（电力系统及其自动化专业论文）互联网短信网关的分析与设计.pdf

软件的扩展性。总之，软件的设计较好的解决了网关吞吐量和扩展性的问题。 最后，文章指出了该软件系统需进一步完善的方面。 关键词：短消息业务存储转发网关互联网 t h e a n a l y s i s a n d d e s i g n o f t h ei n t e m e t s h o r t m e s s a g eg a t e w a y m a j o r ：p o w e rs y s t e m a n da u t o m a t i z a t i o n m a s t e r ：d e n g l i h u a a d v i s o r ：h u a n g h u a i ng s m n e t w o r k , p o i n t - t o p o i n ts h o r tm e s s a g es e r v i c es u p p o r t sm e s s a g e t r a n s m i s s i o nw i t h o u t ，t l a f t 日ec h a n n e lf l r c h ) f o rm o b i l es u b s c r i b e r s n o wt h es e r v i c e a p p l i c a t i o ni sv e r ye x t e n s i v ed u et ol o wc o s t sa n dc o n v e n i e n tu s a g e o nt h eo t h e r h a n d ，i n t e r n e ts e r v i c ed e v e l o p ss w i f i l y ，a n di n f o r m a t i o nr e s o u i e sa r ev e r yr i c h i n o r d e rt om a k em o b i l es u b s e r i b e rs h a r et h e s er i c h r e s o u r c e s ，i m p l e m e n t i n g c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ng s ma n di n t e m e ti st h ef i r s t p r o b l e m i n t e r n e t s h o r t m e s s a g eg a t e w a y ( i s m g ) i sj u s tak e r n e le n t i t yt or e s o l v ei t ，w h i c hl i e sb e t w e e n t w o n e t w o r k sa n di sr e s p o n s i b l ef o rt r a n s f e r r i n g ，i n s p e c t i n ga n dr e c o r d i n gm e s s a g e s o ， w i t hi n c r e a s i n go fu s e r sa n di n f o r m a t i o n t h ep e r f o r m a n c eo fi s m gi st h ek e yf a c t o r o f i n t e m e ts h o r tm e s s a g e a p p l i c a t i o n a c c o r d i n g t om o n t e m e ts h o r t m e s s a g e s e r v i c e s i g n a l i n gf l o ws p e c i f i c a t i o n , l i n u xcl a n g u a g ei sa d o p t e dt o i m p l e m e n ti s m gs o f t w a r es y s t e mi nt h i s t h e s i s c a p a c i t ya n de x p a n s i b i l i t yh a v ea l s ob e e nr e s o l v e dt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f i s m gw i t l le m p h a s i s t h i st h e s i sf i r s td i s c u s s e ss h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o np m t o c o lw h i c hi su s e d f o r s e n d i n g a n dr e c e i v i n gs h o r t m e s s a g e s i n p l m n ，e s p e c i a l l ya n a l y z e st w o p r o t o c o l sr e l a t e dt oi s m g ：c m p p ( u s e d t oa c c e s