的主要有h 3 2 0 ( 基于i s d n ) 、h 3 2 4 ( 基于p s t n ) 、h 3 1 0 ( 基 于a t m ) ，h 3 2 3 ( 基于l a n ) 和s i p ( 基于i p ) 五类系统。 随着现代通信技术、计算机技术、芯片技术、信息处理技术的不断发 展，以及用户要求的不断提高，智能化信息终端将有如下发展趋势： ( 1 ) 编解码方式由硬件向软件转化由于计算机处理速度和附属板卡的 处理速度提高，许多需要专用设备进行的数据处理过程可以交由计算机及其 内嚣的通用板卡来完成，在效果上没有太大的区别。 ( 2 ) 产品协议类型h 3 2 3 向s i p 转化在初期，由于智能化信息终端协 议不是很普遍，基于i s d n 线路，符合h 3 2 3 协议的产品占主要比例。随着 s i p 标准的逐步完善，再加上i p 网络的迅猛发展，越来越多的多媒体信息 网开始在i p 网络上构建。由于i p 网络上的多媒体信息系统具备接入灵活方 便、线路资费低廉、操作维护简单等显著的优势，再加上s i p 协议相对简 单，基于s i p 标准的i p 智能化信息终端就迅速成为目前的热点以及今后的 发展趋势。 ( 3 ) 市场重心向低价位普通用户市场转移由于网络条件、技术水平、 生产工艺等因素在该时期内的变化，智能化信息终端已经从高价位专用市场 向低价位普通用户市场转移。 ( 4 ) 流媒体广播技术越来越多的应用于智能化信息终端技术中大部分 广播消息主要为用户传输多媒体信息，这种技术的应用是对传统智能化信息 终端功能的扩展。 ( 5 1 虚拟合作应用服务将成为智能化信息终端面向企业的核心功能之一 大多数跨国集团和分支机构较多的企业在使用智能化信息终端时，除了会话 功能外，使用最为频繁的将是虚拟合作，如远程的项目管理、客户服务、技 术培训l 等等，这种应用在知识型企业尤为明显。 相应的，智能化信息终端为了适应市场的发展，它主要朝着这几个方面 发展： n 1 更高的集成度。 堕尘鋈三些尘兰三兰堡圭兰堡芝兰 ( 2 ) 更高的可靠性。 ( 3 ) 更丰富的功能。 ( 4 ) 易维护，易管理的特性。 1 3 课题来源及主要研究内容 本课题来源于中兴通讯公司的固网智能化信息终端科研项目。研究了智 能化信息终端的关键技术，特别是在目前技术水平所能支持的智能化信息终 端卜如何实现固网短消息的收发功能。为此，较深入的研究了固网短消息协 议栈，提出了基于u c o s i i 实时操作系统与p s t n 单板的固网短消智能化 信息终端的实现方案。并将以居本方案实现的固网短消息终端在中兴集成网 络中测试联调，验证了理论研究的正确性和实现方案的可行性。 本文研究的主要内容包括四个问题： ( 1 1 网络短消息的关键技术 f 2 1 固网智能化信息终端的整体实现方案 ( 3 ) 实时操作系统u c o s i i 在p s t n 单板上的移植以及实现的方案 f 4 、固网短消息的实现方案 1 4 本文结构 第1 章，属于绪论部分，主要介绍了课题的背景和研究的意义，以及国 内外的研究现状。 第2 章，主要介绍了固网短消息的技术优势及固网短消息协议，然后深 入讨论了固网短消息协议栈的各个层次功能。 第3 章，主要讨论固网短消息在网络层的实现方案。其中包括固网短消 息主要支撑服务器和组网模式选择问题，以及固网短消息对无线网络话务量 以及寄存器访问次数的影响的定量分析。 第4 章，从硬件和软件两方面提出了课题的设计方案，并探讨了方案实 现的技术基础。 第5 章，给出了方案的实际应用效果，验证了理论分析的正确性和实现 方案的可行性。 本文的最后给出了结论。 6 竺竺堡三些主兰王耋璧圭兰堡丝兰 第2 章固网短消息技术 2 1 固网短消息技术简介 在移动短消息f 1 渐被人们所接受并在国内外取得巨大成功之后，中国电 信运营商希望在现行的p s t n 网络上，通过简易终端提供短消息业务挖掘 p s t n 网的潜力，为固网用户提供差异化服务。于是固定网短消息系统应运 而生 f 7 j 。 固网短消息从一开始就继承了目前移动短消息的主要业务模式，提倡通 过i c p ( i n t e m e tc o n t e n tp r o v i d e r ) 提供业务菜单操作等模式。目前支持的业务 范围包括终端互发短消息，收发电子邮件信息，订阅消息和信息查询信息 等。订阅消息包括天气以及电视节目新闻广告等。