非結構化補充業(yè)務數據

詞語解釋

“非結構化補充業(yè)務數據”是指在通信中，在結構化的業(yè)務數據之外，還添加一些其他的非結構化數據，以滿足特定的業(yè)務需求。非結構化補充業(yè)務數據的應用非常廣泛，在現(xiàn)實生活中，它們可以用來支持各種不同的業(yè)務，如金融服務、電子商務、社交網絡、移動應用等。例如，金融服務可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持客戶身份驗證、支付結算等；電子商務可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持客戶訂單管理、物流管理等；社交網絡可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持用戶資料管理、消息管理等；移動應用可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持用戶登錄、應用內購買等。此外，非結構化補充業(yè)務數據還可以用來支持其他更多的業(yè)務，如數據安全、設備管理、客戶關系管理等。例如，數據安全可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持用戶身份驗證、加密傳輸等；設備管理可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持設備控制、狀態(tài)監(jiān)控等；客戶關系管理可以利用非結構化補充業(yè)務數據來支持客戶分類、客戶服務等。總之，非結構化補充業(yè)務數據在通信中發(fā)揮著重要的作用，它們可以用來支持各種不同的業(yè)務，從而提升通信的效率和質量。

   USSD（Unstructured Supplementary Service Data）即非結構化補充數據業(yè)務，是一種新型基于GSM網絡的交互式數據業(yè)務.

當你使用手機鍵盤輸入一些網絡已預先制定的數字或者符號比如*#等，再按send也就是撥號鍵就可以向網絡發(fā)送一條指令，網絡根據你的指令選擇你需要的服務提供給你。

USSD

摘　要：介紹了USSD的背景和特點,并與短消息、GPRS和WAP相比較,論述了其在工業(yè)應用上的可行性及優(yōu)點,并以中電五十所成功運營在烏魯木齊的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例,講述了USSD在工業(yè)應用中的系統(tǒng)結構、接口協(xié)議和通信流程。

      關鍵詞：非結構化補充數據業(yè)務通用分組無線業(yè)務業(yè)務提供者中國移動點對點

      非結構化補充數據業(yè)務USSD(Unstructured Supplementary Service Data)是一種基于全球移動通信系統(tǒng)GSM(Global System for Mobile Communications)網絡的、實時在線的新型交互會話數據業(yè)務;它基于用戶識別模塊SIM(Subscriber Identity Module)卡,利用GSM網絡的信令通道傳送數據,是在GSM的短消息系統(tǒng)技術基礎上推出的新業(yè)務,在業(yè)務開拓方面的能力遠遠強于SMS系統(tǒng)。

      USSD技術單獨使用或與目前的短消息技術、通用分組無線業(yè)務GPRS(General Packet Radio Service)技術相結合,可為客戶提供種類繁多的增值業(yè)務,如移動銀行、金融股票交易、手機話費查詢、氣象信息預報和查詢、收發(fā)電子郵件、航班查詢、網上訂票、民意測驗等。采用USSD對原有系統(tǒng)結構影響較小,且運營商還可以針對本地網的具體情況靈活地推出功能業(yè)務,方便地為移動用戶提供各類數據業(yè)務;另外USSD不僅可用于一些信息服務,利用移動運營商提供的通信網絡,也可應用于工業(yè)范圍,USSD的應用可使工業(yè)監(jiān)控通信的范圍大大擴展,功能增強,成本降低,所以這種業(yè)務在香港特區(qū)、新加坡等國家和地區(qū)已有廣泛的應用,在我國也有廣闊的應用前景。

      1 USSD的特點及與其他業(yè)務的比較

      USSD系統(tǒng)與短消息業(yè)務SMS(Short Message Service)、GPRS和無線應用協(xié)議WAP(Wireless Application Protocol)的應用范圍相似,但有其自己的特點。

      USSD在通話狀態(tài)下使用獨立專用控制信道SDCCH(Stand-alone Dedicated Control Channel),數據傳輸速率大約為600bps;而非通話狀態(tài)時,USSD使用快速輔助控制信道FACCH(Fast Associated Control Channel),數據傳輸速率大約為1kbps,比SMS傳輸速率高。目前,用戶只能在非通話狀態(tài)下使用WAP,數據通過業(yè)務信道TCH(Traffic Channel)進行交換,其傳輸速率大約為9.6kbps,目前WAP的響應時間較慢,且需專門的WAP手機支持。

      USSD在會話過程中一直保持通話連接,提供透明通道,不進行存儲轉發(fā);而SMS在物理承載層沒有會話通道,是一個存儲轉發(fā)系統(tǒng),用戶完成一次查詢需要進行多次會話過程。由于USSD與GPRS類似,在交互中保持一個會話過程,每次數據發(fā)送不需要重新建立信道,所以USSD系統(tǒng)對用戶的呼叫請求是即時響應,使響應時間大大加快,主要的響應時延已轉移為應用服務器一端, 響應時間比短消息快。