sg s m n e t w o r k ) a n ds m p p ( u s e d t o a c c e s si n t e m e tn e t w o r k ) t h e nt h ef u n c t i o n so fi s m ga r e c o n f i r m e d , n a m e l y p r o t o c o lc o n v e r s i o n ，r o u t i n g , s t o r e - a n d f o r w a r d , f e e i n ga n ds oo n f i n a l l ya c c o r d i n g t os h o r tm e s s a g es e r v i c es i g n a l i n gf l o ws p e c i f i c a t i o n , t h i st h e s i sf o c u s e so nt h e d e s i g n o ft h es o f t w a r es t r u c t u r e ，w h i c h c o m p l e t e si s m gb a s i c f u n c t i o n s t h i s g a t e w a y s o f t w a r ec o n s i s t so ff i v e p a r t s a s f o l l o w s ：p a c k a g eh a n d l i n gm o d u l e ， c o m m u n i c a t i o n a g e n tm o d u l e ，r o u t i n gm o d u l e ，s t o r e a n d - f o r w a r dm o d u l ea n df e e i n g m o d u l e p a c k a g eh a n d l i n gm o d u l e ( p a c k a g e _ s e r v e r ) i sr e s p o n s i b l ef o ra s s i g n i n ga l l r e c e i v e dm e s s a g e s ，w h i c hc a na d v a n c er e a lt i m ec a p a b i l i t y ；c o m m u n i c a t i o na g e n t m o d u l e ( s p _ a g e n t & s m c _ a g e n oi sr e s p o n s i b l ef o rc o m m u n i c a t i n gw i t he x t e r n a l e n t i t i e s ，b u td o e s n ti d e n t i f ym e s s a g ec o n t e n t s ，w h i c hc a nl i g h t e nb u r d e no fp a c k a g e h a n d l i n gm o d u l e ； s t o r e - a n d f o r w a r d m o d u l e ( s t o r e _ s e r v e r )c o m p l e t e s s t o r e a n d - f o r w a r dm e c h a n i s m b ys e t t i n gu pt i m e r , a n di m p l e m e n t s o v e r t i m e r e t r a n s f e r r i n ga n df a i l u r eh a n d l i n g ；r o u t i n gm o d u l e ( r o u t e s e r v e r ) i sr e s p o n s i b l ef o r m a i n t a i n i n gt h el i n k sw i t ht h eo t h e ri s m g st oi m p l e m e n tr o u t i n g ；f e e i n gm o d u l e o n l yc o n s i s t so f s o m ef u n c t i o n sw h i c hc a nb ec a l l e dt or e c o r dm e s s a g ei t e m s a l l m o d u l e s ( e x c e p tf e e i n gm o d u l e ) c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rb yq u e u ef l a t ，w h i c h c a ne n h a n c ee x p a n s i b i l i t yo fs o f t w a r e i naw o r d t h es o i t w a r ed e s i g nr e s o l v e s c a p a c i t ya n de x p a n s i b i l i t yo fi s l v i gw e l l f i n a l l y , t h et h e s i sa l s op o i n t st os o m e a s p e c t sn e e d t ob e i m p r o v e d h at h es o f t w a r e s y s t e m k e y w o r d s ：s m s ，s t o r e - a n d - f o r w a r d ，g a t e w a y , i n t e m e t 婴! ! ! 