（通信与信息系统专业论文）cdma无线终端固定台软件设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第l 页 摘要 随着移动通信技术、计算机技术的飞速发展，个人通信的需求也日益广 泛。c d m a 技术本身具有的竞争优势已成为未来移动通信的关键技术。将 c d m a 技术应用到无线接入终端产品( 如手机、固定台、接入盒、车载台、 监控系统) 等系统中传输语音、短消息、并支持数据业务等开发，即是移动 通信技术发展的需要，也满足市场的不同层次的需求，具有较高的实用价值。 c d m a 无线接入固定台是一种采用c d m a 技术体制的无线固定接入台，能 利用无线网络快速、经济地提供固定无线通信业务。针对目前固定台产品功 能单一，不利于与同类产品竞争等缺点，本文从软件设计上考虑，实现了固 定台短消息业务，u i m 卡的鉴权功能，以满足不同的用户需求。 首先，本文对基于高通m s m 5 1 0 5 ( m o b i l es t a t i o nm o d e m ) 芯片组硬件 平台及l 也x 嵌入式操作系统下的c d m a 无线接入终端固定台的d m s s 软件进行研究，整理出从底层驱动到上层用户界面软件设计的思想流程，并 简要介绍了此软件运行平台的r e x 操作系统。 接着按照i s 一6 3 7 b 标准对短消息协议进行详细分析，给出发送，接收短 消息的流程图，并详细设计了在d m s s 软件平台上收发短消息的流程。通过 c 语言及嵌入式系统编程实现了基于c d m a 2 0 0 01 x 移动通信标准的无线接入 终端固定台的短消息业务。通过测试，固定台在c d m a 无线网络环境下 能够成功发送接收短信，文中给出了相应信令测试结果。 然后在对带r u i m ( r e m o v a b l eu s e ri d c n t i t ym o d u l e ) 卡的固定台软件结 构进行分析后，结合鉴权相关协议规定，给出了机卡分离固定台进行鉴权操 作计算及共享加密数据更新的流程图，并给出了在d m s s 软件平台上的设计 流程图。根据设计流程图通过c 语言及嵌入式系统编程设计并实现了机卡分 离固定台的鉴权功能，以防止机卡分离的固定台接入终端设备标识被盗用。 最后对全文进行了总结和展望。 关键宇：c d m a ；r e x 嵌入式操作系统 短消息；r u i m ；鉴权 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 本章介绍了课题的研究背景及意义，概括了c d m a 技术的优点，并对国 内外发展现状进行了研究，最后阐述了本文课题的研究目的及主要内容。 1 1 课题研究背景及意义 移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一。第三 代移动通信和个人通信系统具有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率 数据传输的能力，除了话音和数据传输外，还能传送高达2 m b i 临的高质量 的活动图像，真正实现“任何人、在任何地点、任何时间、与任何人”都能便 利地通信这样一个目标“j 。 1 9 9 3 年以美国q u a l c o m m 公司为首的倡导者。提出了在蜂窝移动通信系 统中采用码分多址( c d m a ，c o d cd i v i s i m u l 廿p l ea c c e 锚) 技术的系统实 现方案。他们通过理论分析和不断的现场实验，证明c d m a 具有许多t d m a 技术所没有的独特属性，并认为c d m a 是移动通信环境下获得大容量和高质 量的一种灵活有效的技术，它既能解决近期模拟系统容量不足的问题，也是 一种通往个人通信的长远解决方案。目前世界上许多大公司都投巨资进行 c d m a 系统的研究、开发和生产 2 。而第三代移动通信的关键技术正是采用 码分多址技术，即c d m a 技术。c d m a 技术具有通信容量大、容量的软特 性、平滑的软切换和有效的宏分集、低信号功率谱密度、保密性好的优点。 社会的进步和个人通信需求使得c d m a 技术得到迅猛的发展口 钔 5 。 因此，将c d m a 技术应用到终端产品( 如手机、固定台、接入盒、车载 台、监控系统) 等系统中传输语音、短消息、并支持数据业务等开发，即是 移动通信技术发展的需要，也满足市场的需求，具有较高的实用价值阳儿“。 本文着重将c d m a 2 0 0 01 x 技术应用到固定台中，如图1 1 所示。目前国 内固定台广泛应用于中国电信4 5 0 m 的村通工程，“村通工程”的服务对象主 要为经济发展落后、建设网络基础设施花费大的偏远乡村和人口稀少地区， 这些区域需求的是最基本的电信业务话音业务，且具有极低话务量和要 求广阔覆盖的特点。在这些区域解决村通工程的难点主要有：人口分散、通 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 信距离远、自然环境复杂、供电条件恶劣、居民经济收入低下、用户因缺乏 基本常识而导致电信设备的易损和失窃等，所以特殊的需求也需要特别的设 备和供货厂商的支撑。通过无线市话固定台提供终端的收发能力，通过在乡 村放置固定台来提供终端的信号收发能力，实现远距离的通话。 