（计算机应用技术专业论文）短信服务网关系统的设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 短信服务网关系统的设计与实现 摘要 从上世纪中叶以来，发展最快的技术是数字移动通信技术和因特网技术，因特网已 经进入了千家万户，短信服务技术迅速在全球移动通信网络上形成了短信网络。随着两 种网络的迅速发展，两种网络中的数据开始进行互相传递，为了更好实现数据交换，本 文设计实现了一个短信服务网关系统。 短信服务网关系统的主要作用就是为因特网上的用户提供短信服务，它由因特网短 信服务设备( 服务器端) 和用户端( 客户端) 两部分构成。因特网短信服务设备是一种 嵌入式系统，因为它的资源受限，所以采用透明模式。在透明模式中，因特网短信服务 设备本身并不完成短信的收发的控制工作，它只是简单的转发因特网上传来的命令给短 信模块，然后再把短信模块产生的回复数据传送到因特网上，由用户端控制短信的发送 读取过程，对用户端来说，向因特网发送数据与直接向短信模块发送数据效果完全相同。 对用户端来说，它能直接操作短信模块，在用户端和短信模块间是透明的，所以称为透 明模式。透明模式使得同一时刻只能有一个用户端进行短信模块控制，否则就会出现控 制混乱。为了短时间内接收到达的不同连接，程序设计中设计了联接队列，对到来连接 进行排队，按照先来先服务的原则为用户端提供服务。用户端的作用是通过因特网控制 短信的读取和接收的过程，完成了接收和发送短信。 最后，本文对短信服务网关系统进行了测试和分析，分析结果表明在网络传输状况 良好的因特网上，短信服务网关系统完全能够满足因特网上短信的发送和读取，本系统 具有很强的应用价值。 关键词：短信服务；因特网短信服务；嵌入式因特网技术；因特网短信服务设备； 透明模式 一一 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d e s i g na n di m p l e m e n t o fs h o am e s s a g es e r v i c eg a t e w a ys y s t e m a b s t r a c t s i n c et h em i d d l eo ft h el a s tc e n t u r y , t h et e c h n o l o g yo ff a s t e s td e v e l o p m e n ti sd i g i t a l m o b i l ec o m m u n i c a t i o na n di n t e r a c t i n t e r a c th a sb e e nu s e db yt h o u s a n d so ff a m i l i e s s h o r t m e s s a g es e r v i c et h a ti so n eb r a n c ho fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sg r o w i n gq u i c k l y w i t ht h ee x p a n s i o no ft h e s et w on e t w o r k s ，t h ed a t ab e t w e e nt h e ms t a r t st ob et r a n s f e r r e dt o e a c ho t h e r t or e a l i z et h ed a t at r a n s f e rb e t t e r , t h i sa r t i c l ed e s i g n sa n dr e a l i z e sas h o r tm e s s a g e s e r v i c eg a t e w a y s y s t e m t h em a i nf u n c t i o no fs h o r tm e s s a g es e r v i c eg a t e w a ys y s t e mi s p r o v i d i n gs h o r t m e s s a g es e r v i c ef o rt h eu s e r so ni n t e r a c t o n ep a r to ft h es y s t e mi si n t e m e ts h o r tm e s s a g e s e r v i c ed e v i c e ( s e r v e r ) ，t h eo t h e ri su s e rs o f t w a r e ( c l i e n t ) i n t e r a c ts h o r tm e s s a g es e r v i c e d e v i c ei sak i n do fe m b e d d e de q u i p m e n t b e c a u s eo fl i m i t e dr e s o u r c