（计算机应用技术专业论文）一个基于sms的无线远程监控系统的设计与实现.pdf

个璀寸- s m s 的无线远程髓控系统的设计与实现 摘要 摘要 本文所述监控系统的监控对象是w i n d o w s 平台上运行中的应用软件。该系统利 用钩子技术监视应用软件的对话框等窗体，通过短消息与用户交互，并采用模拟事件 的方法按用户的要求控制应用软件的运行，从而实现对应用软件的无线远程监控。 本文首先介绍和分析了相关技术，包括短消息技术、w i n d o w s 的消息机制和钩子 技术：在此基础上给出了系统的设计目标和解决方案，并描述了系统的组成和各部分 的主要功能：然后介绍了利用g s m m o d e m 实现短消息收发的方法；接着介绍了监控 模块的设计，详细描述了消息截获及过滤单元、控制单元和事件模拟单元的实现方法； 还通过一个实例说明使用系统的过程；最后提出了进一步完善系统的若干设想。 本文介绍的监控系统虽然还只是一个原型系统，但在此基础上可以实现一个有相 当实用价值的应用系统；本文介绍的截获消息和模拟事件等方法，可以为其它类似应 用提供参考。 关键词：监控系统、远程监控、短消息、钩子技术、消息机制 作 者：吴启德 指导老师：钱培德 型型! ! 旦 旦! ! ! 璺! ! ! ! ! 竺! ! 竺! ! ! 尘! ! ! ! ! ! 竺! 坚! 竺! ! ! 塑! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 里旦! 兰! ! ! ! 竺兰 d e s i g na n di m p l e m e n t o faw i r e l e s sr e m o t em o n i t o r s y s t e mb a s e d o n s m s 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 sas y s t e mw h i c hi m p l e m e n t sm o n i t o r i n ga p p l i c a t i o n si n m a u n e ro fw i r e l e s sa n dr e m o t e t h et a r g e to fm o n i t o ri sar u n n i n ga p p l i c a t i o ns o f t w a r eo f w i n d o w so p e r a t i o ns y s t e m t h es y s t e mc a nw a t c ho u td i a l o gb o x e so ft h ea p p l i c a t i o n s t h r o u g hh o o kt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t ew i t hu s e r sb ys m s ，a n dc o n t r o lt h ea p p l i c a t i o n s r u n n i n gb ys i m u l a t i n gb u t t o nc l i c k t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s ti n t r o d u c e sa n da n a l y s i s e sr e l a t e dt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gs m s ， w i n d o w sm e s s a g em e c h a n i s ma n dh o o kt e c h n o l o g y s e c o n d ，t h ed i s s e r t a t i o n g i v e st h e p u r p o s eo fd e s i g na n dt h es o l u t i o n t h e ni td e s c r i b e st h ec o m p o n e n t so fs y s t e ma n dt h e m a i nf u n c a t i o n t h i r d ，t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h em e t h o d so fr e c e i v i n ga n ds e n d i n g s m sw i t hg s mm o d e m t h i r d ，t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h ed e s i g no fm o n i t o rm o d u l e a n dd e s c r i b e si nd e t a i lh o wt oi m p l e m e n th o o km e s s a g eu n i t ，c o n t r o lu n i ta n ds i m u l a t i o n e v e n tu n i t l a s t ，t h ed i s s e r t a t i o ns h o w sh o wt ou s et h es y s t e mb ye x a m p l e t h e ni tb r i n g s f o r w a r ds o m ef a r t h e rs u g g e s t i o n so fi m p r o v e m e n t 。 