图1 1c d m a 无线接入终端固定台 固定台除了应用在农村，还具有广泛的行业应用。如应用在山区海岛等架 设通信线路困难，临时性场所或不经济的地方，还可以广泛的应用在防汛指挥 山区防火等场合作为应急通信手段，迅速通报受灾情况，最大程度不同的减少 灾情。其应用在高速公路旁可作为应急通信电话，迅速通报交通事故从现场快 速的处理交通事故。在公共交通工具上，如火车，公共汽车，出租车，游船等上 开展公话业务，解决旅行者的通信需求。固定台在市内构建无线公用电话系统 设立固定电话亭，开展有人值守公用电话业务。还可采取营业厅模式构建无线 公用电话系统( i p 超市) ，电脑计费，通话完毕后缴费。 目前c d m a 无线接入固定台具备的基本功能有：语音业务： e v r c ( e n h 柚c e dv a r i a b l e r a t ec o d e r ) 及1 3 k 的q c e l p ( q u a l c o m mc o d e e x c i t e dl j n e a rp r e d i c t i v ec o d i n g ) 声码器；来电显示、呼叫转移、呼叫等待、 三方通话；呼叫历史查询、闹钟；数据业务等。其技术规范为：接收灵敏度 范围：- 1 0 4 d b m f e r = 0 5 ，最大传输功率为2 3 d b m ；支持的协议标准为i s 2 0 0 0 向下兼容i s9 5 a ，b ，最大数据速率为1 5 3 6 l ( b p s 。由于其结合了c d m a 技术，c d m a 无线接入固定台具有通话清晰、掉话率低、保密性强、低辐射 以及健康环保等特点。c d m a 无线接入固定台作为2 5 代的产品，可以实现 电路和异步数据业务，外接计算机可以实现无线上网，如图1 2 所示。外接 传真机还可支持模拟g 3 传真，这在商务应用中具有很高的实效性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 图1 2 c d m a 无线固定台网络体系 但是目前单一的话音业务及机卡一体式的绑定等功能远不能满足日益增 长的用户需求，鉴于此本文在高通提供的平台上，基于c d m a 2 0 1 x 技术设 计并实现了固定台的短消息功能，及u i m 卡的鉴权功能，一改以往固定台只 有话音业务等单调功能。固定台还可应用在8 0 0 m 1 9 g 的频段上，适应不同 的频段需求。 1 2c d m 技术的优点 基于c d m a 2 0 0 01 x 技术的固定台比基于g s m 技术的固定台具有更强的 技术优势。c d m a 系统采用码分多址的技术及扩频通信的原理，使得可以在 系统中使用多种先进的信号处理技术，为系统带来许多优点。以下介绍了 c d m a 无线通信系统的几个显著特点 e ”。 1 大容量 根据理论计算及现场试验表明，c d m a 系统的信道容量是模拟系统的 1 0 2 0 倍，是t d m a 系统的4 倍。c d m a 系统的高容量很大一部分因素是因 为它的频率复用系数远远超过其它制式的蜂窝系统，同时c d m a 使用了话音 激活和扇区化，快速功率控制等。 2 软容量 在f d m a 、t d m a 系统中，当小区服务的用户数达到最大信道数，已满 载的系统再无法增添一个信号，此时若有新的呼叫，该用户只能听到忙音。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 而在c d m a 系统中，用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活确定。 3 软切换 所谓软切换是指移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断 联系，而不是先切断与缀基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一 频率的信道间进行，因此，模拟系统、t d m a 系统不具有这种功能。软切换 可以有效地提高切换的可靠性，大大减少切换造成的掉话。 4 采用多种分集技术 分集技术是指系统能同时接收并有效利用两个或更多个输入信号，这些 输入信号的衰落互不相关。系统分别解调这些信号然后将它们相加，这样可 以接收到更多的有用信号，克服衰落。c d m a 系统综合利用了分集技术来抵 抗衰落对信号的影响，从而获得高质量的通信性能。 s 话音激活 c d m a 系统因为使用了可变速率声码器，在不讲话时传输速率低，减轻 了对其它用户的干扰，这即是c d m a 系统的话音激活技术。 6 保密 c d m a 系统的信号扰码方式提供了高度的保密性，使这种数字蜂窝系统 在防止串话、盗用等方面具有其它系统不可比拟的优点。 7 低发射功率 由于c d m a ( i s - 9 5 ) 系统中采用快速的反向功率控制、软切换、语音激 活等技术，以及i s 9 5 规范对手机最大发射功率的限制，使c d m a 手机在通 信过程中辐射功率很小而享有“绿色手机”的美誉，这是与g s m 相比，c d m a 的重要优点之。而c d m a 手机独特的随机接入机制和快速的反向功率控 制，可以使手机平均发射功率维持在一个较低的水平。 