e s ，t h ed e v i c ei sd e s i g n e d a st r a n s p a r e n tm o d e l i nt h et r a n s p a r e n tm o d e l ，i n t e m e ts h o r tm e s s a g es e r v i c ed e v i c ed o e s n o tc o n t r o lt h es e n d i n ga n dr e c e i v i n go fs h o r tm e s s a g e i to n l yt r a n s m i t st h ea tc o m m a n d s f r o mu s e rs o f t w a r et os h o r tm e s s a g em o d u l ea n dt r a n s f e r st h er e p l yd a t ao ft h em o d u l et o i n t e m e t u s e rs o f t w a r ec o n t r o l st h ew h o l ep r o c e s so fs e n d i n ga n dr e a d i n gm e s s a g e i ti s e q u i v a l e n tf o rb s e rt r a n s m i t t i n gd a t at oi n t e m e ta n ds e n d i n gd a t at os h o r tm e s s a g em o d u l e u s e rs o t h a r ec a no p e r a t e ss h o r tm e s s a g em o d u l ed i r e c t l y i ti st r a n s p a r e n tb e t w e e nu s e r s o f t w a r ea n dt h em o d u l e s ow ec a l lt h ed e v i c e 嬲t r a n s p a r e n tm o d e l t h i sd e s i g nm a k e st h e m o d u l em u s tb ej u s tc o n t r o l l e db yo n l yo n eu s e ra tt h es a m et i m e ，o ri tw i l lb ec o n f u s e d t o r e c e i v et h ed i f f e r e n tc o n n e c t i o n si ns h o r tt i m e ，c o n n e c t i o nq u e u ei sd e s i g n e d ；a l lc o n n e c t i o n s f r o mu s e r sa r ep u ti n t ot h eq u e u e i tp r o v i d e ss e r v i c ef o ru s e ri nf c f sp r i n c i p l e t h ef u n c t i o n o f u s e rs o r w a r ei ss e n d i n ga n dr c c e i v i n gm e s s a g eb yc o n t r o l l i n gm e s s a g eo f i n t e r n e t f i n a l l y , t h et e s t sa n da n a l y s i so fs h o r tm e s s a g es e r v i c eg a t e w a ys y s t e mi sm a d e t h e y p r o v et h a to nt h eh i g hq u a l i t yi n t e r a c t ，t h eg a t e w a ys y s t e mt o t a l l ys a t i s f yt h ef u n c t i o no f s e n d i n ga n dr c c e i v i n gm e s s a g eo ni n t e r n e t ，a n dc a nb eu t i l i z e di np r a c t i c a lp r o j c o t s k e y w o r d s ：s h o r tm e s s a g es e r v i c e ；i n t e r a c ts h o r tm e s s a g es e r v i c e ；e m b e d d e di n t e r n e t ； i n t e r n e ts h o r tm e s s a g es e r v i c ed e v i c e ；t r a n s p a r e n tm o d e l 一一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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诚挚 的谢意。 