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基于交通流理论的短消息信息流研究 摘要 自从短消息随着g s m 移动通信系统走进人们的日常生活，短消 息业务( s m s ) 就以十分迅猛的速度发展着。使用短消息与亲人、朋 友沟通的人每年以几何数增长着，短消息在不到十年的短暂时间内， 成为了现代人独特而又不可或缺的彼此沟通与联系的方式。短消息业 务不仅仅改善了人们的生活方式，同时它蕴含的巨大商机也受到了运 营商的青睐。 多种多样的短信增值业务丰富了短消息的内容，但同时也增加了 短消息传输网络的开销。与此同时，由于短消息使用人数的快速增加 和人们对短消息依赖程度的加强，短消息传输网络面临着很大的负荷 压力。作为短消息网络的核心部件之一，短消息服务中心能否在强负 荷状态下保质保量地工作运行，往往是评价一个短消息网络好坏的关 键。 本文对短消息业务进行了深入的学习，并且对短消息服务中心作 了特别的研究。受到交通流理论的启发，提出了短消息排队模型来模 拟短消息服务中心，为进一步讨论短消息中心的性能打下基础。 另外，本文利用文中提出的模型对短消息服务中心的性能作出了 理论上的探讨，研究了中心的容量、处理能力与短消息负载强度之间 作用关系，为改善短消息中心的性能提出了建设性的意见和建议。 关键词：短消息短消息服务中心交通流排队模型 t h er e s e a r c ho ff l o wo fs h o r tm e s s a g e b a s e do nt r 虹f i cf l o wt h e o r y a b s t r a c t s i n c et h es h o r tm e s s a g ec a m ei n t op e o p l e sd a i l yl i v e sw i t ht h eg s m m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m , s h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) h a v eb e e n d e v e l o p i n go nav e r yr a p i dp a c e t h en u m b e ro ft h o s ew h ou s es h o r t m e s s a g e sw i t ht h e i rf a m i l i e sa n df r i e n d st oc o m m u n i c a t eg r o w sa n n u a l l y a n dg e o m e t r i c a l l y s m s ，i nl e s st h a nad e c a d e ，h a v eb e c o m eau n i q u ea n d i n d i s p e n s a b l ew a yo fc o m m u n i c a t i o na n dc o n t a c ta m o n gm o d e mp e o p l e s h o r tm e s s a g es e r v i c en o to n l yi m p r o v e sp e o p l e sl i f e s t y l e ，t h es a m e t i m e ，i ta l s oc o n t a i n se n o r m o u sb u s i n e s so p p o r t u n i t i e s aw i d er a n g eo fv a l u e a d d e ds e r v i c e se n r i c hs h o r tm e s s a g ec o n t e n t ， b u ta l s ot h e yi n c r e a s es h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o nn e t w o r kc o s t s a tt h e s a m et i m e ，b yt h eu s eo fs h o r tm e s s a g ea n da r a p i di n c r e a s ei nt h en u m b e r o fp e o p l ed e p e n d e n to nt h es h o r tm e s s a g e s ，s h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o n n e t w o r ki sf a c e dw i t hal o to fl o a dp r e s s u r e a sas h o r tm e s s a g es e r v i c e c e n t e r ( s m s c ) ，o n eo ft h ec o r ec o m p o n e n t so ft h en e t w o r k ，w h e t h e ri t c a l lr u