8 大覆盖范围 在相同的发射功率和相同的天线高度条件下，c d m a 有更大的覆盖半 径，因此需要的基站也更少( 对于覆盖受限的区域这一点意义重大) ；另外的 好处是，对于相同的覆盖半径，c d m a 所需要的发射功率更低。 1 3 国内外发展现状 自从1 9 4 6 年a t & t 推出了第一个移动电话系统以来，移动通信系统技 术发展日益成熟，1 9 9 3 年q u a l c o m m 公司提出的c d m a 技术正式称为技术 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 标准( i s 9 5 标准) ，并且以i s 9 5 为标准的c d m a 商用系统已分别在美国、 香港和南韩等国家和地区投入使用，取得了良好的用户反映。目前世界上许 多大公司都投入巨资进行c d m a 系统的研究、开发和生产。对于c d m a 2 0 0 0 1 x 技术，它在向提高分组数据传输能力的方向演进。这些技术称为c d m a 2 0 0 0 1 xe v 。1 xe v 的发展从时间上看分为先后大致两个阶段，分别称作l xe v d o ( d a t a0 l y ) 和1 xe v d v ( d a t a 、，o i c e ) 。1 xe v _ d o 是在和1 x 话音 业务不同的独立单载波上提供分组数据业务( 本身不提供话音业务) 1 xe v d v 可以和l x 话音业务共享单载波提供分组数据业务口0 】儿” 。 我国自1 9 9 3 年开展c d m a 蜂窝技术研究，2 0 0 1 年联通新时空c d m a 网络建成，在一个2 g 网络的基础上部署了c d m a 2 0 0 0 网络，而且与此同时 推出了完整产品线的手机和终端应用开发商的群体。研发出具有自主知识产 权且又能支持第三代移动通信标准c d m a 的无线终端产品，可以大大降低成 本，提高终端设备制造的技术水平，缩短同国外同类产品的差距 1 ”。 2 0 0 4 年1 月1 6 日，信息产业部下发了关于在部分省区开展村通工程 试点工作的通知，同时出台了农村通信普遍服务村通工程实施方案， 作为一个过渡时期的解决方案。随着近几年来“村通工程”的大力开展，z 0 0 6 年3 月，信息产业部确定了2 0 0 7 年底实现所有行政村通电话、“十一五”期 间村通工程向自然村延伸、提高农村信息化应用水平的村通工程新目标。 国家在大力开展村通工程，解决农村居民打电话问题的同时，“村通工 程”正逐步向“乡乡能上网”的目标迈进。将c d m a 2 0 0 01 x e v d o 技术 应用到c d m a 无线接入固定台中即可实现这一目标，解决偏远地区布线困难 的问题。 1 4 本文的主要内容 在以往的固定台中只具备最基本的语音通话等功能，不能满足日益增长 的用户需求。本文主要对c d m a 无线终端固定台的软件部分进行研究 基于高通m s m 5 1 0 5 芯片组的d m s s 软件架构，在此基础上采用嵌入式系统 编程设计并实现了基于第三代移动通信标准一c d m a 2 0 0 01 x 的短消息业务以 及防止终端设备被盗用的鉴权功能的设计。 全文的章节内容结构安排如下： 第一章是绪论。首先介绍课题的研究背景及意义，然后概括了c d m a 技 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 术的优点，并对国内外发展现状进行了研究，最后阐述了本文课题的研究目 的及主要内容。 第二章重点介绍了固定台软件功能开发的平台，d m s s 软件系统架构。 从软件体系结构到软件任务划分，详细的描述了要实现一个功能所需的软件 结构设计，最后介绍了d m s s 的软件启动流程，并简要描述了固定台的嵌入 式实时操作系统一r e x 操作系统。本章内容为后续章节的功能设计与实现提 供了基础。 第三章首先对短消息的网络参考模型及协议进行分析。接着在前一章的 基础上，基于d m s s 软件平台设计并实现了c d m a 无线终端固定台的短信 收发功能，并给出了设计流程图、关键函数实现，并对短消息的测试结果进 行了分析。 第四章首先简要介绍了u i m 在d m s s 软件中的结构，重点介绍带u i m 卡的固定台的鉴权原理，最后基于软件平台设计并实现了固定台的u i m 卡鉴 权功能，并给出了设计流程图及其关键函数实现。 最后是结论与展望，总结了本文的主要内容，并对今后的工作做出了展 望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章c d m a 无线接入终端软件架构研究 本章重点介绍了固定台软件功能开发的平台，d m s s 软件系统架构。从 软件体系结构到软件任务划分，详细的描述了要实现一个功能所需的软件结 构设计最后介绍了d m s s 的软件启动流程，并简要描述了固定台的嵌入式 实时操作系统r e x 操作系统。本章内容为后续章节的功能设计与实现提 供了基础。 2 1d m s s 软件系统架构研究 2 1 1m s m 与d m s s 本文的所有工作是在高通m s m 5 1 0 5 ( m o b i l es t a t i m o d e m ) 芯片组的 硬件平台上开发的，m s m 芯片组是q iy a i c o m m 用于c d m a 移动终端的硬 件解决方案，而d m s s ( d u a lm o d es u b s c r i b e rs o n w a r e ) 软件系统则是运行 在m s m 芯片组之上的系统软件，它支持a m p s ( 模拟) 和c d m a ( 数字) 两种制 式，本文只考虑c d m a 制式1 “。 