一種基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；增值服務(wù)；短信息
1． 引言
近年來，隨著手機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，功能的不斷增多，人們對(duì)手機(jī)的使用已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的語音通話上了，而是越來越多地用到了非語音的功能，比如SMS（Short Message Service短信息），彩信等等，也就是手機(jī)增值服務(wù)[1]。而能夠把手機(jī)增值服務(wù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，使得手機(jī)能夠與嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行短信息的交互，那么這樣的一種增值服務(wù)技術(shù)的發(fā)展前景將會(huì)是非常有前途的。本文就是給出了這種增值服務(wù)系統(tǒng)的一個(gè)完整的解決方案。
開發(fā)中，嵌入式系統(tǒng)的程序部分使用的開發(fā)環(huán)境是Keil C，而其余所有的程序均使用Java來編寫，且已經(jīng)成功地移植到Linux平臺(tái)上。此外，下面所提到的SP使用的數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2000。下面將對(duì)整個(gè)增值服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。
2． 增值服務(wù)系統(tǒng)的整體架構(gòu)
各大移動(dòng)運(yùn)營商提供給自己的SP的增值服務(wù)體系架構(gòu)和接口都是相似的[2]，如中國移動(dòng)的體系架構(gòu)，如圖1所示，整個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)系統(tǒng)是由嵌入式系統(tǒng)、增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和SP及其內(nèi)嵌的接入模塊組成的。SP負(fù)責(zé)向用戶提供豐富多彩的增值服務(wù)，但如果由于資金不足等原因不能申請(qǐng)成為SP時(shí)，可以在現(xiàn)有的SP中嵌入一個(gè)接入模塊，同樣可以達(dá)到提供增值服務(wù)的目的，本文介紹的就是這種解決方案。
當(dāng)MS（Mobile Subscriber手機(jī)用戶）想要發(fā)送一條短信息到嵌入式系統(tǒng)時(shí)，短信息首先被發(fā)送到基站，基站再把它發(fā)到SMSC（Short Message Service Center短信中心），SMSC通過SMPP協(xié)議（Short Message Peer to Peer短消息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）再把短信息轉(zhuǎn)發(fā)到ISMG（Internet Short Message Gateway互聯(lián)網(wǎng)短信網(wǎng)關(guān)）[3]。
ISMG是中國移動(dòng)與其SP進(jìn)行通信的門戶，ISMG與SP的通信的底層是TCP/IP協(xié)議，而應(yīng)用層是CMPP（China Mobile Peer to Peer中國移動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）協(xié)議。
圖1 基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)系統(tǒng)的整體架構(gòu)原理
然后，SP按照CMPP協(xié)議從ISMG接收到關(guān)于此短信息的所有必要信息（如MS的手機(jī)號(hào)碼，MS點(diǎn)播的服務(wù)代碼等等）后把該條短信息的相關(guān)數(shù)據(jù)傳給SP內(nèi)嵌的接入模塊，然后接入模塊通過TCP/IP發(fā)送到增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)解析這些信息并重新編碼，再發(fā)送到PSTN（Public Switched Telephone Network公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò)），最后由嵌入式系統(tǒng)從PSTN接收到該條短信息的所有信息，并顯示在它的LCD上。至此完成了由MS到嵌入式系統(tǒng)的短信息通信，而由嵌入式系統(tǒng)到MS的短信息通信過程也是類似的[4]。
下面，將針對(duì)系統(tǒng)各部分的每個(gè)功能模塊逐一地進(jìn)行介紹，并詳細(xì)地?cái)⑹鏊鼈內(nèi)绾螌?shí)現(xiàn)的。
3． 嵌入式系統(tǒng)部分
3.1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和開發(fā)背景
許多嵌入式系統(tǒng)都有串口和LCD，這樣就能夠通過編程與外界通信并顯示信息，但由于嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器容量比較小，在上面開發(fā)程序必須要注意節(jié)約存儲(chǔ)器的使用。此次所用的嵌入式系統(tǒng)是由臺(tái)灣研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)信息電話，使用的是8051系列的芯片，擁有兩個(gè)串口，其中一個(gè)與內(nèi)置的Modem相連，可以與外界通信，此外還有一個(gè)128*64的LCD可以用來顯示接收到的短信息，一個(gè)鍵盤用來輸入要發(fā)送的短信息內(nèi)容。整個(gè)嵌入式系統(tǒng)部分的開發(fā)是建立在底層的串口，LCD以及鍵盤的API都已經(jīng)由這家臺(tái)灣公司提供了的基礎(chǔ)上。
