王 俊

(廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510630)

0 引言

適配器隨著國內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)實施及各種應(yīng)用的深入，如何將原有2G, 2.5G上的眾多應(yīng)用系統(tǒng)進行平滑升級，盡可能的降低重構(gòu)成本是眾多通訊應(yīng)用開發(fā)商需解決的難題[1]。移動通信系統(tǒng)在推進3G應(yīng)用的過程中也面臨同樣的問題。首先，運營支撐系統(tǒng)(BOSS，Business Operation Support System)、面向數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的綜合平臺(VGOP，Value-added Service General Operation Platform)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理平臺(DSMP，Data Service Management Platform)、應(yīng)用數(shù)據(jù)中心(ADC，Application data center)等信息化平臺通過不同接口訪問移動相關(guān)數(shù)據(jù)中心，而與不同接口的交互運行著不同的協(xié)議，如∶短信網(wǎng)關(guān)運行中國移動點對點協(xié)議（CMPP，China Mobile Peer to Peer）協(xié)議、彩信中心則運行MM5協(xié)議[2-3]。其次，隨著信息化的深入，各種基于3G的信息化業(yè)務(wù)需求不斷增加，新增業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要無縫接入已有平臺。相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)人員在實際的開發(fā)過程中需要關(guān)注太多的不同協(xié)議接口細節(jié)、底層通訊技術(shù)，增加了開發(fā)人員的開發(fā)難度和開發(fā)成本[4]。為了解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)人員開發(fā)過程中面臨的問題，提出基于3G業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)關(guān)平臺立項需求。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 CMPP 3.0通訊模式

CMPP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖 1所示。因為 TCP/IP協(xié)議時CMPP協(xié)議的底層承載，所以，當(dāng)SP與ISMG，ISMG之間交換信息時，既可以使用長連接方式也可以使用短連接方式。長連接是指一個 TCP連接可以持續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)包，TCP連接期間內(nèi)，如果沒有發(fā)送數(shù)據(jù)包，雙方要發(fā)送鏈路檢測包以確保連接。短連接是雙方交換數(shù)據(jù)時，創(chuàng)建TCP連接，數(shù)據(jù)傳輸完成后，然后斷開TCP連接，每個TCP連接只完成一此發(fā)送 CMPP消息。長連接：雙反以客戶-服務(wù)器模式創(chuàng)建TCP連接用以雙方交換消息。當(dāng)信息通道上沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，雙方應(yīng)間隔C時間傳輸鏈路檢測包以保持此連接，當(dāng)發(fā)送的鏈接測試包超出T時間后，仍然沒有響應(yīng)時，應(yīng)該在此發(fā)送鏈路檢測數(shù)據(jù)包，如果持續(xù)發(fā)送了N-1次以后還沒有反應(yīng)時就應(yīng)該中斷此次連接[5]。在原則上參數(shù)C, N, T是可以進行配置的，默認值是：C= 3 min，T=60 s ，N=3。當(dāng)網(wǎng)關(guān)和SP，網(wǎng)關(guān)之間發(fā)送消息T秒之后仍然沒有反應(yīng)時，要立刻重發(fā)，如果持續(xù)N-1次重發(fā)后還是沒有響應(yīng)應(yīng)該取消發(fā)送。在此階段的推薦值：T= 60 s，N=3。用并發(fā)式發(fā)送消息，并且控制滑動窗口的流量，W作為窗口大小的參數(shù)，并且可以配置，W=16，即在應(yīng)答之前接收方接收到的消息不會超過 16條。短連接，雙方用客戶-服務(wù)器的模式創(chuàng)建TCP連接，響應(yīng)和請求在一個連接中同時完成。系統(tǒng)使用客戶-服務(wù)器的方式，在操作上采用客戶端發(fā)起連接請求，在一次操作完成后中斷此次連接。網(wǎng)關(guān)和 SP，網(wǎng)關(guān)之間在發(fā)送消息 T時間后仍然沒有反應(yīng)的應(yīng)該立刻重發(fā)，若持續(xù)發(fā)送N-1此還沒有響應(yīng)，應(yīng)停止發(fā)送。在此階段的推薦值為T=60 s, N=3。

