基于短信扩展信令的移动互联网业务实现方案研究

张慧嫦，李力卡，许盛宏

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州510630）

1 移动互联网、物联网业务现状

近年来，基于无线宽带技术的移动互联网应用取得很大发展，截至2011年12月底，我国手机网民规模达到3.56亿人，同比增长17.5%，其中，智能手机网民规模达到1.9亿人，渗透率达到53.4%[1]。基于中国电信CDMA网络运行情况研究分析，存在一些影响业务和网络发展的问题。如即时通信业务（如手机QQ）长时间在线，流量小，特别是一些永远在线的“心跳”应用，发起连接请求、寻呼请求数大量增加，导致寻呼成功率下降、接入困难、Ev-Do网络掉线率上升、无线资源利用率低等问题[2]。

同时物联网应用发展很快，而传感器基本为单一功能的专用终端，业务暂以面向行业用户为主，因智能终端耗电、上网费用等问题，未能有效向普通用户提供低成本通用解决方案，而日益普及的智能终端自带众多传感器，将带来新应用的发展契机，但需要解决低功耗、可靠、实时、永远在线的数据/命令交互能力的问题。

因此，本文研究利用电路域技术扩展信令方式触发新型业务，既可以可靠提升智能手机的终端资源调用能力和开放性，支撑移动互联网、物联网的发展，也可以作为增强电路域关联业务触发的补充手段。

2 短信承载业务信令的可行性研究

要实现终端呼叫状态的上报通知、终端资源的开放、网络对终端能力的调用，网络和终端之间必须通过特定的方式进行通信。CDMA网络中网络和终端的联系主要有短信、语音、数据3种方式，本节主要研究这3种方式作为网络和终端之间的业务信令传输通道的可行性，并从信令通道的需求出发，深入研究短信作为业务信令的情况。这3种方式的综合比较见表1。

短信作为移动网络中最普及的增值服务，无论是CDMA还是GSM网络和终端都已完全支持短信；另一种基于电路域传送信令数据的常用技术是DoV（data over voice），如传真。若接入过程出现切换掉线，DoV业务会异常中断；且为确保数据的准确性，需要关闭整个语音通道的回声抑制功能，由于移动网和固网互通，往往需要打开回声抑制的功能，因此对整个语音通道的相关设备包括平台、BSC、终端都需要特殊配置和改造，而由于用户的移动性，这种全程全网的设备配合的实现难度较高[3]。

cdma2000 1x/3G数据业务是基于cdma2000 1x、Ev-Do网络和Internet为移动手机用户提供的上网业务。随着上网速率的提升和智能手机的普及，移动数据业务的应用越来越广泛，但目前的移动数据网络采用的是简单IP技术，只能提供用户主动发起的业务（“get”业务），不能提供网络侧主动发起的业务（“push”业务）。目前部分用户的所谓“永远在线”必须通过终端、服务器或者分组网元的心跳以避免分组网络拆除PPP连接，这种方式会引起连接请求、寻呼请求大量增加，导致寻呼成功率下降、接入困难、Ev-Do网络掉线率上升、无线资源利用率低等问题[2]。

基于现网信令各项指标的分析，短信具有安全可靠、快速准实时的良好性能。短信到达成功率很高，按照统计数据，消息首次下发成功率为98.6%，在平台的重发机制下（最大16次保留48 h），短信成功率可以达到99%。而且短信时延不大，核心网每个步骤的时延仅200 ms左右，一般情况下一个端到端完整的短信收发时延不超过10 s，需特别指出的是，如果CDMA用户在呼叫态收发短信，可使用已建立的业务信道收发，省却接入寻呼时延，整个过程可在5 s内完成。

由以上对比分析可知，虽然短信不是实时性最高的，但无需改造终端和网络，只要终端和网络正常，短信就可以随时双向接入，实现“永远在线”。因此，这3种技术方式中，短信是最理想的信令承载方案。

表1 3种接入方式承载信令对比情况

3 基于短信扩展信令的业务实现系统方案研究

3.1 系统方案架构

现有的一些业务标准都针对一些具体的业务，各有各的侧重点，业务体系也类似，参考现有OMA（开放移动联盟）的国际能力开放通用体系架构，结合目标和需求推演出基于短信扩展信令的业务实现系统方案，如图1所示。

短信信令控制平台是整个系统的控制中心，与短信业务网关采用标准接口相连，并支持向第三方业务平台提供能力开放，该平台起到终端状态管理、信令封装与转换、业务交互与开放、运营管理等功能。至少应该包括终端信息数据库、用户状态数据库、业务处理、信令处理、平台管理等模块。该平台实现的主要功能如下。

·业务开放API：供各具体业务平台调用。

·终端信息管理：管理用户终端型号、操作系统、资源能力集，相关信息可以由终端短信上报，也可以从目前的一些用户开放数据库（如终端自注册平台）获得。

·用户管理：管理用户号码/标识、位置、开机状态、用户业务功能。

·业务控制处理：处理业务请求和响应及业务信令的分发；完成用户会话管理、用户业务权限处理；基本业务信息处理，处理来自用户或业务的信息，如更新用户的状态、传感器情况和位置信息；基本操作命令处理，如打开或关闭终端的传感器、震动/铃声、Wi-Fi/3G、相机的权限设置；进程调度。

