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哈尔滨理丁大学工学硕十学位论文 p h s 短消息流控技术的应用研究 摘要 p h s ( p e r s o n a lh a n d yp h o n es y s t e m ) 又称小灵通，起源于2 0 世纪9 0 年 代初的日本，随后迅速扩展到全球其他国家和地区。 据统计，蛰j 2 0 0 6 年1 2 月3 0 日，全国的小灵通用户数已达9 1 1 2 万，伴之而 来的是小灵通增值业务，特别是短消息业务量呈跳跃式增长。面对强劲的 p h s 短消息发展势头，u t 大容量短消息中心系统全线扩容。但在运行中我 们发现p h s 具有鲜明的技术特点，短消息中心处理能力的提高，并不等同于 整个系统的处理能力线性增长。p h s 系统的无线技术特点决定了p h s 短消息 处理能力的瓶径。在不改变当前p h s 系统基本机制的情况下，采用合理的技 术方案，进一步提高p h s 短消息的下发能力，是本课题的研究目标。 首先，结合p h s 系统的无线技术特性及流量控制理论，在对g s m 系统的 短消息业务和p h s 系统的短消息业务进行性能差异性分析的基础上，确定对 p h s 短消息进行流量控制的最佳点。 其次，在p h s 短消息中心，通过设置统一初始阈值，结合慢速增长、快 速递减的策略，实现了针对p a 的流控；根据p g 队列的限制及下发条件，实 现了针对p g 的流控；通过对用户状态的判断，以及按照p a 划分发送短消息 的方式优化了短消息群发的性能：结合q o s 优先级的有效设置，使p h s 短消 息系统得到改进与优化，进而达到提高系统处理能力的目的。 最后，通过在现场进行的大量测试，验证了短消息中心自适应流控措施 的有效性，处理速度达到了预期效果。 关键词短消息系统；短消息中心；寻呼区；寻呼组；流量控制 哈尔滨理工大学工学硕十学位论文 r e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no ff l o wc o n t r o l t e c h n o l o g y f o rp h ss h o r tm e s s a g e a b s t r a c t p h s ( p e r s o n a lh a n d ys y s t e m ) ，w h i c hi sa l s oc a l l e dx i a ol i n gt o n g ， o r i g i n a t e df r o mj a p a ni n19 9 0 sa n ds u b s e q u e n t l ye x t e n d e dt ot h eo t h e rc o u n t r i e s a n dr e g i o n sr a p i d l y a c c o r d i n gt os t a t i s t i c s ，t h eu s e rn u m b e ro fp h sh a sg o t9 1 1 2m i l l i o nt i l l d e c 3 0 ，2 0 0 6i nc h i n a f o l l o w i n gw h i c h ，t h ev a l u e - a d d e ds e r v i c eo fp h se s p e c i a l l y t h et r a f f i co fs m si ss k i p p i n gu p f a c i n gt h eg r o w t hm o m e n t u mo fs m s ，t h es h o r t m e s s a g es e r v i c ec e n t e rs y s t e mo fu te x p a n d st h ec a p a c i t yw i d e l y w ef i n dt h a t p h sh a sd i s t i n c t t e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i c s d u r i n go p e r a t i o n t h a tt h e i m p r o v e m e n to ft h ep r o c e s s i n ga b i l i t yo fs m sc e n t e rs y s t e md o e s n te q u a lt ot h e l i n e a rg r o w t ho ft h ew h o l es y s t e m sp r o c e s s i n ga b i l i t y t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e w i r e l e s st e c h n o l o g yo fp h sl e a dt ot h eb o t t l e n e c ko fp r o c e s s i n ga b i l i t yo fs m s t h i s r e s e a r c hj u s ta i m sa td e v