系統(tǒng)分析師：短消息網(wǎng)關(guān)通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  關(guān)鍵詞： 短消息 ; 短消息網(wǎng)關(guān) ; 通信

  •  前言

  隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)短消息業(yè)務(wù)正在為用戶提供越來(lái)越多的服務(wù)。人們不僅可以通過(guò)手機(jī)點(diǎn)播定制新聞、股票信息、天氣預(yù)報(bào)，還可以下載鈴聲、圖片等。無(wú)論需要什么樣的信息，我們都可以隨時(shí)隨地地通過(guò)手機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，享受各種服務(wù)。電信運(yùn)營(yíng)商要實(shí)現(xiàn)這些增值業(yè)務(wù)，就必須支持網(wǎng)間的互聯(lián)互通。

  目前實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)互通的方式有四種，包括：通過(guò)移動(dòng)關(guān)口局互聯(lián)互通；通過(guò)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)互聯(lián)互通；通過(guò)短消息網(wǎng)關(guān)互聯(lián)互通；通過(guò)第三方運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)互聯(lián)互通。前兩種方式不易設(shè)置計(jì)費(fèi)點(diǎn)和引出計(jì)費(fèi)話單，因此不利于網(wǎng)間結(jié)算；最后一種方式，雖然能夠保證計(jì)費(fèi)點(diǎn)和結(jié)算點(diǎn)的統(tǒng)一，但是易受到地域條件的限制 。 而通過(guò)短消息網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，無(wú)須對(duì) 現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行大面積的數(shù)據(jù)改動(dòng)和升級(jí)改造，能夠 合理的設(shè)置計(jì)費(fèi)點(diǎn)，保證計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)鑒權(quán)和業(yè)務(wù)過(guò)濾的功能，保證網(wǎng)絡(luò)的安全，也能夠通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)流量的監(jiān)視和控制，防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的發(fā)生，這種互聯(lián)方式具有其他三種方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。目前，大部分短消息業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通都是使用短消息網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  •  短消息網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

  短消息網(wǎng)關(guān)（ ISMG ）是處于短消息中心（ SMSC ）和業(yè)務(wù)提供商（ SP ）之間的設(shè)備，它為這兩個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)交換提供安全、快捷的通道。網(wǎng)關(guān)與短消息中心之間使用 SMPP 協(xié)議（ Short Message Peer to Peer, 短消息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議） , 與 SP 之間使用 CMPP 協(xié)議（ China Mobile Peer to Peer, 中國(guó)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議），因此短消息網(wǎng)關(guān)需要完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換、計(jì)費(fèi)、路由、安全和網(wǎng)絡(luò)管理等功能。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

  具體說(shuō)來(lái)，圖 1 中 SMPP 通信代理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)和 GSM 網(wǎng)中短消息中心（ SMSC ）的連接，確保準(zhǔn)確接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。為了達(dá)到規(guī)范要求的不超過(guò) 0.001% 的數(shù)據(jù)丟包率， SMPP 通信代理需要支持流量控制。 CMPP 通信代理系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)和 SP 服務(wù)提供商的連接，與 SMPP 通信代理系統(tǒng)不同的是，由于協(xié)議的影響， CMPP 通信代理是服務(wù)器端，需等待 SP 的連接，而 SMPP 通信代理是客戶端，需要主動(dòng)連接 SMSC 。短消息網(wǎng)關(guān)處理系統(tǒng)是網(wǎng)關(guān)中最復(fù)雜的處理進(jìn)程，它完成的任務(wù)包括：向 GNS( 匯接網(wǎng)關(guān) ) 查詢路由，維護(hù)路由表，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分發(fā)。防火墻系統(tǒng)主要為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)提供安全保障，它包括 IP 包過(guò)濾和身份驗(yàn)證。短信網(wǎng)關(guān)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要形成各種計(jì)費(fèi)話單，為計(jì)費(fèi)提供依據(jù)。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)主要完成對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)告，生成報(bào)表，為運(yùn)營(yíng)者對(duì)用戶數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除以及對(duì)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)控、查詢、操作和維護(hù)提供接口和界面。

  •  短消息網(wǎng)關(guān)通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  短消息網(wǎng)關(guān)通信模塊是整個(gè)短消息網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)。無(wú)論是計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)，還是超時(shí)重傳，高質(zhì)量的通信構(gòu)架是必不可少的保障。這個(gè)通信構(gòu)架不僅要完成基本的收發(fā)消息的功能，而且還要有好的結(jié)構(gòu)以支撐各種業(yè)務(wù)需求，保證良好的擴(kuò)展性。

  在設(shè)計(jì)短消息網(wǎng)關(guān)通信模塊時(shí)，我們考慮了以下幾點(diǎn)：

  第一，由于短消息網(wǎng)關(guān)功能繁多，如果把通信和具體業(yè)務(wù)合在一起開(kāi)發(fā)，容易顧此失彼。可能會(huì)因?yàn)殚_(kāi)始的考慮不周全，造成在增加某項(xiàng)新業(yè)務(wù)時(shí)不得不修改通信底層和原來(lái)的業(yè)務(wù)代碼，導(dǎo)致重復(fù)開(kāi)發(fā)。所以我們采用通信代理的方式把通信和具體業(yè)務(wù)分開(kāi)，在增加新業(yè)務(wù)時(shí)，就只需少量修改通信代理的設(shè)置，而且不必再改動(dòng)原來(lái)的業(yè)務(wù)代碼了。

  第二，通信代理需要同時(shí)偵聽(tīng)多個(gè)端口，我們選用多路復(fù)用 I/O 這種方式。雖然多線程能夠通過(guò)并行計(jì)算和共享內(nèi)存提高代碼效率和資源利用率，但在短消息網(wǎng)關(guān)中，處理的數(shù)據(jù)量大，多線程方式的并行處理會(huì)造成一些消息的邏輯混亂，資源共享也會(huì)增加代碼的復(fù)雜度。而多路復(fù)用使用簡(jiǎn)單，邏輯清晰明了，不易發(fā)生錯(cuò)誤，也不會(huì)出現(xiàn)因資源共享帶來(lái)同步和互斥問(wèn)題。因此使用多路復(fù)用 I/O 是比較合理的。

  第三，業(yè)務(wù)處理模塊與通信代理之間可以使用隊(duì)列進(jìn)行通信，對(duì)隊(duì)列的管理和參數(shù)的設(shè)置 (例如對(duì)同一隊(duì)列操作的互斥，以及隊(duì)列個(gè)數(shù)的設(shè)置等)都使用專門(mén)的隊(duì)列內(nèi)核程序統(tǒng)一調(diào)度并封裝成函數(shù)接口，以方便業(yè)務(wù)處理模塊對(duì)隊(duì)列的使用。另外，通過(guò)隊(duì)列通信，也可以為今后增加的業(yè)務(wù)提供良好的擴(kuò)展性。

  第四，為了達(dá)到 99.999%的不丟包率，通信代理需要使用流量控制機(jī)制以保證網(wǎng)關(guān)內(nèi)部不丟包。這是因?yàn)闊o(wú)論隊(duì)列設(shè)置有多大，如果出現(xiàn)消息只發(fā)不收的情況，都會(huì)造成隊(duì)列溢出而丟包。因此，為每個(gè)隊(duì)列中緩存的消息做記錄，當(dāng)某個(gè)時(shí)刻隊(duì)列消息的數(shù)量達(dá)到規(guī)定限度,隊(duì)列就不再收包,以保證到達(dá)網(wǎng)關(guān)的消息不會(huì)丟失。