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(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

近年來，基于無線寬帶技術(shù)的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用取得很大發(fā)展，截至2011年12月底，我國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到3.56億人，同比增長17.5%，其中，智能手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到1.9億人，滲透率達(dá)到53.4%[1]?；谥袊娦臗DMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況研究分析，存在一些影響業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的問題。如即時(shí)通信業(yè)務(wù)（如手機(jī)QQ）長時(shí)間在線，流量小，特別是一些永遠(yuǎn)在線的“心跳”應(yīng)用，發(fā)起連接請求、尋呼請求數(shù)大量增加，導(dǎo)致尋呼成功率下降、接入困難、Ev-Do網(wǎng)絡(luò)掉線率上升、無線資源利用率低等問題[2]。

同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(wù)暫以面向行業(yè)用戶為主，因智能終端耗電、上網(wǎng)費(fèi)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(yīng)用的發(fā)展契機(jī)，但需要解決低功耗、可靠、實(shí)時(shí)、永遠(yuǎn)在線的數(shù)據(jù)/命令交互能力的問題。

因此，本文研究利用電路域技術(shù)擴(kuò)展信令方式觸發(fā)新型業(yè)務(wù)，既可以可靠提升智能手機(jī)的終端資源調(diào)用能力和開放性，支撐移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也可以作為增強(qiáng)電路域關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)觸發(fā)的補(bǔ)充手段。

2 短信承載業(yè)務(wù)信令的可行性研究

要實(shí)現(xiàn)終端呼叫狀態(tài)的上報(bào)通知、終端資源的開放、網(wǎng)絡(luò)對終端能力的調(diào)用，網(wǎng)絡(luò)和終端之間必須通過特定的方式進(jìn)行通信。CDMA網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)和終端的聯(lián)系主要有短信、語音、數(shù)據(jù)3種方式，本節(jié)主要研究這3種方式作為網(wǎng)絡(luò)和終端之間的業(yè)務(wù)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(wù)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(wǎng)絡(luò)中最普及的增值服務(wù)，無論是CDMA還是GSM網(wǎng)絡(luò)和終端都已完全支持短信；另一種基于電路域傳送信令數(shù)據(jù)的常用技術(shù)是DoV（data over voice），如傳真。若接入過程出現(xiàn)切換掉線，DoV業(yè)務(wù)會異常中斷；且為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要關(guān)閉整個(gè)語音通道的回聲抑制功能，由于移動網(wǎng)和固網(wǎng)互通，往往需要打開回聲抑制的功能，因此對整個(gè)語音通道的相關(guān)設(shè)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(wǎng)的設(shè)備配合的實(shí)現(xiàn)難度較高[3]。

cdma2000 1x/3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是基于cdma2000 1x、Ev-Do網(wǎng)絡(luò)和Internet為移動手機(jī)用戶提供的上網(wǎng)業(yè)務(wù)。隨著上網(wǎng)速率的提升和智能手機(jī)的普及，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用越來越廣泛，但目前的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用的是簡單IP技術(shù)，只能提供用戶主動發(fā)起的業(yè)務(wù)（“get”業(yè)務(wù)），不能提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動發(fā)起的業(yè)務(wù)（“push”業(yè)務(wù)）。目前部分用戶的所謂“永遠(yuǎn)在線”必須通過終端、服務(wù)器或者分組網(wǎng)元的心跳以避免分組網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)致尋呼成功率下降、接入困難、Ev-Do網(wǎng)絡(luò)掉線率上升、無線資源利用率低等問題[2]。

基于現(xiàn)網(wǎng)信令各項(xiàng)指標(biāo)的分析，短信具有安全可靠、快速準(zhǔn)實(shí)時(shí)的良好性能。短信到達(dá)成功率很高，按照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，消息首次下發(fā)成功率為98.6%，在平臺的重發(fā)機(jī)制下（最大16次保留48 h），短信成功率可以達(dá)到99%。而且短信時(shí)延不大，核心網(wǎng)每個(gè)步驟的時(shí)延僅200 ms左右，一般情況下一個(gè)端到端完整的短信收發(fā)時(shí)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(wù)信道收發(fā)，省卻接入尋呼時(shí)延，整個(gè)過程可在5 s內(nèi)完成。

由以上對比分析可知，雖然短信不是實(shí)時(shí)性最高的，但無需改造終端和網(wǎng)絡(luò)，只要終端和網(wǎng)絡(luò)正常，短信就可以隨時(shí)雙向接入，實(shí)現(xiàn)“永遠(yuǎn)在線”。因此，這3種技術(shù)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(kuò)展信令的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案研究

3.1 系統(tǒng)方案架構(gòu)

現(xiàn)有的一些業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)都針對一些具體的業(yè)務(wù)，各有各的側(cè)重點(diǎn)，業(yè)務(wù)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(gòu)，結(jié)合目標(biāo)和需求推演出基于短信擴(kuò)展信令的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案，如圖1所示。

短信信令控制平臺是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，與短信業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)采用標(biāo)準(zhǔn)接口相連，并支持向第三方業(yè)務(wù)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(zhuǎn)換、業(yè)務(wù)交互與開放、運(yùn)營管理等功能。至少應(yīng)該包括終端信息數(shù)據(jù)庫、用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)處理、信令處理、平臺管理等模塊。該平臺實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

·業(yè)務(wù)開放API：供各具體業(yè)務(wù)平臺調(diào)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(guān)信息可以由終端短信上報(bào)，也可以從目前的一些用戶開放數(shù)據(jù)庫（如終端自注冊平臺）獲得。