b a s e do nt h ep r o t o t y p e ，w ec a nd e v e l o pav a l u e a b l ea p p l i c a t i o ns y s t e m t h ea u t h o r b e l i e v e st h a tt h eh o o kt e c h n o l o g ya n dt h es i m u l a t i o nm e t h o da p p l i e di no u rs y s t e ms h o u l d b eh e l p f u lt ot h ed e v e l o p e r si nr e l a t e df i e l d k e y w o r d s ：m o n i t o rs y s t e m r e m o t em o n i t o r 、s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e 、h o o k t e c h n o l o g y 、m e s s a g em e c h a n i s m w r i t t e nb yw uq i d e s u p e r v i s e db yq i a np a i d e 妒 7 8 1 4 9 8 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：同期： 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 沦文的 全部或部分内容。淦文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究牛签名：一日 期： 导师签名：| _ = = |期： 个肇j 。s m s 的光线远程】 ： 挡系统的设计与实现 第一章绱论 1 1 课题的背景 第一章绪论 随着移动通信技术的迅速发展、通讯网络的不断完善以及其开拓的业务服务项目 的增加，使得手机这种方便灵活的通信工具的用户不断快速增长。据移动部门最新发 布的数据，截至2 0 0 5 年2 月，仅中国手机用户就已达到3 5 亿人之多。现代通信技 术和信息处理技术的迅猛发展使得人们对信息处理的需求日益扩大，人们对通信的要 求已不再仅仅满足于打个电话，而是需要更方便、更丰富、更迅捷、更个性化的信息 服务。应运而生的短消息服务迅速得到广大用户的青睐，它的业务量和业务价值不断 地高速增长。 短消息服务业务( s h o r t m e s s a g i n gs e r v i c e ，s m s ) 是移动通信设备之间可以互相发 送和接收文本信息的服务，它通过无线控制信道进行传输。短消息服务是无线通信在 二十世纪末一次重要飞跃，这使得移动网络不仅可以传送音频，也可传送数据。没有 以短消息为代表的数据服务，就不能凸现出数字移动通信的强大优势。因为有了数据 业务，数字移动通信才具有更强大的生命力。短消息服务具有价格低廉、使用方便、 不会因关机或没电而遗漏信息等优点。 在短消息的可靠传递基础上，g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 调制 解调器的出现给g s m 的发展注入了新的活力，它改变了传统的以语音为主的通信手 段，打开了g s m 网络数据通信及其应用的大门。基于这种技术，以g s m 网络作为无 线传输网络，已经开发出多种前景极其乐观的各类应用，诸如：车辆状态远程监测， 对人体有害环境下的远程监测，水情的远程监测等。这些短消息应用基本上都是单向 的交瓦，由服务端向用户端传输数据短消息，用户端收到消息后不再通过短消息来指 挥或者执行相应的后续动作【1 1 2 】【7 【8 】。 另一方面，一些应用软件有这样的特征：运行时间比较长：运行时要占用比较多 的系统资源，影响用户正常使用计算机：运行过程中与用户有简单交互。在运行这样 的应用软件时，用户可能会既无事可做，但又不能完全离开。例如，计算机杀毒软件 就属于这类软件，它全面扫描病毒一次需要比较长的时间，期间般不能再运行其他 软件，但j j 户义= i _ f i 能完全离开。再如，一些科学计算的应用软件，运行时问可能需要 鞲一章绪论一个壮于s m s 的无线远控腑控系统的设j 实现 e 二达几个小时，运行期间只是向用户报告一些运行状态信息，我们曾经，t ：发的石油运 移l ! 径模拟软件就是这样的j 衄用软件。对于这样的应用软件，用户希望有个能够监 控应用软件运行的监控系统，利用这样的监控系统不仪能够提高工作效率，又不影 响、ij = | 软件的j 卜常运行。 