学位论文作者签名：同t 峰 签字日期：如o 、i 、，1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名 ：l 司蛑 导师签名： 签字日期：为、i 、3 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 因特网和短信网络的发展状况 随着计算机技术和通信技术的飞速发展，现代生活正在向数字化、信息化时代大 踏步前进。在数字化进程中，发展最快的技术就是因特网和全球移动通信技术，它们 为人们的生活带来了巨大的便利，正在改变着人们的生活方式。 c n n i c ( 中国互联网络信息中心) 二零零六年六月发布其第十八次调查数据，其 数据为：网民数量：1 2 ，3 0 0 万人。上网计算机数：5 , 4 5 0 万台。w w w 站点数：7 8 8 ，4 0 0 个。国际出口带宽数：2 1 4 ，1 7 5 m 。这些数据有力的说明互联网已经进入千家万户，成 为中国人生活中不可或缺的一部分。除了报纸、广播、电视这些传统或比较传统的媒 体外，被称为“第四媒体”的互联网以其快捷和实时刷新的优势己为人们所广泛接收。 与此同时，随着全球移动通信系统的迅速普及，短信服务业务作为全球移动通信 网络的一种基本业务日趋成熟。这个在技术上看来不很领先的应用己呈现蓬勃发展之 势，由于以全球移动通信系统作为无线传输网络，占用系统资源少，建网速度快，投 资费用少，所以应用前景非常广阔。在2 0 0 6 年春节期间，中国上行和下行的短信总量 达到2 4 2 6 亿条( 上行短信是通过手机发往因特网上的服务提供商的短信，下行短信 是因特网的服务提供商的短信发给手机用户的短信) 。在中非论坛期间，为了提醒广大 市民，北京市有关部门发送短信数量不少于五千万条。手机短信息这个“手指上的游 戏”发展如此迅速，进而成为一个新的产业，成为继因特网之后的“第五媒体”。 1 2 短信服务网关系统的提出 随着这两种媒体的迅速扩张，这两种媒体间的数据和信息开始交互，有大量的信 息开始通过因特网发送到短信网络或者从短信网络发送到因特网。我们称这种短信为 因特网短信服务，这种短信服务具有以下优点： 一 ( 1 ) 短信服务几乎可以任何环境下使用，不受空间限制；可以保证每天2 4 小时 可用，不受时间限制。 ( 2 ) 短信服务采用的是存储转发机制，即短信被发送出去之后，不是直接发 送给对方，而是先存储在短信息服务中心( 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 ) ， 然后再由短信息中心将短信转发给接收方。如果接收方关机或不在服务区内，s m s c 就 1 东讹大学硕士学位论文 第一章绪论 会自动保存该短信，等到接收方在服务区出现的时候再行发送。 ( 3 ) 短信服务传送有发送确认功能，可以保证可靠性。 ( 4 ) 短信服务收费低廉，用户使用成本便宜。 ( 5 ) 由于因特网发展迅速、分布广泛，用户使用方便。 ( 6 ) 因特网与短信网络结合，可以进行发送者和接收者间交互，实现了两者的互 动功能。 由于以上优点，因特网短信服务成为短信服务中增长最快的组成部分，也是最有 特色的部分如铃声、图片的下载和网上聊天等。为了更好的传送因特网短信服务，在 两种网络间传输数据和信息，本文设计实现了短信服务网关系统。因为它连接短信网 络和因特网，跨越了两种网络，能够提供基于因特网的短信服务，所以称为短信服务 网关系统。短信服务网关系统采用客户朋艮务器结构，分为因特网短信服务设备和用户 端软件两部分，其中因特网和短信网络的连接部分因特网短信服务设备也是服务 器端，用户端也包括客户端部分。因特网短信服务设备是一种嵌入式系统。具有嵌入 式系统的以下优点： ( 1 ) 嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式c p u 与通用型的最大不同就是嵌 入式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集 成度高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利 于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强。 ( 2 ) 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争 在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力，可以使用价格便宜处理器，降低成本。 ( 3 ) 嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮 于磁盘等载体中，提高了执行速度和系统可靠性。 