圖1 CMPP協(xié)議棧

1.2 B/S結(jié)構(gòu)模型

B/S模式即瀏覽器/服務(wù)器模式，是以Web為中心，采用TCP/IP, HTTP傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器(Browaer)訪問Web服務(wù)器(Web Server)以及與 Web相連的后臺數(shù)據(jù)庫(Database)，是一種從傳統(tǒng)的三層C/S模式發(fā)展起來的新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，其本質(zhì)是三層結(jié)構(gòu)C/S模式。B/S結(jié)構(gòu)利用大量成熟的Web瀏覽器技術(shù)，并結(jié)合中間件技術(shù)，實現(xiàn)了需要復(fù)雜軟件設(shè)計才可以實現(xiàn)的客戶端功能，節(jié)約了開發(fā)成本，同時解決了C/S模式客戶端需要維護的缺點，是一種全新的軟件構(gòu)造技術(shù)。B/S具有分布性強、維護方便、開發(fā)簡單、成本低、易升級、且共享性強等優(yōu)點。在B/S結(jié)構(gòu)下，整個系統(tǒng)的管理、資源分配、數(shù)據(jù)庫操作、業(yè)務(wù)邏輯部件的管理及動態(tài)加載等等工作都集中于應(yīng)用服務(wù)器。同時，由于工作集中，可以降低客戶機的管理難度及客戶計算機配置。僅僅提高應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的品質(zhì)，就可以提高整個系統(tǒng)的運行效率，從而有效的降低了系統(tǒng)部署和管理的難度。

2 網(wǎng)關(guān)功能模型的總體設(shè)計

在適配器節(jié)點同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點扮演著橋梁和中轉(zhuǎn)樞紐的角色。適配器節(jié)點和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，必須經(jīng)過網(wǎng)關(guān)節(jié)點進行一系列的邏輯控制和業(yè)務(wù)處理后，才被發(fā)往到接收方。在整個傳輸過程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點始終都是連接的服務(wù)器端。換句話說，在適配器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的連接中，適配器節(jié)點是客戶端，網(wǎng)關(guān)節(jié)點是服務(wù)器端;在業(yè)務(wù)系統(tǒng)同網(wǎng)關(guān)節(jié)點的連接中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)是客戶端，網(wǎng)關(guān)節(jié)點是服務(wù)器端。網(wǎng)關(guān)節(jié)點維持兩種池，一種是連接池，其中包含了所有已經(jīng)登錄了的連接;另外一種叫通訊有序數(shù)據(jù)池，其中包含的是通訊數(shù)據(jù)包的集合。網(wǎng)關(guān)節(jié)點在適配器節(jié)點和業(yè)務(wù)系統(tǒng)兩邊各有通訊數(shù)據(jù)池。從適配器節(jié)點發(fā)出的請求數(shù)據(jù)包放在適配器數(shù)據(jù)池中，從業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)出的請求數(shù)據(jù)包放在業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)池中。網(wǎng)關(guān)節(jié)點維持一個連接池，不論是適配器同網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接，還是業(yè)務(wù)系統(tǒng)同網(wǎng)關(guān)的連接，都放在該連接池中。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到連接登陸請求(來自網(wǎng)絡(luò)適配器節(jié)點或業(yè)務(wù)系統(tǒng))時，先進行鑒權(quán)處理。如果滿足鑒權(quán)要求，則反饋一個連接登陸成功的響應(yīng)，并且將該連接放到連接池中，否則返回一個連接請求不成功的響應(yīng)并斷開連接;當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到注銷請求時，把該連接從連接池中清除，并斷開連接[6]。網(wǎng)關(guān)節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)包分為兩大類型，一種為控制消息包，另外一種為業(yè)務(wù)包。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到的是控制消息包時，該類消息包(如連接登錄請求和注銷請求)具有最高優(yōu)先級，網(wǎng)關(guān)節(jié)點立即進行業(yè)務(wù)處理，并給出一個相應(yīng)的響應(yīng)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到的是一個業(yè)務(wù)包時，則按下面的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)包構(gòu)建成一個數(shù)據(jù)項，并依照優(yōu)先級從高到低的順序放入到通訊數(shù)據(jù)池中。

