1 引言
UMTS（Universal Mobile Tele communications System）系統是無線技術采用WCDMA的第三代移動通信系統，其標準化工作由3GPP（3rd Generation Partnership Project）組織完成，到目前為止已經推出四個版本，即R99、R4、R5和R6。3GPP所規定的UMTS系統，從R4版本開始，在核心網最大的變化是在電路域引入了軟交換的概念，將控制和承載分開，原來的MSC變為MSC服務器和媒體網關MGW（Media GateWay），話音通過MGW由分組域來傳送。
軟交換作為下一代網絡（NGN,Next Generation Network）的核心技術，為下一代網絡提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網絡呼叫與控制的核心。移動軟交換是軟交換技術發展的新方向。
移動軟交換是軟交換技術在移動通信網絡中的應用，也是軟交換技術發展的新趨勢。而作為移動的主要業務之一的短消息業務，鑒于其為運營商和開發商所帶來的巨大經濟利益以及為消費者帶來的方便，也成為了移動軟交換的實現過程中必需支持的一項業務。下面將以短消息業務為例具體闡述移動軟交換對移動網絡的支持。
2 短消息實現原理
2.1 業務定義
短消息分為兩類：小區廣播短消息（CBS）和點到點短消息（SMS）。通常提到的短消息業務主要是指點到點短消息，本文此后的敘述中如非特別聲明，都特指點到點短消息。
短消息是GSM/UMTS中不要求建立端-端業務路徑的業務。即使移動臺已處于完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。通常短消息通信僅限于一個消息，換言之，一個消息的傳輸就構成了一次通信。因此，業務是非對稱的，一般認為移動起始短消息傳輸（SM-MO）與移動終接短消息（SM-MT）傳輸是兩回事。這并不阻礙實時對話，但系統認為不同的消息彼此獨立，消息的傳輸總是由處于GSM/UMTS外部的業務中心（SC）進行中繼。消息有目的地或起源地，但只與用戶和SC有關，而與其他GSM/UMTS基礎設施無關。
SMS通過SC，在GSM/UMTS MS與SME間提供傳送短消息的手段。SC在MS與SME間負責消息傳送的互操作與中繼的功能。
2.2 網絡架構
短消息業務在移動通信網絡實現過程中，主要涉及無線接入部分、MSC內部和核心網絡實體間三部分的協議。鏈路1包括無線空中接口和Iu接口（GSM中為A接口），其中Iu接口使用RANAP協議；鏈路2和3屬于移動核心網，使用的是MAP協議。鏈路4是移動網絡與短消息中心SC的接口，具體使用哪種協議由運營商決定。
2.3 協議體系
（1）RANAP
短消息由RNC通過RANAP協議透傳到MSC Server（軟交換實體）。RANAP是Iu的信令協議，包含了所有為無線網絡層規定的控制信息。RANAP的功能通過各種RANAP基本進程（EP）來實現。每個RANAP功能可能要求運行一到多個EP，每個EP或者包含請求應答消息對（1類EP），或者只包含請求消息（2類EP），或者包含一個請求消息和一到多個應答消息（3類EP）。短消息PDU（Protocol Data Unit）通過RANAP的UE-CN信令從RNC透傳到MSC。
（2） MAP
移動應用部分（MAP）協議是專為移動通信要求而設計的協議。MAP在TCAP之上，都對應于OSI參考模型的第七層，是七號信令的應用層協議。MAP只使用SCCP無連接方式。該協議用于MSC、HLR、VLR及EIR各接點之間的通信：位置登記；位置刪除；取消登記；用戶業務的處理、管理和檢索；用戶參數的管理（即HLR和VLR的更新）；切換；保密鑒權數據的傳輸等等。
MAP是TCAP的一個用戶，采用交換協議數據和會話方式，處理MSC、HLR和VLR等不同實體間的同等層的通信。MAP包含的一系列的功能塊稱為應用上下文單元，用于兩節點同等層間的通信。有時一個系統同時和幾個系統產生聯系，切換就是一個例子。用MAP協議，一個實體可以同時和幾個實體通信。
