??? 摘?要： 介紹了USSD的背景和特點，并與短消息" title="短消息">短消息、GPRS和WAP相比較，論述了其在工業(yè)應用" title="工業(yè)應用">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" title="接口協(xié)議">接口協(xié)議和通信流程。
??? 關鍵詞： 非結構化補充數(shù)據(jù)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
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??? 非結構化補充數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的、實時在線的新型交互會話數(shù)據(jù)業(yè)務；它基于用戶識別模塊SIM（Subscriber Identity Module）卡，利用GSM網(wǎng)絡的信令通道傳送數(shù)據(jù)，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(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸速率" title="傳輸速率">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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡與USSD平臺建立無線連接，通過USSD平臺與GSM網(wǎng)絡、監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)控單元建立起一個數(shù)據(jù)通信的通道。在移動USSD平臺中有數(shù)據(jù)庫備份數(shù)據(jù)，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(wǎng)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。
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??? 其中，USSD服務器有兩個網(wǎng)絡接口分別對應于歸屬位置寄存器HLR（Home Location Register）和局域網(wǎng)：一方面，它通過七號信令SS7（Signaling 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(wǎng)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(jù)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(shù)據(jù)包的格式及內(nèi)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(jù)消息的類型和內(nèi)容來決定長度和數(shù)據(jù)，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(nèi)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(shù)
??????? 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(nèi)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(shù)量
??????? Dest_terminal_Id() As Byte '接收USSD信息的MSISDN號碼,length=21*DestUsr_tl
??????? Msg_Length As Byte????? ?'信息長度 <160 byte
??????? Msg_Content() As Byte??? ?'信息內(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jīng)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" title="鏈路">鏈路檢測包及其回應以維持此連接。當信道上沒有數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)包最多不超過16條。
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(shù)據(jù)格式可參見SMPP或CMPP協(xié)議。在USSD應用中有一個字段的數(shù)據(jù)是短消息應用中沒有用到的，用來說明DELIVER和SUBMIT的命令參數(shù)，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(nèi)容可能不一樣，這里以新疆移動使用的USSD服務器為例說明。
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??? (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(shù)的內(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)和故障，及時掌握第一手資料。當然也可根據(jù)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?shù)匾苿舆\行商是否支持。
??? ?如圖3，結合一次遙測數(shù)據(jù)來說明SP發(fā)起的會話通信流程。
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??? （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“OPENR”, 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(jīng)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(shù)據(jù)，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(jīng)成功建立，終端采集數(shù)據(jù)后，用與短消息類似的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到USSDC，USSDC將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)后處理數(shù)據(jù)，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(nèi)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(shù)據(jù)，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(jīng)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?shù)氐倪\營商配合協(xié)商而定。
參考文獻
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2 SMPP Developers Forum. Short Message Peer to Peer Protocol 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