1 引言

　　UMTS（Universal Mobile Tele communications System）系統(tǒng)是無線技術(shù)采用WCDMA的第三代移動通信系統(tǒng)，其標準化工作由3GPP（3rd Generation Partnership Project）組織完成，到目前為止已經(jīng)推出四個版本，即R99、R4、R5和R6。3GPP所規(guī)定的UMTS系統(tǒng)，從R4版本開始，在核心網(wǎng)最大的變化是在電路域引入了軟交換的概念，將控制和承載分開，原來的MSC變?yōu)镸SC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)MGW（Media GateWay），話音通過MGW由分組域來傳送。

　　軟交換作為下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN,Next Generation Network）的核心技術(shù)，為下一代網(wǎng)絡(luò)提供具有實時性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。移動軟交換是軟交換技術(shù)發(fā)展的新方向。

　　移動軟交換是軟交換技術(shù)在移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，也是軟交換技術(shù)發(fā)展的新趨勢。而作為移動的主要業(yè)務(wù)之一的短消息業(yè)務(wù)，鑒于其為運營商和開發(fā)商所帶來的巨大經(jīng)濟利益以及為消費者帶來的方便，也成為了移動軟交換的實現(xiàn)過程中必需支持的一項業(yè)務(wù)。下面將以短消息業(yè)務(wù)為例具體闡述移動軟交換對移動網(wǎng)絡(luò)的支持。

　　2 短消息實現(xiàn)原理

　　2.1 業(yè)務(wù)定義

　　短消息分為兩類：小區(qū)廣播短消息（CBS）和點到點短消息（SMS）。通常提到的短消息業(yè)務(wù)主要是指點到點短消息，本文此后的敘述中如非特別聲明，都特指點到點短消息。

　　短消息是GSM/UMTS中不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)。即使移動臺已處于完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。通常短消息通信僅限于一個消息，換言之，一個消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對稱的，一般認為移動起始短消息傳輸（SM-MO）與移動終接短消息（SM-MT）傳輸是兩回事。這并不阻礙實時對話，但系統(tǒng)認為不同的消息彼此獨立，消息的傳輸總是由處于GSM/UMTS外部的業(yè)務(wù)中心（SC）進行中繼。消息有目的地或起源地，但只與用戶和SC有關(guān)，而與其他GSM/UMTS基礎(chǔ)設(shè)施無關(guān)。

　　SMS通過SC，在GSM/UMTS MS與SME間提供傳送短消息的手段。SC在MS與SME間負責消息傳送的互操作與中繼的功能。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　短消息業(yè)務(wù)在移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)過程中，主要涉及無線接入部分、MSC內(nèi)部和核心網(wǎng)絡(luò)實體間三部分的協(xié)議。鏈路1包括無線空中接口和Iu接口（GSM中為A接口），其中Iu接口使用RANAP協(xié)議；鏈路2和3屬于移動核心網(wǎng)，使用的是MAP協(xié)議。鏈路4是移動網(wǎng)絡(luò)與短消息中心SC的接口，具體使用哪種協(xié)議由運營商決定。

　　2.3 協(xié)議體系

　�。�1）RANAP

　　短消息由RNC通過RANAP協(xié)議透傳到MSC Server（軟交換實體）。RANAP是Iu的信令協(xié)議，包含了所有為無線網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定的控制信息。RANAP的功能通過各種RANAP基本進程（EP）來實現(xiàn)。每個RANAP功能可能要求運行一到多個EP，每個EP或者包含請求應(yīng)答消息對（1類EP），或者只包含請求消息（2類EP），或者包含一個請求消息和一到多個應(yīng)答消息（3類EP）。短消息PDU（Protocol Data Unit）通過RANAP的UE-CN信令從RNC透傳到MSC。

　�。�2） MAP

　　移動應(yīng)用部分（MAP）協(xié)議是專為移動通信要求而設(shè)計的協(xié)議。MAP在TCAP之上，都對應(yīng)于OSI參考模型的第七層，是七號信令的應(yīng)用層協(xié)議。MAP只使用SCCP無連接方式。該協(xié)議用于MSC、HLR、VLR及EIR各接點之間的通信：位置登記；位置刪除；取消登記；用戶業(yè)務(wù)的處理、管理和檢索；用戶參數(shù)的管理（即HLR和VLR的更新）；切換；保密鑒權(quán)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)鹊取?

