基于短信擴展信令的移動互聯(lián)網業(yè)務實現(xiàn)方案研究

張慧嫦，李力卡，許盛宏

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 移動互聯(lián)網、物聯(lián)網業(yè)務現(xiàn)狀

近年來，基于無線寬帶技術的移動互聯(lián)網應用取得很大發(fā)展，截至2011年12月底，我國手機網民規(guī)模達到3.56億人，同比增長17.5%，其中，智能手機網民規(guī)模達到1.9億人，滲透率達到53.4%[1]。基于中國電信CDMA網絡運行情況研究分析，存在一些影響業(yè)務和網絡發(fā)展的問題。如即時通信業(yè)務（如手機QQ）長時間在線，流量小，特別是一些永遠在線的“心跳”應用，發(fā)起連接請求、尋呼請求數大量增加，導致尋呼成功率下降、接入困難、Ev-Do網絡掉線率上升、無線資源利用率低等問題[2]。

同時物聯(lián)網應用發(fā)展很快，而傳感器基本為單一功能的專用終端，業(yè)務暫以面向行業(yè)用戶為主，因智能終端耗電、上網費用等問題，未能有效向普通用戶提供低成本通用解決方案，而日益普及的智能終端自帶眾多傳感器，將帶來新應用的發(fā)展契機，但需要解決低功耗、可靠、實時、永遠在線的數據/命令交互能力的問題。

因此，本文研究利用電路域技術擴展信令方式觸發(fā)新型業(yè)務，既可以可靠提升智能手機的終端資源調用能力和開放性，支撐移動互聯(lián)網、物聯(lián)網的發(fā)展，也可以作為增強電路域關聯(lián)業(yè)務觸發(fā)的補充手段。

2 短信承載業(yè)務信令的可行性研究

要實現(xiàn)終端呼叫狀態(tài)的上報通知、終端資源的開放、網絡對終端能力的調用，網絡和終端之間必須通過特定的方式進行通信。CDMA網絡中網絡和終端的聯(lián)系主要有短信、語音、數據3種方式，本節(jié)主要研究這3種方式作為網絡和終端之間的業(yè)務信令傳輸通道的可行性，并從信令通道的需求出發(fā)，深入研究短信作為業(yè)務信令的情況。這3種方式的綜合比較見表1。

短信作為移動網絡中最普及的增值服務，無論是CDMA還是GSM網絡和終端都已完全支持短信；另一種基于電路域傳送信令數據的常用技術是DoV（data over voice），如傳真。若接入過程出現(xiàn)切換掉線，DoV業(yè)務會異常中斷；且為確保數據的準確性，需要關閉整個語音通道的回聲抑制功能，由于移動網和固網互通，往往需要打開回聲抑制的功能，因此對整個語音通道的相關設備包括平臺、BSC、終端都需要特殊配置和改造，而由于用戶的移動性，這種全程全網的設備配合的實現(xiàn)難度較高[3]。

cdma2000 1x/3G數據業(yè)務是基于cdma2000 1x、Ev-Do網絡和Internet為移動手機用戶提供的上網業(yè)務。隨著上網速率的提升和智能手機的普及，移動數據業(yè)務的應用越來越廣泛，但目前的移動數據網絡采用的是簡單IP技術，只能提供用戶主動發(fā)起的業(yè)務（“get”業(yè)務），不能提供網絡側主動發(fā)起的業(yè)務（“push”業(yè)務）。目前部分用戶的所謂“永遠在線”必須通過終端、服務器或者分組網元的心跳以避免分組網絡拆除PPP連接，這種方式會引起連接請求、尋呼請求大量增加，導致尋呼成功率下降、接入困難、Ev-Do網絡掉線率上升、無線資源利用率低等問題[2]。

基于現(xiàn)網信令各項指標的分析，短信具有安全可靠、快速準實時的良好性能。短信到達成功率很高，按照統(tǒng)計數據，消息首次下發(fā)成功率為98.6%，在平臺的重發(fā)機制下（最大16次保留48 h），短信成功率可以達到99%。而且短信時延不大，核心網每個步驟的時延僅200 ms左右，一般情況下一個端到端完整的短信收發(fā)時延不超過10 s，需特別指出的是，如果CDMA用戶在呼叫態(tài)收發(fā)短信，可使用已建立的業(yè)務信道收發(fā)，省卻接入尋呼時延，整個過程可在5 s內完成。