e l o p i n gt h et r a n s m i t t i n ga b i l i t yo fs m sw i t h o u t c h a n g i n gc u r r e n tb a s i cm e c h a n i s mo fp h s f i r s t l y ，t h eb e s tp o i n to ff l o wc o n t r o li sd e t e r m i n e db a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ed if f e r e n tp e r f o r m a n c eo ft h et r a f f i co fs m sb e t w e e nt h eg s ms y s t e ma n d p h ss y s t e mc o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp h s sw i r e l e s st e c h n o l o g ya n df l o w c o n t r o lt h e o r y s e c o n d l y ，i ns m sc e n t e r ，t h ef l o wc o n t r o li sr e a l i z e da i m i n ga tp ac o m b i n i n g w i t ht h es t r a t e g yo fs l o wg r o w t ha n dr a p i dr e d u c t i o nb ys e t t i n gu n i f i e di n i t i a l t h r e s h o l d ；t h ef l o wc o n t r o lo fp gi sa l s or e a l i z e da c c o r d i n gt ot h er e s t r i c t i o no f t h ep gq u e u ea n dt h ec o n d i t i o n s o ft r a n s m i s s i o n ；t h ep e r f o r m a n c eo fg r o u p s e n d i n go fs m s i so p t i m i z e db yj u d g i n gt h eu s e rs t a t e ，a c c o r d i n gt ot h ed i v i s i o n m e t h o do fp g t h es m ss y s t e mo fp h si s i m p r o v e da n do p t i m i z e db yc o m b i n i n gt h e e f f e c t i v es e t t i n go ft h ep r i o r i t yo fq o s ，w h i c hi m p r o v e st h ep r o c e s s i n g a b i l i t y g r e a t l y i i 哈尔滨理 t = 大学t 学硕十学位论文 f i n a l l y ，a f t e ral o to ff i e l dt e s t s ，t h ea d a p t i v ef l o wc o n t r o lm e a s u r e si sp r o v e d t ob ee f f e c t i v e a n dt h ep r o c e s s i n gs p e e da l s or e a c h e dt h ee x p e c t e de f f e c t k e y w o r d s s m s ，s m s c ，p a ，p g ，f l o wc o n t r 0 1 i i i 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文p h s 短消息流控技术的应用 研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研 究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或 撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 p h s 短消息流控技术的应用研究系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所 有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大 学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子 版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名： 日期：c ) 锕乎年乒月乡f 3 导师虢苍灰夕 眺僻，月垆日 哈尔滨理丁大学工学硕七学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 p h s ( p e r s o n a lh a n d yp h o n es y s t e m ) 又称小灵通，起源于2 0 世纪9 0 年 代初的日本，1 9 9 5 年7 月，经日本邮电省批准，n t t 和d d i 率先推出了基于 p h s 技术的移动电话服务 。