　　MAP是TCAP的一個用戶，采用交換協(xié)議數(shù)據(jù)和會話方式，處理MSC、HLR和VLR等不同實體間的同等層的通信。MAP包含的一系列的功能塊稱為應(yīng)用上下文單元，用于兩節(jié)點同等層間的通信。有時一個系統(tǒng)同時和幾個系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)系，切換就是一個例子。用MAP協(xié)議，一個實體可以同時和幾個實體通信。

　　對于短消息業(yè)務(wù)的支持也MAP的功能之一。通過MAP消息，短消息可以在伺服MSC和IWMSC/GMSC之間相互傳送。

　　（3）MSC Server內(nèi)部的協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　由于MSC server是由軟交換技術(shù)實現(xiàn)的，故短消息業(yè)務(wù)在MSC中的協(xié)議體系，也就是在軟交換實體中的協(xié)議體系。與3GPP 24011規(guī)范相對應(yīng)，軟交換內(nèi)部短消息協(xié)議體系分為三層：SM-TP、SM-RP和SM-CP。SM-TP層消息作為TPDU被封裝在SM-RP層消息的用戶數(shù)據(jù)中，SM-RP層消息作為RPDU又被封裝在SM-CP層消息的用戶數(shù)據(jù)中，最后SM-CP層消息作為CPDU使用底層的承載信令如RANAP信令在不同實體間傳輸。在核心網(wǎng)絡(luò)上，由于SM-RP層和SM-CP層的消息已被MSC處理，故只剩下SM-TP層的消息使用MAP作為承載信令在核心網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

　　SM-TP是短消息傳輸層協(xié)議。該層消息參數(shù)包括有效周期、業(yè)務(wù)中心時間戳、協(xié)議標識、目的手機用戶地址等等，是需要MS和SMC來處理的。所以對于MSC server來說是透明傳送，不需要關(guān)心的。可以說MSC server的任務(wù)就是將TPDU正確傳送到SMC或MS

　　SM-RP是短消息中繼層協(xié)議。該層消息參數(shù)最主要的就是用戶數(shù)據(jù)和目的短信中心地址。根據(jù)該層的消息參數(shù)，可以生成相應(yīng)的MAP消息，進行核心網(wǎng)上短消息的路由。相關(guān)消息如下表：

　　SM-CP是短消息控制層協(xié)議。該層消息的主要功能是對無線接口上短消息流程進行控制，保證短消息在無線接口上正確傳送。

　　3 短消息在軟交換中的實現(xiàn)方案

　　3.1 軟交換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　軟交換系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，包括協(xié)議處理子系統(tǒng)（Protocol Process）、呼叫控制子系統(tǒng)（Call Control）、呼叫服務(wù)子系統(tǒng)（Call Service）、VLR子系統(tǒng)，業(yè)務(wù)適配子系統(tǒng)（Service Adaptation）和OAM子系統(tǒng)。其中協(xié)議處理子系統(tǒng)中的ML3代表移動第三層信令的處理模塊，包括2G的BSSAP和3G的RANAP協(xié)議的適配部分。

　　協(xié)議處理子系統(tǒng)通過協(xié)議棧與遠端通信實體進行通信（包括信令交互和媒體交互），向上層模塊如呼叫控制、呼叫服務(wù)屏蔽協(xié)議差異并維持在線用戶的狀態(tài)。系統(tǒng)中針對不同的用戶接入類型，如移動、ISUP、多媒體等均分別存在對應(yīng)的子模塊。呼叫控制與系統(tǒng)中各協(xié)議處理子模塊進行通信，完成信令控制任務(wù)，同時與呼叫服務(wù)通信，獲取號碼分析結(jié)果、路由信息等服務(wù)。呼叫服務(wù)與系統(tǒng)中各協(xié)議處理子模塊進行通信，完成資源管理、位置管理、用戶信息管理等任務(wù)，并提供號碼分析、路由信息等服務(wù)。VLR是與移動關(guān)聯(lián)的用戶數(shù)據(jù)庫，并對短消息的傳輸提供RP層的控制功能。業(yè)務(wù)適配是軟交換對外的業(yè)務(wù)接口，為應(yīng)用服務(wù)器和智能網(wǎng)提供業(yè)務(wù)接入功能。

