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u s s d 网关设计与实现 计算机应用技术专业 研究生汪洁指导教师李志蜀 、4 i 本论文主要论述了无线接入m t e m e t 的一种全新途径u s s d 网关的设 计与实现。 数字移动通信网络在中国得到了迅速的发展，随着移动通信业务的增长， 利用移动通信网络以及互联网络的现有资源开展移动数据增值业务成为了必然 的趋势。如何将互联网上丰富的信息资源通过无线通信网络来实现共享已成为 人们关注的焦点，u s s d 网关就是在此背景下应运而生。u s s d 网关实现了移 动通讯网络和因特网的有效结合，使用户可以通过移动手持设备访问因特网上 的各种信息资源。 本文详细讨论了如何通过u s s d 网关来实现u s e d 业务逻辑。具体的说， 本文的工作主要集中在以下几个方面： 在需求分析方面：从u s s d 业务规范入手，分析了u s s d 业务流程。提出 使用u s s d 网关实现u s s d 业务逻辑的解决方案。深入研究了移动现有s m p p 、 e m p p 等应用层协议，将s m p p 协议作为u s s d 网关与移动内部网以及与 i n t e m e t 内容提供商之间的连接协议；e m p p 协议作为u s s d 网关与移动业务控 制点s c p 之间的连接协议。 在系统设计方面：完成u s s d 网关内部的整体逻辑流程设计，主要包括 s u b m i t 上传、d e l n e r 下发和u s s d 计费三大流程。为实现u s s d 业务面向连接、 面向会话的特性，我们按照功能对u s s d 网关进行了模块划分。网关共划分为 三大模块组，分别是核心模块组、功能模块组和通讯代理模块组。对各大模块 组又进行了详细划分，由这些模块分别承担u s s d 网关的路由、门户导航、计 费、连接管理以及日志等工作。在系统设计阶段，我们分析了这些模块内部的 逻辑流程并制定出各模块间的接口。 最后本文给出了用c 语言在r e d h a tl i n t l x7 2 平台上的u s s d 网关实现， 并将u s s d 网关的实现按照各个功能模块分别做出了详细的论述。整个u s s d 网关的业务逻辑以u s s d 消息队列平台作为基础，该平台主要负责容纳所有经 过u s s d 网关的数据包：u s s d 网关的处理逻辑首先将从队列中获取这些数据 包并根据包的类型做相应的处理，这系列的处理由u s s d 网关的路由、门户 导航、计费等模块来完成；当u s s d 网关在完成以上处理之后需要将各个方向 的包发送到其目的地、需要专门负责建立网络连接以及完成网络读写操作，该 功能由通信代理模块来完成；此外，我们设计实现了日志以及安全检测处理模 块来对u s s d 网关的业务逻辑进行维护和管理。 u s s d 网关的设计和实现，很好的满足了将移动通讯网和互联网相结合的 需求。同时开辟了无线接入互联网的一种全新的解决方案，事实证明是可行的。 目前，我们设计并实现的u s s d 网关1 0 版本在重庆移动经过了试运行阶段， 目前正式投入商业运营。 关键词：u s s d 网关路由计费门户导航 t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o fu s s d g a t e w a y m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n g r a d u a t ew a n gj i ea d v i s o r ：l iz h i s h u t h i sd o c u m e n ti n t r o d u c e st h ea n a l y s i s ，d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t a t i o no fan e w a c c e s sm e t h o dt ot h ei n t e m e le s p e c i a l l yf r o maw i r e l e s sh a n d s e t t h ef u n d a m e n t a ln e t w o r ko fd a t as e r v i c em o b i l es y s t e mh a sb e e nq u i c k l y d e v e l o p e di nc h i n an o w a d a y s a s t h eq u i c k d e v e l o p m e n t o fm 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 y , t ou t i l i z et h er e s o u r c eb o t ho f t h ew i r l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d t h ei n t e m e tt od e v e l o pv a l u e a d d e dd a t as