针对上述情形，我们提出了这样的课题：开发一个基于短消息的无线远程监控系 统，该系统能够监视某些w i n d o w s 应用软件运行过程中与用户交互的信息，通过手 机短消息方式与用户交互，并能按照用户的“命令”来控制被监控软件的运行。 1 。2 课题的内容 课题的主要内容是设计和实现一个w i n d o w s 平台，匕的无线远程监控系统。为了 叙述方便，下文简称监控系统。这个监控系统能够监视指定的应用软件在运行过程中 与用户交互的信息，并通过手机短消息和用户通信交互，控制被监控应用软件的运行。 主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 利用w i n d o w s 钩子技术监视指定的应用软件在运行过程中与用户交互的信 息。监控系统首先要对运行中的应用软件进行监视，才能实现控制。所以，要解决的 第一个问题是如何监视应用软件在运行过程中与用户交互的信息。实际上大多数 w i n d o w s 应用软件的行为在很大程度上依赖于消息梳制和w i n 3 2a p i ，所以我们可以 采用消息钩子或者a p i 钩子的方式来监视和改变应用软件的行为。 ( 2 ) 通过短消息实现监控系统和用户之间的通信。为了实现远程控制，必须把 监视到的应用软件与用户的交互信息发送给用户，而且还要接收由用户发来的控制程 序运 y - 的命令。所以，如何实现远程传递交互信息是要解决的第二个问题。这个问题 的解决方案是借助于已相当成熟的短消息技术。通过短消息实现交互信息的传递。短 消息有独到的优点，它能将信息及时送达对方，基本上可以实现双方的及时交互。短 消息的发送和接收可以通过计算机串行端口上连接的g s mm o d e m 或者手机来实现。 ( 3 ) 模拟按钮单击事件来控制被监控应用软件的运行。如伺根据用户的控制命 令控制被监控应用软件的运行是要解决的第i 个问题。需要指出的是，用户对运行中 的应用软件的控制只是在应用软件与用户交互时用户所做的某种选择，而且用户的选 择往往用鼠标单击按钮即可完成。在w i n d o w s 操作系统中，事件是通过操作系统的预 处理以后，以消息的形式通知给应用软件的。所以，可以根据用户的要求，发 j 鼠标 一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 第。章绪论 单击按钮消息来模拟单击按钮事件，从而控制应用软件的运行。 ( 4 ) 解析验证异步通信会话的内容。如上所述监控系统通过短消息与用户交互。 虽然短消息有诸多优点，但也有不少缺点。如何保证数据交换的安全性、唯一性和可 靠性是监控系统要解决的又一个问题。为此需要制定一个监控系统与用户进行交互的 会话控制协议。根据这个协议，对收到的短消息进行解析验证。当然，根据这个协议， 把被监控应用软件运行中的交互信息包装后再发送给用户。 ( 5 ) 实现监控系统与用户的异步通信。对于监控系统的短消息异步会话的控制 管理，利用日志存储相关短消息的会话内容、发起会话方、应答方以及时间戳等信息， 并定时地检查处理部分停滞的会话或者丢失的会话。 监控系统的主要功能是：( 1 ) 捕捉指定软件运行过程中需要用户干预的对话框等 窗体消息：( 2 ) 在捕捉到上述消息后，通过电脑串口上连接的g s mm o d e m 将对话框 上面的提示信息和按钮等内容发送给用户；( 3 ) 随后对用户回复的短消息内容进行解 析验证，模拟单击用户要求的按钮事件来控制被监控软件的运行。 进行本课题所做的主要工作如下： ( 1 ) 搜集有关资料，阅读有关无线远程监控系统方面的文献。 ( 2 ) 阅读g s m 协议标准和a t 命令集，开发通过连接在计算机串行端口上的 g s mm o d e m 进行接收和发送短消息的模块。 ( 3 ) 进行系统分析，完成系统的总体设计。 ( 4 ) 探索了监视w i n d o w s 应用软件与用户交互信息的方法，初步完成基于 w i n d o w s 的消息机制和钩子技术，实现对运行中的w i n d o w s 应用软件的对话框等窗 体消息的截获。 ( 5 ) 探索在w i n d o w s 系统中模拟事件的方法，实现了利用s e n d m e s s a g e 函数发 送鼠标动作消息模拟鼠标单击按钮事件，并初步完成了按用户要求控制被监控软件运 行的功能。 ( 6 ) 制定了简单的用户交互协议。 ( 7 ) 在上述基础上，完成了基于短消息的无线远程监控系统的原型。 1 3 课题的意义 本课题设计和实现的远程监控系统不同于一般的硬件监控系统，它不仅以短消息 3 第一章绪论 一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 方式向用户发送被监控应用软件的对话框消息，而且还接收和解析由用户以短消息方 式发来的命令，实现按用户的要求控制被监控软件的运行。虽然目前还只是一个原型 系统，有许多地方还需要进一步研究和完善，离实用阶段还有一段距离，但所做工作 有如下意义： ( 1 ) 实现了基于短消息的无线远程监控系统的原型。给出了系统组成，确定了 各部分的功能，探索了有关技术，在进一步改进和完善后，可望实现一个有实用价值 的无线远程监控系统。利用这样的监控系统，许多用户可以节约大量的时间，提高工 作效率。 ( 2 ) 通过截获消息和模拟鼠标单击事件实现对运行中的应用软件的监视和控制， 这种监控技术可以为其它类似应用提供参考。