信息查询信息包括新闻股 票，交通生活，娱乐休闲等f j 8 “j 。固网短消息业务有如下特点： ( 1 ) 提供数据业务作为通话业务和拨号上网业务的补充，固网短消息 系统的主要功能是利用现行网络接入互联网提供数据业务。固网短消息接入 互联网具有操作简易，终端无需m o d e m 长时握手协商等优势。i c p 提供的信 息查询，订阅电子邮件等服务实现了简单的互联网服务【2 t l 。固网短消息成 为拨号上网的补充。点对点的固网短消息是通话业务的补充，它具有重试发 送功能，可以在无法拨通对方时发送短消息给对方，一旦对方话机空闲，短 消息将被发送到对方话机田。j 。 ( 2 ) 节省费用固网短消息网络的建设不需要大规模地改变现行网络， 现行网络只需添加少许设备即可，同时采用集中式结构的组网方式，还会进 一步降低网络建设费用，从而使终端用户受益。由于固网短消息的传输大部 分是在数据网上运行的，可以充分享受到t c p i p 传输廉价的优点，因此，异 地固定用户通过发送短消息替代电话交流可以节省较大的通信费用。另外， 固定用户和移动用户之间通过短消息交流也可以降低通信费用【2 ”。对方收 到短消息才对发送方收费的特点使收费趋于合理。 ( 3 ) 操作方便轻松升级操作简单，通过c t s i ( c h i n e s et e r m i n a ls e r v i c e i n t e r f a c e ) 中心提供动态菜单，用户无需输入复杂的指令代码，就可以方便的 操作应用。另外，比p c 机拨号上网简单，无需进行复杂的配置，并且终端 提供了全部中文界面，容易升级1 2 l 。修改信息功能只要c t s i 中心将下发的 堡垒鎏三些查兰三兰堡圭耋基鎏兰 动态菜单库更新后，用户再次使用固定消息终端时，就可以使用新的功能 了，无需终端升级。此外终端可以从i c p 上下载新的振铃，音乐屏保画面，甚 至新的终端系统版本可以进行在线远程升级【2 7 1 。 2 2 固网短消息系统的组成结构 固网信息终端综合平台技术规范总册是其它所有规范的总纲，规定了全 网系统结构，阐述了固网短消息系统的业务和功能，规定了各部分平台的编 号，接入号，各设备之间的接口和通信协议，并对设备的软件功能，硬件设 备，环境要求，终端信息菜单和操作过程进行了规范【2 8 3 0 l 。 建立在模拟通信系统传输线路上的中文信息终端服务接口规范标准，简 称c t s i s a l ( c h i n e s et e r m i n a l s e r v i c ei n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n o n a n a l o g l i n e ) 。本规范是固网短消息系统的基础，它描述t c p e ( 固网短消息终端) ， f s k ( 频移键控】服务器，c t s ij 臣务器三者之间如何协调工作完成消息的收发 功能，并进一步具体描述了c t s i 协议的物理层，链路层和消息层功能。同 时，描述了c p e 的操作方式和部件组成，深入阐述了上传和下载各类消息的 命令和交互流程，并对固网短消息各类业务的流程进行了规定【3 “。 f s k 接入服务器及c t s l 月i i l 务器设备规范规定了f s k 接入服务器和c t s i 服 务器的性能指标及软件功能，硬件设备，环境要求。 短消息中心设备规范描述了短消息中心实现的业务和功能，规定了短消 息中心的编号和寻址方案，相关的接口协议，性能指标，网管功能，操作维 护功能以及软件功能，硬件设备，环境要求。 a a a ( 用户认证授权计帐) 认证与计费服务器设备规范规定了a a a 服务 器的认证和计费功能，对必须达到的性能指标作了描述。 标准型固网终端的规范描述了固网短消息终端应有的功能以及软件功 能，硬件设备，环境要求口“。 短消息网关设备规范规定了短消息网关的功能，短消息网关接口，性能 指标，计费要求，提供给icp 的开发接口，网管功能以及软件硬件要求和 环境要求。 8 2 尘薹三些查兰三兰堡圭兰堡丝三 2 3 固网短消息协议栈 协议有三个要素，即：语义( s e m a n t i c s ) ，控制信息的内容，需要做出的 动作及响应；语法( s y n t a x ) ，数据与控制信息的格式、数据编码等；时序 ( t i m i n g ) ，事件先后顺序和速度匹配。