奎兰堕主兰垒堡塞 一 1 绪论 1 ，1 引言 随着g s m 移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈。薪技术、新业务 的开发与应用己提到了十分重要的位置。短消息服务业务( s m s ) 作为g s m 网络提供给用户的一种有别于语音传输的基本通讯业务，已得到越来越多的系 统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。 短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短 消息业务即通过m o ( 移动台发起短消息) 和m t ( 移动台终止短消息) 将一 条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。编码后的单条短消息长度为 1 4 0 个字节，可以承载1 6 0 个英文字符或7 0 个汉字。小区广播短消息业务即通 过基站( b s c ) 向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页消 息长度为8 2 个字节，最大页数为1 5 页i l 辨 短消息的根本用途就是在移动用户之间实现信息传递，也可以通过短消 息中心查询或预定信息。能够发送短消息的实体( s m e ) 包括移动用户、固定 用户、语音信箱、寻呼中心、信息点播平台、i n t e r e n t 网络及其他业务系统。 由于短消息发送占用的是信令通道，当移动台占线而无法通话的情况下仍可接 收短消息。当移动台关机或不在服务区时，短消息发送会失败，但短消息中心 会保存该短消怠，并在h l r 中设置等待标志，一旦用户开机或返回服务区， g s m 系统会及时通知短消息中心重发，用户会即刻收到短消息。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、银行监务、信息点播、 g p s 监控、em a i l 通知等信息服务，以及日程安排、预约留言、电话号码薄等 移动秘书服务。 1 2 短信业务与互联网发展现状 信息技术作为2 1 世纪的领先科技之一，处于空前的发展时期。传统的三 网电信弼、计算机网、有线电视弼将银快走向融合。促使三窍融合钓动力 主要来源于市场和技术的发展，其中i n t e r a e t 的爆炸性发展功不可没，目前整 个互联网上的数据流量已经超过传统电信话音业务的数据量。另方蔼，人类 通信的远景可以用4 a 来概括- a n y w h e r e ( 任何地点) 、加i y t i i n e ( 任何时 间) 、a n y o n e ( 任何人) 【2 们。作为实现人类通信远最的重要方式，无线通信 一1 四川大学硕士学位论文 尤其是g s m 的发展也和i n t e r n e t 一样里指数增长。在中国，g s m 移动通信的 年增长率均超过1 0 0 。g s m 用户只经过短短几年发展，用户数已经上亿，使 中国成为g s m 用户最多的国家。 短消息作为一项极具吸引力和入气的增值业务，愈来愈成为以话音业务为 主导的移动通信网络的另一个重要业务增长点。据有关调查表明：目前全球1 个月的短信息发送量已达到1 5 0 亿条。率先开震此顼业务的欧渊，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。在中国，两 大移动运营商也逐步实现了短消怠的互连互通，促进了短消息和基于短消息的 各种新业务层出不穷。由于短信息服务具有开通方便、收费低廉、内容丰富、 应用广泛等特点，迅速获碍了移动用户的青昧。据预测，至2 0 0 s 年底，中国 移动用户将达到3 8 4 亿，无线数据用户达1 8 7 亿。短信所蕴涵的巨大的潜在 商机受到运营商们的高度重视。若有了短消息可靠传递的基础，g s m 赠络与国 际互联网技术的结合将给目前以提供话音服务为主的g s m 移动通信网络带来 新的生机。 1 3 课题目的和意义 从目前短信业务和互联网业务的发展势头来看，我们有理由相信短信业务 和互联网业务的相互渗透将是各电信运营商和网络服务齑的叛的经济增长点。 虽然这一点非常诱人，但要实现这样的双赢目标，必须要以可靠的系统作为基 础支持。由此带来的的一系列问题亟待解决。由于移动网络和互联网络使用不 同的协议，要实现消息传递，首先需要解决的问题就是协议转换，这正是设立 互联网短消息网关( i s m g ) 的根本原因。随着目前手机用户的激增，越来越 需要更多丰富多彩的铃声、图片、消息以满足不同用户的口味，这大大增加了 信息的流量，如果i s m g 设计不好，很大程度上会造成该应用的瓶颈。因此， 设计一个实时处理的网关是互联网短消息应用的关键之一。