基于Socket技術(shù)的無線通信信令收發(fā)模擬軟件設(shè)計(jì)

任育琦 劉瑩 李文杰

【摘 要】文章設(shè)計(jì)一種無線通信信令收發(fā)模擬軟件，采用TCP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸形式來模擬無線數(shù)據(jù)傳輸中信令的收發(fā)。該軟件采用客戶端/服務(wù)器模式，以手機(jī)為客戶端，以基站為服務(wù)器端。基于Socket通信編程，實(shí)現(xiàn)信令的發(fā)送和接收、信令的解析和處理。多個(gè)手機(jī)可以同時(shí)與一個(gè)基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而基站同時(shí)也能監(jiān)聽和處理多個(gè)手機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求。整個(gè)軟件用C++語言加以實(shí)現(xiàn)，并測(cè)試通信，運(yùn)行良好。

【關(guān)鍵詞】無線通信信令；客戶端/服務(wù)器；Socket通信

【中圖分類號(hào)】TN914 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）09-0034-03

0 引言

隨著無線通信行業(yè)的迅速發(fā)展，通信產(chǎn)業(yè)鏈日漸成熟，無線通信技術(shù)深刻地影響著人們的生活。在無線通信網(wǎng)中，除了傳輸相關(guān)業(yè)務(wù)信息外，還在通信設(shè)備之間傳輸用來保證正常通信所產(chǎn)生的控制信號(hào)，而信令網(wǎng)就是傳輸這些控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，而用來控制語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)南⒎Q為信令。信令可看做是一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，不同于用戶信息，用戶信息是通過通信網(wǎng)絡(luò)由發(fā)送者傳給接收者，而信令通常需要在通信網(wǎng)絡(luò)的基站、移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)控制交換中心之間傳輸，以及進(jìn)行分析處理并經(jīng)交互作用而形成一系列的操作和控制，其作用是保證用戶信息的有效且可靠的傳輸。

本文設(shè)計(jì)了一種無線通信信令收發(fā)的模擬軟件，用來模擬無線數(shù)據(jù)傳輸中信令的收發(fā)、解碼分析、處理及糾錯(cuò)。

1 Socket通信

Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)通用的API，也是在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)最為普遍的的API。Socket在計(jì)算機(jī)中提供了一個(gè)通信端口，可以與任何一個(gè)具有Socket端口的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、接收的信息都通過這個(gè)Socket接口來完成，通過調(diào)用系統(tǒng)提供的Socket庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的相互通信。在應(yīng)用開發(fā)中就像使用文件句柄一樣，可以對(duì)Socket句柄進(jìn)行讀、寫操作。通信機(jī)制采用客戶端/服務(wù)器模式，所謂客戶端和服務(wù)器，就是2個(gè)相應(yīng)的應(yīng)用程序，即客戶端程序發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)請(qǐng)求作出應(yīng)答，并產(chǎn)生結(jié)果。

2 模擬軟件設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

客戶端/服務(wù)器公共模塊包括顯示模塊、通信模塊、子模塊和狀態(tài)模塊四大部分。其中，顯示模塊主要顯示并處理用戶信息和提供定時(shí)器。通信模塊主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)器/客戶端處理數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。子模塊對(duì)應(yīng)著一個(gè)客戶端（手機(jī)），主要協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)流在通信模塊和狀態(tài)的傳輸，以及狀態(tài)的變遷管理和狀態(tài)模塊的切換。狀態(tài)模塊主要用于各個(gè)信令的校驗(yàn)，以及信令的產(chǎn)生。

本文設(shè)計(jì)的軟件采用C/S架構(gòu)，應(yīng)用C++程序語言，采用對(duì)話框模式，以手機(jī)為客戶端，基站為服務(wù)器。該軟件用于實(shí)現(xiàn)信令的發(fā)送和接收、信令解析處理及在信令收發(fā)傳輸中發(fā)生幾種狀態(tài)的遷移，其中手機(jī)和基站以收到信令為狀態(tài)遷移的觸發(fā)條件。多個(gè)手機(jī)可以同時(shí)與一個(gè)基站進(jìn)行信息交互，同時(shí)基站也能監(jiān)聽和處理多個(gè)手機(jī)的請(qǐng)求，但基站的存儲(chǔ)設(shè)置較小，所以只能處理的手機(jī)個(gè)數(shù)有限制。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸采用Windows Socket實(shí)現(xiàn)，Socket采用TCP數(shù)據(jù)流方式，雖然TCP/IP是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，但也需要在應(yīng)用層確保數(shù)據(jù)的可靠到達(dá)，增加超時(shí)重發(fā)機(jī)制，且重發(fā)次數(shù)有限并可配置。