2 1 2d m s s 软件结构 d m s s 软件系统采用了分层结构，大致分层结构为 应用封装层 j l 标准与业务封装 层 j 设备封装层 图2 1d m s s 软件系统分层结构 图2 1d m s s 软件系统分层结构 要塞奎塑查兰璧主堕壅兰兰堡笙塞蔓竺夏 不同被划分成若干个具有不同优先级的任务，例如呼叫管理任务、接收任务、 发送任务、r - u i m 卡任务、n v 管理任务、导频搜索任务、数据业务任务主 被叫、收发短消息、无线上网、g p s 定位、切换、注册、鉴权、系统判决、 语音识别、信令消息的解析等。这些任务利用设备封装层提供的逻辑设各接 口控制物理设备并和其它任务协调工作，实现自己所完成的功能。任务运行 的平台是一个实时的嵌入式操作系统由操作系统实现对各个任务统一的调 度管理“各个任务间都有a _ p i 接口供其他任务调用，并通过信号量、命令 队列等机制互相通信。 用户应用封装层是整个软件系统的最上层，是用户和软件系统交互的界 面层。用户能通过这一层软件对模块进行控制。这一层的功能主要是识别用 户发来的键盘按键命令，输出显示和声音信息提示用户，并通过用户的操作 发起实现语音。短消息等业务。 整个软件系统以嵌入式操作系统作为运行平台，软件系统根据各部分实 现的功能、执行的速度、对硬件资源的占用等划分成若干各任务，各个任务 间通过a p i 、信号量等机制通信，并由操作系统统一调度管理，实现协调工 作。 2 1 3d m s s 软件任务划分 c d m a 无线接入固定台的整个软件系统分成多个任务，每个任务完成一 定的功能，并由操作系统统一进行调度。其模块软件系统中的任务可以看作 具有自己堆栈和优先级的可以单独执行的线程踟胁1 。因为每个任务的重 要程度不同，有的需要立即执行，有的可以在空闲时执行，所以每个任务必 须具有不同的优先级，就像计算机的中断具有优先级一样。表2 1 给出了 c d m a 无线接入固定台软件的各个任务和它们的优先级嘲。 表2 1d m s s 软件的任务和优先级 优任务名缩写 任务简述。 先 级 1 w h t c h d o g d o g 看门狗，监控所有其他任务并报告给硬件的看门狗 2s o u n ds n d 控制话机产生的声音，包括d 1 m f 、告警音等 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 31 t a n s m i tt x l 在c d m a 及f m 模式下发送信令信息，以及在 c d m a 模式下发送话音数据 4r e c e i v e rr x 在c d m a 及f m 模式下接收信令信息，以及在 m a 模式下接收话音数据 5s e a r c h e rs r c h 获取并维持系统定时时间，监控多径传播环境，在 c d m a 模式下管理解调资源 6l k c e i v e r - t l 丑n s m i tr ) 订x在c d m a 的层2 中确认信令信息 7m a i nc o t 加lm c 监控话机的呼叫处理状态，在c d m a 呼叫处理中， 也被称为m c c d m a 8h a n d s e th s 监控话机的按键输入 9 d i a 驴o s t i c d i a g 支持与诊断监控程序的交互，允许通过一个外部串 口对存储嚣进行d e b u g 、t e s t 及服务编程 1 0o d s ps e i c c sq d s p管理固件映像 1 1、，b c o d e rv o c 声码器，在m s m 3 1 0 0 中作为0 d s p 2 的驱动接口 1 2c a l lm 粕a 萨rc m 作为m c 与呼叫处理用户的接口。呼叫处理用户包 括u i 、d s 、d l a o 等 1 3s h o r t m e s s a g e s m s 提供了短消息的a p i s e r v i c e s 1 4b l u e t o o t hb r 提供了核心的蓝牙协议，支持蓝牙耳机，支持通过 u i 控制与管理蓝牙设备，并提供了a p l 以进行基于 蓝牙的增值应用开发 1 5 p o s i l i o n p d s m提供了a p l y l 以支持基于0 p s 1 的定位 d c t e r m i n a t i o n 1 6u s e rl t e 血c eu i 提供了人机交互接口 1 7n o n 、，o l a t i l en v m监控e e p r o m 的读写可以被n v l m k 替代以 m e m o r y通过f l a s h 文件系统模拟e e p r o m 1 8、，o i c es e r v i c e sv s 执行与语音识别、语音记事及自动答录机有关的操 作 1 9e m b e d d e df i l ee f s 访问f l a s h 存储设备的通用文件管理系统 s y s t e m 2 0 f f 盯f i l e s y s t c m e a = r 运行在m m c 存储设备上的文件管理系统，可被e f s 访问 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 1a n t h e n t i c a t i o a l 删为m c 提供了鉴权功能，以实现防欺诈及语音保密 2 2 d a t ad s 执行数据呼叫控制及异步传输命令处理 2 3u s bu s b d提供了u s b 驱动 c 2 4d i n e h e l i a nd h 执行符合l s 一6 8 3 a 标准规定的d i 饿e - h e l l m 蛆密钥 交换幂函数计算以及随机数的产生。 