用户端程序与因特网短信服务设备连接，可以完成短信的收发、管理以及对短信 模块控制的功能。它为具体的应用开发提供接口函数，用户可以方便的利用用户端的 接口函数，对设备的功能进行扩展，与具体的应用结合起来。 短信服务网关系统的硬件价格便宜，嵌入式软件部分也不是十分复杂，总体实现 的功能也相对简单。但是借助用户端程序，可以完成因特网中短信的收发和管理功能。 在实际的系统中，许多应用的设计和实现需要基于因特网的短信服务，如无线抄表、 无线数据传输业务、设备的监控和远程测量等。这些项目一般都比较小，对短信服务 的速度要求不高，短信服务网关系统可以做它们的中间部分。 一2 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 从技术方面说，短信服务网关系统结合嵌入式因特网和短信服务两种新兴的技术， 关于这两种新兴的技术情况将在第二章进行详细的讲述。 1 3 论文的组织结构 本文共分为六章，以下是各章的简要介绍： 第一章是绪论，描述了因特网和短信网络的发展现状，为了在两种网络之间更好 传递信息和数据，提出了短信服务网关。 第二章是短信服务网关系统的技术背景，介绍了嵌入式因特网相关的知识和技术 以及与点对点短信的分层结构、a t 命令集和短信服务的优缺点。 第三章是因特网短信服务设备的设计，包括短它的硬件设计和嵌入式软件设计。 第四章是因特网短信服务设备的实现，包括硬件设计实现和嵌入式软件的实现。 硬件设计的实现包括因特网模块的实现和基于g s m 网络的短信模块的实现。软件实 现部分描述了基于嵌入式网络操作系统e t h e m u t 的因特网短信服务模块的软件的实现 过程。 第五章是用户端设计实现与系统测试，描述了利用w i n s o e k 发送和接收数据的过 程，并具体讲述了用户端使用a t 命令，完成p d u 格式收发中文短信的过程。本章结 尾对短信服务系统进行了测试和性能分析，得出本系统性能和实用性的评价。 第六章是总结与展望，总结了本文完成的工作，对系统改进做了展望。 一j 一 东北大学硕士学位论文第二章短信服务网关系统技术背景 第二章短信服务网关系统技术背景 短信服务网关系统是嵌入式因特网技术与短信服务技术结合产生的，它使用嵌入式 因特网技术接入因特网，使用短信服务技术进行短信的收发。两种技术的结合实现了通 过因特网中任何用户端收发短信和进行短信模块的控制的功能。本章介绍了嵌入式因特 网技术和短信服务相关的技术背景。 2 1 嵌入式因特网技术 嵌入式因特网技术是一种设备接入技术或者说一种异种因特网技术，它主要解决 的问题是利用因特网和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到因特网的 设备和异类予网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作，从而使用户对接入到因 特网上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。 因特网通信协议对计算机系统的c p u 速度、存储器容量等的要求比较高，用于p c 系统不存在任何困难，但是用于自身资源有限的嵌入式系统就必须根据需要有所取舍， 应当合理选择通信协议的实现和处理方案。 嵌入式因特网技术与m c u 技术密切相关。利用单片机实现嵌入式因特网方案的技 术难点是：如何利用单片机本身有限的资源对信息进行t c p i p 协议处理，使之变成可 以在因特网上传输的i p 数据包。我们的宗旨就是要最大限度地利用嵌入式系统资源， 根据t c p i p 协议对网络数据信息进行最高效的处理。 2 1 1 嵌入式因特网技术方案 目前，存在多种实现嵌入式因特网技术的方案，这里主要介绍本设计使用方案：微 处理器微控制器+ 实时操作系统( r t o s ) ，微处理器为8 位或1 6 位的嵌入式系统，具 有较强的计算处理能力，通过设计合理的最小系统，能够提供实现因特网协议栈所需的 资源和性能；在嵌入式操作系统( r ：i o s ) 是嵌入式软件开发的平台，在带有因特网驱 动的r t o s 上进行软件开发，可以使用完成了的t c p i p 协议栈，协议栈支持t c p i p o v e r p p p ( p o i n t - t o p o i n t ) 或者t c p i po v e re t h e r n e t 的方案，设计良好的应用编程接口为高 层协议软件提供访问因特网进行通信的函数，访问因特网并不困难，基于嵌入式因特网 技术的应用设计者可以专心完成嵌入式因特网应用的功能实现。目前微处理器厂商如 m o t o r o l a ，i n t e l ，a m d ，a r m 等公司都支持r t o s ，软件提供商如w i n dr i v e rs y s t e m ， - - 5 东北大学硕士学位论文第二章短信服务网关系统技术背景 t a s k i n g ，c m x ，a c c e l e r a t e dt e c h n o l o g y 等公司提供面向不同类型和需求的嵌入式软件 产品，其中，也有很多免费的r t o s 。