由以上對比分析可知，雖然短信不是實時性最高的，但無需改造終端和網絡，只要終端和網絡正常，短信就可以隨時雙向接入，實現(xiàn)“永遠在線”。因此，這3種技術方式中，短信是最理想的信令承載方案。

表1 3種接入方式承載信令對比情況

3 基于短信擴展信令的業(yè)務實現(xiàn)系統(tǒng)方案研究

3.1 系統(tǒng)方案架構

現(xiàn)有的一些業(yè)務標準都針對一些具體的業(yè)務，各有各的側重點，業(yè)務體系也類似，參考現(xiàn)有OMA（開放移動聯(lián)盟）的國際能力開放通用體系架構，結合目標和需求推演出基于短信擴展信令的業(yè)務實現(xiàn)系統(tǒng)方案，如圖1所示。

短信信令控制平臺是整個系統(tǒng)的控制中心，與短信業(yè)務網關采用標準接口相連，并支持向第三方業(yè)務平臺提供能力開放，該平臺起到終端狀態(tài)管理、信令封裝與轉換、業(yè)務交互與開放、運營管理等功能。至少應該包括終端信息數據庫、用戶狀態(tài)數據庫、業(yè)務處理、信令處理、平臺管理等模塊。該平臺實現(xiàn)的主要功能如下。

·業(yè)務開放API：供各具體業(yè)務平臺調用。

·終端信息管理：管理用戶終端型號、操作系統(tǒng)、資源能力集，相關信息可以由終端短信上報，也可以從目前的一些用戶開放數據庫（如終端自注冊平臺）獲得。

·用戶管理：管理用戶號碼/標識、位置、開機狀態(tài)、用戶業(yè)務功能。

·業(yè)務控制處理：處理業(yè)務請求和響應及業(yè)務信令的分發(fā)；完成用戶會話管理、用戶業(yè)務權限處理；基本業(yè)務信息處理，處理來自用戶或業(yè)務的信息，如更新用戶的狀態(tài)、傳感器情況和位置信息；基本操作命令處理，如打開或關閉終端的傳感器、震動/鈴聲、Wi-Fi/3G、相機的權限設置；進程調度。

圖1 基于短信擴展信令的業(yè)務實現(xiàn)系統(tǒng)方案

·信令處理：與現(xiàn)有短信系統(tǒng)互通，完成信令轉換、封裝、分段、合并。

·平臺運行維護管理：終端控制信令處理模塊作為插件服務進程，駐留在智能手機的操作系統(tǒng)之上，與短信信令控制平臺一起完成信令通道的維持，如心跳、狀態(tài)管理、鏈路容錯、信令內容封裝等，并向智能終端第三方應用程序提供開放信令接口，完成信令和數據的收集、分發(fā)。該模塊至少能實現(xiàn)如下功能：短信信令收發(fā)，接收發(fā)送特殊類型、端口的短信信令；信令解析執(zhí)行，根據短信命令的規(guī)范，解析信令，執(zhí)行或分發(fā)到相關應用、硬件處理；終端能力API，供各具體業(yè)務調用；終端管理，終端基本能力和信息上報。

3.2 短信信令編碼研究

短信作為信令功能，在其他的業(yè)務應用上也有先例。中國電信的定位業(yè)務以及電信物聯(lián)網的數據傳輸接口都利用短信承載控制命令實現(xiàn)對終端的功能控制。但這些指令僅針對特定應用或定制終端。

目前特殊業(yè)務（如WAP push、OTA、PRL、彩E、定 位等）的短信都采用特殊的teleservice ID方便終端區(qū)別特殊短信，這種區(qū)別方式簡單規(guī)范，但需要寫入終端和網絡支持，在此之前可用主叫SP號碼進行區(qū)別。

綜合考慮短信的承載能力、短信信令承載的業(yè)務類型及其可靠安全性等情況，初步建議短信承載信令采用二進制編碼，創(chuàng)新性地提出一種可能的短信信令編碼格式，如圖2所示。