另外，由于网关是 所有消息的必经之地，作为一个交通要道，网络费用结算的重担就自然落在了 网关身上。它产生的话单文件将是两网结算的重要依据。 综上所述，i s m g 作为互联网短消息应用不可缺少的核心构件之一设计 一个合理，并有更多扩展功能的网关具有极大的实际意义和经济意义。其中协 议转换、消息管理，存储转发，路由和计费将是该课题的主要工作。本课题来 ， 一2 - 堕型盔兰堡主兰堡望壅 源于北京时力公司成都研发中心的北京b o s s 系统改造项目和重庆u s s d 网关 与i s m g 网关整合项目。 1 4 短消息常用缩略语 i s m gi n t e r a c ts h o r tm e s s a g eg a t e w a y 互联网短消息网关 s m p ps h o r tm e s s a g ep e e rt op e e r 短消息点对点协议 c m p pc h i n am o b i l ep e e rt op c c r 中国移动点对点协议 s m cs h o r tm e s s a g ec e n t e r 短消息中心 s m es h o r t m e s s a g ee n t i t y 短消息实体 e s m ee x t e r n a ls h o r tm e s s a g e e n t i t y 扩展短消息实体 s ps e r v i c ep r o v i d e r 业务提供商 g s n g a t e w a y n a m es e r v e r 汇接网关 t c pt r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l 传输控制协议 i pi n t e r n e tp r o t o c o l 网间互联协议 t p d u t r a n s p o r tp r o t o c o ld a t au n i t 传送协议数据单元 m sm o b i l es t a t i o n 移动台 m s cm o b i l e s w i t c h i n gc e n t e r 移动交换中心 b s cb a s es t a t i o nc o n t r o l l e r 基站控制器 s m t ps h o r t m e s s a g e t r a n s m i s s i o np r o t o c o l 短信传输协议 b s sb a s es t a t i o ns u b s y s t e m 基站子系统 h l rh o m el o c a t i o n r e g i s t e r 归属位置寄存器 v l rv i s i t o rl o c a t i o n r e ：g i s t e r 漫游位置寄存器 m a pm o b i l e a p p l i c a t i o np a r t 移动应用部分 s c c p s i g n a l i n gc o n n e c t i o nc o n t r o lp a r t 信令连接控制部分 m t p m e s s a g e t r a n s f e rp a r t 消息传递部分 g s mg l o b e s y s t e m f o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n 全球移动通信系统 p l m np u b l i cl a n dm o b i l e n e t w o r k 公用陆地移动网 p s t np u b l i cs w i t c h i n g t e l e p h o n en e t w o r k 公用电话交换网 s m s g w m s s m s - g a t e w a ym s c 短消息网关 3 馏j i 大学硕士学位论文 2 短信网络分析 g s m 系统除了提供电路交换的各种电信业务和承载业务外，还提供基于 分组交换的短消息业务。在g s m 网中发送短消息是通过复用信令控制信道 s d c c h 或s a c c h 传输的 3 3 1 。s d c c h 称为独立专用控制信道。用于分配业务 信道之前的呼叫建立等信令交换。s a c c h 是慢速随路控制信道。它伴随业务 信道t c h 或独立专用控制信道s d c c h ，主要用于领近小区的监视、功率测量 及测量报告的发送等【l i 】。当话音信道t c h 空闲时，短消息采用独立专用控制 信道s d c c h 传输，当话音信道t c h 被占用时，短消息采用慢速随路控制信 道s a c c h 进行传输，由于短消息不占用话音信道，因此，移动用户在处于完 全通信状态下，仍然可以进行短消息的传输。在短消息的整个传输过程中没有 呼叫连接建立和释放的过程，因此具有节省无线资源、传输迅速和价格低廉的 特点。 2 1 短信系统网络结构 g s m 网络的点对点短消息包括两种基本业务j ： s m m t ，是到达移动台m s , 的短消息业务，描述g s m 系统从短消息业 中心s c 向个m s 发送短消息的能力i s m m o ，是由移动台m s 发起的短消息业务，描述g s m 系统通过短消 息中心s c 向一个短消息实体s m e 发送短消息的能力。