2 5 p m t o c o ls e r v i sp s 执行特定的协议处理，如t c p 肿p 即 2 6 s l e 印 s u 瞻p当没有其他任务需要执行时，执行此任务。如果可 能，可使c p u 进入一种较低耗的睡眠状态 2 1 4d m s s 的软件启动流程 当打开固定台p o w e r 键开机后，d m s s 的软件启动流程如图2 3 所示， 系统上电后，引导区中的复位向量将引导程序跳至引导代码处开始执行，引 导代码主要进行：硬件寄存器和片选的初始化；确认f i a s h 映射为有效代 码；测试黜蝴并将它填充为0 ；将初始数据从f l 峪h 中拷贝至r a m ；建 立默认中断向量；建立堆栈。以上过程属于系统自检部分，如果自检失败， 将通过下载更新程序。重新启动，再失败就自动关机。自检通过后将进行操 作系统的初始化，操作系统初始化完成后启动主控任务，主控任务先进行一 些初始化工作，随后依次创建其他任务。每个任务被创建后先进行自身的初 始化工作，完成后将自己挂起，置于挂起状态，然后再创建下一个任务。用 户接口任务创建完成后主控任务等待用户接口任务决定下一步是进行在线、 离线还是关机操作。如果在以上过程中没有出现错误，主控任务将继续完成 其他任务的创建工作并进行系统判决。系统判决将判断模块进入c d m a 模式 还是模拟模式。当进入c d m a 模式后，正常工作情况下，系统将一直在c d m a 状态机内进行循环。关机或系统出现异常时，将退出c d m a 状态机。n v 、 u i 、珏s 、d 认g 和s l e e p 是最早启动的任务，软件系统起来后就可运行其 它任务。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 d m s s 软件肩动流程d m s s 基本状态湖程 硬件寄存器初始化、片选初始惦 验证f l a s h 映像为合法代码； 测试r a m 并进行清空，、 义戤r 柚 设置默认的中断向量； 设置堆栈。 c d l m i n ( ) 函数 上 c a l lr c x _ l t i n ( ) 函数，开启m c 0 m c 执行一些初始化操作 m c 创建其他的t a s h 0 m c 等持u i 做出决定，下一步是上 绒、下线还是关机。 0 如果一切正常，那么m c 将肩动余下i 的t a b k s ，并进入系统检测步骤。 图2 3d m s s 软件启动流程 2 2 r e x 嵌入式操作系统简述 在d m s s 软件系统中采用r e x 作为实时操作系统瞳”。r e x 是一种专 为小型嵌入式系统设计的简单、有效、低耗、支持多任务的实时操作系统， 它为任务控制、任务同步、互斥、定时器及中断控制提供了编程接口。r e x 体积很小，只占不到4 k 的r o m 。r e x 提供了任务、信号作为同步机制，并 提供了简单的定时，计数器，内置定时功能。r e x 可处理i r q 中断控制，允 许抢先调度，快速响应任务请求，且任务集紧凑，支持多任务。 薹 、lflrij、il芦j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第3 章短消息业务的设计与实现 本章首先对短消息的协议进行分析。接着在前一章的基础上，基于d m s s 软件平台设计并实现了c d m a 无线终端固定台的短信收发功能，本章给出了 设计流程图，函数实现以及部分测试结果。 3 1s m s 协议介绍 3 。1 1s m s 的网络参考模型及业务特性 s m s ( s h o nm e s s a g cs e r v i c c ) 短消息业务，是支持少量数据在移动台与 外部网络特性单元之间进行通信的网络服务【2 4 】。它是在现有移动电话网的资 源和其他相应通信设备的基础上开发的附加通信业务。在本章中，为了便于 阐述终端与系统间的关系，采用移动台代替固定台一词，但其并不完全等同。 短消息业务( s m s ) 允许移动台与无线系统之间，及无线系统与外部设备 ( 可支持发送，选择性接收短消息) 之间的短消息交互。外部设备可以是语 音电话，数据终端或短消息入口系统 2 ”。图3 1 包含了s m s 的简化网络参考 模型，这是一个抽象的模型，具体实现根据实体在设备中分布的不同而不同。 图3 1s m s 简化网络参考模型 洼：m s ( m o b 豇es t - o n 】移动台 u i m 0 8 e r i d e n t y m o d u l e ) 用户身份模块 p s t n o u b l i cs 蚋t c h e d t c l e p h cn c t w o n 。