3.2 Modem的AT指令簡介
AT指令為所有調(diào)制解調(diào)器制造商所使用的一個(gè)調(diào)制解調(diào)器命令語言。只要用連接線把串口和Modem連接起來，使得可以通過串口向Modem進(jìn)行輸入，就可以讓Modem與Modem之間通過使用AT指令經(jīng)PSTN進(jìn)行通信的。這是由于Modem有兩種工作模式：指令模式與數(shù)據(jù)傳輸模式。
3.3 Modem通訊模塊
表1 Modem通訊模塊的自定義幀
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字段 |
所占字節(jié) |
字段 |
所占字節(jié) |
|
DLE |
1 |
發(fā)送時(shí)間 |
20 |
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STX |
1 |
保留字段 |
20 |
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類型 |
1 |
內(nèi) 容 |
160 |
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幀序號(hào) |
2 |
DLE |
1 |
|
源號(hào)碼 |
20 |
ETX |
1 |
|
目的號(hào)碼 |
20 |
|
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Modem通訊模塊是嵌入式系統(tǒng)部分的主體，它負(fù)責(zé)與外界（其它的Modem）進(jìn)行通訊。由于Modem之間的傳輸是連續(xù)的字節(jié)流，因此必須要定義一些建立在數(shù)據(jù)鏈路層上的幀，才能夠把實(shí)際要傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)包從連續(xù)的字節(jié)流中區(qū)分出來。如表1所示，DLE STX和DLE ETX都是自定義的常量，數(shù)值是十六進(jìn)制數(shù)的10 02和10 03，分別代表著一個(gè)幀的開始與結(jié)束。如果一個(gè)幀的內(nèi)容中有這兩個(gè)常量，那么可以在發(fā)送此幀時(shí)插入一個(gè)DLE，如10 02插入DLE后變?yōu)?0 10 02，接收此幀時(shí)，遇到連續(xù)的10 10就檢查是否緊跟著02，如果是就刪除中間的10，這樣就既可以接收到正確的數(shù)據(jù)，又避免了從字節(jié)流中不能正確地截取幀。類型字段有兩種可能值：一種是DATA，即數(shù)據(jù)幀，代表此幀傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)；一種是ACK，即確認(rèn)幀，代表此幀是對(duì)已收到某一數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)。幀序號(hào)是標(biāo)志該幀的唯一標(biāo)志，發(fā)送過程中不斷遞增，達(dá)到最大值后可以循環(huán)使用。由于手機(jī)短信息的英文長度可以長達(dá)160個(gè)字節(jié)（中文為140個(gè)字節(jié)），所以內(nèi)容字段規(guī)定為160個(gè)字節(jié)。對(duì)于數(shù)據(jù)幀，內(nèi)容字段存放短信息的內(nèi)容；對(duì)于確認(rèn)幀，內(nèi)容字段存放它所指明的已收到數(shù)據(jù)幀的幀序號(hào)。
當(dāng)Modem通訊模塊接收到從MS發(fā)來的短信息時(shí)，只是簡單地發(fā)送確認(rèn)幀。當(dāng)Modem通訊模塊發(fā)送短信息到MS時(shí)，它把一個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到目的端Modem，然后等待對(duì)此數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀的返回，如果超過一定的時(shí)間還沒有收到返回，Modem通訊模塊將會(huì)重發(fā)此數(shù)據(jù)幀，重發(fā)超過一定的次數(shù)就放棄發(fā)送此數(shù)據(jù)幀。如果在等待確認(rèn)幀的返回時(shí)，有新的數(shù)據(jù)幀需要發(fā)送，那么將會(huì)允許發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)幀，超過這個(gè)數(shù)量以后就不再發(fā)送，直到有對(duì)之前發(fā)送幀的確認(rèn)幀返回。
4． 增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)部分
4.1 功能簡述
圖2 增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)