课题进行过程中，在详细分析w i n d o w s 的消息机制和钩子技术的基础上，通过s p y + + 的调试和许多反反复复的试验比较，基 本上实现了根据应用软件运行过程中弹出的对话框，对应用软件进行监视和控制。开 发经验和相关技术可以供类似的应用开发借鉴。 ( 3 ) 用短消息的方式实现对软件箍控消息的传递，进而实现对运行中的软件的 远程无线监控，在某种程度上可以拓展短消息的应用范围。g s m 网络作为第二代移 动通信网，经过十几年的发展，己近成熟，其开通的短消息业务为一些领域的无线数 据传输提供了可能。随着3 g 网络的建成，短消息业务蕴含巨大的市场，手机内容开 发商都希望能拓展短消息的应用范围。这种对应用软件的监控方式，是短消息的一种 新的应用。 因此，本课题的研究和开发具有一定的现实意义和参考价值，本文对系统中一些 关键技术作了详细介绍。这种基于短消息实现对运行中的软件的无线远程监视和控制 的方法，在同类应用中没有见过，有一定的新意。 1 4 本文组织结构 第二章介绍和分析了相关技术。在设计和实现监控系统的过程中，运用了这些技 术。首先介绍了短消息技术，然后分别介绍分析了w i n d o w s 的消息机制和钩子技术。 第三章给出了监控系统的总体设计。在提出系统设计目标后，介绍了实现思路， 接着描述了系统的组成和各部分的主要功能，还介绍了系统的开发平台和运行平台。 第四章说明了短消息模块的实现过程。在介绍串口初始化和读写方法的基础上， 一个基于s m s 鲫无线远程豁控系统的设计与实现第一盘绪论 说明了利用a t 命令实现短消息收发的过程。 第五章详细介绍了监控模块的设计和实现。监控模块由消息截获及过滤单元、控 制单元和事件模拟单元组成。在对监控模块的设计作介绍后，详细说明了各组成单元 的具体实现过程。 第六章通过对一个杀毒软件扫描过程的监控来说明监控系统的使j f j ，并给出了部 分图例。 最后，对系统进行了总结，提出了进一步完善系统的设想。 鬻二章相关技术一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 第二章相关技术 课题设计和实现的无线远程监控系统，利用w i n d o w s 的消息机制和钩子技术实 现列运行中的应用软件的监控，采用收发短消息的方式实现远程通信，本章先介绍 短消息传递系统、短消息的p d u 模式和g s mm o d e m 的短消息收发控制命令，然 后分析w i n d o w s 的消息机制和钩子技术。 2 ；1 短消息技术 2 。1 1 短消息概述 2 1 1 ，1 短消息的特点 短消息是通过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 ) 网络传输的有限 长度的文本信息。它是根据e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ， 欧洲电信标准化协会) 组织制定的规范( g s m0 3 1 4 0 和g s m0 3 1 3 8 ) 进行服务的，短消 患的主要用途是实现移动用户之间的信息传递，也可以通过短消息中心查询或预定 信息。 短消息是g s m 网络中唯一不要求建立端到端路径的业务，即使移动台已处于 完全电路通信情况下仍可进行短消息传输，因为短消息发送占用的是信令通道，在 移动台占线而无法通话的情况下仍可接收短消息。短消息采用存储转发模式一一短 消息被发送出去之后，不是直接发送给接收方，而是先存储在s m s c ( 短消息服务中 心) ，然后再由s m s c 将短消息转发给接收方。如果接收方当时关机或不在服务区 内，短消息发送会失败，但s m s c 就会自动保存该短消息，一旦用户开机或返回服 务区，g s m 系统就会及时通知s m s c 重发，用户会立即收到短消息。 短消息使用s s 7 信令信道传输数据分组。所以，系统可以支持短消息与话音、 数据、传真等业务的同步传输。即使在业务信道处于高峰期的情况下，也照样可以 使用短消息顺利通信。 短消息简便快捷的性能和相对低廉的收费赢得了广大用户的青睐，同时利用 g s m 网络短消息平台资源，为许多类型的远程监控提供了技术手段，可以实现数 6 个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 第二章相关技术 据的远程交互，特别适合于移动、分散、无人值守的监控领域。选择g s mm o d e m 实现小批量、远程数据传输控制从安全性、稳定性、收发信息量、可扩展性、运营 费用、二次开发等方面都非常理想，可以充分满足用户的需要。 2 1 1 2 短消息传递系统 短消息通信中，一个消息的传输就构成了一次通信，因此短消息业务是非对称 的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短消息传输是两回事。但这并不妨碍 实时对话，不同的消息彼此独立，消息的传输总是由处于g s m 外部的s m s c ( 短消 息服务中心) 进行中继，消息有自己的目的地或起源地，但只与用户和s m s c 有关， 而与其他g s m 基础设施无关。 