同时，为了简化网络设计的复杂性， 通信协议采用分层的结构，各层协议之间既相互独立又相互高效的协调工 作。 固网短消息协议同样遵循上述特点。固网短消息协议由物理层，链路层 和消息层组成。物理层规定了电气特性和电路接口，同时规定了上行使用 d t m f 或f s k 信号，下行使用f s k 信号。链路层为f s k 服务器和c p e 终 端之间的信号传输提供了一条可靠的链路。消息层是c t s i 协议的核心，它 完成了c t s i 服务器和c p e 之间的对话，完成了一键通在线发消息，下载菜 单，信息点播，信息定制等一系列业务功能f 3 3 “3 5 j 。 短消息在固定网话路上是透明传送的，短消息按信息流向分为以下三 类： ( 1 ) 上传消息用户通过短消息终端向短消息中心发送的一组信息。 f 2 ) 点播消息用户通过短消息终端与短消息中心交互的一组信息。 ( 3 ) 下传消息由短消息中心向短消息终端发送的一组信息。 实现短消息业务的网络结构如图2 1 所示【j “，其中，s m t e ( s h o r t m e s s a g et e r m i n a le q u i p m e n t ) 表示短消息终端，s m c ( s h o r tm e s s a g ec e n t e r ) 表 示短消息中心。 图2 - 1 短消息业务的网络结构 f i g u r e2 - 1n e t w o r k s t r u c t u r eo f s m s 短消息业务中心的处理能力要求应能够满足业务发展的要求。信令链路 要求应能满足本地网中所有固定交换机满负荷工作时所能服务用户容量的要 求，并具有平滑扩容能力。另外，由于短消息是通过短消息业务中心在话路 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 上传送，因此，应配备足够的话路( e 1 ) 以保证消息成功发送。 在详细说明固网短消息协议层功能之前，有必要说明一下原语和服务。 每一层中的活动元素通常称为实体( e n t i t y ) 。实体既可以是软件实体，也可 以是硬件实体( 如智能的输入输出芯片) 。不同机器上同一层上的实体叫做 对等实体( p e e re n t i t y ) 。第n 层实体实现的服务被第n + l 层所利用。在这种情 况下，第n 层称为服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ，第n + l 层称为服务用户 ( s e r v i c eu s e r ) 。服务是在服务接入点s a p ( s e r v i c ea c c e s sp o i n t ) 提供给上层使 用的。 服务在形式上是由一组原语( p r i m i t i v e ) 来描述的，这些原语供用户和其 它实体访问该服务。下面通过一个连结是如何建立和释放的来说明原语的用 法。某实体发出连结请求( c o n n e c t i o n r e q u e s t l 以后，一个分组就被发送 出去。接收方就收到一个连结指示( c o n n e c t i o n i n d i c a t i o n ) ，被告知某处 的实体希望和它建立连结。收到连结指示的实体就使用连结响应 ( c o n n e c t i o n r e s p o n s e ) 原语表示它是否愿意建立连结。但无论是哪一种情 况，请求建立连结的一方都可以通过接收连结证实( c o n n e c t i o n c o n f i r m ) 原语获知接收方的态度。 服务有“有证实( c o n f i r m e d ) ”和“无证实( u n c o n f i r m e d ) ”之分。有证实服 务原语包括请求、指示、响应和证实四个原语，无证实服务只包括请求和指 示两个原语。这两种服务都可在网络中使用。 服务和协议的关系从上面的叙述可知：服务和协议是完全不同的概念。 服务是各层向它上层提供的一组原语，尽管服务定义了该层能够代表它的上 层完成的操作，但丝毫未设计这些操作是如何完成的，服务只定义了相邻两 层的接口。与服务相对比，协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和 报文的格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务定义。