增值服務(wù)網(wǎng)關(guān)的主要作用是在PSTN和Internet（數(shù)據(jù)通過TCP/IP傳送）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。因此定義了兩種類：Frame與ShortMessage。在內(nèi)部，Modem通訊模塊與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊之間傳送的對(duì)象是Frame，TCP/IP通訊模塊與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊之間傳送的對(duì)象是ShortMessage，F(xiàn)rame與ShortMessage之間通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊來互相轉(zhuǎn)換。所以網(wǎng)關(guān)的功能就是解析從PSTN收到的包含短信息內(nèi)容的Frame后重新編碼為ShortMessage再發(fā)送到TCP/IP，或者解析從TCP/IP收到的包含短信息內(nèi)容的ShortMessage后重新編碼為Frame再發(fā)送到PSTN。網(wǎng)關(guān)中所有模塊的活動(dòng)都通過調(diào)用日志模塊提供的接口來進(jìn)行日志的記錄。由于協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)比較簡單，而網(wǎng)關(guān)的Modem 通訊模塊跟嵌入式系統(tǒng)的Modem通訊模塊的設(shè)計(jì)思想是相似的，不同的只是網(wǎng)關(guān)的Modem 通訊模塊調(diào)用的是Sun提供的Java的串口API，屏蔽了很多底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，在開發(fā)中更加容易使用。因此下面只對(duì)TCP/IP通訊模塊和日志模塊進(jìn)行說明。
4.2 TCP/IP通訊模塊
本模塊中數(shù)據(jù)包的確認(rèn)/重發(fā)機(jī)制與Modem通訊模塊的策略類似。為了提高工作效率，可以在該模塊內(nèi)建立兩個(gè)隊(duì)列緩沖區(qū)：發(fā)送隊(duì)列和接收隊(duì)列，用來存放暫時(shí)還沒有被發(fā)送出去或剛剛接收到的ShortMessage類對(duì)象。
發(fā)送時(shí)有兩種策略：長連接和短連接[5]。長連接即在與遠(yuǎn)程主機(jī)第一次建立連接后，就一直保持連接，這樣有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)可以隨時(shí)發(fā)送；短連接即有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才建立連接，發(fā)送完畢后馬上斷開連接，直到下次有數(shù)據(jù)來到再重新建立連接。長連接的不足之處在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，之前建立的連接會(huì)被破壞導(dǎo)致無法發(fā)送數(shù)據(jù)，還有就是長期占用網(wǎng)絡(luò)資源。短連接的最大缺點(diǎn)是當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)量較多時(shí)，建立連接過于頻繁，在建立連接上的開銷太大，但是每次使用新的連接對(duì)比起長連接來說較為可靠。本文所提到增值服務(wù)系統(tǒng)中的所有TCP/IP通訊模塊的發(fā)送均采用短連接的策略。
接收時(shí)的策略是生成一個(gè)主線程不斷監(jiān)聽端口上的數(shù)據(jù)，如果有新的數(shù)據(jù)來到，則產(chǎn)生一個(gè)新的子線程來處理此次數(shù)據(jù)，處理完后該子線程自動(dòng)終止，而主線程則繼續(xù)監(jiān)聽。具體實(shí)現(xiàn)框架如下：
while(true)//主線程run方法體內(nèi)
{
Socket sock = serverSocket.accept();//監(jiān)聽數(shù)據(jù)
Thread childThread = new Thread(sock);
childThread.start();//啟動(dòng)子線程處理此次數(shù)據(jù)
}
4.3 日志模塊
日志對(duì)于任何一個(gè)系統(tǒng)來說都是非常重要的，通過日志文件，我們可以查看系統(tǒng)中每一個(gè)細(xì)小的活動(dòng)，而且往往可以通過日志來達(dá)到調(diào)試查錯(cuò)的目的。通常需要輸出到日志的信息有三種：1）正常活動(dòng)的信息，比如通訊模塊接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，協(xié)議的一次轉(zhuǎn)換等等；2）發(fā)生錯(cuò)誤的信息，比如由于網(wǎng)絡(luò)故障，接收的數(shù)據(jù)包格式不正確而解析失敗等等；3）調(diào)試的信息：系統(tǒng)處于開發(fā)階段時(shí)，開發(fā)人員用來定位錯(cuò)誤的信息，這種信息在開發(fā)完成后則不應(yīng)再輸出到日志中，但是仍然應(yīng)該在程序中保留相關(guān)的語句，因?yàn)橄到y(tǒng)很有可能在未來被發(fā)現(xiàn)有問題，而不得不改進(jìn)程序和再次調(diào)試。
可以建立一個(gè)類LogManager來實(shí)現(xiàn)日志模塊的功能。該類需要提供三個(gè)靜態(tài)方法的接口，它們分別對(duì)應(yīng)著上述需要輸出到日志的信息的三種情況，分別是：1）LogManager.log(String info)對(duì)應(yīng)正?；顒?dòng)的輸出；2）LogManager.error(String info)對(duì)應(yīng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的輸出；3）LogManager.debug(String info)對(duì)應(yīng)調(diào)試的輸出。三種接口輸出到日志文件時(shí)應(yīng)該帶有各自的標(biāo)記和輸出的時(shí)間，具體輸出效果如下：
[ LOG ][2003-08-11 11:41:56]正?；顒?dòng)的輸出
[ERROR][2003-08-11 11:41:56]錯(cuò)誤信息的輸出。