随后迅速扩展到全球其他国家和地区。 据“移动通信在线”最新统计数据显示，至1 j 2 0 0 6 年1 2 月3 0 日，全国的小灵 通用户数已达9 1 1 2 万，伴之而来的是小灵通增值业务，特别是短消息业务量 呈跳跃式增长。因此，顺应全国各地的需求，u t s t a r c o m 大容量短消息中心 系统在最近全线扩容，对p h s 短消息的业务发展起到了极大的推动作用。但 在运行中我们发现p h s 具有鲜明的技术特点，短消息中心处理能力的提高， 并不等同于整个系统的处理能力线性增长。p h s 系统的无线技术特点决定了 p h s 短消息处理能力的瓶径。 基于此，我对p h s 短消息业务流控技术进行了研究，并提出了基于实际 应用的解决方案。 在不改变当前p h s 系统基本机制的情况下，根据p h s 系统的无线特性， 进一步提高p h s 短消息的下发能力，采用合理的流控技术，制订适合p h s 系 统的流控方案，做出有利于p h s 短消息业务发展的技术改进和优化，满足日 益增长的短消息用户的需求，使得本课题具有非常高的应用前景和实际价 值。 1 2 短消息业务在国内外的研究现状 1 2 1 短消息业务及其发展情况 短消息业务以文本信息为主要的传输内容，同时支持数字或二进制非文 本数据( 例如铃声、图片等) 的传输，是一种有别于话音业务的通信方式。 短消息业务主要包括点对点业务、短消息群发业务和小区广播短消息业务等 几类【2 1 。 一个完整的点对点短消息业务需要通过m o ( m o b i l es t a t i o n 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 o r i g i n a t e d ，移动台发起) 和m t ( m o b i l es t a t i o nt e r m i n a t e d ，移动台终止) 消息流程将一条短消息从一个实体发送到指定的另外一个实体。 小区广播短消息业务则是指通过基站向指定区域中所有短消息用户发送 短消息的业务，编码后每页消息长度为8 2 个字节，最大页数为1 5 页【3 儿4 1 。 话务员广播，话务员可以通过短信中心的界面直接将短信插入短信待发 库，将短信发给被叫用户。这种短信形式一般用于运营商向用户发送短信广 播通知。通过短信中心的图形界面发送的短信可以按需设置和预定发送时 间。 对于小灵通系统来说，短消息群发业务类似于小区广播业务，是指向部 分或全部用户发送同样内容的信息。 1 9 9 2 年1 2 月，世界上第一条短消息( s h o r tm e s s a g e ，s m ) 通过英国 沃达丰( v o d a f o n e ) 公司的g s m 网络从一台电脑传递到了一部手机上【5 】。 但是在随后的几年中，短消息业务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，s m s ) 并没有 得到蓬勃发展，短消息仅仅扮演着简单寻呼的角色。 从1 9 9 8 年开始，短消息业务终于驶入了发展的快车道，随着话音业务 的增长明显放缓，发展无线数据业务的呼声日益高涨。欧洲的一些运营商将 目光投向短消息这个被冷落了数年的“金矿”。s o n e r a ，v o d a f o n e ， m a n n e s m a n n 等先后提供短消息业务( s m s ) ，力求造就新的业务增长点，从 而迅速蔓延到世界各国，掀起了一场短消息热潮。作为g s m 系统中的一项 基本电信业务，短消息业务获得了巨大成功。在德国、英国、意大利、挪威 等一些国家和地区，有些运营商的短消息业务收入已经超过了传统的话音业 务。据统计，2 0 0 6 年中国移动的短消息业务总量累计己达到了4 0 0 0 多亿 条，短消息服务已经成长为电信运营商的重要收入来源。在日本，短消息及 移动互联网业务仅用了1 年半时间便实现了赢利的目标，目前已培育成一个 上百亿美元的巨大市场。而且，短消息在年轻人群中受欢迎的程度还在稳步 增长。可见，无论国内还是国外，人们对短消息的市场前景是非常看好的。 1 2 2 国外小灵通及其短消息业务的现状 目前，约有3 0 多个国家和地区已经开通了小灵通业务，用户数量截止到 2 0 0 6 年1 1 月已经达到1 亿以上。就小灵通用户量和小灵通分布广度而言，亚 洲占据了主要的地位，特别是中国、日本、中国台湾分布有其中绝大部分的 小灵通用户群【6 】。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 日本的小灵通用户在2 0 0 4 年达到5 1 8 5 5 万，另据光明日报消息，中国台 湾截至2 0 0 5 年7 月底，小灵通用户已接近1 0 0 万。在小灵通用户数得到提高的 同时，日本和中国台湾的短消息业务又是处于怎样的发展水平呢? 目前日本小灵通市场是三足鼎立的格局。