GSM-R直放站監(jiān)控系統(tǒng)中短信網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的研究

程 澄，劉 云，賈 凡

（北京交通大學(xué)通信與信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100044）

隨著高速鐵路在我國(guó)的飛速發(fā)展，對(duì)鐵路調(diào)度系統(tǒng)提出了更高的要求，基于GSM-R的無(wú)線通信及列車定位技術(shù)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了列車控制信息的無(wú)線傳輸與真正的“數(shù)字化鐵路”。其中無(wú)線通信質(zhì)量受到了極大關(guān)注。在無(wú)線通信傳輸過(guò)程中起信號(hào)中繼作用的直放站設(shè)備運(yùn)行的正常與否直接影響著整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與服務(wù)質(zhì)量。由于直放站設(shè)備分散在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各個(gè)區(qū)域，而且有些站點(diǎn)地理環(huán)境復(fù)雜不能時(shí)常人工巡檢，那么就需要直放站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)控管理以及日常維護(hù)。而這種監(jiān)控又是建立在監(jiān)控系統(tǒng)與直放站之間實(shí)時(shí)通信基礎(chǔ)之上的?？紤]到直放站的設(shè)備類型以及其所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和通信開(kāi)銷，最經(jīng)濟(jì)并且最便利的通信方式就是采用短消息（Short Message）的形式。為此設(shè)計(jì)了一套建立在直放站網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)Web服務(wù)器與短消息中心（SMC（Short Message Center））之間的短信網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（CMPP（China Mobile Peer to Peer））與直放站通信。

1 直放站監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)功能模塊見(jiàn)圖1，其中的設(shè)備管理、告警管理、輪詢管理這些模塊需要與直放站進(jìn)行短消息通信，并對(duì)發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。告警管理模塊負(fù)責(zé)接收直放站發(fā)來(lái)的告警信息，對(duì)告警信息進(jìn)行記錄分析并發(fā)送確認(rèn)信息，將重要頻繁的告警信息通過(guò)短信網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)人員。設(shè)備管理模塊和輪詢管理模塊提供對(duì)于直放站站點(diǎn)單個(gè)或者批量的同步處理，可對(duì)站點(diǎn)單個(gè)或全部參數(shù)進(jìn)行查詢和修改。整個(gè)與直放站的通信也是通過(guò)短信息實(shí)現(xiàn)。

圖1 直放站網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)功能模塊圖

2 短信平臺(tái)的基本功能

短信平臺(tái)主要提供短信收發(fā)，將接收到的短信初解碼，并將初解碼后的信息通過(guò)Socket發(fā)送給Web端，進(jìn)行解碼分析。另將Web端發(fā)來(lái)的準(zhǔn)備發(fā)送的信息，按照CMPP協(xié)議打包發(fā)出。

2.1 接收短信中心的信息

作為ISMG（Internet Short Message Gateway）的短信服務(wù)器與短信中心之間按照中國(guó)移動(dòng)通信信息資源站實(shí)體與互聯(lián)網(wǎng)短消息網(wǎng)關(guān)接口協(xié)議進(jìn)行通信。短信網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中的位置見(jiàn)圖2。

通信中采取CMPP中規(guī)定的長(zhǎng)連接模式，就是短信平臺(tái)建立與短信中心（SMC）的連接，不斷將數(shù)據(jù)包（一個(gè)個(gè)CMPP消息）發(fā)送到SMC，此處發(fā)送不必等待某條消息的回應(yīng)消息返回，就接著發(fā)送下一個(gè)消息。發(fā)送同接收消息不是一定要同步的，實(shí)際采用異步（同時(shí)也時(shí)雙工）模式。

圖2 短信網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中的位置

當(dāng)收到短信中心發(fā)來(lái)的短信即CMPP包的時(shí)候開(kāi)啟短信處理程序，其流程見(jiàn)圖3。

圖3 短信接收處理程序流程圖

首先啟動(dòng)短信程序，開(kāi)始對(duì)于短信中心發(fā)來(lái)的消息進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)捕獲，一旦收到短信開(kāi)啟新線程處理信息。再將準(zhǔn)備好的Socket消息發(fā)給Web的時(shí)候，為了避免大通信量導(dǎo)致的擁塞和Web端處理能力的溢出，在此以隊(duì)列的形式進(jìn)行發(fā)送。