[DEBUG][2003-08-11 11:41:56]調(diào)試信息的輸出。
此外可以使用XML文件來管理日志模塊以及整個(gè)增值服務(wù)系統(tǒng)的配置，比如控制調(diào)試信息是否被輸出只需在XML配置文件中增加一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，并在LogManager.debug(String info)方法的開頭讀取此數(shù)據(jù)項(xiàng)的值并進(jìn)行判斷，如果不需要輸出調(diào)試信息則直接退出該方法。
5． SP接入模塊部分
5.1 功能簡述
由于申請(qǐng)成為中國移動(dòng)的SP需要一筆為數(shù)不少的資金，所以在資金不充裕的情況下，在現(xiàn)有的SP的增值服務(wù)系統(tǒng)上嵌入一個(gè)接入模塊來提供增值服務(wù)是建立一個(gè)增值服務(wù)系統(tǒng)的理想的廉價(jià)的解決方案。
接入模塊與宿主SP共同完成短信息收發(fā)的整個(gè)過程是這樣的：1）當(dāng)TCP/IP通訊模塊接收到一個(gè)ShortMessage對(duì)象后，它就轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊，數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊再把該對(duì)象轉(zhuǎn)為一條記錄并插入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，然后由宿主SP讀取該條記錄，并與ISMG交互把短信息發(fā)給MS；2）當(dāng)ISMG把一條來自MS的短信息發(fā)給宿主SP后，宿主SP就把該條短信息轉(zhuǎn)為一條記錄插入到數(shù)據(jù)庫中，再由數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊讀取出來，并轉(zhuǎn)為一個(gè)ShortMessage對(duì)象，傳給TCP/IP通訊模塊發(fā)送到增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。
圖3 SP接入模塊部分
SP接入模塊的存在使得我們可以不需要理會(huì)SP與ISMG之間的任何交互，使得復(fù)雜的CMPP協(xié)議對(duì)我們不可見。從而大大降低了開發(fā)的難度，并把該模塊內(nèi)的短信息的收發(fā)變?yōu)楹唵蔚膶?duì)數(shù)據(jù)庫的訪問的過程[6]。
圖3中TCP/IP通訊模塊，日志模塊與增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的同名模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)類似，故不再重復(fù)說明。
5.2 數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊
此模塊的功能就是使用JDBC來訪問SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，從而完成短信息的收發(fā)。JDBC有多種驅(qū)動(dòng)，一般來說使用數(shù)據(jù)庫廠家提供的專用驅(qū)動(dòng)效率更高，這里使用的是通用的sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver[7]。主要的操作是對(duì)兩個(gè)表進(jìn)行訪問：存放已接收的短信息的表ReceiveSMS和存放要發(fā)送的短信息的表SendSMS。這兩個(gè)表包括了源號(hào)碼，目的號(hào)碼，信息內(nèi)容，接收或發(fā)送的時(shí)間等等重要的字段，其中表ReceiveSMS還有一個(gè)字段IsRead表示該條記錄是否已經(jīng)被讀取過，0表示沒有被讀取，1表示已被讀取過。該模塊的具體運(yùn)作流程過下：1）接收短信息時(shí)讀取表ReceiveSMS中IsRead字段為0的記錄，然后把此次所有被讀取的記錄的IsRead字段置為1，表示該記錄已被讀過，并把讀出的記錄的各個(gè)字段取出，做為新構(gòu)造的ShortMessage對(duì)象的屬性值，最后把它傳給TCP/IP通訊模塊；2）發(fā)送短信息時(shí)首先從TCP/IP通訊模塊接收到一個(gè)ShortMessage類對(duì)象，并用ShortMessage對(duì)象的屬性值作為新構(gòu)造的紀(jì)錄的字段值，最后往SendSMS表中插入該條新紀(jì)錄。
6． 總結(jié)
本文通過對(duì)各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)與重點(diǎn)進(jìn)行了論述，是一種實(shí)用而有前景的增值服務(wù)應(yīng)用。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了一種基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用的解決方案，把手機(jī)增值服務(wù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，使得手機(jī)能夠與嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行短信息的交互，這樣的一種增值服務(wù)技術(shù)的發(fā)展前景將會(huì)是非常有前途的。在開發(fā)中，嵌入式系統(tǒng)的程序部分使用的開發(fā)環(huán)境是Keil C，并且已經(jīng)成功地移植到Linux平臺(tái)上。
參考文獻(xiàn)
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