图1 基于短信扩展信令的业务实现系统方案

·信令处理：与现有短信系统互通，完成信令转换、封装、分段、合并。

·平台运行维护管理：终端控制信令处理模块作为插件服务进程，驻留在智能手机的操作系统之上，与短信信令控制平台一起完成信令通道的维持，如心跳、状态管理、链路容错、信令内容封装等，并向智能终端第三方应用程序提供开放信令接口，完成信令和数据的收集、分发。该模块至少能实现如下功能：短信信令收发，接收发送特殊类型、端口的短信信令；信令解析执行，根据短信命令的规范，解析信令，执行或分发到相关应用、硬件处理；终端能力API，供各具体业务调用；终端管理，终端基本能力和信息上报。

3.2 短信信令编码研究

短信作为信令功能，在其他的业务应用上也有先例。中国电信的定位业务以及电信物联网的数据传输接口都利用短信承载控制命令实现对终端的功能控制。但这些指令仅针对特定应用或定制终端。

目前特殊业务（如WAP push、OTA、PRL、彩E、定 位等）的短信都采用特殊的teleservice ID方便终端区别特殊短信，这种区别方式简单规范，但需要写入终端和网络支持，在此之前可用主叫SP号码进行区别。

综合考虑短信的承载能力、短信信令承载的业务类型及其可靠安全性等情况，初步建议短信承载信令采用二进制编码，创新性地提出一种可能的短信信令编码格式，如图2所示。

短信信令的基本头域包括：信令版本、业务标识、信令类型、信令长度、会话ID、分段总数、分段序号，具体介绍如下。

·信令版本：固定长度，1 byte，填写短信信令的版本信息。

·业务标识：固定长度，2 byte，用于区分上层业务应用及其提供者。0为基本服务信令，提供可供调用的各种终端系统基本能力；其余根据业务开放需要进行分配。终端或短信信令平台可根据业务标识直接分发信令到相应的业务端口。

·信令类型：固定长度，1 byte，用于区分管理信令和业务信令。

图2 短信信令单元结构

·信令长度：固定长度，1 byte，本信令单元的总长度。当一个短信封装多个信令单元时，便于信令单元分界定位。

·会话ID：固定长度，4 byte，用于唯一标识一个会话，由业务平台或者业务客户端生成。响应信令的会话ID和对应命令的会话ID相同；单条信令分割到多条短信承载时，其会话ID也保持一致。

·分段总数：固定长度，1 byte，表示单个信令拆分后的短信总数，用于实现分段信令的组装。

·分段序号：固定长度，1 byte，用于表示该短信承载的信令属于第几个分段，实现分段信令的组装。

·信令信息字段：变长，由多个域构成。域有2种类型：固定域和可变域，其中固定域采用TV结构，可变域采用TLV结构,其结构分别如图3和图4所示。

图4 TLV结构

进行信令处理时，根据操作对象判断该信令信息字段是变长还是可变长，操作对象可由业务自行定义。基本服务的操作对象包括：呼叫信息相关的主被叫号码、各传感器、网络能力以及终端信息、系统配置等。操作对象为1 byte。操作内容为操作对象的取值或者操作方法（指令或者查询）+操作参数。操作方法为1 byte，以下为基本服务常用的操作方法，可扩展。其他业务的操作对象可参照定义。操作方法编码见表2。

表2 操作方法编码

4 结束语

基于短信扩展信令的移动业务系统方案主要针对智能终端，终端的信令处理模块作为业务中间件可以接收平台的短信信令，协助网络实现对终端、业务的控制，实现终端能力和资源的开放调用。笔者在研究过程中也进行了一些业务实验，如通过短信发起对被叫的位置查询，通过短信控制信令，被叫终端被要求打开GPS、读取GPS经纬度，并封装数据回传给主叫，主叫解码后调用地图显示被叫定位。试验效果理想，与采用信令监测方案相比，不存在反映时间长和无法全网监测的问题。

采用这种新型的信令解决方案，可以实现体验更佳的无处不在的移动互联网、物联网业务，提升多种业务并发触发的业务能力。如和即时通信应用结合，摒弃现有的永久在线心跳机制，在服务器无法和终端联系时通过短信信令触发终端主动上线，解决永久在线心跳机制带来的问题；或者和各种物联网应用结合，充分利用智能终端自带的各种传感器业务，实现终端能力、资源和互联网业务的完美结合。

综上所述，本文创新性地提出了基于短信信令的移动互联网业务实现方案，挖掘短信业务能力，提供了新的机制，可有效发挥运营商、SP、互联网应用开发商、开发者的业务创新性，有利于扩大用户群，创造更大的效益，促进移动互联网应用的繁荣，具有良好的应用前景。

1 中国互联网络信息中心.中国移动互联网发展状况调查报告，2012

2 赵旭.移动信令风暴对网络的影响及解决思路探讨.中国电信股份有限公司广东州研究院院报，2012(9)

3 中国电信集团公司.中国电信CDMA网络话音/数据同传技术方案，2012