      USSD在交互式會話中可以提供直觀的菜單操作,方便用戶使用,在一次信息服務中,只需要撥打服務號碼,以后就可以按菜單提示進行下一步操作,可以建立類似WAP的門戶網站來提供電信增值服務。

      USSD和GPRS適合不同的用戶群。在工業(yè)環(huán)境下,在通信量不大、每次通信量只有幾K數據量的情況下使用USSD的費用低廉;而GPRS傳送帶寬高,適用于信息量大的數據傳輸。

      現(xiàn)在市面上的手機大多支持USSD服務。在工業(yè)應用中,大多具有SMS和GPRS功能的通信模塊或芯片也支持USSD服務。

      2 USSD在工業(yè)應用中的系統(tǒng)結構

      如圖1,監(jiān)控中心通過Internet或專線與USSD平臺建立TCP/IP連接,USSD傳輸終端通過GSM的公用網絡與USSD平臺建立無線連接,通過USSD平臺與GSM網絡、監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)控單元建立起一個數據通信的通道。在移動USSD平臺中有數據庫備份數據,監(jiān)控中心除應用平臺外,還可備有有線瀏覽器進行監(jiān)測。透過GSM網絡和USSD平臺,無線瀏覽器和手機也可與監(jiān)控中心建立聯(lián)系。

圖1 USSD系統(tǒng)結構圖

      其中,USSD服務器有兩個網絡接口分別對應于歸屬位置寄存器HLR(Home Location Register)和局域網:一方面,它通過七號信令SS7(Signalin

System No.7)的移動應用部分Map(Mobile Application Part)與GSM系統(tǒng)的HLR連接;另一方面,它通過專線以傳輸控制協(xié)議/ 網際協(xié)議TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)與應用監(jiān)控中心連接。應用監(jiān)控中心與USSD服務器的接口協(xié)議可為短消息點對點SMPP(Short Message Peer to Peer)或中國移動點對點CMPP(China Mobile Peer to Peer)。GSM系統(tǒng)及USSD均起透明通道的作用,監(jiān)控中心可以發(fā)出指令,對終端或手機進行通信控制或發(fā)送短消息,手機或終端也可通過USSD服務來對監(jiān)控中心發(fā)出請求以得到相應的服務。通信通道建立之后,就可以象一般的工業(yè)總線一樣,監(jiān)控中心對遠程終端進行三遙操作,終端也可以主動上報報警、開機等信息。

      3 USSD的接口協(xié)議

      USSD的接口協(xié)議與短消息類似,采用SMPP或CMPP。SMPP是國際通用的協(xié)議,CMPP是中國移動根據我國情況在SMPP基礎上自己制定的協(xié)議,二者體系結構大體相同,應用范圍也相同,但數據包的格式及內容有一定的差異。CMPP在2003年6月30日版本已升到了3.0。

      兩者的消息均分為消息頭和消息體,其中消息頭長度是固定的。主要信息為消息總長度、命令類型和消息流水號。命令類型用來說明消息的類型是連接,還是由USSD中心到業(yè)務提供者SP(Service Provider)的消息或由SP到USSD中心的消息,斷開連接及其回應等。消息流水號順序累加,步長為1,循環(huán)使用,一對請求和應答消息的流水號必須相同。在SMPP中還有一個請求消息的回應是否成功的狀態(tài)信息,而在CMPP中相應信息放到了消息體中。消息體則根據消息的類型和內容來決定長度和數據,但其所攜帶的自定義信息長度不超過160個字節(jié),自定義信息即平時通過手機輸入或接收的短消息內容或工業(yè)通信中的自定義通信規(guī)約部分。相對于SMPP而言,CMPP增加了許多信息,尤其是計費和號碼的信息。

      以下是采用CMPP的USSD消息在VB中的結構定義:

      Type UssdCmppMsgStruct
　　′------------Message Header
　　Total_Length As Long          ′消息總長度(含消息頭和消息體)
　　Command_Id As Long             ′命令類型
　　Sequence_Id As Long             ′消息流水號
　　′---------------Message Body
　　Msg_Id(7) As Byte             ′信息標識
　　Pk_Total As Byte                ′相同Msg_Id的信息總條數
　　Pk_number As Byte             ′相同Msg_Id的信息序號
　　Registered_Delivery As Byte    ′是否要求返回狀態(tài)確認報告
　　Msg_level As Byte             ′信息級別
　　Service_Id(9) As Byte          ′業(yè)務類型
　　Fee_UserType As Byte          ′計費用戶類型

