基于短信擴展信令的移動互聯網業務實現方案研究

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 移動互聯網、物聯網業務現狀

近年來，基于無線寬帶技術的移動互聯網應用取得很大發展，截至2011年12月底，我國手機網民規模達到3.56億人，同比增長17.5%，其中，智能手機網民規模達到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，存在一些影響業務和網絡發展的問題。如即時通信業務（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]。

同時物聯網應用發展很快，而傳感器基本為單一功能的專用終端，業務暫以面向行業用戶為主，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新型業務，既可以可靠提升智能手機的終端資源調用能力和開放性，支撐移動互聯網、物聯網的發展，也可以作為增強電路域關聯業務觸發的補充手段。

2 短信承載業務信令的可行性研究

要實現終端呼叫狀態的上報通知、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系主要有短信、語音、數據3種方式，本節主要研究這3種方式作為網絡和終端之間的業務信令傳輸通道的可行性，并從信令通道的需求出發，深入研究短信作為業務信令的情況。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。若接入過程出現切換掉線，DoV業務會異常中斷；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難度較高[3]。

cdma2000 1x/3G數據業務是基于cdma2000 1x、Ev-Do網絡和Internet為移動手機用戶提供的上網業務。隨著上網速率的提升和智能手機的普及，移動數據業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起的業務（“get”業務），不能提供網絡側主動發起的業務（“push”業務）。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，按照統計數據，消息首次下發成功率為98.6%，在平臺的重發機制下（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時延不超過10 s，需特別指出的是，如果CDMA用戶在呼叫態收發短信，可使用已建立的業務信道收發，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“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務實現系統方案研究

3.1 系統方案架構

現有的一些業務標準都針對一些具體的業務，各有各的側重點，業務體系也類似，參考現有OMA（開放移動聯盟）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務實現系統方案，如圖1所示。

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

·業務開放API：供各具體業務平臺調用。

·終端信息管理：管理用戶終端型號、操作系統、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、用戶業務功能。

·業務控制處理：處理業務請求和響應及業務信令的分發；完成用戶會話管理、用戶業務權限處理；基本業務信息處理，處理來自用戶或業務的信息，如更新用戶的狀態、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務實現系統方案

·信令處理：與現有短信系統互通，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。該模塊至少能實現如下功能：短信信令收發，接收發送特殊類型、端口的短信信令；信令解析執行，根據短信命令的規范，解析信令，執行或分發到相關應用、硬件處理；終端能力API，供各具體業務調用；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，在其他的業務應用上也有先例。中國電信的定位業務以及電信物聯網的數據傳輸接口都利用短信承載控制命令實現對終端的功能控制。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方便終端區別特殊短信，這種區別方式簡單規范，但需要寫入終端和網絡支持，在此之前可用主叫SP號碼進行區別。

綜合考慮短信的承載能力、短信信令承載的業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。

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

·信令類型：固定長度，1 byte，用于區分管理信令和業務信令。

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，由業務平臺或者業務客戶端生成。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，操作對象可由業務自行定義。基本服務的操作對象包括：呼叫信息相關的主被叫號碼、各傳感器、網絡能力以及終端信息、系統配置等。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務系統方案主要針對智能終端，終端的信令處理模塊作為業務中間件可以接收平臺的短信信令，協助網絡實現對終端、業務的控制，實現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務實驗，如通過短信發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，與采用信令監測方案相比，不存在反映時間長和無法全網監測的問題。

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

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

1 中國互聯網絡信息中心.中國移動互聯網發展狀況調查報告，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