只要 不改变提供给用户的服务，实体可以任意改变它们的协议。 短消息协议栈包括三层，层与层之间通过原语通信，下一层为上一层提 供服务。同时，表示层利用短消息数据链路层保证内部实体间短消息的传 送；数据链路层用来保证内部实体间短消息的传送；物理层使用d t m f 信号 和速率为1 2 0 0 b a u d 的f s k 信号进行连接和传送。 短消息的协议栈如图2 2 所示【3 7 】。参照开放系统互连( o s i ) 参考模型，可 以对短消息的协议栈体系进行研究。短消息的协议栈也采用了分层思想，分 层思想的应用，有利于功能实体的实现。 哈尔滨t 业大学t 学硕十学位论文 图2 - 2 短消息的协议栈 f i g u r e2 - 2p r o t o c o ls t r u c t u r eo fs m s ( 1 ) 物理层物理层是短消息协议分层结构中的最底层，它建立在物理 媒体之上，是短消息协议系统与物理媒介的接口。同时，它提供建立、维护 和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；提供有关 在物理链路( 传输介质) 上传输非结构的位流以及物理链路故障检测指示。 物理层通过物理媒介建立、维护、断开物理连接，给数据链路实体之间 提供数据位流的透明传输。物理连接是短消息协议系统互连的基础，物理层 为数据链路层提供服务，使数据链路层消息能在话音频带内传送，下行信 号，由短消息中心至短消息终端的信号，采用半双工频移键控f s k 调制方 式，上行信号，由短消息终端至短消息中心的信号，采用d t m f 信号或f s k 调制方式i “j 。 f s k 信号的调制方式是连续相位二进制频移键控，逻辑是i 0 ，频率是 1 2 0 0 h z 2 2 0 0 h z ，传输速率是1 2 0 0 b a u d ，数据传送方式是二进制异步串行方 式。 f s k 数据字节的组成和发送顺序应满足下列要求：每一个数据字节，如 消息类型，消息长度，表示层消息字节和校验和应有一个起始位0 和一个停 止位1 ；数据字节的传送顺序是起始位先行，然后是f s k 数据位，最后是停 止位；f s k 数据根据字节顺序传送，即首先是字节1 ，然后是字节2 ，以此类 推，数据信号是连续的。 d t m f 信号需要持续一段时间，这个持续时间为5 0 - 7 0 m s 。两个d t m f 信号之间有一定时间间隔，这个间隔为5 0 7 0 m s 。c a s 为d t m f 信号，频率 为2 1 3 0 h z 2 7 5 0 h z ，持续时间为8 0 8 5 m s 。 在整个通信过程中，d t m f 的发送有两种方式，非编码方式和编码方 式。非编码方式可发的d t m f 字符集是0l23456789 样+ a b cd ：编码 一 一 lji1i，j【_0 一一一一一 爹 端 一层一 终 层一路一层一息二不一链一理一 消一表 据一物一 短一 一数 一 觥i 一 竺堑堡三些查兰三兰堡圭兰竺篁兰 方式是将每个字节拆成两个。十六进制的值由两个d t m f 信号来表示，第一 个d t m f 信号表示十六进编码的高四位，第二个d t m f 信号表示十六进编码 的低四位。 ( 2 ) 数据链路层数据链路层的主要功能是提供数据发送和接收，提供 数据链路的流量控制，同时为网络层实体提供点到点无差错帧传输功能。数 据链路层的主要任务是传输原始比特，使之对网络层显示为一条无错的线 路。发送方把输入数据分装在数据帧( d a t af r a m e ) 里，按顺序发送各帧，并 处理接收方回送的确认帧( a c k n o w l e d g e m e n tf r a m e ) 。由于物理层仅仅接收 和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖链路层来产生和识 别帧边界。数据链路层需解决的问题：帧的破坏、丢失和重复的问题；防止 高速发送方的数据把低速接收方的数据“淹没”的问题；如果线路用于双向 传输，数据链路软件还必须解决新的麻烦，即从a 到b 数据确认帧将同从 b 到a 的数据帧竞争线路的使用权问题。 固网短消息数据链路层向表示层提供服务，使表示层能够与其对等的实 体接收发送消息，数据链路层负责提供比特差错检测功能。