　　3.2 短消息在軟交換中所涉及的模塊

　　由于MSC中對于短消息的協(xié)議處理分為SM-CP和SM-RP兩個層次，所以結(jié)合我們的軟交換設(shè)計方案，我們將短消息的業(yè)務(wù)處理也分為兩個部分：ML3中處理SM-CP層消息，VLR中處理SM-RP層消息。這其中VLR的角色與傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中的VLR有很大不同。在傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中，VLR只是MSC為了處理所轄區(qū)域中MS的來話去話呼叫、所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫，存儲與呼叫處理有關(guān)的一些數(shù)據(jù)。而在軟交換實現(xiàn)中，VLR除了擔負上述功能外，由于VLR具有用戶的數(shù)據(jù)，為避免過多的內(nèi)部通信流程，我們將移動通信中的鑒權(quán)、位置更新、尋呼，和短消息等呼叫無關(guān)業(yè)務(wù)過程的控制賦予VLR。所以此時VLR已成為一個呼叫無關(guān)業(yè)務(wù)過程的控制實體。

　　SM是ML3中的短消息協(xié)議處理模塊，實現(xiàn)短消息控制實體（SMC）的功能。在MO業(yè)務(wù)方式時，負責處理SM-CP層消息，并從中解碼SM-RP層參數(shù)，形成SM-RP層消息發(fā)送給VLR。在MT業(yè)務(wù)時負責將從VLR收到的SM-RP層消息編碼成RPDU，形成SM-CP層消息發(fā)送給底層協(xié)議棧。在短消息業(yè)務(wù)過程結(jié)束后，它還要通知MM（移動性管理）釋放無線接口的連接。Alert過程的狀態(tài)圖與MO是一樣的。

　　VLR完成短消息中繼實體（SMR）的功能：SM-RP消息與MAP消息的交互。根據(jù)收到的SM-RP層消息，構(gòu)造相應(yīng)的與MAP狀態(tài)機的中間消息，進行MAP過程，反方向則根據(jù)收到的MAP中間消息，構(gòu)造相應(yīng)的SM-RP層消息，進行短消息中繼。實際上VLR起到了短消息業(yè)務(wù)過程在無線接入部分協(xié)議（RANAP或BSSAP）與核心網(wǎng)協(xié)議（MAP）之間的橋梁作用，使得SM與MAP狀態(tài)機協(xié)調(diào)配合，共同完成短消息的傳送。

　　MAP子模塊通過MAP協(xié)議消息完成短消息業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)送與接受。MO方式時，MAP子模塊啟動應(yīng)用上下文名為shortMsgMO-RelayContext的MAP對話，向IWMSC發(fā)送短消息；Alert過程時，MAP子模塊啟動應(yīng)用上下文名為mwdMngtContext的MAP對話，向HLR發(fā)送用戶準備好消息；MT方式時，MAP子模塊接受應(yīng)用上下文名為shortMsgMT-RelayContext的MAP對話，從GMSC接收短消息。以上過程都是3GPP 29002規(guī)范中定義的標準過程，本文就不再贅述。

　　3.3 業(yè)務(wù)流程

　�。�1）SM-MO過程

　　該業(yè)務(wù)過程由一條連接管理消息CM-SERVICE-REQUEST觸發(fā)[5]，然后建立MM連接；在MM連接建立后，由MS發(fā)往網(wǎng)絡(luò)側(cè)的CP-DATA消息開始短消息業(yè)務(wù)過程。在收到經(jīng)過SC返回的確認消息后，短消息業(yè)務(wù)過程結(jié)束，釋放MM連接。

　　（2）SM-MT過程

　　MT方式由從GMSC收到的MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE觸發(fā)，然后VLR會發(fā)出PAGING消息尋呼MS，建立MM連接；在MM連接建立后，開始短消息業(yè)務(wù)過程，向MS發(fā)送短消息；在收到MS返回的確認后，釋放MM連接。