2 網(wǎng)關(guān)功能模型的詳細設(shè)計

2.1 節(jié)點總控模塊

該模塊主要完成監(jiān)聽端口、接收適配器節(jié)點的獲取配置請求、響應(yīng)適配器節(jié)點的請求的功能。在網(wǎng)關(guān)主節(jié)點響應(yīng)適配器節(jié)點獲取配置請求之前，適配器節(jié)點應(yīng)先連接到網(wǎng)關(guān)主節(jié)點。如果網(wǎng)關(guān)主節(jié)點的物理連接數(shù)已經(jīng)飽和，則適配器節(jié)點不能中請連接登陸到網(wǎng)關(guān)主節(jié)，網(wǎng)關(guān)主節(jié)點反饋一個拒絕響應(yīng)，并斷開該 socket連接。如果網(wǎng)關(guān)主節(jié)點的物理連接數(shù)沒有達到飽和，則建立socket連接，具體流程如圖2所示。這個獲取配置請求的連按并不放入網(wǎng)關(guān)主節(jié)點的連接池，在網(wǎng)關(guān)主節(jié)點響應(yīng)適配器節(jié)點的請求后，該連接斷開。

圖2 適配器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接流程

2.2 能力調(diào)用關(guān)系鑒權(quán)

該模塊主要完成能力鑒權(quán)和能力中專功能。其中能力鑒權(quán)是指網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包時，按照已經(jīng)定義好的能力使用關(guān)系來決定該業(yè)務(wù)能否被授權(quán)，即決定數(shù)據(jù)包是否有權(quán)限被繼續(xù)往下發(fā)送。能力中轉(zhuǎn)是指網(wǎng)關(guān)節(jié)點對已經(jīng)鑒權(quán)成功的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，按照相應(yīng)的記錄決定能力的中轉(zhuǎn)路徑。能力鑒權(quán)的處理流程，主要是網(wǎng)關(guān)節(jié)點根據(jù)接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，然后查表，再根據(jù)查表的結(jié)果來決定能否被授權(quán)的過程。

2.3 策略應(yīng)用模塊

流量控制對所有該網(wǎng)關(guān)節(jié)點內(nèi)的請求，按照調(diào)用關(guān)系和業(yè)務(wù)接口做單位時間流量控制。時間單位可以是秒、分、時、日、月。未設(shè)置流量控制則不做處理。比如策略應(yīng)用中對下行短信定義了每秒下行流量控制 50條，則需控制下行短信的流量每秒不超過 50條。流量控制采用業(yè)務(wù)接口時間點和對應(yīng)的請求量計數(shù)器來實現(xiàn)，針對每個調(diào)用關(guān)系上的每個業(yè)務(wù)接口，系統(tǒng)設(shè)計以下5對變量:過去1秒的秒點和請求量計數(shù)器;過去1分的分點和請求量計數(shù)器;過去1時的時點和請求量計數(shù)器;過去1日的日點和請求量計數(shù)器;過去1月的月點和請求量計數(shù)器。秒點表示的是該秒時間點內(nèi)的一段時間，如12:00:00的秒點表示的是[12:00:00,12:00:01]這個時間段。接收到一個請求時，如果當(dāng)前時間在秒點之內(nèi)，請求量計數(shù)器增1,這一動作稱為增1操作;如果當(dāng)前時間不在秒點之內(nèi)，秒點變更為適合當(dāng)前時間的秒點，并且請求量計數(shù)器重置為 1，這一動作稱為時間點切換。同樣，分點、時點、日點和月點以及對應(yīng)的請求量計數(shù)器可以做類似的處理。增 1操作:以數(shù)據(jù)表方式記載把當(dāng)前時間點和請求量計數(shù)器到數(shù)據(jù)庫中，如果系統(tǒng)異常退出，在重啟系統(tǒng)時需將當(dāng)前時間點和請求量計數(shù)器重新加載到內(nèi)存。時間點切換:時記載流量控制日志，把過去的時間點內(nèi)的請求量計數(shù)器持久化到數(shù)據(jù)庫。有了時間點和對應(yīng)的請求量計數(shù)器，在此基礎(chǔ)上做流量控制實際上就是一個數(shù)量比較。當(dāng)請求量計數(shù)器大于控制量時，系統(tǒng)返回流量控制否決;當(dāng)請求量計數(shù)器小于等于控制量時，系統(tǒng)繼續(xù)處理。