随着微处理器价格急剧下降，利用r t o s 开发嵌 入式应用系统已经逐渐成为趋势。根据系统性能的要求，选择合理的微处理器及其开发 套件，选取适当的r t o s 软件包，可以提高系统开发效率，最终达到系统目标。 嵌入式网络通信和实时操作系统是嵌入式工业的新兴应用领域，随着高位微处理器 性能提高、价格下降，数字化设备将会具有更强的处理能力，嵌入式系统的开发也越来 越复杂。这种方案明显具有非常强的灵活性和实用性，可以得到更广泛应用。 2 1 2t c m p 协议 把嵌入式设备连接到因特网，实现数据信息交换、远程访问和设备控制，必须给它 们嵌入t c p i p 协议栈，或者给他们构建一个嵌入式因特网服务器，t c p i p 2 2 ，2 4 1 协议的 实现是其接入以太网的关键技术。 协议层次模型： 分层的原理是将每一层协议的实现细节对相邻协议层加以屏蔽，提供服务访问接口 进行层间数据传递，各层数据独立封装。发送和接收端的各层协议存在逻辑上点对点 ( p e e r - t o - p e e r ) 连接。因特网因特网协议层次模型，如图2 1 所示。 图2 1 因特网协议层次模型 应用层 传输层 网络层 链路层 f i g 2 1m o d e lo f i n t e m e tp r o t o c o lk v e l 数据封装体现协议层次模型的重要特征。每层协议按照自己的方式进行数据成帧。 数据发送时，各层在收到的上一层数据前面添加对应的头部信息，进行数据封装，然 后传递到下一层；数据接收时，各层对数据进行解包，剥离出头部信息，进行适当的 一6 一 东北大学硕士学位论文 第二章短信服务网关系统技术背景 保存，然后将数据传递到上一层处理。 协议栈各层的技术特征： ( 1 ) 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 物理层是网络的基础，处理传输介质信道上原始的比特流，提供物理的、电气的、 过程的、功能的接口。任何的设备都是通过网络接口卡( n 1 c ) 连接到网络。 ( 2 ) 数据链路层( d a t al i n kl a y e r ) 数据链路层加强物理层传输原始比特流的功能，为网络层提供设计良好的服务接 口，完成物理比特流成帧、差错控制和流量控制功能。 数据链路层由两个子层组成：上层逻辑链路控制( l l c ) 子层，处理比特流成 帧，实现与高层的服务接口；下层介质访问控制( m a c ) 子层，完成物理设备驱动 控制、管理设备、处理中断和d m a 控制。 网络设备对物理层和数据链路层协议的处理由网络接口卡( n i c ) 完成，在因特网 中每个n i c 都有一个唯一的m a c 地址。 ( 3 ) 网络层( n e t w o r kl a y e r ) i p 协议是因特网网络层协议，根据口首部中的i p 地址，保证源端分组正确传送到 目的端，完成分组路由选径，对跨因特网接口的分组进行分片和重组。 a r p 协议是地址解析协议，确切的说位于t c p i p 协议栈中网络层与数据链路层之 间的接口层。在e t h e m e t 因特网中，a r p 协议完成网络层i p 地址到数据链路层m a c 地 址之间的映射。 ( 4 ) 传输层( t r a n s p o r tl a y e r ) 传输层实现端到端的有序分组传递，t c p i p 协议栈提供了两种传输层协议：t c p 可靠的面向连接的传输，u d 卜啊不可靠的无连接的传输。 t c p 协议提供可靠的字节流传输服务，实现超时重传和确认机制，对数据段进行失 序纠正、检验校验和，实现流量控制和拥塞控制。 u d p 提供不可靠的数据包传输服务，不实现数据确认和重传机制。每个u d p 数据 报作为独立的单元进行传输。 t c p i p 作为通用的连接到因特网的机制，已经广泛的使用于p c 系统。在通用系统 中，t c p i ：p 协议栈嵌入在操作系统内核中实现，协议实现的细节被屏蔽，提供给用户应 用编程接口( a p i ) 。用户对通信协议的访问和使用，通过系统提供的a p i 实现。在图 2 1 中，应用层和传输层之间的通信通过s o c k e t 插口类型实现，存在两类s o c k e t 插口： 无连接的数据报插口( d a t a g r a ms o c k e t ) 和面向连接的字节流插口( s t r e a ms o c k e t ) 。 一1 一 东北大学硕士学位论文 第二章短信服务网关系统技术背景 ( 5 ) 应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ) t c p i p 协议栈层次模型中的应用层对应于开放系统互连( o s i ) 层次模型中的会话 层、表示层和应用层。 应用层包括t c p i p 因特网应用程序：网络文件系统( n f s ) 、w e b 服务器或浏览器、 t f t p 简单文件传输协议以及客户服务器事务协议。 