毕业设计（论文）-短消息的发送与接收研究.doc

短消息发送与接收研究【摘要】 由于移动通信技术短消息服务的迅速发展，短信猫信息平台软件由此应运而生。短信猫信息平台不仅方便个人随时随地和互联网等远程系统相连，以完成个人各种需求，也可以帮助企业开展各种增值业务，以减轻企业对这些繁杂业务的管理，和资金的浪费。基于以上的原因，进行短信猫信息平台的软件制作设计。其中硬件部分采用gsm无线猫作为系统的无线终端，并对短信猫进行了调试，实现了短信的收发等测试。软件制作采用了microsoft visual c+ 6.0工具，并配合由hayes公司发明的调制解调器命令语言（at指令集）进行开发，设计了一套基于gsm网络的短信猫信息平台软件，它可以使计算机方便的同gsm设备进行数据交换，实现了短信的收发功能、群发短信、自动接收短信和对收发的短信进行处理等。关键词：移动通信，短信猫，短信收发，群发短信send and receive text messages on gprs implementation【abstract】 as mobile communication technology, the rapid development of short message service,sms cat information platform software thus came into being.sms cat information platform software not only facilitate individuals to anytime, anywhere connected to internet, the remote system to complete the individual needs, but also help enterprises to develop a variety of value-added services, in order to reduce these complex business enterprise management and financial waste. for the above reasons, i designed and developed the software platform for gsm modem information. the hardware part uses the gsm modem as a gsm wireless terminals, and gsm modem debugging, sending and receiving sms test. software development uses the microsoft visual c + + 6.0 tools, and the hayes invented the modem command language (at command set) to develop, designed based on gsm network sms cat information platform software. computers can easily exchange data with gsm equipment to realize sms send and receive functions, sms group sending, automatically receive text messages and send text messages processing, etc.【key words】 mobile communications，gsm modem，send and receive text messages，bulk sms目录1 绪 论31.1移动通信系统31.2 gsm modem应用现状及发展趋势42 gsm modem短信系统设计方案42.1 gsm modem的概念和原理42.2软件设计思路63 短信息系统73.1 系统结构73.2 短信通信服务93.2.1短信中心服务93.2.2 at指令113.3 短信通信关键技术123.3.1 pdu编码133.3.2 pdu解码154短信收发系统的实现164.1研究的重点和难点164.2解决的方案174.3 vc对英文和汉字的处理17参考文献181 绪 论a) 1.1移动通信系统全球数字移动通信系统(global system for mobile communication，gsm)是目前国内覆盖范围最广、系统可靠性最高，话机拥有量最大的数字移动蜂窝通信系统。短消息业务(short message service，sms)是数字蜂窝移动通信网络上提供的一种基本无线业务，是 gsm 系统中惟一的需要建立端到端信道的业务，是信息在移动网络上储存和转寄的过程，即使移动台已经处于电路通信状态，还能同时提供短消息服务、费用低廉、稳定性高等优势，特别适用于需频繁远距离传送小流量数据的领域。