np r o p e r l ya n dk e e paq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v es t a t eo ft h ew o r k u n d e rai n t e n s el o a dp r e s s u r e ，o f t e ni st h ek e yt oas h o r te v a l u a t i o no ft h e n e t w o r k s i nt h i sp a p e r , s h o r tm e s s a g es e r v i c ei ss t u d i e di nd e p t ha n d e s p e c i a l l ys h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r s u b j e c tt ot r a f f i cf l o wt h e o r y i n s p i r e das h o r tm e s s a g eq u e u i n gm o d e lt os i m u l a t et h es h o r tm e s s a g e s e r v i c ec e n t e r , w h i c hl a y saf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rd i s c u s s i o no nt h e p e r f o r m a n c eo fs h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r i na d d i t i o n ，t h em o d e lo ft h es h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e rp r e s e n t e d i nt h i sp a p e ri se x p l o i t e dt om a k eat h e o r e t i c a ls t u d yo ft h ep e r f o r m a n c e o fs m s c t h er o l e so fs y s t e mc a p a c i t y , a c c e s s i n ga b i l i t ya n dl o a d i n t e n s i t ya r ed i s c u s s e dt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fs h o r tm e s s a g e s e r v i c ec e n t e r , a n dc o m m e n t sa n ds u g g e s t i o n sa r eg i v e n 2 k e yw o r d s ：s m s ，s m s c ，t r a f f i cf l o w , q u e u i n gm o d e l 3 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：擞日期：竺翌堡塑塑 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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：麟蟊日期：塑颦垒翻主茎鱼 导师签名： i 蓝l 么日期：垒翌每翻生世盈 1 1 研究背景 1 1 1 短消息业务发展 第一章绪论 信息产业的发展为中国带来了巨大的机会和挑战，中国社会开始进入一个以 信息为核心的时代。如何快速准确实现入与人之间无时空限制的实时交流，对人 们的日常工作和生活已经具有越来越重要的影响。在上个世纪的绝大部分时间 里，电话一直是人们最主要的远程通讯手段。但是对广大中国企事业单位和家庭 来说，由于长期的电信垄断，电话费是一项比较高的支出。同时传统的电话只能 是进行语音通讯，形式单一，极大的限制了信息的交流，无法实现超越时空限制 的通讯。 短消息业务是移动网络为手机等终端或称为移动设备提供的收发间断文本 信息( 可扩展为数字以及二进制数据等) 的通信业务。第一条短消息与1 9 9 2 年 通过英国v o d a f o n g e 公司的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 络从一台计算机传送到一部手机上，自此开创了被称为“第六媒体”的新型通信 方式。虽然短消息通信方式在出现的最初一段时间里没有得到人们的充分认识， 但随着手机用户的迅猛增长，短消息的应用在近几年里得到了飞速发展，成为人 们最常使用的通信方式之一。【l 】 短消息业务的发展之所以如此迅猛，是由于其具备一些独特的优势：便捷( 具 有准实时通信的快捷性，和随时随地都能够使用的特点) 、费用低( 比移动语音 通信资费低很多) 、高效( 短消息可以通过软件自动发送，并且具有群发功能) 、 适用于自动处理( 便于计算机自动处理，节省人力成本) 、灵活性( 具有非实时 特点，避免不在线的接受终端丢失信息) 。