短消息在移动台和短消息服务中心之间传递是由g s m 标准中的点点短消息服 务定义的，g s m 的m s ( 移动站台) 与一个s m e ( 短消息实体) 之间通过s m s c 传送短 消息，s m s c 提供了在m s 与s m e 之间消息传送的相互联系和转播的功能。这些 服务中心是通过称为s m s - g m s c 的特定m s c 同g s m 网络联系的。短消息系统结 构如图2 1 所示。 图2 1 短消息系统结构 s m e ( s t a o r tm e s s a g i n ge n t i t y ，短消息实体) ，它可以接收或改善短消息，位于围 话系统、移动基站或其他服务中心。 s m s c ( s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c ec e n t e r ，短消息服务中心) ，负责在基站和s m e 间中继、储存或转发短消息：移动台( m e ) 到s m s c 的协议能传输来自移动台或朝向 移动台的短消息。 第二：章相关技术 个基于s m s 的无线远程精控系统的设训与实现 s m c g w m s ( s m s g a t e w a ym s c ，s m s 网关1 ，接收由s m s c 发送的短消息， 向t t l r 鹰询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。 h l r ( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r 。归属位置寄存器) ，用于永久储存管理用户和服 务记录的数据库，由s m s c 产生。s m s 网关与h l r 之间的协议使前者可以要求 h l r 搜索可找到的其他地址。它与m s c 与h l r 之间的协议一起，能在移动台因为 超出覆盖区而丢失报文，随后又可找到时加以提示。 v l r ( v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ，访问位置寄存器) ，含有用户临时信息的数据库。 交换中心服务访问用户时需要这些信息。 m o ( m o b i l eo r i g i n a t e ds h o r tm e s s a g e ，移动起始短消息) ，一个g s m 用户发送短 消息时，他必须至少在其内容中包含最终地址的识别符和处理这消息的服务中心号 码，然后请求传递。短消息的传输要求在移动台和m s c 之间建立信令连接。 m t ( m o b i l et e r m i n a t e ds h o r tm e s s a g e ，移动终按短消息) ，目的地为g s m 用户 的短消息必须首先从发送方路由至短消息服务中心，然后再被路由至实际地址。当 s m s c 有短消息需发送到某一g s m 用户时，它建立一条包含各种利于接收者的信 息的s m s d e l i v e r 报文。此消息包括用户的内容，最初的发送者身份及用于批示 短消息己被s m s c 接收的时间标记。与m o 情形相似，s m s d e l i v e r 报文将在各 种接口上传送。在到达目的地前，报文的实际路由必须利用m a p c 查询功能获得， 采用的是如下方法：s m s c 将短消息传到与服务中心相连的s m s 网关，网关的选 择依赖于它想到达的用户，因为通常网关仅能处理某些用户( 某家营运商或某个国家 的用户) 。这样，用户通过由短消息发送者输入的目录号来识别，使得s m s 网关能 识别有关的h l r 并查询它。查询是通过发送一个专用报文，应答一般是包含用户 正在访问的m s c v l r 的s s 7 地址的报文，或者是在已知用户此时不可到达时的拒 绝报文。 2 1 1 3 短消息不可达的情形 从t 述短消息传递系统可见，短消息有时会不可达，利用短消息实现远程通信 的应用系统必须充分考虑短消息不可达的情况。短消息不可到达的情形有三种： ( 1 ) 当被s m s 网关查询时，移动台不在服务区域、未获得服务授权、或有未 成功发送报文正等待告警，h l r 就会立即知道不能发送。 ( 2 ) m s c v l r 已收到报文但不能传送的情况，此时，它先向s m s 网关发送 r 争基于s m s 的无线远程j l ：f 控系统的设计与实现第二章相关技术 一故障指示，作为m a p i - i f o r w a r ds h o r t m e s s a g e 报文的应答；然后，网关 + 方面会向s m s c 发送否定报告，另一方面向h l r 发送m a p cs e tm e s s a g e w a i t i n gd a t a 报文，在收到报文确认后进行表格更新。该事件会储存在v l r 和 h l r 内的用户记录中。 ( 3 ) m s c v l r 向用户发送有效报文后发现不可送达。 另外，移动台内的软件必须能够对短消息进行解码和存储。短消息也能存储在 移动台的用户识别模块( s i m ) 卡中供用户以后取用。当移动台不在服务区内或s i m 卡存储容量己满，s m s c 会保留短消息等移动台回到服务区或用户s i m 卡又有了存 储空间之后再发送。