2.2 接收Web發(fā)來(lái)的信息并提交到短信中心

當(dāng)Web端有發(fā)送消息的請(qǐng)求時(shí)，Web端根據(jù)業(yè)務(wù)需要形成需要發(fā)送的短信形成固定的格式，提交給短信網(wǎng)關(guān)。

在通信服務(wù)器端，運(yùn)行著SocketServer程序，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自Web端的發(fā)送請(qǐng)求。當(dāng)收到Web端發(fā)來(lái)的發(fā)送請(qǐng)求的時(shí)候，首先分析信息格式，是否合法，包括信息編碼格式，目標(biāo)地址格式等等。然后對(duì)信息提取，取出目標(biāo)地址和短信內(nèi)容，按照CMPP協(xié)議進(jìn)行封裝后發(fā)出。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 線程池技術(shù)

根據(jù)直放站監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)要求，在執(zhí)行全部站點(diǎn)輪詢業(yè)務(wù)時(shí)，需要短時(shí)間內(nèi)給系統(tǒng)中的幾千個(gè)直放站發(fā)送輪詢請(qǐng)求，由于設(shè)備數(shù)量大，各自所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，短信回復(fù)的時(shí)間有很大的隨機(jī)性，加之系統(tǒng)同時(shí)還要處理日常的告警信息，巡檢信息和開(kāi)站上報(bào)信息，就可能在很短時(shí)間內(nèi)并發(fā)幾十條甚至上百條短信回復(fù)，這對(duì)于系統(tǒng)造成了很大的處理壓力，極端情況下可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，所以采用了多線程處理技術(shù)，花在為每一個(gè)短信請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)線程并在任務(wù)完成后銷毀的時(shí)間和消耗的系統(tǒng)資源要比處理短信請(qǐng)求的時(shí)間和資源更多。也會(huì)造成CPU和內(nèi)存資源的大量耗費(fèi)，降低了系統(tǒng)的性能。因此在此采用線程池技術(shù)應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題。

圖4 短信發(fā)送處理流程圖

在短信網(wǎng)關(guān)程序啟動(dòng)時(shí)便啟動(dòng)100個(gè)短信接收和解碼處理的線程，并讓這些線程處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)直放站發(fā)來(lái)一個(gè)回復(fù)短信時(shí)，就會(huì)喚醒線程池中的某一個(gè)睡眠線程，讓它來(lái)處理收到的短信請(qǐng)求，處理完該請(qǐng)求后，線程又處于睡眠狀態(tài)，等待下次請(qǐng)求時(shí)被喚醒。短信發(fā)送處理流程見(jiàn)圖4。

本系統(tǒng)用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，Java語(yǔ)言本身內(nèi)置了線程對(duì)象，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)線程，就要從Thread類中繼承，并實(shí)現(xiàn)其run()接口。這樣就可以用wait()和notify()方法休眠或喚醒一個(gè)線程。

3.2 短信網(wǎng)關(guān)和Web服務(wù)器以及短信中心的數(shù)據(jù)交換

三者之間的數(shù)據(jù)交換采取異步全雙工模式進(jìn)行，用以應(yīng)對(duì)隨時(shí)發(fā)生的通信請(qǐng)求。采取了Socket長(zhǎng)連接來(lái)進(jìn)行消息發(fā)送，數(shù)據(jù)收發(fā)流程如圖5。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖5 短信網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖

短信網(wǎng)關(guān)平臺(tái)是直放站監(jiān)控系統(tǒng)中底層通信的承載體，是系統(tǒng)中一切業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)性的地位決定了短信網(wǎng)關(guān)平臺(tái)必須具有高性能、高穩(wěn)定性、高可靠性的特點(diǎn)。本程序現(xiàn)只適應(yīng)中國(guó)移動(dòng)CMPP協(xié)議，后期可以繼續(xù)對(duì)于本系統(tǒng)加以完善，改進(jìn)其多協(xié)議適應(yīng)性加入SMPP，SGIP，SMGP等短信網(wǎng)關(guān)協(xié)議的支持，使得系統(tǒng)能在各種協(xié)議下正常工作。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、生產(chǎn)環(huán)境下測(cè)試，本系統(tǒng)運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到中國(guó)移動(dòng)直放站監(jiān)控系統(tǒng)性能規(guī)范的要求。

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