嵌入式因特网技术中，操作系统提供大部分协议得实现，但是应用一般要对这些协 议进行剪裁，去掉应用不需要的部分，减少内存空间的使用，减少应用的成本，降低产 品价格。 2 1 3t c p i p 的实现要素 嵌入式开发一般要求具有很强的实时性，所以大多数嵌入式操作系统为实时系统。 随着嵌入式工业的持续增长，t c p i p 源代码被经过修改以后移植到嵌入式开发的平台 r t o s 中。大多数r t o s 厂商和协议厂商将t c p i p 作为实现嵌入式协议栈的基础，但是 修改和利用其源代码、并移植到嵌入式实时环境实现，必须对以下的因素0 1 * 1 5 1 加以考虑： ( 1 ) 缓存管理 网络固有的异步特性要求系统创建并管理缓冲区保持网络数据。缓冲区管理是实时 系统设计的重要方面。缓冲区分配方案可分为：静态分配和动态分配。方案的选择由嵌 入式系统的实际需要决定。 ( 2 ) 最小化数据拷贝 现在大多数n i c 采用d m a 方式将接收到的数据直接存放到缓冲区，系统通过指针 操作，而不是数据拷贝方式，将缓冲区中的数据沿协议栈向上传递，减少由于数据拷贝 引入的系统开销。 ( 3 ) 最小延迟时间 实时操作系统r t o s 的存在不应增加额外的延迟。处理中断的接口必须快并且具有 确定性。在处理帧的物理发送和接收请求的中断过程中，r t o s 不应增加任何延迟。处 理分组要求大量的上下文转换和c p u 处理，这样就增加了使用操作系统的重要性，即 具有最小线程任务转换时间的操作系统。 ( 4 ) 并发处理 最早的t c p i p 协议实现是基于u n i x 系统，依靠操作硬件中断级和软件中断级的 临时改变来消除资源竞争问题。但是在由任务构造的系统中，共享资源的访问需要额外 的保护方法。 8 东北大学硕士学位论文第二章短信服务网关系统技术背景 ( 5 ) 定时器管理 为了减少占用c p u 资源，避免导致并发问题发生，协议中用于连接管理的定时器， 要由r t o s 统一负责超时和重设定时。 2 2 短信服务 s m s 是短信息服务p 7 1 ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 的简称，它是移动通信技术提供的 一项基本数据业务。s m s 通过无线控制信道进行传输，经短信业务中心完成存储和前转， 实现手机发送和接收有限长度的文本信息的功能。一条短信最多可以包含1 6 0 个英文字 母( 7 一b i t 编码) 或7 0 个非拉丁字母( 1 6 b i t 编码) ，如中文汉字。虽然短信服务是移动 通信技术第一阶段( p h a s e1 ) 的标准，但目前s m s 己经被集成到了很多网络标准中， 如g s m 、c d m a 、t d m a 和p h s 等移动网络都支持s m s ，这使s m s 成为一项非常 普及的移动数据业务。短信按实现的方式可以分为小区广播短信( c b s ) 和点到点短 信( s m s ) 。我们通常提到的短信业务主要是指点到点短信。本文研究的短信业务也是 指点对点短信业务。 在点到点短信业务中，短信可以是从一个移动台发送到另一个移动台，从一个计算 机到一个移动台，或者相反。这些消息由短信业务中心( s m s c ) 来保存，并在可以传 递时转发消息。每个短信网络必须支持一个或多个s m s c 对消息进行分类和确定路由。 点对点短信是g s mp h a s e1 标准定义的业务，它通过信令信道传送，在无业务信道呼叫 时使用s d c c h ( s t a n d - a l o n ed e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l ，独立专用控制信道) ，有业务信 道呼叫时使用s a c c h ( s l o w a s s o c i a t e dc o n t r o lc h a n n e l ，慢伴随控制信道) ，由于短信 的传送使用信令信道，因此数据速率很有限。 2 2 1 短信服务的协议结构 短信协议结构【3 6 1 由应用层来的短信经过传输层、中继层、连接管理子层和以下的移 动管理予层、无线管理子层将短信发送到m s c 。来自应用层的最多1 4 0 字节的编码短 信，添加了收件人地址后被包装入t l 传输层的协议数据单元p d u 中( 称为t p d a t a ) ， 然后被包装于r l 中继层的p d u 中( 称为r p d a t a ) ，包括电话号码式的s c 服务中 心地址，r l 层的p d u 本身被包装于c p d a t a 式的c p 连接管理子层控制协议的p d u 中。借助于l 2 这层的s a c c h 或s d c c h 的数据帧，将短信变成突发脉冲( b u r s t ) 的 形式发送出去。突发脉冲是短信的传输单位，s a c c h 和s d c c h 都采用4 个连续突发 脉冲为一组的编码，也即s d c c h 和s a c c h 的原始数据由4 个突发脉冲携带。短信的 一9 一 东北大学硕士学位论文 第二章短信服务网关系统技术背景 数据封装如图2 2 所示。 