如果一个移动台曾因存储容量不足拒绝接收的话，那么在又有 接收一个或多个短消息的存储容量之后，应该主动通知s m s c 。 2 1 2 短消息的p d u 模式 2 。1 2 。1 短消息的发送方式 短消息的发送是指通过g s m 网络将有限长度的文本信息从发送方传输到接收 方的过程。短消息的发送方式指发送的文本信息采取的协议格式，它取决于网络中 s m s c 能支持的接口。e t s i 制定的短消息发送协议定义了三种接口模式：块模式、 文本模式和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，用于移动台和终端设备之间通过异 步接口传送短消息数据7 1 。 ( 1 ) 块模式( 1 3 l o c km o d e ) ：块模式是一个二进制协议，用于移动台和s m s c 之间的短消息传输的p d u 封装。它包括了差错检测，适合应用于移动台之间链路 容易出错的情况。它的应用数据部分的二进制串内容包含报头和短消息p d u 。 ( 2 ) 文本模式( t e x tm o d e ) ：文本模式是在为g s m 修改的a t 命令集的基础 上定义的基于字符的协议，适合非智能终端仿真器。发送时真接把纯文本消息传给 通信设备，由通信设备来构造t p d u 。文本模式提供的功能比上述块模式和下面的 p d u 模式少。在文本模式下，短消息对扩展字符的能力有限。 ( 3 ) p d u 模式( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i tm o d e ) ：p d u 模式和文本模式相似，区别 只是它将组装短消息t p d u 的任务留给发送短消息软件来完成。该模式使a t 命令集能 方便地构成更多复杂的p d u ，可以使用任何编码方式，例如，既可以传递二进制数据 父i j 以传送字符数据。这种模式给a t 命令集带来了方便。 q 第二章相关技术一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 支持块模式的手机厂商十分少，但基本上都支持p d u 模式和文本模式。特别 值得一提的是：通过p d u 编码的短信息内容可以是文字、声音或图像。那么从广 义上来看，也可以将一般的数据文件经过p d u 编码后进行发送和传输。特别是现 在，彩信的出现，使人们可以传输彩色相片。到现在，p d u 已取代b l o c km o d e ， 后者逐渐淡出。 基于上述原因，在课题设计和实现的远程监控系统中，短消息的发送采用p d u 模式。 2 ，1 。2 。2p d u 模式的编码和解码 虽然p d u 模式相对而言较为复杂，它需要编写专门的函数来将文本转换为p d u 格式，但p d u 模式被所有手机支持，可以使用任何字符集，它也是手机默认的编码 方式。用p d u 模式收发短消息可以使用三种编码：7 b “编码、8 。b i t 编码和u c s 2 编码。 7 - b i t 编码用于发送普通的a s c i i 字符：8 i b i t 编码通常用于发送数据消息，如图片或铃 声等；u c s 2 编码用于发送u n i c o d e 字符。 p d u 模式发送或接收手机短消息正文都是以十六进制进行传送。在发送的时候要 对短消息内容进行相应编码，同样接收的时候要对短消息内容进行解码。 p d u 模式的短消息帧主要是由s m s c 地址和t p d u ( t r a n s f e rp r o t o c o ld a t au n i t ) 组 成。按照m o 和m t 可以划分为s m s s u b m i t 报文和s m s d e l w e r 报文。这两种不同 的报文的s m s c 地址格式完全相同，但在t p d u 上有一些差别。图2 2 给出了这两种报 文的格式，表2 + 1 解释了其中各字段的含义。 p d u t y p e i 幔d ap i dd c s v p i u d l l i d 1l 2 一1 2l1 o 。1 ，7 l 10 ，1 4 0 p d u t y p e 0 ap d c s s c t su d lu d i l2 1 2ll 7t0 - 1 4 0 图2 2p d u 报文格式 个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 第二室相关技术 表2 1s m sp d u 基本组成元素 i 元素名称长度 描述 s c as e r v i c ec e n t e ra d r e s s1 1 2 服务中心的电话号码 p d u p r o t o c o ld a t au n i tt y p e 1 协议数据单元类型 t y p e | m r m e s s a g er e f e r e n c e l 所有成功的s m s s u b m i t 参考数 目( 0 2 5 5 ) o a o r i g i n a t o ra d r e s s 2 1 2 发送方s m e 的地址 d ad e s t i n a t i o na d r e s s2 1 2 接收方s m e 的地址 | p i 。