【2 】 短消息作为一项极具吸引力和人气的增值业务，越来越成为以话音业务为主 导的移动通信网络的一个重要卖点。种类繁多的数据增值业务是基于短消息这种 移动数据通信手段的，如手机银行、手机证券、信息点播、移动o i c q 业务、无 线电子邮件、无线数据和传真等。我们在这里把这些业务统称为短信息业务。据 有关调查表明：目前全球1 个月的短信息发送量己达到1 5 0 亿条。率先开展此项 业务的欧洲，每天发送的短消息为2 0 0 0 万条，g s m 运营商8 至2 0 的收入来 自短消息。短信息业务像风暴一样席卷欧洲大陆。在中国，两大移动运营商实现 短消息的互连互通，短消息和基于短消息的各种新业务层出不穷。短信息服务具 6 有开通方便、收费低廉、内容丰富、应用广泛等特点，因而迅速获得了移动用户 的青睐。短信所蕴涵的巨大的潜在商机受到运营商的高度重视。【3 】 1 1 2 短消息中心 短消息的存储转发是通过短消息中心来实现的。短消息中心以标准的协议与 移动通信网络中的其它设备相连接，支持手机发起和接收短消息。短消息中心作 为移动通信网的一个重要组成部分，除了支持移动用户之间的点对点短消息发送 外，还通过向服务提供商开放接口支持相当丰富的增值业务，例如语音信箱消息 提示、新闻点播、股票交易、信息查询等。 s m s ( 短消息，s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 是通过移动网络用手机收发简短文 本消息的一种通信机制。s m s 采用存储转发模式，短消息被发送出去之后，不 是直接发送给接受方，而是先存储在s m c ( 短消息中心，s h o r tm e s s a g ec e n t e r ) ， 然后再由短消息中心将短消息转发给接收方。 最初的短消息中心多采用七号信令板卡插入工控机的形式，处理能力有限。 而且由短消息中心自己提供增值业务，没有提供开放的接口。从2 0 0 0 年开始， 随着交换机制造商的介入，开始采用具有强大处理能力的交换机的七号信令平 台。并且对外提供开放s m p p 接口，支持第三方业务开发【4 j 。因为中国的运营商 同时采用了g s m 和c d m a 两种移动通信制式，因此提出了对综合短消息中心 的需求。要求短消息中心可以同时支持两种制式，运行在两个网络中【5 】。 短消息中心的处理能力和转发时延在很大程度上受到数据库访问速度的影 响。数据库理论与技术的发展极其迅速，其应用日益广泛，在当今的信息社会中， 它几乎无所不在。在移动通信系统中，为了满足系统移动应用部分( m a p ) 对事务 处理的实时需求，需要采用内存数据库供协议处理。同时为了提高系统的容量以 及数据的安全与完备性，需要采用高性能商用数据库管理系统【6 】。随着移动通信 的发展，己经有人提出用于移动通信系统的专用实时内存数据库【_ 7 1 。 短消息中心的发展趋势是处理能力增强、时延减少、容量增大，业务更加丰 富多彩。【8 】 1 1 3 排队论 排队论起源于2 0 世纪初的电话通话。1 9 0 9 - - 1 9 2 0 年丹麦数学家、电气工程 师爱尔朗( a k e r l a n g ) 用概率论方法研究电话通话问题，从而开创了这门应用 数学学科，并为这门学科建立许多基本原则。2 0 世纪3 0 年代中期，当费勒 ( w f e l l e r ) 引进了生灭过程时，排队论才被数学界承认为- f - j 重要的学科。在第二 7 次世界大战期间和第二次世界大战以后，排队论在运筹学这个新领域中变成了一 个重要的内容。2 0 世纪5 0 年代初，堪道尔( d g k e n d a l l ) 对排队论作了系统的研 究，他用嵌入马尔柯夫( a a m a r k o v ) 链方法研究排队论，使排队论得到了进一步 的发展。是他首先( 1 9 5 1 年) 用3 个字母组成的符号a b c 表示排队系统。其 中a 表示顾客到达时间分布，b 表示服务时间的分布，c 表示服务机构中的服务 台的个数。一般用d 表示定长分布，用m 表示指数分布，用g e o 表示几何分布， 用e r 表示r 阶的爱尔朗分布，用h r 表示r 相超过指数分布，用g 表示一般分 布。例如，m f m n 表示到达间隔时间与服务时间都服从指数分布( 参数一般不相 同) 服务机构有1 1 个服务台的排队系统，g m 1 表示到达间隔时间服从一般分布 服务时间服从指数分布服务机构只有一个服务台的排队系统。后来人们在3 个字 母后又加了2 个字母，分别表示系统的容量和输入源中的顾客数，并在前两个字 母的右上角加字母以表示每次到达几个顾客和每次服务几个顾客。例如，m g “ 1 m n 表示到达间隔时间服从指分布每次到达毛( 毛可以为随机变量) 个顾客服 务时间服从一般分布每次服务n ( n 可以为随机变量) 个顾客服务机构只有一个 服务台且最多只能容纳m 个顾客输入源，最多只有n 个顾客的排队系统。如果 只有前3 个字母则表示系统的容量和输入源都是有限的。从2 0 世纪6 0 年代起， 排队论研究的课题日趋复杂，很多问题不是很难求得其精确解，就是求得的解非 常复杂不便于应用，因而开始了近似发法的研究。 