其中，d d ip o c k e t ( k d d i 公 司下属的子公司) 是领头羊，拥有日本小灵通市场5 5 的份额；n t t 占 3l 。d d i 在日本推出的服务中， 数据通信的比例达到了6 成阳】，超过语音 的使用率( 短消息业务被认为是语音业务中的一种) ，由此可以分析短消息 业务在日本并不占有很大比重。 在中国台湾，数据业务的收入比例占1 5 3 2 ，语音业务占8 4 6 8 ，而 其中的简讯服务( 可实现小灵通手机之间的短信互通、小灵通手机与g s m 手机之间的短信互通) 占有率不到l 【6 】，所以，小灵通短消息业务在中国 台湾的发展比重也不大。 1 2 3 国内小灵通及其短消息业务现状 在经过了几番波折后，小灵通( p h s ) 打开了国内通信市场的大门。在 国内，尽管人们对小灵通褒贬不一，但开展小灵通业务可以说是固网运营商 新的业务增长点，而且小灵通业务已经赢得了庞大的用户群是不争的事实。 目前基于p h s 空中接口的小灵通系统在中国已经超过9 千万用户，对照日本 和中国台湾小灵通业务的市场发展轨迹，目前国内小灵通业务仍处在高速增 长的阶段，还有较大的发展空间，用户数量还在持续增加。 为了满足庞大用户群的需要，新业务的增加也是重要的一环。简单的语 音服务已无法满足p h s 用户的需求，提供新的增值服务将成为吸引用户和提 高平均用户收益值( a r p u ) 的重要手段。从2 0 0 1 年开通短消息至今，全国小 灵通增值业务( v a s ) 已经全面启动。通过引入增值业务后，小灵通提升了品 牌效应，进而推动小灵通运营商有了更为广阔的发展空间。小灵通短消息业 务的开通，一方面可以满足中低收入者的需求：另一方面可以加快固定交换 机资源的二次开发，为运营商形成新的业务收入增长点，并且提供了与“移 动梦网”等其他移动增值业务竞争的武器，有效遏止了年轻时尚用户的拆机 率，并与竞争对手争夺高端用户。而从长期来看，这将为运营商积累无线数 据服务的运营经验，为未来3 g ( t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，3 g ) 无线运营作准备。同时由于小灵通增值业务平台可与3 g 共 享，也培养了一批内容服务商，并为3 g 的内容服务奠定了基础 7 1 。短消息是 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 移动通信系统最重要的增值业务，对小灵通系统也不例外。目前各个小灵通 运营商已经实现了跨省短消息联网，不同运营商之间的短消息也已实现互 联。2 0 0 3 年底，信息产业部批复了中国电信集团、中国网通集团关于明确 短消息互联用户范围包含无线市话用户的请示，同意固定网与移动网短消 息互联的用户范围包含无线市话( 小灵通) 用户【8 】。随着短消息业务互连互 通的开展，p h s 短消息的业务范围以及业务量也随之增大。据报道，2 0 0 6 年 春节长假期间，仅哈尔滨通信分公司小灵通短消息的业务量就突破了1 1 0 0 万 条，较去年同期增长5 8 。短消息业务量的快速增长给运营商带来了巨大的 经济效益。 同时在以w c d m a 为主流技术的第三代移动通信系统中，短消息业务 将继续作为一项重要的基本电信业务而存在，同时由于3 g 系统使用分组交 换技术和高速无线技术，传统的短消息业务将能够承载更多的增值服务一】。 ( 3 g 是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系 统，它能够处理文本、图像、音乐、视频流等多种媒体形式。为了能够支持 这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速率，在室内、室外和行 车环境中能够分别支持至少2 m b p s ，3 8 4 k b p s 以及1 4 4 k b p s 的传输速率0 1 。) 国内小灵通短消息数量的快速增长，使得小灵通短消息中心的处理能 力，短消息快速下发的能力显得日益重要。 1 2 4p h s 短消息流控技术及其现状 p h s 网络最初建立的出发点是为了承载语音业务，随着用户的迅速发 展及运营商间竞争的激烈，对网络所能承载的业务要求也越来越多，因此基 于p h s 网络的短消息业务的开展，既为运营商带来了丰厚的利润，也满足 了终端用户的需求。但由于短信业务实现的机制，使得语音与短信要占用同 样的信道资源。短消息的另一个比较显著的特点是具有很大的突发性，节假 日高峰期间，突发因子可达3 8 ，也即节假日的忙时短信量要达到平常忙时 短信量的3 8 倍，这个数据是非常惊人的，并且这种短消息高峰往往是伴 随着话务高峰发生的，这2 个高峰将会造成一个很大的寻呼量，对系统造成 极大的冲击】。 黑龙江省的短消息业务现状比较能说明问题。省短消息中心扩容后的处 理能力是8 0 0 条秒( m o + m t ) ，但在实际应用过程中( 含群发) 最高时才达到 了1 7 5 条秒( m o + m t ) ，其中m t ( 含群发) 的最高速度仅为1 0 2 条秒，一次 哈尔滨理工大学工学硕上学位论文 成功率仅为8 4 3 2 1 1 2 1 。而小灵通短消息群发又是该省的老大难问题。如 何进行合理的群发、大量提升群发的速度是短信发展的重中之重。