然而手机编辑短信息不方便，输入和显示都有局限，不适合工业应用。对于企业需要有一个高效、安全、节约成本的平台，因此，短信猫的信息平台应运而生，gsm modem无线通讯模块是该通讯产品之一。该模块采用发展最成功的无线通讯技术，能提供短消息数据通讯功能,同时也可按照需求配备话音通讯功能。gsm网络由于其覆盖范围广、信号较稳定、无同频干扰、保密性好、可处理大量的短消息、数据和传真传送等业务功能，而gsm短消息具有随时在线(always online)不需拨号价格便宜覆盖范围广等特点，特别适合于需传送小流量数据的应用，广泛应用于油田、气象、港监、水网水文、环保监测、车辆船舶、移动作业等场所。以往这些领域往往采用集群通讯cdpd网或有线modem来进行通讯，但这些技术大多存在通讯范围有限费用高每次通讯需先拨号等缺点。使用无线modem，这些问题便迎刃而解。b) 1.2 gsm modem应用现状及发展趋势gsm系统是目前基于时分多址技术的移动通信体系中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于gsm短信息功能可以做成传输各种监测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛应用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于gsm网络实现了联网和漫游，这样利用gsm网络传输数据不需要再组建专用通信网络，因此采用段心系方式传输数据的系统应用将会越来越广泛。此次通过计算机控制gsm modem模块来实现数据传输的系统，该系统采用短信息的方式传输数据，该系统具有使用灵活、运行可靠等特点。在一些监控系统中需要将数据传向远端服务器，实现这种应用的主要有有线传输和无线传输两种方式。有线传输具有可靠性高、成本低的特点，但是有线传输需要有电话线，这样就很大程度限制了应用场合。无线传输可以通过电台传输的方式，由于采用电台的方式受通信距离的入网许可证等方面的限制，因此采用电台方式的无线数据传输系统在应用上也有很大的局限性。采用gsm网络传输数据具有介入方便和不需组网等优点，加上短信息的广泛应用，因此采用短信息的方式传输数据将是一个实现远程传输数据的新的切入点。无论从技术还是市场发展的角度来看，企业短消息应用都代表着gsm短信猫群发短消息的未来。2 gsm modem短信系统设计方案c) 2.1 gsm modem的概念和原理gsm modem，也叫gsm调制解调器或短信猫4，它是一种实现gsm通信的调制解调的设备。gsm modem是一种支持gsm无线通讯的工业级调制解调器短信模块，是一种基于无线gsm技术的工业级的modem配件，是一种内嵌gsm无线通信模块，插入移动运营商的手机sim卡，可以与移动运营商的短信中心建立无线连接，本地可以通过与pc的连接可以实现计算机控制应用系统实现自由的短信收发。gsm modem能提供短消息语音通讯和数据通讯三大功能。其中，短消息业务使它获得最广泛的应用，所以也将gsm modem简称为短信猫。gsm modem配件由主机、天线、数据线（串口线/usb连接线）、电源适配器等组成。gsm modem电路主要由gsm模块和其外围电路组成。 gsm模块将gsm射频芯片，基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、gsm射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。外围电路由电阻、电容、二极管、三极管、电感、mcu、稳压ic、电平转换芯片、sim卡座、dc座、串口、usb等组成。短信猫的硬件接口主要有 usb 和rs232 串口两种形式。rs232 串口短信猫是基于rs232串口总线，受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致信息的失真。因此，这里主要研究usb 串口短信猫短信的收的功能。硬件连接流程为:首先利用串口连接器短信猫与 pc 机;其次把 sim卡插入短信猫的通信插卡槽，然后接通短信猫外接电源。其具体硬件连接如图2.1所示。图2.1短信猫的硬件连接短信猫，是一种工业级 gsm modem，通过串口与计算机连接，通过 a t 指令控制进行短信收发的设备。一般情况下，短信猫的短信应用开发都遵循如图2.2所示的开发框架图2.2短信猫的短信应用开发框架2.2软件设计思路整个软件系统主要实现数据(短信)的传输。利用vc+的mfc和动态链接库(dll)技术编程，来编写一个用于短信处理的工程界面，使用at指令进行数据的交互，并通过编码和解码的数据缓冲区来实现短信息的发送和接收。发送短信息和接收短信息的流程分别如图2.3、图2.4所示打开串口口连接modem？