排队系统由输入过程与到达规则、排队规则、服务机构的结构、服务时间与 服务规划组成。 一般还假设到达间隔时间序列与服务时间均为独立同分布随机变量序列，且 这两个序列也相互独立。 评价一个排队系统的好坏要以顾客与服务机构两方面的利益为标准。就顾客 来说总希望等待时间或逗留时间越短越好，从而希望服务台个数尽可能多些但 是，就服务机构来说，增加服务台数，就意味着增加投资，增加多了会造成浪费， 增加少了要引起顾客的抱怨甚至失去顾客，增加多少比较好呢? 顾客与服务机构 为了照顾自己的利益对排队系统中的3 个指标：队长、等待时间、服务台的忙期 ( 简称忙期) 都很关心。因此这3 个指标也就成了排队论的主要研究内容。 排队论的应用非常广泛。它适用于一切服务系统。尤其在通信系统、交通系 统、计算机、存贮系统、生产管理系统等发面应用得最多。排队论的产生与发展 来自实际的需要，实际的需要也必将影响它今后的发展方向。【9 】 8 1 2 研究内容与目标 短消息服务( s m ss e r v i c e ) 是移动电话网提供的相对简单的消息系统。目前使 用的短消息可被g s m ，c d m a 和t d m a 等移动网络支持。基于短信服务已经成 功运营很多年，但最近随着移动用户的爆炸式增长和大量新型短消息增值业务的 出现，使得短消息传输网络出现一些不尽如意的的表现。每当重大节日来临，短 消息业务量就呈几何数增长，各地普遍出现了短信“大塞车 的现象随着短信业 务的迅猛发展，短信中心的性能问题也逐渐浮出水面。在系统高负载，甚至超载 下怎样保证短信中心能够正常运行并维持较好的性能成为了引人注目的焦点。短 消息中心的发展趋势是处理能力增强、时延减少、容量增大，业务更加丰富多彩。 本文受到交通流理论的启发，通过建立短消息中心的排队模型，研究中心的容量、 处理能力与短消息负载强度之间作用关系，为改善短消息中心的性能提出建设性 的意见和建议。 1 3 本文的组织结构 作为讨论短消息系统的基础，第二章介绍了短消息业务的基本原理、体系结 构、工作流程、技术发展等，还介绍了g s m 系统的信道体系以及短消息传输信 道的工作规则。第三章对交通流理论作了简要介绍。第四章根据排队理论以及短 消息了中心的工作机制，提出了适用与短消息中心的消息排队模型。第五章里根 据第四章提出的短消息排队模型分析消息到达率、队列容量和处理能力对系统性 能的影响，并得出相关结论。 9 参考文献 【1 】s t e v e nn i e 短消息的发展历史摩托罗拉在线教程2 0 0 3 【2 】余建平短消息业务的发展与需求中国水运( 理论社会科学) 2 0 0 6 年第 2 期：1 5 4 1 5 5 【3 】刘冬明移动增值业务介绍及发展电信网技术2 0 0 3 年第8 期：6 - 9 4 】江海短消息增值服务系统及业务的实现电信科学1 9 9 9 年第1 2 期：5 3 5 4 【5 】聂延波s m s 网间互通解决方案通讯世界2 0 0 1 年第7 期：4 - - 4 2 6 】中国移动通信集团公司研发中心中国移动通信信息资源站实体与互联网短 消息网关接口协议第2 版北京：中国移动通信集团公司2 0 0 2 年：6 9 7 】彭峰移动通信网中h l r 和a u c 的功能分析与设计移动通信2 0 0 0 年第l o 期：1 8 - - , 2 1 8 】赵轶哲短消息系统未来网络建设趋势电子质量2 0 0 1 年第7 期：7 6 一- 8 1 【9 】陆传贲排队论北京：北京邮电出版社1 9 9 4 1 0 2 1 短消息业务 第二章短消息业务 自从g s m 移动通信系统问世以来，短消息作为其中一种独特的沟通方式。 这种利用移动通信网络收发简短文本信息的通信机制已经逐步成为现代人彼此 沟通的重要方式之一。 短消息业务包括两种业务模式：点对点短消息业务和小区广播业务。点对点 短消息业务又包括移动台( m o b i l es t a t i o n ，m s ) 发起的短消息业务和移动台终 止的短消息业务。移动用户除了用短消息彼此通信外，还可以接收来自信息提供 商的服务，如天气预报，新闻手机报、股市行情信息等。 2 1 1 短消息系统的体系结构 短消息业务( s m s ) 利用现在的移动通信传输网络的无线信道和短消息服务 中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ，s m s c ) 完成短消息的存储和转发。s m s 有 两中发送实体：一种是移动设备( m o b i l ee q u i p m e n t ，m e ) ，包括移动电话和其 他特定的短消息收发设备，即用户直接通过m e 由移动通信网络中的基站等设施 发送到短消息服务中心，再由短消息服务中心将该短消息转发到目的地址；另一 种是所谓的外部短消息实体( e x t e r n a ls h o r tm e s s a g ee n t i t y ，e s m e 或s m e ) ，这 是基于互联网进行短消息发送的短消息应用系统。 