短信信令的基本頭域包括：信令版本、業(yè)務標識、信令類型、信令長度、會話ID、分段總數、分段序號，具體介紹如下。

·信令版本：固定長度，1 byte，填寫短信信令的版本信息。

·業(yè)務標識：固定長度，2 byte，用于區(qū)分上層業(yè)務應用及其提供者。0為基本服務信令，提供可供調用的各種終端系統(tǒng)基本能力；其余根據業(yè)務開放需要進行分配。終端或短信信令平臺可根據業(yè)務標識直接分發(fā)信令到相應的業(yè)務端口。

·信令類型：固定長度，1 byte，用于區(qū)分管理信令和業(yè)務信令。

圖2 短信信令單元結構

·信令長度：固定長度，1 byte，本信令單元的總長度。當一個短信封裝多個信令單元時，便于信令單元分界定位。

·會話ID：固定長度，4 byte，用于唯一標識一個會話，由業(yè)務平臺或者業(yè)務客戶端生成。響應信令的會話ID和對應命令的會話ID相同；單條信令分割到多條短信承載時，其會話ID也保持一致。

·分段總數：固定長度，1 byte，表示單個信令拆分后的短信總數，用于實現(xiàn)分段信令的組裝。

·分段序號：固定長度，1 byte，用于表示該短信承載的信令屬于第幾個分段，實現(xiàn)分段信令的組裝。

·信令信息字段：變長，由多個域構成。域有2種類型：固定域和可變域，其中固定域采用TV結構，可變域采用TLV結構,其結構分別如圖3和圖4所示。

圖4 TLV結構

進行信令處理時，根據操作對象判斷該信令信息字段是變長還是可變長，操作對象可由業(yè)務自行定義?；痉盏牟僮鲗ο蟀ǎ汉艚行畔⑾嚓P的主被叫號碼、各傳感器、網絡能力以及終端信息、系統(tǒng)配置等。操作對象為1 byte。操作內容為操作對象的取值或者操作方法（指令或者查詢）+操作參數。操作方法為1 byte，以下為基本服務常用的操作方法，可擴展。其他業(yè)務的操作對象可參照定義。操作方法編碼見表2。

表2 操作方法編碼

4 結束語

基于短信擴展信令的移動業(yè)務系統(tǒng)方案主要針對智能終端，終端的信令處理模塊作為業(yè)務中間件可以接收平臺的短信信令，協(xié)助網絡實現(xiàn)對終端、業(yè)務的控制，實現(xiàn)終端能力和資源的開放調用。筆者在研究過程中也進行了一些業(yè)務實驗，如通過短信發(fā)起對被叫的位置查詢，通過短信控制信令，被叫終端被要求打開GPS、讀取GPS經緯度，并封裝數據回傳給主叫，主叫解碼后調用地圖顯示被叫定位。試驗效果理想，與采用信令監(jiān)測方案相比，不存在反映時間長和無法全網監(jiān)測的問題。

采用這種新型的信令解決方案，可以實現(xiàn)體驗更佳的無處不在的移動互聯(lián)網、物聯(lián)網業(yè)務，提升多種業(yè)務并發(fā)觸發(fā)的業(yè)務能力。如和即時通信應用結合，摒棄現(xiàn)有的永久在線心跳機制，在服務器無法和終端聯(lián)系時通過短信信令觸發(fā)終端主動上線，解決永久在線心跳機制帶來的問題；或者和各種物聯(lián)網應用結合，充分利用智能終端自帶的各種傳感器業(yè)務，實現(xiàn)終端能力、資源和互聯(lián)網業(yè)務的完美結合。

綜上所述，本文創(chuàng)新性地提出了基于短信信令的移動互聯(lián)網業(yè)務實現(xiàn)方案，挖掘短信業(yè)務能力，提供了新的機制，可有效發(fā)揮運營商、SP、互聯(lián)網應用開發(fā)商、開發(fā)者的業(yè)務創(chuàng)新性，有利于擴大用戶群，創(chuàng)造更大的效益，促進移動互聯(lián)網應用的繁榮，具有良好的應用前景。

1 中國互聯(lián)網絡信息中心.中國移動互聯(lián)網發(fā)展狀況調查報告，2012

2 趙旭.移動信令風暴對網絡的影響及解決思路探討.中國電信股份有限公司廣東州研究院院報，2012(9)

3 中國電信集團公司.中國電信CDMA網絡話音/數據同傳技術方案，2012