e r v i c e sh a sb e e np a i dm u c ha t t e n t i o no n u s s d g a t e w a y c o m e si n t o b e i n g i nt h i s b a c k g r o u n d u s s dg a t e w a y h a s s u c c e s s f u l l yc o m b i n e d t h ew i t l e s sm o b i l en e t w o r kw i t ht h ei n t e r a c ts e a m l e s s l y a n d u s e rc a na c c e s st h ei m f o r m a t i o no f t h ei n t e m e tt h r o u g hah a n d s e t i nt h i s p a p e r , t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fu s s dg a t e w a yh a s b e e n d i s c u s s e d t h em a i nc o n t r i b u t i o ni n c l u d e s ： f i r s t l yf r o m t h eu s e rd e m a n d ：a f t e rc a r e f u l l ys t u d y i n ga n d a n a l y z i n g t h eu s s d s e r v i c es p e c i f i c a t i o n ，w ef o r m st h eu s s ds e r v i c ed a t af l o w a n dw ed e c i d eu s e u s s dg a t e w a yt oi m p l e m e n tt h eu s s ds e r v i c el o g i c a n dw ea l s os t u d yt h em a n y c h i n am o b i l ea p p l i c a t i o np r o t o c o l ss u c ha ss m p p , e m p ea f t e rt h a tw ed e c i d et o u s es m p p p r o t o c o la st h ea p p l i c a t i o nl a y e rp r o t o c o lb e t w e e n t h eu s s d g a t e w a ya n d m o b i l ep l m n ，w h i l e ，e m p pp r o t o c o la st h ea p p l i c a t i o nl a y e rp r o t o c o lb e t w e e n u s s d g a t e w a y a n dt h es c e s e c o n d l gf r o mt h es y s t e md e s i g n ：a f t e rg a t h e ra l l t h ed e m a n do ft h eu s e r , w e c o m p l e t e t h e l o g i cd a t af l o wd e s i g n o ft h ew h o l eu s s dg a t e w a y t h eu s s d g a t e w a y h a sb e e nb r a n c h e do u ti n t om a n ym e d i c sa c c o r d i n gt oi t sf u n c t i o n - t h e s e m o d u l e sc a l lb eg r o u p e di nt h r e eb i gp a r t s t h e ya r e ：k e r n e lp a r t ，f u n c t i o n a lp a r ta n d c o m m u n i c a t i o np a r t f u r t h e rs m a l lp a r t sa r eg a i n e db yt h ed i v i s i o no ft h et h r e eb i g p a r t s t h e s es m a l l e rm o d u l e si n c l u d er o u t em o d u l e ，p o r t a lm o d u l e ，f e em o d u l ea n d c o n n e c t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，e t c w ea l s od e f i n et h ei n t e r f a c eo ft h e s em o d u l e s f i n a l l y , t h es y s t e mi si m p l e m e