·用戶管理：管理用戶號碼/標(biāo)識、位置、開機(jī)狀態(tài)、用戶業(yè)務(wù)功能。

·業(yè)務(wù)控制處理：處理業(yè)務(wù)請求和響應(yīng)及業(yè)務(wù)信令的分發(fā)；完成用戶會話管理、用戶業(yè)務(wù)權(quán)限處理；基本業(yè)務(wù)信息處理，處理來自用戶或業(yè)務(wù)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(guān)閉終端的傳感器、震動/鈴聲、Wi-Fi/3G、相機(jī)的權(quán)限設(shè)置；進(jìn)程調(diào)度。

圖1 基于短信擴(kuò)展信令的業(yè)務(wù)實(shí)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(zhuǎn)換、封裝、分段、合并。

·平臺運(yùn)行維護(hù)管理：終端控制信令處理模塊作為插件服務(wù)進(jìn)程，駐留在智能手機(jī)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(cuò)、信令內(nèi)容封裝等，并向智能終端第三方應(yīng)用程序提供開放信令接口，完成信令和數(shù)據(jù)的收集、分發(fā)。該模塊至少能實(shí)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(jù)短信命令的規(guī)范，解析信令，執(zhí)行或分發(fā)到相關(guān)應(yīng)用、硬件處理；終端能力API，供各具體業(yè)務(wù)調(diào)用；終端管理，終端基本能力和信息上報(bào)。

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(wù)應(yīng)用上也有先例。中國電信的定位業(yè)務(wù)以及電信物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸接口都利用短信承載控制命令實(shí)現(xiàn)對終端的功能控制。但這些指令僅針對特定應(yīng)用或定制終端。

目前特殊業(yè)務(wù)（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(wǎng)絡(luò)支持，在此之前可用主叫SP號碼進(jìn)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(wù)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(jìn)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(wù)標(biāo)識、信令類型、信令長度、會話ID、分段總數(shù)、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(wù)標(biāo)識：固定長度，2 byte，用于區(qū)分上層業(yè)務(wù)應(yīng)用及其提供者。0為基本服務(wù)信令，提供可供調(diào)用的各種終端系統(tǒng)基本能力；其余根據(jù)業(yè)務(wù)開放需要進(jìn)行分配。終端或短信信令平臺可根據(jù)業(yè)務(wù)標(biāo)識直接分發(fā)信令到相應(yīng)的業(yè)務(wù)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(wù)信令。

圖2 短信信令單元結(jié)構(gòu)

·信令長度：固定長度，1 byte，本信令單元的總長度。當(dāng)一個(gè)短信封裝多個(gè)信令單元時(shí)，便于信令單元分界定位。

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

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

·信令信息字段：變長，由多個(gè)域構(gòu)成。域有2種類型：固定域和可變域，其中固定域采用TV結(jié)構(gòu)，可變域采用TLV結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)分別如圖3和圖4所示。

圖4 TLV結(jié)構(gòu)

進(jìn)行信令處理時(shí)，根據(jù)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(wù)自行定義?；痉?wù)的操作對象包括：呼叫信息相關(guān)的主被叫號碼、各傳感器、網(wǎng)絡(luò)能力以及終端信息、系統(tǒng)配置等。操作對象為1 byte。操作內(nèi)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(shù)。操作方法為1 byte，以下為基本服務(wù)常用的操作方法，可擴(kuò)展。其他業(yè)務(wù)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(jié)束語

基于短信擴(kuò)展信令的移動業(yè)務(wù)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(wù)中間件可以接收平臺的短信信令，協(xié)助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對終端、業(yè)務(wù)的控制，實(shí)現(xiàn)終端能力和資源的開放調(diào)用。筆者在研究過程中也進(jìn)行了一些業(yè)務(wù)實(shí)驗(yàn)，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(jīng)緯度，并封裝數(shù)據(jù)回傳給主叫，主叫解碼后調(diào)用地圖顯示被叫定位。試驗(yàn)效果理想，與采用信令監(jiān)測方案相比，不存在反映時(shí)間長和無法全網(wǎng)監(jiān)測的問題。

采用這種新型的信令解決方案，可以實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)更佳的無處不在的移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，提升多種業(yè)務(wù)并發(fā)觸發(fā)的業(yè)務(wù)能力。如和即時(shí)通信應(yīng)用結(jié)合，摒棄現(xiàn)有的永久在線心跳機(jī)制，在服務(wù)器無法和終端聯(lián)系時(shí)通過短信信令觸發(fā)終端主動上線，解決永久在線心跳機(jī)制帶來的問題；或者和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合，充分利用智能終端自帶的各種傳感器業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)終端能力、資源和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的完美結(jié)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(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方案，挖掘短信業(yè)務(wù)能力，提供了新的機(jī)制，可有效發(fā)揮運(yùn)營商、SP、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)商、開發(fā)者的業(yè)務(wù)創(chuàng)新性，有利于擴(kuò)大用戶群，創(chuàng)造更大的效益，促進(jìn)移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的繁榮，具有良好的應(yīng)用前景。

1 中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心.中國移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r調(diào)查報(bào)告，2012

2 趙旭.移動信令風(fēng)暴對網(wǎng)絡(luò)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(bào)，2012(9)

3 中國電信集團(tuán)公司.中國電信CDMA網(wǎng)絡(luò)話音/數(shù)據(jù)同傳技術(shù)方案，2012