2.2 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu)，分為4個(gè)層：即通信層、數(shù)據(jù)處理層、消息緩沖層和顯示層。其中，通信層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)，通信層由通信模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理層主要用于解析信令、生成信令數(shù)據(jù)等與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，由管理模塊、子模塊和狀態(tài)模塊構(gòu)成。消息緩沖層主要儲(chǔ)存消息隊(duì)列，緩存通信模塊接收的數(shù)據(jù)端消息。顯示層主要用于界面數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)和用戶操作，由對(duì)話框類構(gòu)成。服務(wù)器端的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，通信模塊將接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)流傳遞給數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行處理，并發(fā)送消息隊(duì)列經(jīng)消息緩沖層到顯示層處理。數(shù)據(jù)處理層將產(chǎn)生的信令數(shù)據(jù)傳遞給通信層，并通過消息機(jī)制將要發(fā)送給客戶端的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示層處理。

通信層的通信模塊采用多線程設(shè)計(jì)，其中一個(gè)線程用于端口監(jiān)聽，當(dāng)端口有客戶端連接，則開啟一個(gè)獨(dú)立的線程接收這個(gè)客戶端Socket數(shù)據(jù)。開啟的接收數(shù)據(jù)線程數(shù)是可定義的，如果超過最大連接數(shù)，則不再開啟數(shù)據(jù)接收線程。接收客戶端Socket數(shù)據(jù)的線程將接收到的數(shù)據(jù)存入消息緩存層。數(shù)據(jù)處理層的管理模塊開啟多個(gè)處理數(shù)據(jù)消息線程，并進(jìn)行在讀取消息線程里面調(diào)用客戶端Socket對(duì)應(yīng)的角色進(jìn)行處理。子模塊根據(jù)所需的信令數(shù)據(jù)調(diào)用狀態(tài)模塊進(jìn)行信令的校驗(yàn)和產(chǎn)生，維護(hù)著對(duì)應(yīng)客戶端的狀態(tài)信息，并根據(jù)接收到不同的信令進(jìn)行狀態(tài)的切換。狀態(tài)模塊通過調(diào)用通信模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)將信令數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。顯示層主要接收消息，將接收到的消息進(jìn)行顯示，主要顯示信令I(lǐng)D、信令流向和碼流，并對(duì)錯(cuò)誤信息進(jìn)行突出顯示。具體數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

2.3 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端的設(shè)計(jì)架構(gòu)和服務(wù)器大體一致，采用4層設(shè)計(jì)，分別為通信層、數(shù)據(jù)處理層、消息緩沖層和顯示層。其中，通信層包括通信模塊，主要實(shí)現(xiàn)異步I/O數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。數(shù)據(jù)處理層包括子模塊和狀態(tài)模塊，用于解析信令，生成信令數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)處理。顯示層主要用于界面顯示和用戶操作，由對(duì)話框類構(gòu)成。客戶端的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由于客戶端采用異步I/O模式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有數(shù)據(jù)接收時(shí)，會(huì)觸發(fā)窗口的網(wǎng)絡(luò)消息，通過顯示層的對(duì)話框調(diào)用通信模塊的接收數(shù)據(jù)函數(shù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理層只包含一個(gè)子模塊，通過狀態(tài)模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信令數(shù)據(jù)校驗(yàn)和信令產(chǎn)生，由子模塊調(diào)用通信層的發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。具體數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

3 測(cè)試結(jié)果

服務(wù)器和客戶端程序的運(yùn)行效果圖如圖5所示。

手機(jī)撥號(hào)，向基站發(fā)送請(qǐng)求建立消息，處于空閑狀態(tài)的基站收到請(qǐng)求，向手機(jī)回提示消息。同時(shí)，基站接通鏈路，向手機(jī)發(fā)送連接狀態(tài)消息。手機(jī)向基站回復(fù)應(yīng)答，進(jìn)入通話階段。

當(dāng)通話結(jié)束，基站立即釋放鏈路，向手機(jī)發(fā)送斷開狀態(tài)消息。手機(jī)釋放鏈路，向基站回釋放消息，整個(gè)通話結(jié)束。對(duì)于基站，其正常流程是手機(jī)發(fā)送完釋放消息后關(guān)閉手機(jī)。消息為灰色表示連接斷開，如果是紅色，則是收到非預(yù)期消息，重新發(fā)送。如果出現(xiàn)超時(shí)狀態(tài)回滾，則超時(shí)消息重發(fā)。

4 結(jié)論

本文以Socket技術(shù)為載體，設(shè)計(jì)一種無線通信信令收發(fā)模擬軟件，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸中信令的收發(fā)。通過實(shí)際應(yīng)用和測(cè)試，能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，通信時(shí)每條信令都可以在界面上顯示ID、方向和碼流，所有信令都能可靠無誤地到達(dá)對(duì)方，任何一方發(fā)送的信令丟失后都有重發(fā)機(jī)制。通過模擬軟件的開發(fā)，體現(xiàn)了Socket在網(wǎng)絡(luò)編程方面的巨大作用，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)編程的易實(shí)現(xiàn)性和可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]