公众交抉电话网 m e ( m o b i l ce q l l i p m c m ) 移动设备 固园 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 t e 0 e 珊i n a ic 叩i p m e n t ) 终增设备 这个模型中的基站( b s ) 包含收发器设备( 如天线) 、移动交换中心( m s c ) 和与其它设备连接的接口啪】。模型中的消息中心( m c ) 执行通用的s m s 消 息中心功能。n 参考点表示一个s m s 消息中心和一个b s 之间的一个或多个 标准化接口，位于b s 内部。由于内部系统的s m s 协议和消息格式可能与 c d m a 空中接口中的不同，为了在内部系统中发送和接收消息，n 接口中继 层负责格式化和分解消息。终端设备( t e ) 是语音和数据设备( 如计算机) ， 直接或间接的与消息中心相连。消息中心包含于基站中或与基站同在一地。 这样移动台或终端发出的短消息可以在消息中心指挥下通过基站或市话网的 帮助转发到相应的移动台或终端。 短消息业务由入口特性、管理特性、及消息传输性能组成，这些特性分 布在由无线系统和s m s 消息中心( m c ) 组成的s m s 系统中。m c 可能与无 线系统相互独立，或在物理上集成于无线系统中。短消息的入口特性通过接 口提供给m c 及移动台。发送端使用这些接口进入短消息、目标地址及各种 发送选项。m c 接口可能包含以下特性。如：音频响应提示、用于来自语音 电话拨号接入的d t m f 接收，及恰当的菜单和用于拨号或专用数据终端接入 的消息入口协议。移动台接口可能包含支持消息入口的键区及显示特性。而 且，无线语音服务用户可使用移动台的正常语音或数据特性去呼叫一个s m s 系统，进入消息业务。短消息的传输特性是，通过c d m a 寻呼信道或指定的 业务信道上进行消息的发送。短消息的管理特性包括消息的存储管理，外形 编辑，接收确认和状态查询等口”。 3 1 2s m s 的协议栈 如图3 2 所示，每个实体包含一定的协议层，以实现实体之间的正常通 信1 1 “。在c d m a 2 0 0 0 1 x 系统中，移动台发出的消息经过基站转发到消息中心， 或方向相反。基站作为唯一的中间传递者( s m s 消息中继点) 。从理论上讲， 可以有任意多个中继点，都包含类似于基站的s m s 协议堆栈。如：在一个已 经进行了系统间切换的呼叫中，到达移动台最后定位的基站的短消息必须转 发给当前服务的基站来发送乜“。 s m s 系统负责在消息中心和移动用户设备间传送消息，而s m s 承载业 务是s m s 系统的一部分。承载业务由s m s 传输层和s m s 中继层提供。s m s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 传输层是承载业务协议的最高层。传输层管理端到端的消息传送。相当于引 路员。在中继点的实体里，传输层负责从下面的s m s 中继层接收s m s 传输 层消息，翻译目标地址和其它路由信息，并要求下面的s m s 中继层按地址转 发消息。在终止点的实体里，传输层提供介于s m s 电信业务和s m s 承载业 务间的接口，相当于把消息最终交给接收者使用。s m s 中继层作为传输层和 链路层间的中介。链路层完成一些底层的功能，为s m s 中继层服务。 移动台基站s m s 消息中心 ( 承载业务端点)( 承载业务中继点)( 承载业务端点) 图3 2s m s 的协议栈 3 1 2 1s m s 中继层概述及其功能简介 s m s 中继层提供了s m s 传输层与链路层用于传送短消息的接口。在u m 接口上，s m s 中继层通过提供移动台与基站间传输s m s 数据所需的传输协 议接口，来支持传输层。在n 接口上，s m s 通过提供消息中心与基站间传输 s m s 数据所需的网络接口，来支持s m s 传输层【期。 u m 接口即指c d m a 无线系统。一个经过完全初始化并能提供接入系统 功能的c d m a 移动台可以在三种状态下运行：移动台空闲状态，系统接入状 态，移动台对业务信道控制状态。s m s 中继层可以在任何一种状态下发送消 息。中继层也可以使用呼叫控制信令指示移动台改变当前状态，以便发送 s m s 消息。n 参考点为连接到消息中心的系统问网络链路。当在系统间链路 上进行收发短消息时，n 接口中继层负责必要的消息格式化和分解。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 s m s 中继层负责接收传输层消息，并将消息转发到下一个指定的中继点 或端点。当消息不能发送到指定的中继点或端点的时候，提供错误指示给传 输层。中继层接收基站发出的消息，并转发到传输层。且提供接口给链路层， 并控制链路层来完成消息中继功能。还根据s m s 标准和相关的按链路层或相 当的s m s 层要求的标准，格式化消息。 3 1 2 2s m s 传输层概述及其功能简介 s m s 传输层位于s m s 承载业务端点或中继点内。在承载业务端点，s m s 传输层提供接入到s m s 系统的方法，以服务于生成或接收s m s 消息的电信 业务。在承载业务中继点，传输层为中继层间提供了一个接口。