图2 1 很好的展示了短消息传输系统的结构 基本术语解释t 图2 - - 1 短消息体系结构示意图 - 短信息实体( s h o r tm e s s a g i n ge n t i t y , s m e ) ：它可以接收或者发送短信 息，位于固定电话系统、移动基站或其他服务中心内。 一短信息服务中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r , s m s c ) ：简称短信中 心，负责在基站和s m e 间中继、存储或转发短信息，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信息，协议名 为s m t p ( s h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 。 一 s m s 网关( s m c g w m s 或s m c g m s c ：s m s g a t e w a ym s c ) ：接收 由s m s c 发送的短信息，向h l r 查询路由信息，并将短信息传送给 接收者所在基站的交换中心。 归属位置寄存器( h o m el o c a t i o nr e 酉s t 盯，h l r ) ：用于永久存储由 s m s c 产生的管理用户和服务记录的数据库。s m s 网关与h l r 之间 的协议使前者可以要求h l r 搜索可找到的用户地址。它与移动交 换中心( m s c ) 、hl r 之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而 丢失报文、随后又找到时，加以提示。 一 移动交换中，i ) , ( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r , m s c ) ：负责系统切换管理并 控制来自或发向其他电话或数据系统的拨叫。 一 移动基站系统( b a s es t a t i o ns y s t e m ，b s s ) ：负责与手机进行无线通信。 短信息网关( i s m g ) ：为s p ( s e r v i c ep r o v i d e r ) 与短信息中心( s m s c ) 之间的数据交换提供了一条安全快捷的通道，向手机用户提供点播 s p 信息的服务。短信息网关包括与s p 进行连接的通信软件、与 s m s c 相连的协议软件、业务处理软件、网络管理软件、防火墙软 件和为计费提供原始话单的计费处理软件等。【l 】 2 1 2 短消息业务的基本原理 短消息数据流通过g s m 通信系统的控制信道进行传输。传送短消息业务的 控制信道为专用控制信道( d c c h ) 。d c c h 为点对点双向控制信道，包括独立专 用控制信道( s d c c h ) 、快速随路控制信道( f a c c h ) 和慢速随路控制信道 ( s a c c h ) 。短消息业务的传送在独立专用控制信道( s d c c h ) 或慢速随路控制信道 ( s a c c h ) 进行，具体是在s d c c h 上传送，还是在s a c c h 上传送，主要取决于 业务信道( t c h ) 的使用情况1 2 j 。短消息业务占用g s m 的控制信道，而不是业务 信道，因此与话音业务、数据业务互不干扰。 短消息是通过移动网络传输的有限长度的文本信息。每条短消息都要发送至 短消息业务中心完成存储和前转功能。每条短消息的信息量限制为1 4 0 个八位组 ( 7 比特编码，1 6 0 个字符) ，即最长为1 6 0 个英文字母或7 0 个汉字【3 1 。 1 2 短消息业务按其实现的方式可以分为点到点短消息业务和小区广播短消息 业务。点到点短消息业务即通过m o ( m s 发起短消息业务，m so r i e n a t e d ) 和m t ( m s 终止短消息业务，m st e r m i n a t e d ) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的 地的业务；而小区广播短消息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短 消息用户发送短消息的业务。点对点短消息业务能够使g s m 数字移动通信网的 用户可以发出或接收长度有限( 不超过1 4 0 个八位组字节) 的数字或文字消息，并 且短消息的收发不影响语音通话；短消息业务可以使网络端知道被叫方是否己经 收到短消息，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧会保留所传的 消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。 短消息的根本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。通过短消息中心及其相关增值业务系统还可以实现诸如股票交 易、银行业务、信息点播、g p s 监控、e m a i l 通知等信息服务，及日程安排、预 约留言、电话号码薄等移动秘书服务。【4 】 短消息是g s m 中唯一不要求建立端到端路径的业务，即使移动台已处于语 音通信情况下仍可进行短消息传输。 