否设置串口参数 短信pdu编码 向串口写at指令 发送成功 是否成功？ 否是关闭串口 删除modem 图2.3发送流程图打开串口口连接modem？ 否设置串口参数 短信pdu解码 从串口读数据 显示 关闭串口 删除modem 有短信？ 否是图2.4接收流程图3 短信息系统d) 3.1 系统结构系统总体架构上采用 c/s 和 b/s 相结合的体系，系统由 gsm modem、短信服务器、短信数据库和若干客户端构成。系统的总体结构如图3.1所示。短信息服务器一端主要负责 gsm modem 控制、短信息编码和解码、收发、管理等功能，远程客户端可以通过 socket、web service、remitting、msm或短信数据库等机制来实现短信的接收和发送功能。其中 gsm modem 控制和短信收发模块是系统核心模块，它通过读写终端设备端口来向 gsm modem发送a t指令，从而实现短信的收发。程序中使用队列、事件和多线程等机制来保证短信的正常收发。图3.1系统总体结构一般 pc 都有串口、usb 接口，硬件短信猫也有usb接口，利用短信猫的数据线将pc机的usb 接口与短信猫的数据口连接起来，为 pc与短信猫之间提供了数据通信的物理链路，为串口通信6。pc 通过向短信猫发送 at 指令来控制手机，在此基础上实现短信息的收发操作。系统在实现底层通信操作时采用了分层实现的思想，这样可以将任务分层处理，使底层具有模块性，也为软件的功能扩展提供良好的接口。因此，利用串口资源来开发pc机和modem设备之间的通信应该是最方便和快捷。 系统底层数据通信的分层模型如图3.2所示。在系统底层数据通信的分层模型中，usb 接口通信层主要是完成数据通信的任务，这一层包括通信帧格式、通信速度等的处理，该层为它的上一层提供数据通信的通道，进行数据的收发处理8。at 指令分析层主要完成各个 at 指令的分析，即按照 at 指令进行数据封装，将封装后的数据交给下一层进行数据发送或者接收来自下层的数据，并对接收到的数据进行解包，再将接收到的数据交给上层处理。最后 pdu编码解码层则是按照用户的需求对短信内容进行编码，然后交给at指令层处理这些已经编译成可以通过短信猫发送的传输码，或者接收 at 指令层解包的数据，对其进行解码，翻译成短信内容。e) 3.2 短信通信服务3.2.1短信中心服务gsm(global system for mobile communication)网络除了提供话音服务外，还提供面向字符的短信服务10 (sms，short message service)。sms占用信道的时间短、费用小，可使得两个gsm用户方便地进行点对点通信。由于因特网开发的时间较长，而且已经具有大量的支持软件，并形成了丰富的资源，因此目前众多的短信服务厂商几乎都与国际因特网相结合而形成统一的短信服务中心。一个 sms 消息最长可包括160个字符（偶数二进制）。sms 是一种存储和转发服务，即短消息不是直接从发送方发送到接收方，而始终通过 sms 中心进行转发的。如果接收方处于未连接状态（可能电话已关闭），则消息将在接收人再次连接时发送。sms 具有消息发送确认的功能。短消息发送方可以收到返回消息，通知他们短消息是否已经发送成功。如图3.2是中国移动通信集团短信网络的结构，其中的简写短语意义如下：smpp：short message peer to peer，短信点对点协议。cmpp：china mobile peer to peer，中国移动点对点协议。ismg：internet short message gateway，因特网短信网关。图3.2中国移动通信短信息服务网络gsm标准中定义的点-点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递，这些服务中心是通过称为sms- gmsc的特定msc同gsm网络联系的。sms管理的协议如图3.3所示。图3.4 sms体系结构sme：short messaging entity，短消息实体。它可以接收或改善短消息，位于固话系统、移动基站或其他服务中心内；smsc：short message service center，短消息服务中心，负责在基站和sme间中继、储存或转发短消息；移动台（me）到smsc的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息，协议名为smtp（short message transmission protocol）；smcgwms或smcgmsc：sms-gateway msc，sms网关。接收由smsc发送的短消息，向hlr查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心；hlr：home location register，归属位置寄存器。