n t e d w i t hc l a n g u a g eo nr e d h a t l i n u x7 2 t h e d e t a i l so ft h ei m p l e m e n t a t i o na r ei l l u s t r a t e di nt h i sp a p e r a l lm o d u l e sa r eb a s e do n t h em e s s a g em a n a g e m e n tp l a t f o r mw h i c hm a i n l yc o n t a i n sa l lt h ed a t am e s s a g e st h a t g o e si nt w oo p p o s i md i r e c t i o n s ；t h em a i n 0f i m c t i o no f u s s dg a t e w a yf i r s t l yg e t m e s s a g ef r o mt h em e s s a g em a n a g e m e n tp l a t f o r ma n d f u r t h e r p r o c e s sw i l lb e t a k eo n a c c o r d i n g t ot h e t y p e o fe v e r y m e s s a g e p o s s i b l ep r o c e s sm a yb e ：r o u t i n g ， n a v i g a t i n g ，r e c o r d i n gf e ei n f o r m a t i o n ，e t c a f t e rp r o c e s s i n g ，u s s dg a t e w a y n e e dt o s e n dt h e s em e s s a g et ot h e i rd e s t i n a t i o nw h i c hc o n n e c t i o nm o d u l e st a k ei nc h a r g eo f a d d i t i o n a l l y , w ea l s od e s i g nl o gm o d u l e sa n ds a f em o d u l e sf o rt h em a n a g e m e n t p u r p o s e u s s d g a t e w a yh a sc o m b i n e dt h em o b i l ep l m n a n dt h ei n t e r n e tp e r f e c t l y i n t h em e a nw h i l e ，w ep r o p o s ean e ww a yo fa c c e s s i n gt ot h ei n t e r n e tf o rw i r l e s s h a n d s e t u s e r s a n dt h i s w a y h a sb e e n p r o v e d t 0b ef e a s i b l eb e c a u s et h i s s y s t e m - - u s s dg a t e w a yv e r s i o n1 0 h a sr u ns t a b l e l yi nc h o n g q i n gc h i n am o b i l e f o rb u s i n e s sp u r p o s e k e y w o r d s ：u s s d g a t e w a y r o u t ef e e p o r t a ln a v i g a t i o n 四川大学硕士学位论文 1 前言 1 1 项目的背景及意义 近年来，数字移动通信基础网络在世界范围内得到了迅速的发展，随着当今 互联网技术的不断发展，移动业务的中心正在逐渐从单纯的话音服务向数据业 务服务转移，市场对无线移动数据业务的需求也变得日益迫切。在数据业务中， 短消息是目前无线网络上最成熟、最普及的数据业务，它利用无线信令通道来 传送文字及图形信息。短信不仅提供通过诸如手机聊天等点对点的业务，还提 供如点播定制信息、下载手机铃声、图片等点对系统的的服务。通过短消息， 不论需要什么样的信息，都可以随时随地从互联网上获得。从1 9 9 2 年世界上第 一条短消息产生到现在，短信改变着人们的生活，同时给各个电信运营商带来 了丰厚的利润。据调查中国g s m 运营商8 到2 0 0 a 的收入来源于短消息，短 信在全世界范围内取得了巨大的成功。短消息的巨大成功不是偶然的，它具备 下面的显著特点： 移动电话普遍支持短消息，现在几乎1 0 0 的手机终端都支持短消息； - 无线网络普遍支持短消息，无线运营商经过几年的网络建设，已经基本 上在全网提供短消息支持； - 价格低廉，发送一条短消息只需要o f l 元，接收短消息不收费。 - 使用操作简单，用户无需专门开户，设置1 2 个简单的参数就可以使用； 现在有大量的基于短消息的业务，不过现在的短消息业务存在很大的缺点： 由于s m s 采用存储一转发方式，在其无线连接部分不存在任何连接导致 了s m s 没有实时性和交互性。