l l 巨匹习匹习亩 图2 2 短信结构图 f i g 2 2s h o r tm e s s a g ep a t t e m 发送短信要使用s d c c h 或s a c c h 信道，具体是哪一种，取决于业务信道( t c h ) 的使用。当t c h 未分配，也就是不在通话中时，短信占用s d c c h 信道。如果短信在 s d c c h 上处理时分配了t c h ，即进行通话时短信传送将停止并继续在t c h 随路的 s a c c h 信道上传送如果短信到达时，t c h 己分配，则短信在随路的s a c c h 信道上传 输；当采用t c h 的实体结束其处理时，无线资源管理( r r ) 子层可选择在s a c c h 上 继续进行短信传送或将它转至s d c c h ，综上所述，发送短信只能在s d c c h 或s a c c h 信道上传输。 l 2 层的s d c c h 一个数据帧最多只能携带2 3 字节的信息，来自连接管理子层 ( c o n n e c t i o nm a n a g e m e n t ) 的2 51 字节的数据单元需要2 51 2 3 = 11 个数据帧来传输，每 帧由物理层的一个块传送，即四个突发脉冲b u r s t 。在物理层，一个t d m a 帧持续4 6 1 5 m s ，控制信道( b c c h ，c c c h ，s d c c h + s a c c h ) 安排在5 l 复帧中，s d c c h 的每个 块的重复周期为5 1 个t d m a 帧，因此在s d c c h 上发送2 5 1 字节c p d a t a 的时间为 1 l + 5 l 4 6 1 5 m s = 2 6 s 。 l 2 层的s a c c h 一个数据帧最多只能携带2 l 字节信息，因此需要 2 5 1 2 1 = 1 2 个数 据帧来发送。业务信道( t c h + s a c c h ) 安排在2 6 复帧中，伴随t c h 的s a c c h 每个 块的重复周期为1 0 4 个t d m a 帧，因此在s a c c h 发送2 5 1 字节c p d u 的时i c j 为 一1 0 东北大学硕士学位论文第二章短信服务网关系统技术背景 1 2 1 0 4 4 6 1 5 m s = 5 8 s 。所以被层层封装的一条1 4 0 字节的短信，占用s d c c h 信道在空 中接口需要2 6 s 才能发送完毕，而占用s a c c h 信道在空中接口则需要5 8 s 才能发送 完毕。 2 2 2 a t 命令 a t 命令又称贺氏指令 4 2 , 4 3 1 ，最初是由贺氏( h a y e s ) 公司制定，作为计算机和调制 解调器之间进行通讯的标准语言，主要用来控制调制解调器( m o d e m ) 的拨号、应答等 控制功能。2 0 世纪9 0 年代初，由于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 sb l o c km o d e 的协议，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e t s i 的g s m0 7 0 5 标准和之后的g s m0 7 0 7 标准。 a t 命令就是终端设备t e 向终端适配器t a 发出的命令，至今所有的命今格式帧都 以”a t 开头，且a t 必须同为大写或小写。如”a t ”或“a t ，是不允许的。a t 命令按照控 制功能得不同分很多种，可以通过a t 命令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充 业务、传真等方面的控制，不同的接收终端支持的a t 指令集是不同的，可以根据用户 的需求进行定制。与短信控制相关的通用a t 命令如下： ( 1 ) a t + c p m s ：选择短信存储区命令，该命令允许定义读写短信的存储区。 命令格式a t + c p m s = ，【 】， 】 ：读、删除短信存储区( a g 在s i m 卡上为缺省值) ：写、发送短信存储区( 存在s i m 卡上为缺省值) ：新消息存储区设置，如果没有设置保存在p c 中，默认为s i m 卡。 ( 2 ) a t + c m g f ：选择消息格式，选择的消息格式存储在e e p r o m 里。 命令格式a t + c m g f = 0 为p d u 格式；1 为消息为t e x t 文本格式。 用p d u 格式，包括所有头信息的短信，以二进制方式传送( 写成十六进制的格式) ， 用t e x t 格式，命令和响应均为a s c i i 字符。 ( 3 ) a t + c s d h 显示t e x t 方式参数，这个命令只用于t e x t 方式。 ， 命令格式a t + c s d h = v a l u e0 ：不显示h e a d e r 值；l ：显示h e a d e r 值。 v a l u e 值决定是否将c m g r 、c m g l 附加信息也显示出来。 