考虑到 p h s 网络中每个p a 在没有话音业务的前提下，最多能处理7 条短消息。那么 如何能够提高短消息的群发速度而又不影响正常的话音业务呢? 这恰恰是本 项目研究的意义所在。 目前，短消息中心侧采用的流量控制技术，主要是通过使用系统本身具 有的大容量缓存机制，结合静态流控机制( 开环方式) ，使短消息能够平缓 下发，有“目的性”的下发。 这种流量控制方案的选择，随着业务量的迅速提升，已越来越不能适应 当前业务发展的需要，为了更好的服务运营商，服务用户，采用合理的流控 技术，设计合理的短消息流控策略，研究制订适合p h s 系统的流控方案， 做出有利于p h s 短消息业务发展的技术改进和优化，促进短消息服务的进 一步发展，是非常必要的。 1 3 课题研究内容 通过分析国内外的文献，深入分析短消息发送机制，比较g s m 系统与 p h s 系统的短消息技术实现特点，结合现场处理问题的措施，总结目前常 见的p h s 短消息处理性能解决方案，针对小灵通短消息业务的现状及目前 所采用的流量控制技术，本课题的研究内容如下： 1 分析比较g s m 和p h s 系统的短消息技术特点，进行性能差异性分 析： 2 对p h s 的无线技术特点进行分析研究，找出对p h s 短消息进行流 量控制的最佳控制点； 3 通过实现对p a ( p a g i n ga r e a ) 、p g ( p a g i n gg r o u p ) 的自适应动态 流控技术提高短消息处理中心的流量控制能力，进而提高整个系统的短消 息处理性能； 4 通过重新编码短消息群发功能处理部分，使群发短消息由原来按号 码顺序下发改为按p a 划分乱号发送的形式，提高群发速度，避免对无线侧 的洪峰冲击； 5 采用q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 机制，动态调整不同业务的发送顺 序，保证整个系统的性能处于优异的状态。 哈尔演理工大学工学硕上学位论文 1 4 论文组织结构 第l 章，阐述了研究背景，介绍了国内外短消息的发展现状，目前短消 息业务采用的流控技术以及本文主要研究的内容。 第2 章，通过对g s m 系统的短消息业务和p h s 系统的短消息业务进行 差异性分析及p h s 相关技术的研究，在流量控制基本理论的基础上提出了 对p h s 短消息业务实施流控的最佳控制点。 第3 章，提出了实施p h s 短消息业务的流量控制策略，即通过p a 、 p g 的自适应动态流控技术实现短消息处理中心的流量控制能力，通过重新 编码企业短消息发布平台中群发功能处理部分，使群发短消息由原来按号码 顺序下发改为按p a 划分乱号发送的形式，提高群发速度，采用q o s 机 制，动态调整不同业务的发送顺序。 第4 章，p h s 短消息业务的具体流控技术实现。通过短消息中心统一 初始阈值的设定及采用慢增长、快递减的策略实现p a 流控，通过p g 的逻 辑结构条件实现p g 的流控，通过对用户状态的分析及按p a 随机乱号下发 短消息实现对群发短消息的控制，通过对不同业务设置优先级实现业务的 q o s 机制。 第5 章，通过现场的系统测试及对测试数据的分析，验证了短消息中心 流控的有效性及群发短消息处理速度的提高。 哈尔滨理工大学t 学硕士学位论文 第2 章性能差异性分析及相关技术 为了更好的配合p h s 大容量短消息系统s m s ( s h o r tm e s s a g es y s t e m ) 处理能力的提高，通过流量控制手段，改善p h s 短消息业务的处理能力。 为此，对g s m 系统短消息业务和p h s 系统短消息业务进行性能差异分析， 通过分析两个不同系统的短消息技术特点，结合p h s 无线技术特点和p h s 短消息系统的结构，在流量控制基本理论的基础上找到流量控制的最佳控制 点。 2 1 差异性分析 众所周知，中国移动的用户数位居各运营商之首，g s m 系统的短消息 系统处理能力非常高，整个g s m 系统的短消息流量也超过p h s 系统， g s m 网络是如何来支撑如此大的短消息流量? 是什么原因使得两个系统在 处理短消息业务上具有如此大的差异呢? 为了更好地研究、提高小灵通短消 息业务的处理能力，本人对g s m 网络和p h s 网络的短消息技术做了差异性 分析。 2 1 1g s m s m s 短消息性能分析 g s m 在短消息业务的处理上，具有如下特点： 1 语音信道与短信信道分离g s m 短消息业务数据包是通过7 号信令 传送的【l3 1 。因此具有s m s 功能的g s m 移动台( 如：手机) ，可以在任何时候 发送或接收短消息的传输协议数据单元，无论话音或数据通信是否在进行 【1 4 】。 g s m 短消息业务通过专用控制信道( d c c h ) 传输，d c c h 为点对点 双向控制信道，包括独立专用控制信道( s d c c h ) ，快速随路控制信道 ( f a c c h ) 和慢速随路控制信道( s a c c h ) 。 g s m 短消息业务的传送是在独立专用控制信道( s d c c h ) 或慢速随路 控制信道( s a c c h ) 进行【1 5 j ，当业务信道( t c h ) 未分配( 即语音空闲 时) 时，采用s d c c h 信道传送短消息，当t c h 使用时，采用s a c c h 信 道传送短消息。