用户和应用之间无法得到交流，尤其对于 需要多次交互的业务，s m s 的效率显得非常低下。 s m s 没有面向连接的机制，导致s m s 只能提供相对简单的服务。其中， 绝大多数业务都只限于点对点服务，雨s m s 在点对系统的艘务方面显得 力不从心。 - s m s 的存储一转发机制造成很大的时延。 四大学硕士学位论文 一 对每个特定的服务，用户必须记住其对应的代码，通常是字母数字组合， 使业务代码很难记忆。s m s 也不能提供指导用户获取服务的提示菜单， 造成很多业务难以推广。 以上所有的缺陷都是由于短消息的非面向连接特性造成的。正是由于短消 息在作为面向交互和实时性的承载业务上存在上述不足，欧洲无线通讯标准学 会( e t s i ) 提出了非结构化补充数据业务( u n s t r u c t u r e ds u p p l e m e n t a r ys e r v i c e s d a t a ) 的标准。该标准规定如何在无线通信网络部分保持会话连接的特性，从 根本上解决了短消息无法克服的缺陷。所以，u s s d 业务可以看作是对s m s 业 务的一静补充，s m s 主要在点对点类型的业务上占据主角，而u s s d 则主要在 点对系统类型的业务上发挥优势。 u s s d 标准经历了阶段1 ( s t a g e l ：g s m 0 2 9 0 ) 1 1 和阶段2 ( s t a g e 2 ：g s m 0 3 9 0 ) 2 j 的不断完善，其中u s s d 标准阶段1 规定了手机发起的u s s d 操作，在阶段 2 中添加了网络侧发起的u s s d 操作。该标准最终为u s s d 业务的实现提供了 依据。 根据u s s d 业务标准，我们设计并实现了u s s d 网关。手机用户通过u s s d 网关接入到i n t e r a c t 以享受各项数据承载业务服务。u s s d 网关可以为现有非 w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 设备提供类似w a p 手机的上网功能。u s s d 网关的出现满足了在低带宽网络上实现手机上网的需求，大大利用了现有资源。 1 2 本人的工作 需求分析：从u s s d 业务规范入手，分析了u s s d 业务流程。提出使用u s s d 网关实现u s s d 业务逻辑的解决方案。深入研究了移动现有s m p p 、e m p p 等 应用层协议，确立了将s m p p 协议作为u s s d 网关与移动内部网以及与i n t e m e t 内容提供商之间的连接协议；e m p p 协议作为u s s d 网关与移动业务控制点s c p 之间的连接协议。 系统设计：完成u s s d 网关内部的整体逻辑流程设计，主要包括s u b m i t 上 传、d e l i v e r 下发和u s s d 计费三大流程。为实现u s s d 业务面向连接、面向会 话的特巨，我们按照功能对u s s d 网关进行了模块划分。网关共划分为三大模 块组，分别是核心模块组、功能模块组和通讯代理模块组。对各大模块组又进 行了详细划分由这些模块分别承担u s s d 网关的路由、门户导航、计费、连 2 四川大学硕士学位论文 接管理以及日志等工作。在系统设计阶段，我们分析了这些模块内部的逻辑流 程并制定出各模块间的接口。 - 系统实现： 1 ) 我们的系统采用c 语言在r e d h a tl i n u x 7 2 系统上进行开发，由于u s s d 网 关内存在多个进程，在实现中我们使用共享存储器机制完成各进程间的通 讯。将整个共享存储区划分为了5 个消息队列，用以容纳所有进入网关的数 据包。在这5 个消息队列平台之上构建u s s d 业务相关的应用逻辑。 2 ) 参与u s s d 网关各模块的编码工作，这些模块是：路由模块、门户导航模 块、计费模块、通信代理模块、日志模块等。这些模块的功能及实现原理将 会在后面被逐一讨论。 - 系统测试：测试过程严格按照“中国移动u s s d 业务测试规范”进行，其 中对u s s d 网关的2 5 种业务指标进行了测试。确保了u s s d 网关的功能完 整性，该系统的1 0 稳定版本于2 0 0 2 年7 月起在重庆移动正式运行。 2u s s d 业务概述 2 1u s s d 的一般描述 u s s d 业务的全称是u n s t r u c t u r e ds u p p l e m e n t a r ys e r v i c ed a t a ，即非结构化 补充数据业务，是一种基于g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 移动通信网络的新型交互式会话数据业务，类似于g s m 短消息业务( s m s ) 。 但与短消息相比u s s d 具有一个非常重要的特性是面向会话，即在u s s d 业务 发生过程中在物理承载层一直保持信道的连接，提供透明通道。而短消息在物 理承载层没有会话通道存在，是一个存储转发系统。