消息必须包括短消息的 最终到达地址，即g m e 地址。 短信网络结构如图2 1 所示。 图2 、【短信嗣络结构圈 + 4 - 塑型查兰堡主兰堡兰壅 图解如下： s m e ：s h o r tm e s s a g i n ge n t i t y ，短消息实体。它可以接收或发送短消息，位 于固定网络、业务中心s c 或移动台m s 中。 s m s c ：s h o r tm e s s a g es 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 问中继、储存或转发短消息；移动台( m s ) 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，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 n p r o t o c 0 1 ) ； s m sg w m s ：s m s - g a t e w a ym s c 。s m s 网关。负责s m m t 类型的业务， 查询位置归属寄存器h l r 获得路由信息，然后经由g s m 电路交换网络路由到 m s 所在的目的拜访移动交换中心v m s c 。和s m sg w m s 对应的还有 s m si w m s c 。它代表短消息业务互联，负责s m m o 类型的业务，接收 p l m n 网内部m s 发来的短消息，并提交给短消息中心s c 。 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 搜索可找到的用户地址。它与m s c 与h l r 之间的协议一起，能在 移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。 m s c ：m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r ，移动交换中心。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。 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。 b s s ：b a s es t a t i o ns y s t e m ，基站系统。是移动终端通过无线信道接入网络 的接口。 其中m s c 与v l r 、h l r 、s m sg w m s 之间通过7 号信令网承载消息。 m s c 与b s s 之间采用2 0 4 8 k b s 的e 1 线路承载消息【2 1 。 2 2 用户侧协议结构t 1 9 1 在s c 和m s 之间，点对点短消息业务的协议共分为4 层：短消息应用层 s m a l 、短消息传输层s m t l ，短消息中继层s m r l 、短消息底层s m l l 。上 下层之间使用请求原语和指示原语进行信息的传递。 一5 - 四大学硕士学位论交 数据单元即为来自用户的短消息每次只能发送最大长度为1 4 0 字节的信 息，超过1 4 0 字节的用户长信息，可以自动分成几次发送。g s m 标准规定， 能够自动分发的长信息至多分为2 5 5 次发送完毕【9 】。 1 s m t l 提供的服务i ) 6 l 短消息传输层s m t l 为短消息应用层提供服务，使得s m a l 能够向对等 实体发送、接收短消息，并接收早前请求传送的短消息的有关报告。为了跟 踪、区分这些消息和报告，s m a l 和s m t l 之间垂直通信的原语包含有s m i 短消息识鄹，这是和原语相关的消息参考号。该s m i 并被s m t l 映射到 s m r l 。实体之问水平通信并不携带s m i ，因此对于一条短消息，它在收发 两侧m s $ c 或s c m s 的短消息识鄹号s m i 可以是不同的。例如s c 向m s l 发 送消息a ，这是s c 发送的第4 条消息。前面3 条是发送给其它m s 的，因此 s m i - - - - 4 ，而这是m s l 接收到的第1 条消息，因此在m s 侧s m i = 1 。 s m t l 层对s m a l 层的用户短消息数据进行封装，并添加相应的地址、控 制信息后，形成s m t l 层的协议数据单元t p d u 。其中的用户数据单元部分称 为t p u d 。t p u d 携带来自s m a l 的用户短消息，可能仅包含短消息本身，也 可能除短消息外，还包含用户数据头t p u dh e a d e r 。短滇息本身有7 b i t 、 8 b i t 和1 6 b i t 三种编码方式，例如汉字、阿拉伯文字即采用1 6 b i t 编码，拉丁字 母采用7 b i t 编码【1 2 1 。根据编码方式的不同，以及是否有用户数据头开销， t p u d 能携带的最大短消息长度是不同的。 没有数据头开销时，t p u d 域中短消息的最大长度为1 4 0 字节。即7b i t 编码方式下1 6 0 个字符，8b i t 编码方式下1 4 0 个字符，1 6b i t 编码方式下7 0 个 字符。 有数据头开销时，t p u d 域中能携带的最大短消息长度分别如下： 采用无压缩8 b i t 数据编码时，最大长度为1 3 4 = 1 4 0 一6 字节，6 字节开 销渊。 