TP_pId As Byte                ′GSM協(xié)議類型
　　TP_udhi As Byte                ′GSM協(xié)議類型
　　Msg_Fmt As Byte                ′信息格式
　　Msg_src(5) As Byte             ′信息內容來源
　　FeeType(1) As Byte             ′資費類別
　　FeeCode(5) As Byte             ′資費代碼
　　ValId_Time(16) As Byte          ′存活有效期
　　At_Time(16) As Byte             ′定時發(fā)送時間
　　Src_Id(20) As Byte             ′源號碼
　　DestUsr_tl As Byte             ′接收信息的用戶數量
　　Dest_terminal_Id() As Byte    ′接收USSD信息的MSIS-DN號碼,length=21*DestUsr_tl
　　Msg_Length As Byte             ′信息長度 <160 byte
　　Msg_Content() As Byte          ′信息內容
　　USSD_TYPE(7) As Byte          ′USSD會話類型
End Type

      4 USSD的通信過程

      在工業(yè)應用的監(jiān)控中心和USSD服務器接口的兩種協(xié)議中,盡管SMPP和CMPP的數據包格式不大相同,但二者的流程大體相同。在目前USSD的應用中,大部分是應用在信息資訊等電信增值服務中,在工業(yè)的應用中還不多,但由于USSD業(yè)務的方便快捷、費用低廉等優(yōu)勢,在工業(yè)應用中的前景大有可為。

      在USSD的通信會話過程中有兩種方式,由手機或終端發(fā)起的會話連接和由應用平臺或監(jiān)控中心發(fā)起的對話連接,以下介紹兩種流程。

      首先,在兩種連接流程中,監(jiān)控中心都要與USSDC(USSD Center)先建立一個連接,一般采用長連接。所謂長連接,指在一個TCP連接上可以連續(xù)發(fā)送多個數據包。監(jiān)控中心發(fā)出連接請求,USSDC收到后給予回應,監(jiān)控中心收到回應后,就表明USSDC到監(jiān)控中心的通路已經搭建好了,這個通路在平時一直保持連接,在線路空閑時要發(fā)送鏈路檢測包及其回應以維持此連接。當信道上沒有數據傳輸時,通信雙方應每隔時間C發(fā)送鏈路檢測包以維持此連接,當鏈路檢測包發(fā)出后超過時間T未收到響應,應立即再發(fā)送鏈路檢測包,再連續(xù)發(fā)送N-1次后仍未得到響應則斷開此連接。參數C、T、N原則上可配置,現(xiàn)階段中國移動的建議取值為:C=3min,T=60s,N=3。數據包采用并發(fā)方式發(fā)送,加以滑動窗口流量控制,窗口大小參數W可配置,現(xiàn)階段中國移動的建議值為16,即接收方在應答前一次收到的數據包最多不超過16條。

圖2 終端發(fā)起的會話示意圖

      4．1 終端發(fā)起的會話

      如圖2,RTU為手機或帶GSM通信功能的終端,SP為監(jiān)控中心。RTU通過USSDC發(fā)給SP的命令都是DELIVER命令,SP用SUBMIT命令通過USSDC把消息傳給RTU。DELIVER和SUMBIT都是 SMPP與CMPP中的命令類型,具體數據格式可參見SMPP或CMPP協(xié)議。在USSD應用中有一個字段的數據是短消息應用中沒有用到的,用來說明DELIVER和SUBMIT的命令參數,在CMPP中是Service_Id,在SMPP中是Servid_Type,在本文中稱為USSD_TYPE,易于理解。不同的交換機使用的USSD_TYPE內容可能不一樣,這里以新疆移動使用的USSD服務器為例說明。

      (1)終端或手機撥打運營商提供的服務號(例:*139*1＃),通過USSDC發(fā)送給SP一條請求連接命令DELIVER(REQUEST_CONNECT),USSD_TYPE參數的內容為“PSSRR”,傳送一個移動到應用的會話請求。

      (2) SP收到后發(fā)送SUBMIT(REPLY),USSD_TYPE的內容為“USSRR”,RTU收到信息后即與SP建立起一次會話連接,SP在此命令中把消息發(fā)送到手機上,可以提供直觀的菜單方式讓用戶決定下一步的操作,如在新疆烏魯木齊運行的監(jiān)控系統(tǒng)中,把某些相關人員的手機設定后,這些手機就可以通過撥打專用服務號,與監(jiān)控中心建立起一次會話連接。手機上馬上會顯示“歡迎進入本系統(tǒng):1.系統(tǒng)介紹;2.數據查詢;3.故障查詢;4.退出”。

      (3) 用戶可通過菜單提示按鍵來獲得想要的服務,USSDC收到請求后向SP發(fā)送 DELIVER(SERVICE_REQUEST),USSD_TYPE為“USSRC”,傳送從移動到應用的一個USSR相應,用戶的回復信息可在此命令中傳給SP。如第(2)步驟,手機可按“1“鍵向SP發(fā)送進入系統(tǒng)介紹界面的請求。