u s s d 业务面向会话的特 性使它能将现有的g s m 网络作为一个透明的承载实体，而运营商可以通过 u s s d 自行制定符合本地用户需求的相应业务。这样，u s s d 业务便可方便地 为移动用户提供数据业务，而增加新的业务对原有的系统几乎没有什么影响。 u s s d 规范由e t s i ( 欧洲无线通讯标准学会) 在g s m 标准0 2 9 0 中提出 该标准经历了阶段1 ( s t a g e l ：g s m0 2 9 0 ) i l l 和阶段2 ( s t a g e 2 ：g s m 0 3 9 0 ) 吲的 不断完善，最终为u s s d 业务无线通讯部分的实现提供了依据。该标准描述了 在移动内部网中的各通讯实体以及各实体之间对u s s d 消息进行的操作。 四川大学硕士学位论文 从g s m 的业务方面来看其产生的背景：g s m 标准包括了大量的增值服务 包括呼叫禁止、呼叫转移等。增值业务相对于传统的固定业务如话音服务等， 增值业务可以分为两大类：结构化和非结构化增值业务。所谓结构化增值业务 是指使用结构化的功能信令获得的服务。这类服务的信令结构通常是固定的， 即信令的参数个数、参数长度都规定为固定值。通过键入一串固定字符来使用 这些服务。例如，键入文本字符串2 l 1 2 3 4 5 6 硝s e n d ”，可将所有的来话呼 叫转移到号码1 2 3 4 5 6 7 上。而非结构化增值业务的功能信令结构相对灵活，它 允许用户在最大数据长度的限制范围内随意输入服务参数，而且参数的长度可 变。当然，用户输入的功能字串必须符合非结构化增值业务的编码方案；同时， 存在与所输入的功能信令相对应的服务。非结构化增值业务的这种机制可以理 解为一种“容器”机制( c o n t a i n e r ) 。 当用户键入的文本字符串即u s s d 命令为非法时，将由网络返回出错指示。 在g s m0 3 9 0 中，允许网络发送面向移动台的u s s d 操作，以及移动台与网络 相结合发起的操作。以便能够利用对话的方式交换数据。从网络发出的操作内 容在移动台端结束，而移动台发出的操作可以在路由选择后发送到网络中一个 支持该操作的应用上。这样可以将u s s d 看作是通过g s m 网络的透明管道。 u s s d 最主要的两个特点如下： 运营商可以用类似于标准g s m 网络增值服务使用的传输机制，提供运 营商制定的服务( o s s ) 。 u s s d 可以被看作是一种通过g s m 网络的透明承载者，提供透明的传 输通道。 2 2u s s d 标准 1 ) u s s d 阶段1 ( g s m 0 2 9 0 ) u s s d 阶段1 ( u s s dp h a s e1 ) 即g s m 0 2 9 0 首次提出了u s s d 概念，并 在其中对u s s d 数据编码方案进行了说明。该阶段标准支持移动端发起的操作， 网络侧发起的操作不被支持。这意味着移动台可以向网络发出请求并得到响应。 2 ) u s s d 阶段2 ( g s m 0 3 9 0 ) u s s d 阶段2 ( u s s d p h a s e 2 ) 即g s m 0 3 9 0 是目前使用的标准状态。该标 准允许移动台和网络节点两方均可发起操彳乍，即在两者之间可以建立会话，在 4 四川大学硕士学位论文 会话中可以发送多个后续的u s s d 操作。 2 ，3u s s d 特性和参数 在以下描述中均以u s s d 阶段2 规范作为基准。 1 ) u s s d 对话 u s s d 有两种对话类型：移动端发起的对话和网络侧发起的对话 移动端发起的对话 移动端发起的对话如图l 所示。移动台通过调用p m c e s s u s s d r e q u e s t 操作 来发起对话。网络有两种响应方式，或是通过调用u s s d r e q u e s t 操作进行响应， 或者通过p r o c e s s u s s d r e q u e s t 操作返回结果并释放对话。移动台和网络在任何 时候都可以释放该对话。 固1 移动端发起的对话 网络发起的对话 网络发起的对话如图2 所示。网络通过启动u s s d r e q u e s t 操作来发起对话， 移动台通过对u s s d r e q u e s l 操作返回结果来响应它- 同样，移动台和网络可以 在任何时候释放这个对话。 围2 目络发起前对话 2 ) 数据编码方案 一个u s s d 操作有两种参数：d c s ( d a t ac o d i n gs c h e m e ，数据编码方案) 5 四川大学硕士学位论文 和u s s d 字符串。d c s 规定了u s s d 字符串中使用的合法的数据编码方案， f g s m0 2 9 0 1 规定了每种u s s d 操作的d c s 设置。包括数字字母组成、特殊符 号的使用规则等。如果移动台用户输入的u s s d 字串不符合d c s 标准设置，网 络侧将报错并拒绝执行请求。 3 ) 服务代码( s c ，s e r v i c e sc o d e ) 服务代码是运营商指定的一个参数，它用来标识u s s d 网络节点，即唯一 的表示该运营商相关的服务所在地的地址。可以把服务代码理解为类似i p 地址 的一类参数。