g s m 系统对于短消息传送信道的选择取决于业务信道 ( t c h ) 的使用，如表2 1 所示： 哈尔滨理t 大学下学硕十学位论文 表2 1g s m 的短消息传输信道 t a b l e 2 1t r a n s m i s s i o nc h a n n e lo fs h o r tm e s s a g eo v e rg s m c h a n n e ld e p e n d e n c yc h a n n e lu s e d 描述 t c hn o ta l l o c a t e ds d c c h t c h 未分配时( 语音空 闲) ，用s d c c h t c hn o ta l l o c a t e d s d c c h s a c c h 短消息在s d c c h 上处理 t c ha l l o c a t e d 时，t c h 从空闲到分配 ( 突然来电) ，短消息传 递将停止并继续在 s a c c h 一卜传递 t c ha l l o c a t e d s a c c h 短消息到达时，t c h 已分 配，则用s a c c h t c ha l l o c a t e d t c hs a c c h s a c c h t c h 从忙到空闲时，无线 n o ta l l o c a t e d o p t ，s d c c h 资源管理子层可继续选 s a c c h 或转至s d c c h 可见，g s m 语音与短消息是并行业务，用户在通话过程中可以收发短 消息。 2 基站发射功率大，网络覆盖范围广g s m 采用宏蜂窝结构，一个 基站可覆盖几公里到几十公里h 6 1 ，可以说，现在移动联通网络基本覆盖了 所有人迹可至的地方，保证了g s m 用户能随时随地接入网络。 3 支持多条消息下发( m o r e m e s s a g e t o s e n d )当一个被叫有多条 待发送短消息时【l 引，g s m 短消息中心可以通知g m s c 不释放无线链路，直 到所有的待发送消息全部发送到被叫终端。这种技术节省了无线资源，提高 了信道利用率。 4 a l e r t 机制 手机从关机到开机状态，或从网络覆盖区外到覆盖 区里，v l r 会根据以前短消息的下发失败原因，通知s m s c 当前被叫已激 活，准许立即下发此被叫的所有短消息，从而保证短消息下发的及时性。 5 点对点处理g s m 网内的手机发送点对点短消息时，直接路由到 归属短消息中心，再由短消息中心下发到网络，不论被叫是否漫游在异地， 由网络保证短消息一次性正确下发到被叫，中间过程简单。 6 短信长度不同g s m 短信长度为1 4 0 个字节，一条短消息可以包 含1 6 0 个英文字母或7 0 个中文汉字【1 8 】。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 2 1 2p h s s m s 短消息性能分析 相对于g s m 短消息系统，p h s 短消息系统 1 9 】【2 0 】【2 l 】【2 2 l 具有以下特点： 1 语音信道与短信信道共用短信等数据业务和语音业务在p h s 空 中接口中都会用到业务信到( t c h ) 和广播控制信道( b c c h ) ，使得短信 等数据业务与语音业务争夺空中信道资源，不能如g s m 一样仅用控制信道 来传输短信业务。 p h s 空中接口中的控制信道有以下几种： 广播控制信道( b c c h ) ：由c s 向p s 广播系统信息； 公用控制信道( c c c h ) ：呼叫建链过程中双向传送系统信令； 慢速随路控制信道( s a c c h ) ：控制双向传输信息； 快速随路控制信道( f a c c h ) ：双向传输信令； 因此，小灵通用户在通话过程中将无法正常接收短消息。 2 基站发射功率小，网络覆盖范围小p h s 采用微蜂窝技术，覆盖 距离为数十米至数百米，这使得p h s 构筑大网时需建设大量基站、单基站 容量较低、覆盖面较小、不能很好支持高速移动用户、切换时间较长、易掉 话，使得被叫用户的在线能力差。 3 短信与语音具有相同空中建链流程发送接收短信与外拨接听语 音一样，在p h s 空中接口中具有相同的运行机制，包括建立链路信道、建 立业务信道和通信信道三个阶段。p h s 空中接口和p h s 无线系统不支持保 持链路连续下发短信功能，每条短消息的下发都将触发一个独立的空中建链 过程。 目前s m s c 尽管支持一个被叫多条短消息下发的功能，但由于空中接 口的限制，导致此功能不能如g s m 一样完全实现。 4 a l e r t 机制p h s 与g s m 一样也有a l e r t 功能，但是p h s s m s c 必须在下发短消息后，系统返回“被叫关机”或“被叫不可达”错误时， 主动通知t s 设置a l e r t 标志，当手机状态激活时，t s 才会根据a l e r t 标志位，通知s m s c 当前被叫已激活，准许立即下发此被叫的所有短消 息，从而保证短消息下发的及时性。 