      (4) SP收到請求后,與第(2)步驟一樣,發(fā)送SUBMIT(REPLY)命令,將系統(tǒng)介紹文字菜單發(fā)送到手機上,用戶可重復在第(3)和第(4)步驟間多次交互,獲取想要的信息。

      (5) 最后完成手機發(fā)出斷開請求,如在主菜單上按“4”選擇退出,USSDC發(fā)送DELIVER(RELC)命令給SP,USSD_TYPE為“RELC”,傳送結束會話命令給SP。

      (6) SP發(fā)送SUBMIT(FINISH)命令,USSD_TYPE為“USSNR”,在該命令中附帶“歡迎再次使用”等結束語的消息,手機收到后與SP結束一次會話過程。也可以由SP發(fā)送SUBMIT(RELR),USSD_TYPE為“RELR”,主動斷開會話。

      在整個通信過程中,RTU與SP保持連接,直接對話,速度比短消息快得多。用戶只需撥打專用號碼,就可以根據菜單進行下一步操作,進行遠程訪問并查詢各個遠程監(jiān)控終端的數據和故障,及時掌握第一手資料。當然也可根據用戶要求,在SP的程序中加入遠程遙控或其它擴展功能。

      4．2 SP發(fā)起的連接

      在工業(yè)應用中,大部分的通信過程是由監(jiān)控中心發(fā)起的,下面終端發(fā)起的會話主要是一些突發(fā)事件(開機申請、主動報警等)。一些平時主要的通信任務(遙測、遙控等)都是由監(jiān)控中心發(fā)起的,終端收到后給予回應,尤其是一些應急處理更需要由監(jiān)控中心主動發(fā)起。這種會話方式的實現(xiàn)需詢問當地移動運行商是否支持。

      如圖3,結合一次遙測數據來說明SP發(fā)起的會話通信流程。

圖3 SP發(fā)起的會話示意圖

      (1)在監(jiān)控中心發(fā)起的會話連接過程中,監(jiān)控中心先把連接請求發(fā)送到USSDC,發(fā)送SUBMIT(REQUEST_CONNECT),USSD_TYPE為“OPEN

R”, 表示SP希望打開一個與RTU的新對話。

      (2)USSDC收到后回復DELIVER(REPLY_CONNECT),USSD_TYPE為“OPENC”,表示USSDC接受SP打開一個與移動用戶的新對話的請求,此時并不表示已經成功地與移動用戶建立起該對話。

      (3)SP收到USSDC的會話請求回應后發(fā)送SUBMIT(COMMAND),USSD_TYPE為“USSRR”,在該命令的消息體中帶著自定義通信規(guī)約的數據,即向終端發(fā)送遙測命令。

      (4)終端在收到遙測命令后,一次會話已經成功建立,終端采集數據后,用與短消息類似的方式將數據發(fā)送到USSDC,USSDC將數據放到DELIVER的消息體中,以DELIVER(REPLY)命令發(fā)送給SP,USSD_TYPE是“USSRC”。

      (5)監(jiān)控中心收到數據后處理數據,發(fā)送SUBMIT(RELR),USSD_TYPE為“RELR”,斷開這次會話,完成一次遙測操作。

      在某些工業(yè)應用中,如在集中監(jiān)控中,有時需要在短時間對一組監(jiān)控終端進行同一操作, 由于每次會話中包含一定的等待回應的時間,如果對每一個終端都一個個單獨操作,那么所有終端操作下來將需要耗費不少的時間,這樣就不能保證操作響應的及時性。鑒于USSDC具有可以同時建立多個連接的功能以及在一次會話中,如在時間T內監(jiān)控中心與終端之間無通信量(T可以由服務器廠商或移動設置,如新疆移動設為10s),USSDC可以將全部終端分為若干組,同一組終端都先全部建立好連接,再一個個發(fā)送數據,這樣就可以減少等待回應的時間,提高操作的效率。

      在我國,USSD在工業(yè)上的應用剛剛興起,由中國電子科技集團公司第五十研究所開發(fā)的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用了USSD為主、短消息為輔的通信方式,已經在新疆烏魯木齊市成功運營。該系統(tǒng)USSD協(xié)議采用SMPP 3.4。另外,在其它幾個城市的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中,也采用了USSD為主的通信方式,在有些地方采用CMPP 2.0協(xié)議,協(xié)議的采用主要是與當地的運營商配合協(xié)商而定。

      參考文獻

      1中國移動通信集團公司.中國移動通信互聯(lián)網短信網關接口協(xié)議(CMPP) v2.0[S].2002,4

      2 SMPP Developers Forum. Short Message Peer to Peer Proto-col Specification v3.4[S]. Issue 1.2.1999

3 中國移動通信集團公司.中國移動通信USSD業(yè)務接口協(xié)議[S].2003

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