短消息通信仅仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。 因此，业务是非对称的，一般认为移动台起始的短消息( m o ) 传输与移动台终止 的短消息( m t ) 传输是独立的两回事。这一点也不阻碍实通话话，系统认为不同 的消息彼此是完全独立，短消息的传输总是由处g s m 外部的短消息服务中心 ( s m s c ) 进行中继，每条都有短消息有目的地或起源地，但是只与用户和s m s c 有关，而与其他g s m 基础设施无关。 移动起始短消息( m o ) ：一个g s m 用户发送短消息时，他必须在其内容中包 含最终地址的识别符，和处理这条消息的短消息服务中心号码，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。消息本身的传递要求在 无线路径上建立专用的链路层链接，并要求采用专用的消息传递协议。在规定的 协议栈的顶部，也就是所谓的传输层，在移动起始短消息情形下一，它是一条单 独的报文，即s m t p ( 不是t c p i p 的s m t p ) 短消息传送报文，低层处理应答的传 送，它只指出s m s c 己收到报文。 短消息服务中- t 1 , ( s m s c ) 实现短消息业务，它需要直接与移动业务交换中心 ( m s c ) 相连，因此短消息业务中心必须实现7 号信令的消息传递部分才能和m s c 建立通信。同时，短消息业务中心还要实现信令连接控制部分、事务处理能力部 分，以及移动应用部分中的短消息业务管理业务，这样才能实现高层的短消息发 送接收功能。 短消息的传递与发送是由短消息服务中心s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e c e n t e r ) 完成的。短消息业务中心的主要功能是存储和转发用户的短消息，它与 移动网在功能上是完全分离的实体。短消息业务中心依靠g s m 网的双向通信能 力，如果手机关机或不在服务区内，短消息中心的消息发送被拒绝，所有的短消 息将被存放在短消息中心的信箱内，一旦用户开机或回到服务区内，在网络注册 成功时，短消息中心就马上开始对用户发送消息内容。g s m 系统把每条消息都 作为一个单独的事件来对待，即短消息的发送和接收是独立的，两者之间不一定 要存在因果关系，消息的传送都要通过短消息业务中心中转。 短消息业务中心本身其实就是一个应用程序，运行在一台或几台服务器上， 其实质是一个数据库应用程序。短消息业务中心的核心进程担负着通过7 号信令 与移动交换机连接并发送接收短消息底层编码的任务。它收到一条数据后将其放 入数据库中，同时另一个进程试图将这条数据放入发送队列发送出去。如果成功， 这条信息将被删除以释放数据库空间，但统计信息将保存。如果不成功，则根据 设置的时间间隔进行重发，一直到发送成功或超过有效期为止。【5 】 2 1 3 短消息的工作流程 s m s c 系统作为一个独立实体，要接入到g s m 网络中，必须要与h l r ( 归 属位置寄存器) 、m s c ( 移动交换中心) 等实体配合工作，才能为移动用户提供短 消息业务。短消息系统与g s m 网络的接口功能由s m s i w g m s c 接口模块完成。 它以标准的信令方式与g s m 网络中的其它实体进行交互。而s m s c 与i s m g ( 短 消息网关) 之间通过互联网协议进行交互。 g s m0 3 4o 【6 j 标准中定义了短消息服务的具体技术实现，使得短消息能在移 动台m s 和短消息服务中心s m s c 之间传递。s m s c 是通过短消息网关互联m s c 同g s m 网络联系的。具体网络结构图如下： 1 辱= 爿 s m s g m s c ， s m s i w m s c 3 辱= = 哥 h l rv l r 图2 - 2 短消息传输的基本网络结构 1 4 5 辱= = 司 m s 短消息系统提供的短消息点到点服务可以分为两种基本服务： s mm t ( s h o r tm e s s a g em o b i l et e r m i n a t e d ) ：由s c 发起的将短消息从s c 发 送到m s ，即手机接收短消息。 s mm o ( s h o r tm e s s a g em o b f i eo r i g i n a t e d ) ：由m s 发起的将短消息从m s 发 送到s c ，即手机发送短消息。 2 1 3 1 短消息上传m o 服务 当一个移动用户想要发出短消息，要预先正确设置好短消息业务中心s m s c 的电话号码，然后通过移动台或短消息实体，输入被叫用户电话号码，才能将短 消息发出去。短消息的传输要求在移动台和m s c 之间建立信令连接，如果没有 这一信令连接，其完成方法同其他通信一样建立路径。消息本身的传递要求在无 线路径上建立专用的链路层连接，并要求采用专用的消息传递协议，即s m t p 短消息传递协议，它让用户做的是设置一个短消息的有效期。过期后，服务中心 不会再试图发送此条消息，而是销毁这条过期的消息。 移动台发送短消息的过程首先在无线信令链路上将s m s c 的电话号码、被 叫用户号码、短消息的内容等信息送到拜访寄存器m s c n l r 内。