当移动端用户调用服务的时候需要手动输入服务代码，或者用户 可以将经常使用的服务代码以文本的形式存储在手机中，通过快捷键发送。 服务代码包含在用户的u s s d 请求串中，它从移动台被发送之后将作为一 种路由功能指向终端结点。这些终端结点包括：m s c 、v l r 或者h l r 。一旦 移动台和应用程序之间建立起了对话，一个通过网络的透明管道就被打开此 后在后续的对话过程中不再需要服务代码。 4 ) 多重对话 在 g s m 0 3 9 0 中，只允许移动台和网络实体之间存在一个会话。若网络实 体请求某移动台参与会话，而该移动台正在另一个会话过程中，则网络侧发起 的会话请求将被拒绝。一旦在移动台和g s m 网络节点之间建立起了一个会话， 就不能同时再建立其他的会话。这就意味着，一个移动台在某时刻只能与一个 u s s d 网络实体进行会话。 5 ) 寻址 前面提到过服务代码( s c ) 在路由过程中起到“寻址”的作用。当一个u s s d 会话建立起来之后，移动台发送的u s s d 字串中包含了服务代码信息，服务代 码就是u s s d 网络节点的地址信息；移动台由m s i s d n ( m o b i l es u b s c r i b e r i s d n ，移动用户电话号码或设各地址) 唯一标识。这样，会话双方的寻址问题 得到解决。 对于移动端发起的会话，h l r 中的u s s d 应用可能不是最终的应用程序 h l r 中的u s s d 应用程序仅仅作为一个中继站，在g s m 网络和外部节点之间 传送u s s d 操作。 6 ) u s s d 字符串长度 根据u s s dg s m 标准 g s m 0 2 9 0 ，调用u s s d r e q u e s t ( 网络一移动台) 和 6 四大学硕士学位论文 p r o c e s s u s s d r e q u e s t ( 移动台一网络) 可以携带1 6 0 个字节的u s s d 字串。 2 ，4 u s s d 业务流程 u s s d 业务的通讯两端均以发送u s s d 消息的方式工作。u s s d 消息的格 式可以归纳如下： 1 ) 在对号和# 号之间的内容作为u s s d 消息参数，这些参数为所请求 服务的相关信息，参数可以有多个； 2 ) 每项服务代码由两到三位数字组成； 3 ) 各服务代码之间用星号( ) 分隔： 4 ) 补充数据( s u p p l e m e n t a r yi n f o r m a t i o n ) 可以任意输入，补充数据可变长； 前面提到，服务代码起到寻址的作用，所以在u s s d 请求中服务代码是必需的。 相对服务代码而言，其他的参数作为“补充数据”。根据不同的服务类型存在不 同的补充数据，故替充数据可变长。 5 ) 每条请求以井号( # ) 结束。 因此一个合法的u s s d 消息可以表示为：+ 1 3 9 * l * 2 * 0 2 8 # ，用户将这一 u s s d 消息按照类似发送短信的方式发送到u s s d 网关，用户即可获得u s s d 业务服务。现通过一个例子来说明u s s d 业务流程，如图3 所示：一手机用户 想查询上海当天的天气情况，则用户可以通过下列操作来查询。其中，移动手 机、h l r ( 用户归属位置寄存器) 属于移动无线网部分；u s s d 网关将来自h l r 的u s s d 业务请求路由刘1 s p ( i n t e m e t s e r v i c ep r o v i d e r ) ，同时将 s p 的应答信 息路由回该手机用户所归属的h l r ，并最终传输给手机用户。如图，手机用户 通过接入号1 3 9 接入到某个i s p ，收到该i s p 返回的一级菜单提示信息；用户 在手机端输入1 ，选择信息类服务： s p 将返回二级菜单提示信息，用户输入2 选择天气信息服务；三级菜单返回提示用户输入城市区号；根据提示，用户选 择键入0 2 1 ：i s p 依据用户键入的区号返回上海天气信息。至此一个会话过程 完成。 7 四川大学硕上学位论文 图3 手机用户通过u s s d 业务查询天气信息流程图 u s s d 业务的操作顺序可总结如下： 手机用户发送u s s d 命令消息； 根据g s m 标准，该u s s d 命令消息被路由到用户所归属的h l r ； h l r 继续将u s s d 命令消息前转至u s s d 网关： u s s d 网关通过t c p i p 或者a t m 网络与外部应用通讯，将u s s d 命令消息 发送到外部应用； 外部应用识别该消息为一u s s d 命令，完成命令中所请求的增值业务请求， 并将该请求执行结果作为应答消息的消息体部分； 外部应用通过u s s d 网关发送应答消息，由于连接一直保持，应答消息将按 原路返回给手机用户； 手机和外部应用之间可以通过多次以上所述的交互来形成一个完整的业务逻 辑，直至会话完成。 2 5u s s d 业务特点 相比s m s 无线传输部分采用的存储转发方式，u s s d 业务系统最大的特点 是“面向会话( s e s s i o n ) ”，即当个会话连接建立起来以后，无线通讯信信道 将保持直至手机用户或应用任一方释放该连接。