移动台传输 层通过中继层提供的服务，在移动台和消息中心之间发起，转发和终止s m s 消息。这里假定中继层所使用的链路层支持消息寻址，这样，中继层可以从 链路层报头中推断出确定的地址参数。这里特别假定s m s 点到点传输不需要 确定地址参数，因为链路层提供这个地址。例如，在寻呼信道和前向公共控 制信道上，可假定中继层能从数据突发消息的地址域中取出多址。s m s 传输 层在s m s 承载业务服务端点和中继点有不同功能。 在一个s m s 承载业务端点，传输层提供的功能有：从s m s 电信业务层 接收消息参数，格式化传输层s m s 消息，并使用适当的中继层服务原语传输 消息到中继层；当所有递交的消息都返回接收确认时，通知中继层；当中继 层报告错误时，通知电信业务层；从中继层接收s m s 消息并把接收到的s m s 消息再传给电信业务层：在移动台执行鉴权计算。在一个s m s 承载业务中继 点，传输层提供的功能有：从一个中继层接收s m s 消息，如有需要，重新格 式化s m s 消息，并用适当的中继层服务原语把s m s 消息传递给另一个中继 层；如有要求在中继层间传递确认或错误报告；在基站执行鉴权计算或提供 接口给执行鉴权计算的实体。 3 1 2 3s m s 电信业务层概述及其服务类型 s m s 电信业务层位于一个承载业务端点。电信业务层通过传输层承载数 据参数的子参数的一个标准集，来支持基本的s m s 功能。 标准中定义的电信业务支持包括以下几点：电信业务消息和它的内容的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 定义，以及对保证匹配所必需的过程要求的最小集定义。支持的电信业务见 表3 1 。 表3 1 支持的电信业务 c d m a 电信业务网络电信业务 扩展协议增强服务i s 9 1 无线寻呼电信业务 c p t _ 9 5 无线消息电信业务 c m t 9 5 语音邮件提示( v o i c cm 枷n o t i f i c a 廿仰) v m n - 9 5 无线应用协议( w a j p ) 、7 i r a p 无线增强消息电信业务w e m t 服务种类编程电信业务s c p t 卡应用工具包协议电信业务c a 肿 3 2s m s 收发的具体流程 短消息的业务类型包括移动台发起的点到点短消息业务( m om o b i l e o r i g i n a t e d ) ，移动台接收的点到点短消息业务( m t m o b i l e t e m i n a t e d ) 驯。根据 使用的空中接口类型，又可以划分为控制信道传输和业务信道传输两种类型。 本文仅设计了移动台发送或接收的点到点短消息业务。 在核心网内部，s m s 消息在m s c 和m c 之间按照3 g p p 2 的标准1 3 ”，利 用短消息传输点到点( s m d p p ，s h o nm e s s a g ed c l i v e rp o i n t t o p o i n to p e r a t i ) 操作消息传输。在空中接口的无线信道上，根据移动台的状态和短消息的长 度，在反向链路上使用接入信道或反向业务信道传输，在前向链路上使用寻 呼信道或前向业务信道传输。在m s c 与b s c 的i o s 接口上，采用信令a 1 接口传输，根据传送方向和空中接口信道的不同，将分别采用数据发送服务 ( a d d s ) 寻呼( p a g e ) 消息，a d d s 传送( t i r 眦s f 时) 消息和a d d s 传输 ( d e l i v e r ) 消息进行传送。 3 2 1s m s 发送流程 移动台用户编辑完一条短消息就可向网络提交短消息，生成s m s m 0 消 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 中，固定台通过空中接口接收短信的典型简化流程图。 图3 7s m s 呼叫处理任务流程 3 3 1 2 u i 界面及u 1 和n v 间的接口 u i 界面的特性有：读取新的或旧的短消息：删除短消息l 霾萎爵晕筮晶 怒娶裂h0 鋈i 蓁耄萋计蓑羹翼薹i 瑟驯妊业舀鹫毳塑妻俐肆国希m 下l 较 收氧1 隔t 圣鏊冀冀瞬掣二 譬藿馐薹蚕剐囊霹璧毳邬磊l 霾。薛a u t h b s 值，如果两个值相同，则s s d 更新过程成功，s s d 存入r u i m 卡的半永久内存并用于后面所有的鉴权计算嘲】。如果两个 a u t h b s 值不同，r u i m 就放弃新的s s d 值仍保留当前的值，见图4 4 。 s s d 的更新流程如图4 5 所示。 r - u i m固定台网络 图4 3更新s s d 操作和a u t h b s 计算 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 9 页 移动台 r a n d s s d ak e y i i 审 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 基站 图3 9m sc d m a s m sm e s s a g e 流程图( 续) 本流程图详细的描述了移动台自基站接收短信到存储到固定台n v 中的 完整过程，发送短信的过程则相反。 