5 点对点处理p h s 网内的手机发送点对点短消息时，也直接路由 到归属短消息中心，但必须判断被叫号码的归属及状态，若是异地用户或非 本内部网络用户，必须路由到短消息互连网关，再由互连网关转发到被叫所 在短消息中心，中间环节多，易导致消息丢失等异常情况，导致点对点成功 哈尔滨弹工大学t 学硕十学位论文 率f 降。 6 短消息长度不同p h s 短消息采用u u i 单元格式，采用a s c i i 编 码方式时，传递1 2 0 个字符；汉字采用g b 2 3 1 2 编码，可以传递5 8 个心3 1 汉 字。 g s m 短消息和p h s 短消息长度不同，在短消息互联互通的情况下，会给 p h s 用户矛f l p h s 系统带来一些困难，一条g s m 短消息可能需要经过拆分成2 条 才能传送至p h s 网络，从而在大量互发短消息的情况下给p h s 网络造成影响。 2 2 相关技术 2 2 1p h s 短消息网络结构 图2 1 短消息中心网络结构 f i g 2 - 1t h en e t w o r ks t r u c t u r eo fs m s c p h s 短消息增值业务系统主要由3 部分构成 2 4 1 ：短消息处理中心 s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ) ，企业短消息发布平台o s c 及短消息综 合业务接入平台i s m g w 。短消息处理中心是短消息业务平台的核心，负责 短消息的接收、发送、路由选择、流量控制、信息重发等功能；企业短消息 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 发布平台是提供短消息群发、单发、定时发等功能的企业外部平台，通过 s m p p 协议接入短消息处理中心；短消息接入平台主要负责提供其它短消息 中心接入的标准接口如c n g p i 2 5 】【2 6 1 【2 7 1 。 从网络结构图中可以看出，p a s i p a ss m g w 是短消息中心与 p a s i p a s 网络之间的接口。p a s i p a ss m g w 一方面把m t 消息从短消息 中心转发至p a s i p a s 网络，其主要业务流程包括查询s a t c ( p a s 网络) 或t s ( i p a s 网络) 取得下发路由信息，然后把m t 消息转发至相应的 w r t ( p a s 网络) 或g w ( i p a s 网络) 。另一方面，p a s i p a ss m g w 把 p a s i p a s 用户提交的m o 消息转发至短消息中心，短消息中心再对短消息 进行进一步的处理。 短消息中心可以与t c p i p 或x 2 5 网络相连以提供m s 移动台和e s m e 之间的一些数据业务。 2 2 2 p h s 无线技术 2 2 2 1p h s 无线技术基础在p h s 系统中，标准的p h s 无线基站设备 ( c s ) 支持4 个信道，1 个控制信道，3 个通信信道。但是，高容量型和捆 绑控制型设备每台拥有4 个以上的信道。基于标准c s 的p h s 采用时分多 址时分多工( t d m a t d d ) 的工作结构。其帧的特点如下： 1 一个t d m a t d d 帧为5 m s ，其中用于上行和下行各2 5 m s ； 2 8 5 时隙帧构成4 个信道，每个信道有2 个时隙1 个用于上行，1 个 用于下行； 3 4 个信道中1 个为控制信道。控制信道的r f 载波与通信信道的载波不 同： 4 通信信道可有相同或不同的r f 载波。它们通过时隙来区分1 2 8 】。 2 2 2 2 寻呼区p a 、寻呼组p g 的概念下面将分别介绍p a 、p g 的概念。 l 、寻呼区p ap h s 系统中，每个基站的覆盖面小，可用信道数少，为 了增加可用信道数，增大基站的覆盖面积，整个系统近距离或远距离建设了 许多基站。移动终端在不同基站下的移动，增加了终端在整个系统中位置信 息的更新频率，为了减少被叫位置信息更新的频率而提出了寻呼区p a 的概 念。它是一个逻辑上的区域，由不同数量的相邻的基站组成不同的p a ，一 个p a 可由一个或多个c s c 与其控制的c s 组成| 2 9 】。 如图2 2 所示：一个p a 可由一个或多个c s c 与其控制的c s 组成。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 图2 2p a 概念 f i g 2 2p ac o n c e p t 短消息下发时，核心网侧将向被叫所在的寻呼区p a 广播消息，直到其 中一个基站寻呼到此被叫。对于一个c s 来说，在理想流量发布下，1 2 秒 能处理8 个p c h ，3 个s c c h ( 空中帧结构决定) ，即一个c s 每秒最多能处 理的p c h 为8 1 2 = 6 6 6 个，s c c h 为3 1 2 = 2 5 个，所以最大的p a g i n g 总数 不能超过6 6 6 个秒，最大的实际建链总数为2 5 个秒，由于在一个p a 下 面有许多个c s ，所以可以建链个数为2 5 * n ( n 为基站数) ，但由于受到 p c h 的限制，理论上最多的可能建链总数不能超过网络侧下发来的p a g i n g 数( 6 6 6 个秒) ，即当基站数量n 大于3 时，受p c h 限制。因此下行业务 最大的可能建链总数为6 6 6 个秒1 【3 1 1 。 