u s s d 业务的特点如下： u s s d 提供了用户、应用之间的交互式会话方式，实现了实时性和交互性： u s s d 在会话过程中一直保持无线连接，提供透明管道，不进行存储转发。 g g jj l 大学硕士学位论文 u s s d 利用g s m 网络和g s m 手机提供服务，对无线通讯网络的带宽等要求 不高，利用了现有网络资源：从终端来看，g s m 手机在手机拥有总量中占到 了9 0 ，使用u s s d 服务不必象使用w a p 业务样更换手机。目前市场上主 流手机生产商如摩托罗拉、爱立信、西门子、诺基亚、松下、n e c 等都有多 款手机支持u s s d 服务。如表1 所列 手机厂商手机型号 摩托罗拉 v 6 0 ，v 6 6 ，v 7 0 爱立信t 6 5 ，t 6 6 ，t 6 8 诺基亚8 2 】0 ，8 2 5 0 ，8 3 1 0 ，8 8 5 0 ，6 2 1 0 ，6 2 5 0 西门子6 6 8 8 ，s 4 0 松下g d 9 0 ，g 3 0 2 ，g d 9 3 n e c 9 8 8 i ，9 8 8 w 表1 支持u s s d 操作的手机 用户通过键入u s s d 命令即可获得u s s d 服务，不需对手机进行任何特殊的 设置；用户从手机键盘上敲入一个短接入号码，如i 1 0 1 # ，就直接从手机上发 出服务请求。这种短接入号码易记，也可以存在手机的电话薄中，通过一个 热键就可发出。u s s d 支持交互式服务，所有的服务都可以通过一个短接入 号码和一系列的菜单来完成。 比s m s 速度快：u s s d 面向连接的特点使数据无需进行“存储转发”。因为 不需要存储转发，u s s d 系统对于用户的呼叫请求是即时响应，对于交互性 服务可以在数据通话中一直保持链路连接，使响应速度大大加快，主要的响 应时延已转移为应用服务器一端。 可开展多种特色业务：u s s d 的特色业务主要有信息服务门户，手机预付费卡 充值、话费查询，在线交互游戏，有奖竟猜、广告发布、市场调查，移动电 子商务、移动银行，即时股票、新闻点播，企业网管理等。尤其是在确认型 业务中，u s s d 能够发挥其独有的技术优势，例如移动电子商务业务，是完 成小额交易的最佳工具，用户每次只要拨打一些简单的号码即可迅速完成交 易。 2 6 与w a p 以及s m s 业务的比较 u s s d 业务和w a p 都是一种交互式无线接入因特网的方法，或者说是协 议；而且u s s d 是基于短消息( s m s ) 形式的，在用户端看来u s s d 除了可以 9 四川丈学硕士学位论文 提供返回菜单外和s m s 没有多大的差别。其实，u s s d 业务和w a p 以及s m s 业务都存在许多联系但同时有着重要的区别。 2 6 1 u s s d 作为w a p 的承载协议 2 6 1 - lw a p 简介 w a p 是w i r e l e s s a p p l i c a t i o np m t o c o 的缩写，即无线应用协议。w a p 由 a t & t 公司于1 9 9 7 年提出，它的出现成功的解决了移动通讯设备与因特网的互 联问题，能够使移动通讯设备的用户共享互联网上丰富的信息资源。 w a p 协议其实是一个协议栈，由多个协议组成，包括网络传输协议、安全 协议、在应用环境下浏览器标记语言的协议、脚本语言和电话技术方面的协议 等。 2 6 1 2u s s d 与w a p w a p 协议提出了移动通信设备接入因特网的标准；u s s d 业务能够向手机 用户提供上网功能。看起来两者是一回事，其实两者有着很大的区别，要了解 他们的不同首先必须清楚w a p 协议的体系结构。w a p 标准实际上是一组标准， 它们一起定义了有线互联网数据怎样通过在无线网络发送到无线数据手机，以 及这些数据如何被执行。运用这些标准，手机可以与支持w a p 的无线数据基 础网络设簏建立连接如网站的服务器，向它请求服务业务，同时将请求到的信 息显示在用户终端。 i应用层 【业备和直用 会话层 l 事务层 f i 安全 l 数据报传输层( w d p ) 承载层 圆圆陌司f p d ch 国4w p 体系结构 w a p 标准是分层的，层次化的结构用来简化网络的设计。每一层向其上层 1 0 四川大学硕士学位论文 提供公用接口，此外每层还向应用程序和业务提供直接接口。w a p 标准的这些 层次可以分为三组： 1 ) 承载适配层：隐藏运行在整个无线网络上的无数不同的信号与信道协议 的差别，承载适配层是w a p 标准的最底层。无线网络选用各种协议交换来自 或发往用户设备的消息、数据包或帧。有许多这类网络协议存在，即所谓的承 载协议( b e a r e rp r o t o c 0 1 ) 。每一种承载层协议都跟专门的基础网络设备类型有 关，而每一种基础网络设施类型通常与专门的生产商和所属国家的标准有关。 这无疑带来了网络复杂性，而w a p 标准的最底层( 无线数据协议，w d p ) 就 是用来隐藏不同基础承载网络之间的差别。 2 ) 业务协议：包括通过无线网络传递应用数据到各高层业务的协议。这些 业务包括安全性、可靠性和缓存数据。 3 1 应用环境：包括一个健壮的、基于浏览器的环境。它支持的内容和应用 具有可携带性，适用于多种不同类型和型号的设备并独立于手机制造商。 