根据v l r 内 存储的用户数据检查用户是否具有短消息业务功能。若有，再根据s m s c 的电 话号码，将短消息转至s m s 网关，再由s m s 网关送到s m s c 内，由s m s c 暂 时存储起来。s m s c 收到短消息后会向移动台回送短消息己发送成功的确认信 息。 7 1 短消息系统提供的m o 服务允许移动用户提交短消息至短消息中心，并获 得相应的状态报告。m o 的网络结构图如下，其中x 是s c 和g s m 网的接口： x 图2 - 3m 0 网络结构图 m s 的功能： 编辑、发送短消息给s c ，并接收相应的发送报告 1 5 s c 的功能： 从m s 接收短消息 返回p l m n 所接收的短消息的状态报告 m s c 功能： 从m s 接收t p d u ，从v l r 获取m s 的m s i s d n 和相关错误信息。 如果v l r 指示出错：返回给m s 一个失败报告。 如果v l r 没错：检查l i p d a 参数 如果参数不对：返回给m s 一个失败报告 如果参数正确：将t p d u 传输给s m s i w m s c ，从s m s i w m s c 接收状态 报告，将它转发给m s s m s i w m s c 的功能： 从m s c 接收t p d u ；建立一个连接给指定的s c ，将t p d u 传输给s c ( 如 果地址正确的话) 如果接到s c 发来的己收到报告，s m s 1 w m s c 将其转发给m s c 如果在规定时间内没接到s c 的状态报告，超时了或是s c 地址无效， s m s i w m s c 返回给m s c 一个错误信息，而这个规定的时间取决于s c 与 s m s r w m s c 之间的协议。 一次短消息成功上传的流程： 主叫移动用户编辑好短消息，键入发送号码( 被叫移动用户号码) ，按发送， 将a n u m b e r ( 主叫号码) 、b n u m b e r ( 被叫号码) 、文本、s m s c n u m b e r ( 短消息中心号码) 及请求代码一起通过无线网络发送给所登记的m s c vl r 。 m s c v l r 接收到移动用户的申请，将b n u m b e r 、文本及消息代码发送 给s m s i w m s c 。 s m s i w m s c 根据s m s c 号码寻到s m s c ，将b n u m b e r 、文本及消息代 码发送给s m s c 。 s m s c 接收后，给m s c v l r 发送接收确认信号。m s c v l r 将成功消息 返给m o 移动用户。相应的流程图如下： 1 6 s m l l i i i l l i sms i wms cms c k e s s a g et r a n s f e r v l r l ms l la c c e s sr e q u e s t i o p e r a t i o ni n v o c a t i o no rm e s s a g et r a n s f e r l s u c c e s s f u lo p e r a t i o ni n v o c a t i o no rm e s s a g et r a n s f e ri n c l u d i n gr e p o r t 图2 - 4 上传成功的m o 流程图 如果短消息在其中的某一级传输中因为某种原因导致传输中断，那么这一级 部件将产生一个失败或是错误报告，并将其返回给提交短消息的m s 。比如s c 因为某种原因导致接收失败，那么s c 将给m s 发送一条失败报告【8 1 ，流程图如 下： sm i i sms 1 wmsc l l msc l i vlr i l ms ac ce b 0r c q ucs t i l q = = = = = = 二专： 二二：z 二_ 二：= = = = ：二：， f su c c c 8s f u io pcr a t i o ni n v oc ar i o nori ne ss a get r a ns f er i 1 1c i u d i n gr e por t er r o fr o p 0r t 图2 - 5 上传失败的m o 流程图 1 7 2 1 3 2 短消息下发m t 服务 当s m s c 要向g s m 用户发短消息时，它先要建立一条包含各种有利于接收 者的信息( s m t p s m s d e l i v e r ) 。这条信息中包含短消息内容、原发者的识别 符号及s m s c 收到该短消息的时间。与移动台发送短消息相似， s m t p s m s d e l i v e r 消息将在各种接口上传送。s m s c 把这条消息传给与中心 相连的关口站，关口站根据被叫用户的m s i s d n 号向相关的h l r 查询饵 l r - e n q ) ，查询是通过用于短消息的m a p c se n dr o u t i n gi n f o 消息报文 来实现的。p j 短消息系统提供的m t 服务允许短消息中心下发短消息给移动用户，并获得 相应的状态报告。