一1 】一 东北大学硕士学位论文 第二章短信服务网关系统技术背景 ( 4 ) a t + c n m i ：新消息提示，用于设置和查看新消息提示和达到方式。 命令格式：a t + c n m i = ， ， ， ， b 丘 ：控制指示信息的处理，有0 、1 、2 、3 四种模式。 ：短信状态报告的指示方式，0 为不发送状态报告到终端设备t e ，1 为发送报 告到终端设备t e 。 ：取0 表示在m o d e 为1 3 的情况下，将t a 缓存区中的指示消息传给终端设 备t e ，取1 表示在m o d e 为l 3 的情况下，将终端适配器t a 缓存区的指示消息 清空。 ( 5 ) a t + c m g l ：列举短信，用户使用该命令来读取某种类型的存储的短信。 命令格式：a t + c m g l = 采用t e x t 方式的响应： + c m g l ： ， ， ， 】， ， ， + c m g l ： 采用p d u 方式的响应： + c m g l ： ， ， ， i e n g t t p 刊：m g l ： r i d 代表回车换行符号， 的取值如表2 1 所示。 表2 1s t a r 的取值 t h b l e 2 1v 射h eo f s t a t 字符型，m t 电话本上与 d 驴或 对应的名字 字符型，g s m 0 3 4 0 传输协议的目的地址。 字符型，g s m 0 3 4 0 传输协议 发起端地址。 一1 2 东北大学硕士学位论文 第二章短信服务网关系统技术背景 短信用户数据，以文本模式返回。 整型，文本模式时为 的长度，p d u 时为p d u 的字节数。 整型，在相应存储器支持的短信容量内的值。 短信的p d u 编码，有短信中心地址、消息内容等信息经过重新编码得到。 时间格式，短信服务中心的时间戳。 整型，目的地址类型，当 的第一个字符为+ 时，为1 4 5 ，其它为1 2 9 源数据类型。 ( 6 ) a = r + c m g r ：读取记录号为i n d e x 的短信，从短信存储器中返回短信。 命令格式a t 十c m g r = ：记录号为内存中的存储位置。如果短信的状态为r e c e i v e du n r e a d ，那么 此条短信在存储器中的状态将被改写为r e c e i v e dr e a d 。 ( 7 ) a t + c m g s ：发送短信，可以发送各种类型的短信。 采用t e x t 方式的命令格式： a t + c m g s - - s c a 为新短信中心号码，t o s c a 为短信中心类型与前面相同。 一1 3 东北大学硕士学位论文第二章短信服务网关系统技术背景 说明：如果p d u 模式下短信中心用于发送和写命令，要求p d u 编码的短信中心 s m s c 地址等于零。 在用户端的编写过程中，使用了选择消息格式命令，短信发送命令和短信列举命令， 但是可以根据具体应用的需要，用户端可以扩展，扩展部分可以使用所有的短信命令。 2 2 3s m s 的优点和局限性 短信业务是全球移动通信系统中最为简单、最方便的数据通信方式。短信业务的优 点如下； ( 1 ) 收费低廉。对于消费者来说，资费始终是首要关心的问题。尽管语音业务资 费不断下调，但相对短信服务费用来说还有很大差距。消息服务单向收费，接收方免费， 价格优势不言而喻。 ( 2 ) 随时随地。短信跟电话不一样，打电话要求接听方同时在另一端，而短信用 户可以随时随地地发送短信，不用担心对方有没有开机，也不用担心对方是否在服务区， 因为短信息是采用存储一转发方式，短信服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原 因而没有收到的短信临时存储，并设置等待标志，一旦对方开机或回到服务区，g s m 系统会及时通知短信服务中心重发，用户即可收到短信。 ( 3 ) 多种数据承载能力。短信服务有三种模式：块模式、文本模式和p d u ( p r o t o c o l d e s c r i p t i o nu n i t ) 模式。其中，p d u 模式时下最为流行，通过p d u 编码可以传输文字、 声音及图像，随着s m s 的升级版e m s 和m m s 的出现和发展，短信将能够支持更丰富 多彩的数据。 ( 4 ) 可以保障传输中的安全。如果用户使用s t k 卡，那么短信在发送之前，可以 通过s t k 卡将信息加密后进行传输。在到达目的地后由接收者将信息解密。实现点到 点的信息安全保障。 由于s m s 属于g s m 第一阶段的标准，c d m a 网络也采用了这个短信服务的标准。 但是它也存在很大的局限性，主要包括以下几点： ( 1 ) 消息长度有限。由于g s m 的协议规范规定，s m s 消息长度不能超过1 4 0 个 字节。如果发送的短信内容过长，则需要拆分成多个消息分别发送，分段的结果使得 s m s 的成本变高。这无意限制了短信在数据量大的领域的应用。 ( 2 ) 数据传输速率低，等待时间长。s m s 提供的数据传