用于永久储存管理用户和服务记录的数据库，由smsc产生。sms网关与hlr之间的协议使前者可以要求hlr搜索可找到的用户地址。它与msc与hlr之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。msc：mobile switching center，移动交换中心。负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拔叫。vlr：visitor location register，访问位置寄存器。含有用户临时信息的数据库。交换中心服务访问用户时需要这些信息。3.2.2 at指令at 命令集是调制解调器通信接口的工业标准，是调制解调器可以识别并执行的命令。at 指令集是从数据终端设备（计算机）向终端适配器（短信猫）发送的。诺基亚、爱立信、摩托罗拉和惠普共同为 gsm 研制 了一整套at指令集，形 成 了gsm07.05 以及 gsm07.07 技术规范，其中包括对 sms 的控制。pdu 模式正是基于 at 指令集的。at 指令11是用在手机上运行的指令。一般的 gsm modem（如手机）都支持 gsm07.05 所定义的 at 命令集的指令。当modem 处于命令状态时, 接收端机发送来的at 开头的指令，称为 at 指令，当 at下达后，modem可自动判断发送端机的速率，即通信波特率不依modem 的设定，可根据系统的数据量设定为 9600bits 或 19200bits等。可以用 at 指令控制gms modem 连接电脑发送短信， 并且要针对短信终端设备兼容的编码规范，对收发的短信息进行编码和解码操作，通过使用队列技术来保证正常的并发访问。为了能让别的系统方便地使用短信息系统提供的各种功能，还需要使用 web service 或 socket等技术提供短信息系统的调用接口，供外部调用使用。短消息服务中常用的at指令如表3.1所示 at指令功能at+cmgc send an sms command（发出一条短消息命令） at+cmgd delete sms message（删除sim卡内存的短消息） at+cmgf select sms message format（选择短消息信息格式，0-pdu;1-文本） at+cmgl list sms message from preformed store（列出sim卡中的短消息pdu/text：0/r ec unread:未读；1/rec read:已读；2/sto unsent:待发；3/sto sent:已发；4/all:全部的） at+cmgr read ms message（读取消息） at+cmgs send sms message（发送短消息） at+cmgw write sms message to memory（向sim内存中写入待发的短消息） at+cmss send sms message from storage（从sim内存中发送短消息） at+cnmi new sms message indications（显示新受到的短消息） at+cpms preformed sms message storage（选择短消息内存） at+csca sms service center address（短消息中心地址） at+cscb select cell broadcast messages（选择蜂窝冠博消息） at+csmp set sms text mode parameters（设置短消息文本模式参数） at+csms select message service（选择短消息服务） 表3.1常用at指令f) 3.3 短信通信关键技术对短消息的控制共有3种实现途径: block mode、基于a t 命令的 text mode 和基于a t 命令的 pdu mode。使用block mode 需要手机生产厂家提供驱动支持。text mode 比较简单，但这种模式只能发送 ascii 码，不能发送中文的 unicode码。pdu 模式是发送或接收手机 sms 信息的一种方法，短信息正文经过十六进制编码后被传送。目前，pdu 已取代block mode，因此主要探讨pdu 模式13。在pdu模式中，有三种编码方式来对发送的内容进行编码，它们是 7-bit、8-bit 和 ucs2 编码。7-bit编码用于发送普通的 ascii 字符，它将一串7-bit 的字符(最高位为 0)编码成 8-bit 的数据。8-bit 编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等14；而 ucs2 编码用于发送 unicode 字符。unicode 是一种所有的字符都使用两个字节编码的编码模式。unicode 带来的好处是突破 ascii 码字符数的限制，支持全球多种语言字符集。