短信应用开发研究

短信应用开发研究

1 前言

随着移动通信网络的迅猛发展，基于移动通信网络的应用范围也迅速扩展，比如无线公话、无线定位、无线数据采集等等，这些应用都需要一定程度的远程通信能力，而采用何种无线通信方式成为这些应用开发面临的首要课题，高速的数据业务（GPRS和CDMA1X）费用高、设置复杂，相应的应用开发成本高、技术难度大，因此我们迫切需要一种简单易用的数据通信方式。

移动短信业务作为移动早期数据业务的一种，经过几年的高速增长，现已成为移动主营业务的重要一块，短信以其简单易用、覆盖面广、资费便宜的特点，不仅成为人们日常沟通的重要工具，也成为无线网络通信的一种重要手段，可广泛应用于各种对实时性、流量要求不高的场合。

现在，各种各样基于短信的应用层出不穷，比如各种短信信息查询、业务定制、数据采集、网管系统等等。

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图1 一般基于短信的网管系统通信模式

2 短信应用简介

2.1 使用短信通信的特点

短信除了简单易用的优点以外，还有以下几个显著缺点，成为影响我们设计网络通信协议的重要因素：

（1）由于移动网络，特别是短信中心的影响，短信存在丢失的可能。另外，网络为了确保终端收到，有时也会将同一条短信重发一次（当然，只计一条的费用）。

（2）短信从发出到收到的时间不定（一般几秒钟，多至几分钟甚至数小时），由于短信中心转发时采用存储转发方式，长时间未收到并不代表短信已丢失。

（3）先发出的短信，不一定先到达，到达顺序无法预计。

（4）短信长度有限（最大160个英文字符），每一条能承载的信息较少，难以实现大数据量的传输（如文件的传递），现在逐渐成熟的彩信可传较多数据，但实现机制复杂。

2.2 短信发送方式

2.2.1 无线 Modem

使用GSM/CDMA Modem或支持AT指令发短信的手机，只要装上一张手机SIM卡或UIM卡，立即就可发送和接收短信（通过AT命令），进行和远程终端的通信。这种方式很易实现，但通信能力较低（中心网管的通信能力和终端一样！），只能通过多路的方式提高通信能力，目前多数简单网管使用这种方式，另外这种方式支持跨运营商网络通信（移动和联通手机已实现短信互通）。

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图2 使用无线Modem的方式

2.2.2 短信网关

这是目前最快的收发短信的方式，移动运营商一般针对ISP提供此种服务，ISP通常会获得一个专门的特服号码，通过数据专线连接到短信中心的短信网关服务器（通过SMPP/CMPP/SGIP协议），直接收发短信。这种方式吞吐量很大，但特殊号码资源有限，申请过程繁琐，另外还有一个缺点，不同运营商的特服号码只在本网内有效，如果需要双向通信的话，就只能在单一运营商的移动网内使用。

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图3 使用直接连接短信网关的方式

2.2.3 Internet

现在，除移动运营商外，还有一些ISP（主要是大型门户网站）提供Internet上发送短信的服务，这种方式简单易用（通过HTTP方式连接），成本也低，但很难实现双向通信的功能。

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图4 通过Internet的方式

最近，湖北移动推出了一个叫“全球通地址簿”的个人软件，也可以让手机用户实现网上发短信的功能，但不是使用HTTP方式实现。

2.2.4 三种方式比较

以上三种方式，是目前基于短信通信的主要方式，他们各有优缺点，开发应用时应根据需求和实际情况选择合适的方案。

	无线Modem	短信网关	Internet
发送速度	慢	最快	较快
回发能力	可	可	不可
跨网发送	可	不可	可
通信协议	串口AT命令	CMPP/SGIP (基于TCP/IP)	HTTP
实施	简单	复杂	中等

表1 三种短信发送方式比较

3 短信协议设计

任何通信过程，必须以通信双方能够理解的方式进行，也就是说，必须制定相应的通信协议，针对短信的特点，我们提出以下新短信通信协议的设计：

3.1 设计原则

（1）减少短信量，尽可能在有限的短信长度（普通英文短信160个字符）内，传递较多的信息。减少短信量，不仅可以使通信快速，更重要的是，可以节省短信使用的费用！

（2）能够在较长时间内实现发送/确认机制，但必须可以关闭回复确认功能（某些情况下，不宜让终端产生短信费用）。另外，某些应用要求终端要求支持主动信息上报的功能，所以协议应是双向的。