p r o t o c o li d e n t i f i e rl显示s m s c 以何种方式处理s m s ( 比如f a x ，v o i c e 等) d c s d a t ac o d i n gs c h e m el 表不用户数据( u d ) 采用什么编码 方案 s c t ss e r v i c e c e n t e r t i m es t a m p7 表示s m s c 接收到消息时的时间 戳 v p v a l i d i t yp e r i o d0 ，1 ，7表不消息在s m s c 中不再有效的 时长 u d l u s e rd a t al e n g t hl 用户数据段长度 u du s e rd a t a0 1 4 0 s m 数据 在s m ss u b m i t 报文t p d u 里，特别要注意d a ( d e s t i n a t i o na d d r e s s ) 年l l d c s a t a c o d i n gs c h e m e ) 这两个字段。其中，d a 表示目的地址，也就是目标手机号码，在填 充这个字段之前必需进行一定的处理。首先判断手机号码位数是否是奇数，如果是奇 数就必须在号码末尾补上字符f ：接着对这号码从第一位到最后一位进行每两位互交 换处理。例如：原号码为8 6 1 3 9 1 2 3 4 5 6 7 8 ，进行处理之后变成了6 8 3 1 1 9 3 2 5 4 7 6 f 8 。 d c s 是个指示u d ( t p u s e r d a t a ) 字段里数据编码格式的字段，主要的编码格 式有两种：a s c i i 和u s c 2 ，分别用十六进制o o 和0 8 表示。对短消息内容数据进行编码 时，对应发送内容为纯英文或非纯英文，可以分别用a s c i i 或u s c 2 的编码格式。发送 的内容长度最多为1 4 0 个字节，当采用u s c 2 编码时，最多可发送7 0 个字符：对于采用 a s c i i 编码( p d u 七位编码) 的纯英文字符可发送1 6 0 个字符( 1 4 0 t 8 7 ) 。当选用u s c 2 编 码时，u d 字段里的数据直接采用u c s 2 编码。如果选用的是a s c i i 编码，则必须对u d 字段里的数据进行压缩转换。因为g s m 只支持a s c i i 码值从0 x 0 0 至l j 0 x 7 f 的1 2 8 个字符， 这些值只需要7 b i t s 去定义，而s m s 报文是以8 - b i t 字节序列传输的，因此g s m 使用一种 编码方式将7 b i t a s c i i 码值序列压缩成8 - b i t 字节序列。对于英文与数字字符，出于它 们的a s c i i 码值小于1 2 8 ，所以它们在表示时只需要用7 位就可以了。在进行编码时， 只需依次将下一个7 位编码的后几位逐次移至前面，形成新的8 位编码。假如现在需要 1 l 第二章相关技术 一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 向手机8 6 1 3 8 1 2 3 4 5 6 7 8 发送的短消息内容是：“t e s t ! ”，我们可以按照图2 3 所示的方 图2 3a s c i i 码压缩过程图 法步骤将内容压缩成“d 4 e 2 9 4 1 a 0 2 ”。于是向8 6 1 3 9 1 2 3 4 5 6 7 8 发送一条s m s 的p d u 容如图2 4 所示。在图2 4 中，d c s 的值为0 0 ，表示用户数据编码方式是a s c i i 。 1 10 00 d9 16 8 3 l1 9 3 2 5 4 7 6 f 80 00 0a 70 5d 4 e 2 9 4 1 a 0 2 图2 4 发送消息的p d u 内容 手机用户8 6 1 3 9 1 2 3 4 5 6 7 8 回复一条s m s ，消息内容为：“测试”，p d u i x l 容为如图 25 所示。在图2 5 中，d c s 的值为0 8 ，表示用户数据编码方式是u s c 2 。 一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 第二章相关技术 0 89 16 8 3 1 0 8 5 0 2 1 0 5 f 02 40 d9 16 8 3 1 1 9 3 2 5 4 7 6 f 80 00 84 0 0 1 5 2 8 0 4 5 2 4 0 00 46 d 4 8 8 b d 5 图2 5 接收消息的p d u 内容 2 1 3 基于a t 命令集的短消息收发 2 1 3 1a t 命令集 a t 命令集是专门用于控制m o d e m 的一组命令，它是由美国h a y e s 公司所发展 的数据传输通信接口，目前已成为全球通用的标准1 1 3 】。a t 命令集有各种控制m o d e m 的命令，通过串行端口对m o d e m 发出相应的a t 命令，不仅可以调节音量，而且可 以调整各种工作参数。 h a y e s 公司的s m a r t m o d e m 系列产品是m o d e m 事实上的标准，几乎所有应用于 计算机通信的m o d e m 均称与h a y e ss m a r t l v l o d e m 兼容，其他各厂家生产的m o d e m 一般都兼容了最基本的h a y e s a t 命令集。 