采用无压缩g s m 缺省7b “编码时，最大长度为1 5 3 = 1 6 0 - - 7 字节，7 字节开销。 采用1 6 b i t 无压缩u s c 2 编码时，最大长度为6 7 = ( 1 4 0 一6 ) 2 字节，6 字节开销。由于u c s 2 字符不能被从中分开，因此，如果用户数据头是 奇数字节时，整个t p u d 域的最大长度为1 3 9 字节鲫。 6 - 璺查兰堕主兰堡堡塞一 一条级联起来的无压缩短消息的最大长度为3 9 0 1 5 = 2 5 5 1 5 3 个缺省字 符，3 4 1 7 0 = 2 5 5 。1 3 4 个字节或1 7 0 8 5 = 2 5 5 6 7 个u c s 2 字符，即应用层 s m a l 允许键入的一条最长消息长度，它至多被分为2 5 5 条短消息发出。 2 s m r l 提供的服务 s m r l 层为s m t l 提供服务，使得s m t l 能向对端实体发送t p d u ，接收 t p d u 和传送t p d u 的有关报告。为了能够跟踪识别t p d u ，s m t l 和s m r l 之间的原语包含有s m i 。s m r l 层对t p d u 进行封装，添加地址、控制信息后 形成自己的协议数据单元r p d u 。其中r p d u 的用户数据部分携带了s m t l 层 的协议数据单元t p d u ，t p d u 的最大长度为2 3 3 字节。在s m r l 层定义了 s m r 实体。s m r 对等实体之间利用s 儿提供的服务相互通信。 3 s m l l 提供的服务 s m l l 层的构成主要是c m ( c o n n e c t i o nm a n a g e m e n t ) 予层向s m r l 层提供 服务以支持短消息业务。c m 子层的短消息服务由称为s m c 的短消息控制实 体进行控制。不同短消息控制实体s m c 通过t it r a n s a c t i o n i d e n t i f i e r 的不同取 值来识别。 m s 侧的s m c 通过对等协议s m c p 短消息业务控制协议与m s c 侧的s m c 进行通信。s m c 实体之间的通信协议数据单元称为c p d u ，c p d u 其中的用户 数据部分携带了s m r l 层的数据单元r p d u ，r p d u 的最大长度为2 4 8 字节。 c m 予层的数据单元c p d u 经过m m 子层、r r 予层的协议鉴别后，送入 数据链路层的帧结构中封装【3 】。来自c m 子层的最大c p d u 长度为2 5 1 字节 口】。然后每个数据帧经过卷积编码、交织，形成一个4 5 6 b i t 的数据块，在物理 层的信道上发送，连续占用4 个t d m a 帧发送吼 2 3 网络侧协议结构 s m s 网关和s m s c 之间的协议未作规定。在移动台m s 和s m s c 之间规 定的短消息传输协议s m t p ，实际上是一个包括一些应用协议特点的端到端协 议。由于m s c 只是负责短消息的中继，因此不需要上层协议的处理能力，终 端和短消息中心有上层处理协议s m t l 和s m a l 层，而m s c 在s m r l 层以下 使用t c a p m a p 协议进行短消息的中继。 7 - 四川大学硕士学位论文 m s c 和s m s 网关之间的协议包括7 号信令m a p h 和支持7 号信令m a p 的底层协议m t p ( 消息传送部分) 、s c c p ( 信令连接控制部分) 和t c a p ( 事务处理 能力应用部分) 。短消息的最大长度( 1 4 0 字节) 就是由m t p 最大帧长度得到的。 m s 与m s c v l r 的短消息控制协议s m c p 是一个简单的协议。它由一个 包含三种消息类型韵命令应答规程组成，基本上是以发送，等待的交替方式工 作，是一些上层协议的确认或是差错报告。短消息中继协议s m r p 包括参考管 理和寻址。s m r p 协议与m 舢协议在m s c v l r 内交互工作。s m r p 协议中 定义了三种消息报文：携带报文( r _ p d a t a ) 、传送确认( m - a c k ) 、指示一个 差错( r p - e r r o r ) 。通过s m r p 协议产生的一字节报文消息参考使报文消息互 相相关。从而使得在这一层次上可以并行发送或接收不同韵消息撤文。寻址是 由在s m r p 的r p d a t a 报文消息中加入目的地址( 对于一个移动台发出的消 怠) 或起始遗璇( 对于一个呼磁移动台的消怠) 完成的。m a p h 提供钓功铯和 s m - r p 相对应，也包括三条消息。m s c v l r 对来自s m r p 和m a p h 的消息 互相比照转换，对m s 与s m s c 相连的m s c 之问的短消息及其确认进行中继 传送【1 4 。 在无线接口上，消息传送的低层协议使用包括在t c i - i f 8 或s a c c h 上的一 个确认模式s a p l 3 ( 业务接入点识别符) 链路。这条链路再用a b i s 接口上的中继 协议和a 接口上的d t a p ( 直接转移应用单元) 协议将消息传送到m s c 。 