（3）应用协议必须有相当的可扩展性，便于以后添加功能或改变到直接的数据方式（UDP）。

（4）大部分终端处理能力有限（比如一般使用8位单片机做CPU的无线公话），网管短信处理逻辑应简单，以不影响终端的其他功能使用，并且容易在C等语言下实现为原则。

（5）为减少短信量，可采用一些简单的压缩算法，比如采用高进制表示数据，连续相似数据压缩等简单算法。

（6） 对敏感信息，能实现加密的要求，但无论是压缩还是加密，都应是基于可视英文ASCII符，以便于编码实现和接收处理。

（7）安全问题，主要是认证和访问控制。

3.2通信过程定义

从分析可以得出，基于短信的通信是一种非面向连接的通信方式，它的一般通信过程如下图所示：

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图5 消息类型和通信过程

（1） Get-request(Get)：请求一个或多个变量的值

（2） Get-response(Get-r)：返回一个或多个变量的值

（3） Set-request(Set)：设置一个或多个终端参数

（4） Set-response(Set-r)：设置响应消息

（5） Trap(Trap)：当终端发生重要事件时，通知NMS

其中，Set-response消息可以不发出，这由Set-request消息指定（为确保收到，应要求响应，NMS就可自行实现相应的超时和重传机制，考虑到短信的特殊性，超时时间应可定义较长，滑动窗口可定义较大，但有时为了不令终端产生短信费用，应不要求响应）。

3.3 应用开发注意事项

（1）各模块之间低耦合，高内聚。业务逻辑改变不影响通信方式，通信方式改变不影响业务逻辑。

（2）可适应多种平台和数据库，比如Windows XP+Access或者Windows 2000 Server+SQL Server，这是为了发布时即可在低成本低性能的PC平台上运行，又可在高性能的服务器平台上运行，以支持多种形式、不同规模的应用。

（3）应用协议应基于可视ASCII字符，若一定要收发中文，可采用自行编码的方案，也可在Modem和终端上使用PDU模式（手机、无线模块等支持的一种短信收发模式，这种模式下支持发送Unicode编码的信息），但对于终端上的单片机而言，自行编解码会造成较大的系统开销，具体实现可参照ESTI制订的SMS规范（GSM 03.38、GSM 03.40和GSM 07.05）。

短信网关和互联网方式没有这个问题。

（4）参数设置灵活，人工干预度低，通信过程可监控。

（5）由于普遍操作需要发送多条短信（尤其是中心网管），发送一般不能即时完成，所以收发工作可采用任务方式。

（6）注意接收端识别发送方号码时，有时会有国家代码（如+86或86）和区号前缀加在发送方号码前面，这主要跟双方号码归属和当地短信中心处理方式有关。

（7）当用AT命令控制无线模块时，短信收发如果同时进行，处理时必须注意防止收发互相干扰，在实际应用中发现该问题经常存在。

3.4 短信应用软件方案设计

3.4.1 软件架构

如果业务逻辑简单，除通信模块以外，业务逻辑可直接实现在数据库上（使用触发器等方式），这样实现简单，效率高。

如果是复杂的应用，可采用如下的软件架构，即用WEB的方式实现三层架构，J2EE和.NET框架都是很好的选择。

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图6 一种基于WEB方式的网管系统软件架构

3.4.2 一般功能

如果是用于无线公话等设备的网管系统，应具备电信管理网（TMN：Telecommunication Management Network）规定的主要功能。它主要包括五大功能域：故障管理、帐务管理、配置管理、性能管理、安全管理。

4 短信应用未来发展

4.1 其他无线应用

随着无线终端应用面的进一步扩展，肯定会需要设计更多基于短信的通信协议，尽管应用功能可能不同，我们一样可利用如前所述的设计原则，采用相同的总体架构，必定可以帮助我们规避一定的实施风险。

4.2 使用数据通道

在不远的将来，无线数据通信业务必将成熟，所有的数据通信都将直接基于IP网络，这时可将本文提出的短信网管协议直接升级到UDP方式，由于两者都是非面向连接的协议，可只改变承载方式，而不用更改业务功能以及程序处理逻辑。

5 结束语

短信作为一种简单、廉价的通信方式，目前仍在飞速发展中，扩展的应用领域也越来越广，在移动数据业务未充分成熟之前，它还有很长的生存周期。各种无线终端设备快速涌现，对远程控制管理提出了新的要求，基于短信的通信方式是目前最简单实用的数据传输方式，制定实用的通信协议是每个短信应用开发人员的必须工作，本文将给他们以帮助。

参考协议及文献：

1 GSM协议

2短信网关协议（中移动CMPP，联通SGIP）

3 TCP/IP 协议

4 集成电路（IC）卡公用付费电话系统总技术要求

5 电信管理网(TMN：Telecommunication Management Network)相关标准

6 简单网络管理协议(SNMP：Simple Network Management Protocol)