所以采用 ucs2 编码后，每个汉字或英文字母占2个字节，tp-ud字段最大可以容纳 70个字符，这就是我们常说的每条短信最多容纳 70个汉字。所以在这三种编码方式下，可以发送的短消息的最大字符数分别是 160、140 和 70。3.3.1 pdu编码发送短信息的 pdu 编码主要包含这些内容：短信息中心( smsc) 号码信息、短信息首字节、短信息索引号、目标号码信息、协议标示符、数据编码方式、校验周期、短信息长度和内容。smsc 号码信息可以省略，此时 smsc 号码长度等于 0，发送短信息时使用内设的 smsc 号码，在 smsc 号码长度字节(00) 后直接跟着 tpdu。其中 smsc 号码和目标号码是以十进制半八位字节编码，短信息内容是以十六进制七位字节或 unicode 编码16，其他信息是以十六进制八位字节编码。udp编码首先将要发送的短信内容逐字转化为十进制的unicode码，再把这些 unicode 码转换为十六进制9,17。结合实例分析一条已发送的中文短信息的 pdu 编码，见表3.2。pdu字符串0011ff0b813111055190f10008a7106d4b8bd5003100320033006100620063字节含义 八位字节 描述 address length 00 短消息中心号码长度 first octet 11 短消息的首字节 tp mr ff tp-message-reference以十六进制表示的短信息索引号，超过255的索引号都以ff表示。 tp da 0b 目标号码长度 81 目标号码类型，这里的81表示号码未加国家标示符 3111055190f1 目标号码，这里实际号码是最后补充位f tp pid 00 tp-pid协议标示符 tp dcs 08 tp-dcs数据编码方式，这里设置的是unicode编码 tp vp a7 tp-validity-period信息有效期 tp udl 10 tp-udl短信息内容的长度，由于在tp、dcs中制定了ucs 2编码，所以这里的长度是八位字节数。如果是七位字节编码，这将是把七位字节编码的字符转换成八位字节编码的字节数。 tp ud 6d4b8bd5003100320033006100620063 tp-ud短信息内容，这里的实际内容是：测试123abc表3.2 sms-submit pdu例如 发送：smsc 号码是+8613800472500，对方号消息内容是“hello !”。则从手机发出的 pdu串是：08 91 68 31 08 40 27 05 f0 11 00 0d 91 68 31 08 74 22 64 f8 00 00 00 06 c8 32 9b fd 0 e 01对照规范，具体编码分析如表3.3所示。分段含义说明08smsc地址信息的长度共8个八位字节（包括91）91smsc地址格式（ton/npo）用国际格式号码（在前面加+）683108402705f0smsc地址8613800472500，补f凑成偶数11基本参数（tp-mtv vfp）发送，tp-vp用相对格式00消息基准值（tp-mr）00d目标地址数字个数共13歌十进制数（不包括91和f）91目标地址格式（ton/npi）用国际格式号码（在前面加+）683108742269f8目标地址（tp-da）8613804722468，补f凑成偶数00协议标识（tp-pid）是普通gsm类型，点到点方式00用户信息编码方式（tp-dcs）7-bit编码00有效期（tp-vp）5分钟06用户信息长度（tp-udl）实际长度6个字节c8329bfd0e01用户信息（tp-ud）“hello”表3.3 pdu编码分析在 windows 自带的小工具“超级终端”中键入指令：at+cmgc=30来发送一条短消息。数字30是上述 pdu 编码的长度(60)除以 2。屏幕返回： 这时将上面的 pdu 编码输入，用 ctrl+z 终止。屏幕返回：+cmgc: 16 ，这时目标手机就接到了你发送的短信，内容是“hello”3.3.2 pdu解码接收短信息的 pdu 编码包括以下内容：短信息中心(smsc)号码、短信息首字节、发送者号码信息、协议标示符、数据编码方式、短信息时间戳、短信息长度和内容。其中 smsc 号码和发送者号码是以十进制半八位字节编码，短信息内容是以十六进制七位字节或 unicode 编码，其他信息是以十六进制八位字节编码。一条接收到的中文短信息的pdu解码见表3.4pdu字符串：0891683108701705f0040d91683179684193f20008705050320583000c4f60597dff0c9 a6c61673002字节含义 八位字节 描述 address of the smsc 08 短消息中心号码长度 91 短消息中心号码类型（91表示国际号码格式） 683108701705f0 以十进制的半八位字节表示的短信息中心号码，由于号码长度是奇数11，所以在最后一位补上f形成正确的格式。