s m s 两关与h l r 之间的协议使s m s 网关能要求h l r 搜索可找到的用户 的地址。它属于m a p c 协议的一部分。m a p c 和m a p d 能在移动台超出服 务区接收不到消息后又再次进入服务区时给以提示。 2 4 移动台收发短消息的工作机制 2 4 1 移动台发送短消息 当一个移动用户想发出短消息时，要预先正确设置好短消息业务中心 s m s c 的电话号码，即+ 8 6 1 3 8 0 m i m 2 m 3 5 0 0 ( m 1 m 2 m 3 为地区码) ，然后通过 移动台或与移动台相连接的p c 机编辑短消息，输入被叫号码，才能将短消息 发出1 4 0 1 短消息的传输要求在移动台和m s c 之阔建立信令连接，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 8 四川大学硕士学位论文 上建立专用的链路层连接，即s a p l 3 连接，并要求采用专用的消息传递协议， 即s m t f 短消息传输协议，它让用户做的是设置一个短消息的有效期。过期 后，服务中心不再试图发送此消息，而是销毁它。具体地，移动台发送短消息 的过程首先是m s 在无线信令链路上将s m s c 的电话号码，被耐号码，短消息 的内容等信息送到拜访的m s c v l r 内。m s c v l r 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 消息路由到s m s 网关，再由s m s 网关送到s m s c 内，由s m s c 暂时贮存起 来。s m s c 收到短消息后会向m s 回送短消息已发送成功的确认信息。 2 4 2 移动台接收短消息 s m s c 接收到各种用户发来的短消息后，要选定适当的路由将短消息发给 技叫用户。 当s m s c 要向g s m 用户发短消息时，它先要生成一条包含各种有利于接 收者的信息( s m t ps 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。s m s c 把这条消息传给与中心相连的网 关，网关根据被叫用户的m s i s d n 号向相关的h l r 查询( h l r - e n q ) ，查询是 通过用于短消息的m m c s e n d r o u t i n g i n f o 消息报文来实现的。h l r 将查 询结果送给网关，查询结果消息中包含了被叫用户正拜访的m s c v l r 的7 号 信令地址的m p ，c s e n d r o u t i n g i n f of o r s h o i u m e s s a g e i 也s u l t 消息 报文( 亦可包含用户此时不可及采用的拒绝消息报文) 。网关用该地址消息向用 户拜访的m s c v l r 传递消息，再由m s c 建立必要的信令连接后将短消息传 递给m s 移动台。向m s 传送了的短消息并不需要用户介入，消息可自动存于 s i m 卡内，直到用户读完以后认为不再有用时将其删除。 为了提高短消息业务的服务质量使用户更满意，在移动台处于不可及的情 况下，要让消息不丢失，并采取措施尽快把消息传给用户。传送的消息如没有 确认，s m s c 在一段时间内可以将其保存，一旦用户恢复与网络的联系，短消 息可由s m s c 立即传送给用户。 移动台不可及的情况可以分成三种：( 1 ) h l r 本身已知道该m s 为不可 及。( 2 ) h l r 本身不知道，要到该m s 拜访的m s c v l r 才知道。( 3 ) 一直要等 到m s c 向m s 发送短消息失败后才发现该m s 为不可及。h l r 中为每个用户 一9 一 四川大学硕士学位论文 保存着一张表格用来记录一组短消息业务中心的地址。这些短消息中心都保留 着向该用户传送失败的短消息。当m s c 收到了短消息但m s 为不可及使消息 无法发送时，m s c 要向s m s 网关送出传送失败的消息( e r r o rr e p o r t i n g ) 作为对 m a p hf o r w a r ds h o r t m e s s a c 趣消息的应答；然后s m s 网关收到以 后，一方面向s m s c 发送传送失败的报告，另一方面向h l r 发送m a p ，cs e t m e s s a g ew a i t i n gd a t a 消息要求h l r 更新其为每个用户保存的投递失败的表 格，h l r 回送m a r cs e tm e s s a g ew a i t i n gd a t aa c k n o w l e d g e 消息给s m s 网关 作为确认。同时，该用户拜访的m s c l r 会将v l r 内的用户数据加入 ”m e s s a g ew a i t i n g ”的标志，表示该用户有短消息等候。 当m s 恢复了与网络的联系后( 如移动台发起呼叫尝试) ，该用户拜访的 m s c v l r 知道了该用户的位置，由于存贮有消息发送故障的指示，当这类事 件发生对，它就能蹋m a p dn o t em sp r e s e n t 消息通知h l r ，移动台亦可能移 动到另一个m s c 业务区内再次出现，在此情况下，通过g s m d c s l 8 0 0 移动 性管理规程，h l r 可直接了解到这种状态。