九十年代初，a t 命令仅被用于m o d e m 操作。由于当时没有控制移动电话文本 消息的先例，因此开发了一种叫s m s 块模式的协议，它通过终端设备( t e ) 或电脑 来完全控制s m s 。几年后，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和 h p 共同为g s m 研制了一整套a t 命令，其中包含对s m s 的控制。a t 命令在此基 础上演化并被加入g s m0 7 0 5 标准，以及之后的g s m0 7 0 7 标准。 a t 命令集中的每一条命令都以a t - j t ：头( a t 是a t t e n t i o n 的缩写) 。参考 g s m 0 7 0 7 t 26 1 ，表2 2 列出了与s m s 有关的g s m a t 命令。 第二章相关技术一个基于s m s 的无线远程监控系统的设计与实现 表2 2 与短消息相关的a t 命令 a t 命令 功能 a t + c m g cs e n da ns m sc o m m a n d ( 发出一条短消息命令) a t + c m g dd e l e t es m sm e s s a g e ( 删除s i m 卡内存的短消息) a t + c m g fs e l e c ts m sm e s s a g ef o r m a t ( 选择短消息信息格式：0 - p d u ；1 - 文本) a t + c m g ll i s ts m sm e s s a g ef r o mp r e f e r r e ds t o r e ( 列出s i m 卡中的短消息) a t + c m g rr e a ds m sm e s s a g e ( 读短消息) a t + c m g ss e n ds m sm e s s a g e ( 发送短消息) a t + c m g ww r i t es m sm e s s a g et om e m o r y ( 向s i m 卡内存中写入待发的短消息) a i + c m s ss e n ds m sm e s s a g ef r o ms t o r a g e ( 从s i m 卡内存中发送短消息) a t 十c n m in e ws m sm e s s a g ei n d i c a t i o n s ( 自动提示收到新的短消息) a r + c p m s p r e f e r r e ds m sm e s s a g es t o r a g e ( 选择短消息内存) a r + c s c as m ss e r v i c ec e n t e ta d d r e s s ( 短消息中心地址) a _ r + c s c b s e l e c tc e l lb r o a d c a s tm e s s a g e s ( 选择蜂窝广播消息) a r + c s m ps e ts m st e x tm o d ep a r a m e t e r s ( 设置短消息文本模式参数) a t 十c s m ss e l e c tm e s s a g es e r v i c e ( 选择短消息服务) 2 ，1 3 2 设置m o d e m 和串口读写 m o d e m 的应用实际上是一种特殊的串口应用，区别只是在于控制其拨号、连接、 断开连接等功能，其数据传输过程完全与串口相同。m o d e m 的状态除了拨号占据短 暂的时间之外，总是处于命令状态或在线状态。当m o d e m 启动后，首先处于命令 状态，连接后进入在线状态。在命令状态下m o d e m 不是和远端系统通信，而是准 备以a t 命令形式接收命令，只有在命令状态下，才能对m o d e m 进行控制，包括设 置修改参数等。在线状态下，m o d e m 与远端系统通信，这对m o d e m 不再对发送来 的数据进行解释，而是直接将其发送出去。这两种状态之间可以相互转换。设置 m o d e m 的参数主要包括短消息服务中心号码、发送模式等。 使用m o d e m 之前，需要设置m o d e m 所使用的串行端口。串行端口又叫c o m 端m 一般m o d e m 的通信端1 ：3 设置为c o m l 口。把m o d e m 上的串口与计算机的 c o m i 口相连就可以了。计算机的串口引线与m o d e m 的串口引线是一一对应的。 计算机串口通过u a r t ( 通用异步接收发送器) 这一集成电路来实现异步串行 通信。为了接收和发送数据，只要简单地从u a r t 读取字节或向u a r t 写字节。 u a r t 对c p u 来说相当于一个内存存储区或i o 端口，u a r t 电路既能处理字节的 配簧和解组，也能处理查询n 3 1 。 读写串v i 既可以采用查询方式，也可以采用中断方式。采用查询方式实现简单， 1 4 个基于s m s 的无线远程髓控系统的设计与实现第二章相关技术 但效率较低，利用中断方式实现较复杂，但效率较高。 读写串口前，必须