u a 锄s _ s t a t u s - l l t y p c u a s m s _ m e s s a g e j o r d - t y p e b o o l e a n t i d = u a s m s n e x l t i d o ； s t = u a 锄s x d e d e _ _ c d m ad ( 0 1 ：a _ p t l s t ： n c - j t f t 0 ； n o - d e l i v e f y3l c a i se s m t l j n sg 锄c l m s g 碡w b d p 玳 ，o u t ，o o u t + ， ) ； i “s t = = u a s m s m l s s i n g m a n d = i d r y _ l i a r m _ s s m i l m s g 1 l m c s s a 弘j y p e = = u a s m s t lt y p e j o l n tt op 0 l n t s m t j m s g m a s k u a s m s m a s l u l _ _ b 已蚴一r e p l y o p t i o n ) s t = u a s m s 一0 k s ； a si fr e c e i v e da9 0 0 dm e s s a g e n o _ d e l i v e r y = t r u e ； ，s e n db a c ka c ki 锄e d i a t e l y i “锄t l j 叮s g i l m e s s a g e t y p e = = u a s m s t l p e a c k ) p f o c e s s a c kl om o m s g ， s e q n u m = s m t l m s g c a u s e c o d e r e p l y _ _ s c q _ _ n u m ； o n l yc a u c o d e s f i e l ds h o l l l db e p 犯n t i na n k ， i f ( ( 咖- m g m a 咄u a s m s j 俄s k1 r i c a u s e - c o d e s ) l = u a s m s m a s k _ _ t l l c a u s e c o d e s ) f s t = u a s m sm i s s i n gm n d a l f o r yp a 且ms ： ) e l s ei f ( ( r e c _ p 仃= u a 蛐s - m a p m o c ( 3 e q j u m ) ) 皇= n u l lh r e c j t f s t a t e = = u a s m 轧m s g j d u ! ) s t = u a s m s u n e x p e c l e d - 】强r m m l u e s ； c l s ei f ( 托c - p t r _ s t 丑t e = = u a s m s m s g w a j t j d r - a c k e c p t r 一 s t a t e = = u a s m s m s g l a r 2 _ i n _ _ p r o g r e s s ) ，l ft l a c ka r f i v e sb e f b r cl a y e f 2 丑c k ja s s u m el 丑y e r 2s t a l u si so k ， ，a n di tw i b ei g n o r e dw h e ni tc o m e sl a t e l u a s m s - c l i e n l m s g s t a t u s ( r e c _ j t r u s e 乙d a l a ， s m t i m s g c 叽s e - c o d e e r r o r l 髂s ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 3 页 发起呼叫、接听呼叫、向网络注册) 、响应基站发籍箨饕盘蠢翼鬻州i 攫菥湔 篓羹| 薹甄墼斡鏊渔器墼| 蓁蓊霪丽骚铲磊萎篓酷蒋麓藉嚣雾墨霎誉矍器麓霆 霎锅；尊霎垂；i 雾萤羹羹蓉一强鎏蘑隔。霍羹萋辇醚鞣鲢锄薹黧琏蕊撵薹蠢 蘸，静确菇矍繇鹱囊蠹然醴| 蘩囊l 薹鋈耋鬻翼；k 萎黢鳍藤筻醺蚋 阿獒蟹娄璧拜囊夏羔口鍪藕露。器矗嚣馥鞠藏匿f o m a t ； i s m t l 脚s g m a s k u a s m s 一知【a s kt i ：a d d r e s s ) m c - p * a d d 坤s s = 锄t l j n s g a d d 伸8 s ； e l s e r ec _ j t r - a d d r e s s n u m b e r 一_ o f _ d i g “s = 0 ； ) i f (s m t l - m s g m a s k u a s m sm a s k - t l _ _ s u b a d d r e s s ) 托c - p * s u b a d d r e s 3 = s m t l - n 鸲g s u b a d d s s i e l s e r e c p t 卜 s u b a d d r