在任何情况下，h l r 收到该消息 后，会通过向每个短消息服务中心的合适的s m s 网关发送m a p ca l e r t s e r v i c ec e n t e r 消息，通知该移动用户的变化情况。然后，s m s c 就可以尝试向 该用户发送短消息了。 2 5l s m g 逻辑网络结构 逻辑上，i s m g 为s m s c 的一个s m e 实体。它用来转发手机的互联网应 用请求，例如图片下载等。由于g s m 网络与互联网络是不同类型的两种网 络，因此，在两网之间设置网关i s m g ，用来转抉协议，进行互联互通。 s m g 逻辑网络结构图如图2 2 所示。 i s m g 主要和三个实体相连：短信中心s m s c 、汇接网关g s n 、业务提供 商s p 。其中短信中心是存储和中继短消息的，在以上小节中有详细介绍 o s n 是汇接网关。在g s n 中存储了全网所有i s m g 的信息，包括与各网关相 关的手机号段和s p 的路由信息。网中添加或删除一个i s m o 网关都统一向 g s n 报告，并由g s n 主动或被动地下发最新的路由信息给其他i s m g 。目前 g s n 还在建设当中，因此各网关现仍需维护全网路由，更新的路由信息进行手 一1 0 四川大学硕士学位论文 动维护。s p 是提供具体应用的开发商，为了让用户共享互联网中丰富的资 源，s p 发挥着举足轻重的作用。 图2 - 2i s m g 逻辑网络结构图 实体之间底层均采用t c p i p 协议， 的，短信中心和网关之间为s m p p 协议， 网关与s p 之间也采用c m p p 协议。 上层使用不同的应用层协议。具体 网关与g s n 之间采用c m p p 协议， 3 i s m g 协议体系、功能及信令分析 3 。1 网关应用协议 3 1 1 t c p i p 协议概述 网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。 t c p i p 通常被认为是一个四层协议系统，如表3 - 1 所示： h t l 甲，f r p ，d n s 。t e l n e t 等 t c p , u d p 等 i p , i c m p 。i g m p 等 a r p ，r a r p , 设备驱动和接口卡 表3 - lt c p i p 协议族的分层 每一层负责不同的功能： 四川大学硕士学位论文 链路层：有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设 备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆( 或其他任何 传输媒介) 的物理接口细节。这一层负责数据帧的发送和接收，帧是独立的网 络信息传输单元。链路层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。t c p ，i p 支持多 种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、 f d d ( 光纤分布式数据接口) 及r s 2 3 2 串行线路等。 网络层：有时也称作互联网层，在t c p i p 协议族中，网络层协议包括i p 协议。a r p 协议，i c m p 协议，以及i o m p 协议。互联协议主要处理分组在网络 中的活动，将数据包封装成i n t e r n e t 数据报，并运行必要的路由算法。网络层 各协议的功能如下： 网际协议i p ：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。 地址解析协议a i 心：获得同一物理网络中的硬件主机地址。 网际控制消息协议i c m p ：发送消息，并报告有关数据包的传送错误。 互联组管理协议i g m p ：被i p 主机拿来向本地多路广播路由器报告主机 组成员。 i p 是t c p i p 协议族中最为核心的协议，它提供不可靠、无连接的数据报 传送服务。 不可靠( u n r e l i a b l e ) 的意思是它不能保证i p 数据报能成功地到达目的地。 i p 仅提供“尽力而为”的传输服务，则数据在被收到时，i p 不需要收到确认。 如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，i p 有一个简单的错 误处理算法；丢弃该数据报，然后发送i c m p 消息报给源遗址端。任何要求的 可靠性必须由上层来提供。 无连接( c o n n e c t i o n l e s s ) 是口并不维护任何关于后续数据报的状态信息， 每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，在交换数据前它并不建立会话， l p 数据报可以不按发送顺序接收。如果一地址向相同的目的地址发送两个连续 的数据报( 先是a ，然后是b ) ，每个数据报都是独立地进行路由选择，可能 选择不同的路线，因此b 可能在a 至4 达之前先至q 达。 运输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到