附录：（实现实例）

短信学生成绩查询系统

1 需求分析

短信作为一种简单﹑廉价的通信手段，已成为人们日常生活不可缺少的一部分。各大中小学校每年进行的各种考试越来越多，学生们普遍缺少一种方便﹑快捷的成绩查询方式，而校方也为此付出相当大的人力﹑物力去进行成绩发布，因此，建立一套可以自动运行﹑即时发布﹑随时查询的系统迫在眉睫。

短信学生成绩查询系统主要有两种查询方式：

1.1 学生主动发短信到校方服务器查询某科成绩

学生利用其手机按某种格式把学号，课程号发到校方服务器，校方服务器从成绩数据库检测到成绩，再通过短信的方式发还给学生。

1.2 校方主动发出学生成绩

当校方成绩出来后，将成绩入库，为最快通知学生，按数据库中已保存的学生电话号码，把成绩发送给他们。

2 系统设计

2.1 系统网络结构

校方架设查询服务器，通过无线Modem收发短信，学生通过手机发送短信到移动通信网络，移动通信网络将短信发送到服务器所接的无线Modem。

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2.2 系统总体框架

整个系统分四层，底层是无线Modem（硬件），上面是软件系统。

软件系统分三层，通信程序是一层，负责和无线Modem通信，控制无线Modem收发短信；中间是数据库系统，可选Access或SQL Server等；上层应用管理系统只跟中间数据层接口，负责一些人机交互界面的处理，包括成绩录入﹑状态监控等等。这样整个层次清晰明了，每个层次的功能单一，改动也不会影响另一层。由于目前的系统是演示系统，采用的是Access数据库，成绩查询功能做在通信层，如果是大型系统(如采用SQL Server等)，应将成绩查询逻辑做在中间数据层，这样扩展性更好。另外，如果学校自有成绩管理系统，可将成绩库和本系统之间建立接口，当成绩录入后，主动将数据转入本系统，这样数据录入工作也只做一次，可大大节省人力物力。

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2.3 数据设计

2.3.1 表设计

AppLayerRecv 短信接收表

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
ID	长整型			自动编号	√
PhoneNumber	字符	20		电话号码
Content	字符	160		短信内容
RecvTime	日期/时间		Date()+Time()	接收时间
ReadFlag	数字		0	读标记

AppLayerSend 短信发送表

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
ID	长整型			自动编号	√
PhoneNumber	字符	20		电话号码
PWIndex	数字		255	发送状态标示
SendTime	日期/时间			发送时间
SendCount	数字		0	发送次数
Priority	数字		1	发送优先级
Content	字符	160		短信内容
TaskTime	日期/时间		Date()+Time()	任务提交时间
ScheduleSendTime	日期/时间			计划发送时间

Class 班级

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
ClassNumber	数字			班级代码	√
Name	字符	50		班级名称
Teacher	字符	50		老师

Score 成绩

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
SubjectNumber	字符	20		科目号	√
StudentNumber	字符	20		学号	√
Score	数字			分数
SmsNoteFlag	数字		0	发送标记

Student 学生

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
StudentNumber	字符	20		学号	√
Name	字符	20		姓名
InputDate	日期/时间		Date()	入库时间
Mobile	字符	20		移动电话
OtherTel	字符	20		联系电话
ClassNumber	数字			班级代码

Subject 科目

字段名	类型	长度	默认值	说明	主键
SubjectNumber	字符	20		科目号	√
Name	字符	100		班级名称

2.3.2 表间关系

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3 详细设计

3.1 管理子系统

管理子系统负责人机交互，主界面包括以下功能：

1） 短信收发日志监控

2） 学生管理：包括增加，删除，修改学生信息

3） 课程管理：包扩增加，删除，修改科目信息

4） 分数管理：学生科目分数录入

考虑这部分是简单数据库管理功能，具体界面和程序结构设计略，直接用VB编码实现。

3.2 通信子系统

通信子系统作为直接和硬件（无线Modem）打交道的部分，底层通信较多，用VC实现。其主要功能为短信收发，有简单监控界面，可分为以下部分实现：

1） 界面部分：包括服务开启﹑关闭按钮，当前状态显示信息列表，状态包括初始化信息，收发信息等。

2） 数据库轮询线程：检查待发短信，将待发短信放入发送队列，队列采用先进先出队列。

3） 数据库访问模块：封装数据库操作。

4） 发送线程：循环检查发送队列，将待发短信发送到端口。

5） 接收线程：循环检查Modem，提取新短信，解析短信并以文本方式存入数据库。

6） Modem接口模块：负责直接AT命令操作，被发送和接收线程调用

7） 日志模块：记录详细通信日志。