優(yōu)先級對所有該網(wǎng)關(guān)節(jié)點內(nèi)的請求，按照調(diào)用關(guān)系和業(yè)務(wù)接口做排隊處理，優(yōu)先級高的優(yōu)先分配處理線程進行處理;未設(shè)置系統(tǒng)優(yōu)先級的調(diào)用關(guān)系，設(shè)置默認優(yōu)先級。網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包進行優(yōu)先級排隊時，先獲取該數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，然后依照 DataPool的數(shù)據(jù)格式構(gòu)造一個數(shù)據(jù)項，再將該數(shù)據(jù)項依照二分法插入到有序數(shù)據(jù)池中去。當(dāng)線程空閑時，從數(shù)據(jù)池中按優(yōu)先級從高到低發(fā)送數(shù)據(jù)包。

2.4 適配器、業(yè)務(wù)系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點的連接登錄模塊

這里模塊主要考慮適配器節(jié)點、業(yè)務(wù)系統(tǒng)連接登錄到網(wǎng)關(guān)節(jié)點上，以及適配器節(jié)點、業(yè)務(wù)系統(tǒng)從網(wǎng)關(guān)節(jié)點中注銷連接的功能。適配器連接到網(wǎng)關(guān)節(jié)點：如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點的物理連接數(shù)已經(jīng)飽和，則適配器節(jié)點不能中請連接登陸到網(wǎng)關(guān)節(jié)點。因此，適配器請求連接登錄到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，實際上是在適配器同網(wǎng)關(guān)節(jié)點之間已經(jīng)存在了一個物理的 socket連接。然后網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到適配器的請求后，在業(yè)務(wù)層面上對該連接請求進行鑒權(quán)和處理。如果該請求滿足條件，網(wǎng)關(guān)節(jié)點就反饋一個同意請求的響應(yīng)，且將該連接放到連接池中，并保持該連接。否則，網(wǎng)關(guān)節(jié)點反饋一個拒絕響應(yīng)，并斷開該socket連接。適配器節(jié)點從網(wǎng)關(guān)節(jié)點中注銷：網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到適配器注銷連接的請求后，主要完成的動作是從連接池中刪除相應(yīng)的連接。同樣的，對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)中請連接登錄到網(wǎng)關(guān)節(jié)點和中請注銷連接的請求，網(wǎng)關(guān)節(jié)點按照上述類似的過程進行相應(yīng)的處理。

3 結(jié)語

首先對網(wǎng)關(guān)的總體功能進行了設(shè)計，對網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)所需要的核心協(xié)議進行自定義，在關(guān)鍵技術(shù)解決的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的總體設(shè)計、模塊詳細設(shè)計。在設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊。從企業(yè)實際應(yīng)用需求出發(fā)，設(shè)計完成了網(wǎng)關(guān)平臺的開發(fā)、為業(yè)務(wù)系統(tǒng)和支撐平臺提供了統(tǒng)一橋梁、完成不同協(xié)議轉(zhuǎn)換、通訊控制等。

[l] 吳偉陵.移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2000.

[2] 朱小毅.基于J2EE三層B/S企業(yè)信息系統(tǒng)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報，2005, 26(01):56-59.

[3] 王春梅，鄒豐義，鄭自國.基于三層結(jié)構(gòu)的短信服務(wù)平臺的解決方案[J].計算機應(yīng)用研究，2006,23(04):246-249.

[4] 張國平，萬仲保，劉高原.Spring AOP框架在J2EE中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2007, 23 (12):254-256.

[5] 金純, 湯芳劍, 趙喜, 等.基于SIP和CMPP的即時消息網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和實現(xiàn)[J].通信技術(shù),2008,41(12):198-200.

[6] 洪斌,王利霞，張紅嶺，等.基于ARM和DSP的VoIP網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2008，41(08):173-175,178.