这里的实际号码是：8613800771500 first octet 04 短消息的首字节 tp oa 6d 以十六进制数表示的发送者号码的长度 91 发送者号码的地址类型（91表示国际号码格式） 683179684193f2 以十进制的半八位字节表示的发送者号码，由于号码长度是奇数11，所以在最后一位补上f形成正确的格式。这里的实际号码是：8613978614392 tp pid 00 tp-pid协议标示符 tp dcs 08 tp-dcs数据编码方式，这里设置的是unicode解码 tp scts 70505032058300 tp-scts以半八位字节表示的短消息时间戳。这里的时间是：2007-05-05 23：50：38 tp udl oc tp-udl短信息内容的长度，由于在tp、dcs中制定了ucs 2编码，所以这里的长度是八位字节数。如果是七位字节编码，这将是把七位字节编码的字符转换成八位字节编码的字节数。 tp ud 4f60597dff0c9 a6c61673002 tp-ud短信息内容，这里的实际内容是：你好，马慧。 表3.4 sms-del iv er pdu例如接收：smsc 号码是 + 8613800472500，对方号码是，消息内容是“你好 !”。手机接收到的pdu串可以是：08 91 68 31 08 40 27 05 f0 84 0d 91 68 31 08 74 22 64 f8 00 08 30 30 21 80 63 54 80 06 4f 60 59 7d 00 2119-20对照规范，具体pdu解码分析如表3.5示分段 含义 说明 08 smsc地址信息的长度 共8个八位字节（包括91） 91 smsc地址格式（ton/npi） 用国际格式号码（在前面加+） 683108402705f0 smsc地址 8613800472500，补f凑成偶数 84 基本参数（tp-mti/mms/rp） 接收，无更多消息，有回复地址 0d 回复地址数字个数 共13歌十进制数（不包括91和f） 91 回复地址格式（ton/npi） 用国际格式号码（在前面加+） 683108742269f8 回复地址（tp-ra） 8613804722468，补f凑成偶数 00 协议标识（tp-pid） 是普通gsm类型，点到点方式 08 用户信息编码方式（tp-dcs） 是普通gsm类型，点到点方式 30302180635480 时间戳（tp-scts） 2003-3-12 08:36:45 +8时区 06 用户信息长度（tp-udl） 实际长度6个字节 4f60597d0021 用户信息（tp-ud） “你好” 表3.5 pdu解码分析4短信收发系统的实现g) 4.1研究的重点和难点1、对短信的发送和接收编码和解码的格式和短信猫的at指令使用。2、短信群发和传送文本文件时短信和短信之间发送的时间间隔设置。3、对短信发送及接收等处理过程中状态栏信息显示的控制。4、短信操作处理过程的按钮、文本框等的控制（如按钮不可用等）。5、短信处理信息、群发列表信息、通讯录信息、登入验证信息的保存和重载问题的研究。6、登入验证信息的加密处理。h) 4.2解决的方案1、采用数字移动通信系统短消息服务统一的短信编码和解码格式及兼容的at指令。2、一般设置短信与短信发送的时间间隔为67秒，使每条短信成功发送。3、由于短信的处理需要提示用户操作是否成功等信息，而且不同的短信处理所要提示用户的信息不同，采用文本框信息的更新来提示用户不同的操作处理。4、短信处理信息、群发列表信息、通讯录信息、登入验证信息可以通过写入配置文件（.ini）里来保存，软件的再次启动以提取这些信息，以达到信息的保存。5、对登入验证信息进行自定义的编码后保存在配置文件中，达到登入验证信息的加密，登入时进行解密进行验证功能。i) 4.3 vc对英文和汉字的处理（1）英文的数据编码方式：gsm只支持ascii码值从0 x00到0 x7f的128个字符。这些值只需要7bit去定义，而sms短信息是以8bit字节序列传输的，因此gsm使用一种编码方式将7bit ascii码值序列压缩成8 bit字节序列。数据编码过程事例如下：“testu”英文短信息： “t” “e” “s” “t” “u” ascii码值： 0 x54 0 x45 0 x53 0 x54 0 x20二进制表示： 101 0100 100 0101 101 0011 101 0100 010 0000压缩码过程： 11010100 11100010 10010100 00001010 00000010目标字节串： 0xd4 0xe2 0 x94 0 x0a 0 x02 当原文长度达到8位时，经编码后长度只有7位，原文到第9位时又如第1位开始编码，所不同是位移的序号比原文减1，依次补齐8位。这样“testu”的8bit编码为d4e2940a02。（2）中文数据的编码方