s mm t 的网络结构图如下： 叵卜x 图2 - 6m t 网络结构图 s c 的功能： 下发一条短消息给一个m s ，保留该消息直到收到状态报告或是短消息有效 期到期 从p l m n 中接收状态报告 从m s 接收短消息 返回p l m n 接收的短消息的状态报告 s m s g m s c 的功能： 当一个从s c 发来的短消息t p d u 到达s m s g m s c 后，检查相应参数 当参数错误时：返回给s c 一个错误报告 如果参数没错误时：询问h l r ，发出一个s e n dr o u t i n gi n f of o rs h o r tm s g ， 接收相应的路由信息或是可能的错误信息 如果h l r 返回错误信息：给s c 一个恰当的错误报告 如果没返回错误信息：将该t p d u 传输给从h l r 路由得到的地址的m s c ， 然后接到从m s c 发来的状态报告 如果报告指出成功下发：通知h l r 成功下发到m s c ，这使h l r 通知所有 的s c ，创立并发送成功报告给s c 如果报告是失败报告：要求h l r 插入s c 地址到m w d 中和下发失败的原 因。建立一个到s c 的链接，创建并发送失败报告给s c ，通知s c 失败的原因， s c 可以调整重发算法 m s c 功能： 接收由g m s c 发来的t p d u 从v l r 获取位置信息 当得到v l r 的错误信息时：返回给g m s c 一个失败报告 v l r 没有错误时：将短消息传输给m s 。当短消息被m s 接收后m s c 得到一 个确认，将确认返回给g m s c 作为下发报告。或当收到m s 的失败报告时，将 失败报告返回给g m s c 如果在v l r 出现错误时：失败报告返回错误信息给m s 当一个m t - s m s 传输下发到m s 时，m s c 可以将t p d u 缓存在它的队列里， 缓存时间的最大值不能超过m s c 给g m s c 的响应的最大延迟。当m s 变成可达 后，缓存的t p d u 将基于f i f o 原则下发给m s 。如果一条消息没有在允许时间 内成功下发到m s ，m s c 将返回一个失败报告给g m s c 一次成功的短消息下发流程： s m s c 将短消息下发给s m s g m s c s m s g m s c 根据b n u m b e r 寻到其h l r h lr 将被叫用户的最新消息、i m s i 号码、登记m s c v l r 地址、是否开机、 是否呼转等返给s m s g m s c s m s g m s c 根据i m s i 号码、m s c v l r 地址将文本发给被叫用户 m s 接收消息后、由m s c v l r 向s m s c 短消息中心发确认消息 相应的流程图如下： 1 9 s ms m s - g m s ch l rm s c s g s n v l rm s illlii 鬯竺竺竺竺当 ilil ： ： ： ： l l 鱼蔓堕坠一 ll lls h o r t 8 8 9 e 。! 曼壁鱼! 塾鱼鱼r 一! i llii m t s m s1l i f l ! 一一一丛婴垒g 堕塑堕一一一一j ll 一 i 广 lp 些坚半墼坠叫 i i ii s m d e l i ，e r y 1 iii 婆竺竺磐 illi l lilii g = = = = = = j ：o p e r a t i o n i n v o c a t i o no rm e s s a g et r a n s f e r ：s u c c e s s f u lo p e r a t i o ni n v o c a t i o no rm e s s a g et r a n s f e ri n c l u d i n gr e i d l o r t 图2 - 7 下发成功的m t 流程图 当消息因各种原因不能成功发送时，发送失败消息的处理： 不存在用户、限制呼叫、无m t 功能。 s m s c 成功接收短消息请求后，向被叫归属h l r 问讯路由消息，送回消 息为被叫用户不存在、被叫用户限制呼叫或用户没有m t 功能时，s m s c 将 直接从前转数据库中删除此消息，不再发送。 被叫用户关机 s m s c 成功接收短消息请求后，向被叫归属h l r 问讯路由消息，得到路 由消息后发送s m ( 短消息) 。v l r 回送消息为用户关机，s m s c 将消息存 入前转数据库，同时报告被叫的h l r ，设置短消息为等待标识，s m s c 将 等待接收h l r 发送的用户开机消息后，再激活重发机制，重新发送。 被叫用户的消息内存空间己满 s m s c 成功接收短消息请求后，向被叫归属h l r 问讯路由消息，得到路 由消息后发送s m ，v l r 回送消息为被叫用户的消息存储空间己满，s m s c 将等待v l r 发送用户准备接收短消息提示后，再激活重发机制，重新发送。 网络信令拥塞、信令闭塞 s m s c 与网络单元间的通信出现信令拥塞、闭塞等问题时，将直接启 用转发机制时间表，按照规定的时间，定时进行发送尝试。 过期消