数据链路层主 要功能包括：数据链路层数据包的打包和拆包，在短消息终端和短消息信息 中心之间建立和释放数据链路，短消息终端和短消息信息中心的时序控制， 对数据进行比特差错检测和处理消息重发处理。 数据链路层的关键技术包括差错处理技术和重发机制技术，分别介绍如 下： 差错处理技术：链路层采用的差错控制是停止等待协议。s m t e 和s m c 是通过消息序列号来实现差错控制。对s m c 来说，消息序列号表示下发的 数据包的包号，s m c 的起始包号为0 x 0 0 。如果s m c 收到的数据包错，校验 和错或包号错等等，则s m c 将对数据包进行重发。对s m t e 来说，消息序列 号表示所想要得到的数据包的包号。如果s m t e 收到的数据包错，校验和错 或包号错等等，则s m t e 将重新请求一个正确的数据包。重新请求的方法 为：消息序列号为上一次正确收到的数据包的包号+ l 模2 5 6 ，表示层消息为 上一次正确收到的数据包的响应信息。当第一包未证确接收时，上传包号为 0 x 0 0 消息层信息内容域为空【4 0 j 。 重发机制技术：s m t e 无重发机制。s m c 具有重发机制，重发机制可保 障传输可靠性，s m c 重发次数为2 次h “。 f 3 1 表示层由于物理层上是半双工传输，因此每一个f s k 消息应由接 收端返回确认消息。表示层的信息交互都是由短消息信息中心发送命令开始 童查堡：! ；些查兰三兰堡圭耋竺鎏兰 的，即短消息终端通过解释执行短消息信息中心下发的指令用回送返回值的 方式进行交互。s m t e 不主动发送内容给短消息信息中心， 即使是短消息 终端的主动服务申请，也是通过s m c 发出服务询问指令后递交的。 2 4 本章小结 本章简单介绍了固网短消息的技术优势。围绕固网短消息系统的各个设 备分析了固网短消息规范的组成。然后深入探讨了固网短消息协议栈的各个 层次的功能。 竺玺堡三些查耋三兰堡圭兰堡篁圣 第3 章固网短消息的网络层实现方案 3 1 基于服务器的固网短消息网络层实现方案 3 1 1 固网短消息的主要支撑服务器 在中国电信的设备规范中，固网短消息系统又称综合信息平台。该系统 具有功能完善，性能指标高的特点。固网短消息系统主要的支撑设备包括 f s k 接入服务器，c t s i 协议处理服务器和短消息中心。 ( 1 ) f s k 接入服务器f s k 接入服务器是在固定智能网基础上发展而来 的，增加了f s k 传输能力，实现了c t s i 协议的物理层和链路层功能1 4 。由 于是成熟产品的再次开发，具有很高的稳定性。目前可提供中继容量为3 0 0 0 端口f 或者1 0 0 e 1 ) 6 4 条，n o 7 链路b h c a 大于6 0 0 k 。 f 2 ) c t s i i i 务器c t s i i 匣务器是在智能网基础上发展而来的，包括后台 服务器，信令接口单元，s i u 接口机等设备。它增加了对f s k 信号的控制能 力。f s k 服务器不仅要处理d t m f 上传和f s k 信号下传，同时要处理基本呼 叫的发起，结束放音控制资源等事件，这些事件和c t s i 协议消息处理是紧 密相关的，需要提供统一的控制。已经成熟运用的智能网系统是这种控制关 系的必然选择。通过在智能网系统上的二次开发，很快实现了c t s i 协议功 能，同时智能网提供的s c e 和s m p 为系统的管理和功能升级提供了更大的方 便1 4 4 1 。 ( 3 ) a a a 月m 务器a a a 服务器实现r a d i u s 接口机和a a a 服务器之间的标 准接口。s m p p 接口机实现了c t s i j i 匪务器和短消息中心之间的标准接口1 4 ”。 h ) s m s 短消息中心由于短消息中心数据传输的特殊性，需要在短消息 传输链路上有一个设备能够对短消息进行存储，转发和重试。固定网短消息 中心提供了这样的功能 4 6 】。由于固网短消息中心在接口消息处理流程，维 护管理等方面和移动短消息中心很相似，因此固网短消息中心在此基础上针 对固定网的特点做了修改。目前的固网短消息中心模块短消息处理能力大于 每秒2 0 0 条，满配置具有大于每秒1 5 0 0 条的处理能力。 3 1 2 固网短消息的组网模式选择 目前的固网短消息组网模式分为集中式和分