在w a p 的这些层次中，与u s s d 相关的就是w d p 层。由于w d p 不是传 统意义上的协议而更像业务抽象，它只是简单的规定了在网络中使一个终端能 向另一个终端发送点到点的消息。于是可以将w d p 映射到g s m u s s d 上，使 用u s s d 标准作为w a p 的承载协议。由此看来w a p 和u s s d 不是等同或者相 对立的关系，而是抽象与具体实现、整体和部分的关系。 2 6 2u s s d 与s m s s m s ( s h o r t m e s s a g es e r v i c e s ) 即短消息业务，是大家非常熟悉的一项无线 数据业务。手机用户可以通过短消息实现端到端的通讯，例如手机用户之间短 信聊天；同时短信也可以实现“端到系统”的通讯，例如用户可以在互联网站 上定制类似新闻、股票等各种数据业务，并通过短消息发送到手机端；但是由 于s m s 本身的限制，使其在进行“端到系统”的业务时效率非常低下。主要表 现在不能提供实时、交互性业务等方面。相反，由于u s s d 面向连接的机制使 其在“端到系统”的业务方面具有强大的功能。它们的主要区别在于： 首先，尽管u s s d 和s m s 属于电路承载型的业务，但它们所使用的电路信 道各不相同：通话状态下，u s s d 和s m s 使用相同的信令信道即s d c c h ，数 四川大学硕士学位论文 据传输速率大约为6 0 0 b p s ；而非通话状态时，u s s d 使用f a c c h ( 快速随路 控制信道) 信令信道，数据传输速率大约为l k b p s ，比s m s 传输速率高。 其次，u s s d 在会话过程中一直保持无线连接，提供透明管道，不进行存储 转发；而s m s 在物理承载层没有会话通道，只是一个存储转发系统，用户完成 一次查询需要进行多次建立连接的过程。因此，u s s d 每次消息发送不需要重 新建立信道，就响应时间而言，u s s d 比短消息的响应速度快。根据测试，在 诺基亚平台上u s s d 比s m s 快7 倍。由于这样的特性决定了s m s 只适合进行 点到点的通信，而u s s d 在开展端到系统的业务方面更具优势。 3g s m 基本原理介绍 u s s d 业务是g s m 的一项新型数据业务，为了更好的理解u s s d 本身以 及后面将阐述的u s s d 网关，这里对g s m 的一些基本概念以及原理进行介绍。 3 1g s m 概述 移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。2 0 年代开始在军事及某些特殊领域使用。4 0 年代才逐步向民用扩展，最近十年间 才是移动通信真正迅猛发展的时期。而且由于其许多的优点前景十分广阔，移 动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程。目前，比较成熟的数字移 动通信制式主要有泛欧和泛亚的g s d ，北美的a d c 和日本的3 d c 。其中，g s m 于1 9 8 2 年由欧洲邮电行政大会( c e p t ) 设立。以开发第二代移动通信系统为目标。g s m 标准经过长达7 年的遍布欧洲各国的大量研究和实验最终生效，1 9 9 1 年g s m 系统 正式在欧洲问世，网路开通运行标志着移动通信跨入第二代。 3 2 系统结构 根据g s m 标准，一个g s m 网络的典型结构如图5 所示： 四川大学硕士学位论文 0 s s 操作支持子系统 n m c 网络管理中心 p c s 用户识别卡个人化中心 v l r 来访用户位置寄存器 e i r 移动设备识别寄存器 p d n 公用数据网 b s s 基站子系统 d p p s 数据后处理系统 删c 操作维护中心 h l r 归属用户位置寄存器 b s c 基站控制器 p s t n 公用电话网 图5g s m 网络结构 n s s 网路子系统 s 脚c 安全陛管理中心 m s c 移动业务交换中心 m s 移动台 b t s 基站收发信台 i s d n 综合业务数字网 由图5 可见一个g s m 系统可由三个子系统组成：即操作支持子系统( 0 s s ) 、基 站子系统( b s s ) 和网路子系统( n s s ) 。其中，基站子系统b s s 是g s m 系统中与无线 蜂窝系统关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相连，负 责无线发送接收和无线资源的管理；网路子系统n s s 是整个系统的核心，它对g s m 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之问通信的交换连接进行管理。主 要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、 用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。 b s s 与n s s 相连，实现移动用户问或移动用户与固定网络用户之间的通信连 接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统o s s