在一个p a 下面，目前的经验值，p a g i n g 次数不大于1 2 0 0 0 次小时 p a ，即平均3 3 3 次秒p a ，随着p h s 无线子系统的改进，这个值在不断的 提高，理论值可达2 0 0 0 0 次小时p a 以上。 2 、寻呼组p gt c h 信道分成了若干寻呼组p g ，每个被叫终端属于一 个寻呼组，被叫所属寻呼组与终端号码p sn u m b e r 有关，如果p sn u m b e r 是b c d 编码方式，只取最后4 位，若是十六进制，取1 6 b i t ，计算公式如 下： p g = ( p sn u m b e r )m o d( 超帧中p c h 数目) + l ( 其中，超帧中p c h 数目为8 ) 如p sn u m b e r 为1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ，则p g 组= ( 7 8 9 0m o d8 + 1 ) = 3 下发短消息时，归属不同p g 的p c h 消息互不影响，但归属相同p g 的 哈尔滨理工大学工学硕上学位论文 p c h 消息将需排队按循序发送( 目前c s 最多保存3 个相同p g 号码的排队 缓存，其余的将被c s 拒绝，随着p h s 无线子系统的改进，p g 号码的排队 缓存可能达到6 个) ，同一个p a 同一个p g 下的两条消息的间隔必须大于等 于1 2 秒，因此批量下发短消息时，这些被叫的归属p g 的关系将影响下发 的成功率。 2 2 3 流控基础 流量控制是一组根据接收端的处理能力来调整发送端发送数量的协议 集。流量控制限制了发送数据速度的总量。接收端需要限制流量的原因如 下： 1 对于到达的每一个数据包，接收端必须能够处理完。发送端尝试发 送的数据包可能会大于接收端能够处理的能力； 2 接收端可以对将要发给高层协议用户的数据进行缓冲，如果用户处 理数据慢，将导致缓冲满，接收端协议将限制发送的流量或者直接拒绝； 3 接收端可以缓冲发来的数据而从其它端口平稳发送出去( 如桥接， 路由，或包交换节点) ，也可以限制接收的流量和发送的流量相匹配，以保 证系统的平稳处理【3 2 】。 在实际应用中，如果允许信息流进入网元而不受到某种控制，会引发严 重的拥塞并导致数据传输延时，以至导致整个网络性能下降。拥塞的产生引 出了信息流量的控制问题，拥塞和流量控制是密切相关的【3 3 】。无论是七层 网络结构的数据链路层中的流量控制协议如停止等待协议，滑动窗口协议 1 3 4 1 1 3 5 1 1 3 6 1 ，还是广域网中的诸多拥塞控制算法，从控制理论的角度来考虑， 归纳起来实际可以分为两大类：开环控制方式和闭环控制方式1 3 7 1 。 开环控制确保源端产生的信息流不会使网络性能下降到规定的q o s 级 别之下，以此来防止拥塞出现，如不能保证这种q o s ，在信息流进入前就 会拒绝它。与次相反，闭环控制是在拥塞已经发生或即将发生时对拥塞作出 反应，通常是根据网络的状态来调节信息流。闭环控制一般不用予留资源。 2 2 3 1 开环不依赖于反馈信息对拥塞作出反应，相反，它基于这样一个原 理：即所有被允许进入网络的信息流能够获得有保证的性能。 开环控制通常也称为静态流控，流控策略由源端预先设定，一旦系统正 常运行，中间不做任何调整。 如图2 3 所示，消息发送策略完全由源端预先决定，不受目的端的消息 哈尔滨理工大学工学硕士学伉论文 应答的任何影响。这种方式的控制不够灵活，但设置实现简单，影响面小。 园二= 臣困 图2 3 静态流控 f i g 2 3f l o wc o n t r o lo fs t a t i cs t a t e 2 2 3 2 闭环控制网络中拥塞的主要目标是：在最大化链路利用率的同时， 防止由于拥塞造成的缓冲区溢出。最大化链路利用率要求，一旦准备好发送 分组，源端就立刻发送分组，为防止缓冲区溢出，要求源端不要发送过多的 分组。拥塞控制一般通过一个依赖反馈信息的闭环控制机制得以解决，它根 据有关网络状态的反馈信息来调节分组流的速率，反馈信息可以基于缓冲区 的容量、链路的利用率或其它与拥塞相关的信息。反馈信息的接收方通常依 赖于负责拥塞控制的通信层。在t c p i p 环境中，拥塞控制在传输层实现， 因此反馈信息的接收方一般驻留在源端【3 7 】。 闭环方式，通常也称为动态流控，流控策略由目的端决定，并反馈指示 给源端进行灵活调整。目的端可根据自身的处理能力和限制、下端网元的处 理能力和限制，以及下端网元的信息反馈等信息，来确定信息反馈策略并反 馈信息给源端。 闭环方式可分显示反馈和隐示反馈。 显示反馈是目的端经过流控策略处理后，采用直接的或非直接的反馈指 示信息给源端，再由源端根据指示进行调整， 采用显示反馈，检测到拥塞后，节点发出一个最终可以到达源端的显示 消息，以通知网络出现拥塞。显示信息可以作为一个独立的分组，或附在一 个数组分组上发送。显示消息的内容可以采用多种形式，最常用的是采用一 个比特的信息( 常被称为二进制的反馈信息) 来指示是否存在拥塞【3 7 1 。 隐示反馈则目的端不一定采用明确的指示信息，对源端发送的信息可采 用丢弃等策略，再由源端根据响应时间( 如超时) 来调整下发速度。 采用隐示反馈不需要转发那些显示消息。相反，源端必须