對于短消息業務的支持也MAP的功能之一。通過MAP消息，短消息可以在伺服MSC和IWMSC/GMSC之間相互傳送。
（3）MSC Server內部的協議結構
由于MSC server是由軟交換技術實現的，故短消息業務在MSC中的協議體系，也就是在軟交換實體中的協議體系。與3GPP 24011規范相對應，軟交換內部短消息協議體系分為三層：SM-TP、SM-RP和SM-CP。SM-TP層消息作為TPDU被封裝在SM-RP層消息的用戶數據中，SM-RP層消息作為RPDU又被封裝在SM-CP層消息的用戶數據中，最后SM-CP層消息作為CPDU使用底層的承載信令如RANAP信令在不同實體間傳輸。在核心網絡上，由于SM-RP層和SM-CP層的消息已被MSC處理，故只剩下SM-TP層的消息使用MAP作為承載信令在核心網絡上傳輸。
SM-TP是短消息傳輸層協議。該層消息參數包括有效周期、業務中心時間戳、協議標識、目的手機用戶地址等等，是需要MS和SMC來處理的。所以對于MSC server來說是透明傳送，不需要關心的。可以說MSC server的任務就是將TPDU正確傳送到SMC或MS
SM-RP是短消息中繼層協議。該層消息參數最主要的就是用戶數據和目的短信中心地址。根據該層的消息參數，可以生成相應的MAP消息，進行核心網上短消息的路由。相關消息如下表：
SM-CP是短消息控制層協議。該層消息的主要功能是對無線接口上短消息流程進行控制，保證短消息在無線接口上正確傳送。
3 短消息在軟交換中的實現方案
3.1 軟交換的系統結構
軟交換系統的系統框圖，包括協議處理子系統（Protocol Process）、呼叫控制子系統（Call Control）、呼叫服務子系統（Call Service）、VLR子系統，業務適配子系統（Service Adaptation）和OAM子系統。其中協議處理子系統中的ML3代表移動第三層信令的處理模塊，包括2G的BSSAP和3G的RANAP協議的適配部分。
協議處理子系統通過協議棧與遠端通信實體進行通信（包括信令交互和媒體交互），向上層模塊如呼叫控制、呼叫服務屏蔽協議差異并維持在線用戶的狀態。系統中針對不同的用戶接入類型，如移動、ISUP、多媒體等均分別存在對應的子模塊。呼叫控制與系統中各協議處理子模塊進行通信，完成信令控制任務，同時與呼叫服務通信，獲取號碼分析結果、路由信息等服務。呼叫服務與系統中各協議處理子模塊進行通信，完成資源管理、位置管理、用戶信息管理等任務，并提供號碼分析、路由信息等服務。VLR是與移動關聯的用戶數據庫，并對短消息的傳輸提供RP層的控制功能。業務適配是軟交換對外的業務接口，為應用服務器和智能網提供業務接入功能。
3.2 短消息在軟交換中所涉及的模塊
由于MSC中對于短消息的協議處理分為SM-CP和SM-RP兩個層次，所以結合我們的軟交換設計方案，我們將短消息的業務處理也分為兩個部分：ML3中處理SM-CP層消息，VLR中處理SM-RP層消息。這其中VLR的角色與傳統移動通信網絡中的VLR有很大不同。在傳統移動通信網絡中，VLR只是MSC為了處理所轄區域中MS的來話去話呼叫、所需檢索信息的數據庫，存儲與呼叫處理有關的一些數據。而在軟交換實現中，VLR除了擔負上述功能外，由于VLR具有用戶的數據，為避免過多的內部通信流程，我們將移動通信中的鑒權、位置更新、尋呼，和短消息等呼叫無關業務過程的控制賦予VLR。所以此時VLR已成為一個呼叫無關業務過程的控制實體。
SM是ML3中的短消息協議處理模塊，實現短消息控制實體（SMC）的功能。在MO業務方式時，負責處理SM-CP層消息，并從中解碼SM-RP層參數，形成SM-RP層消息發送給VLR。在MT業務時負責將從VLR收到的SM-RP層消息編碼成RPDU，形成SM-CP層消息發送給底層協議棧。在短消息業務過程結束后，它還要通知MM（移動性管理）釋放無線接口的連接。Alert過程的狀態圖與MO是一樣的。
VLR完成短消息中繼實體（SMR）的功能：SM-RP消息與MAP消息的交互。根據收到的SM-RP層消息，構造相應的與MAP狀態機的中間消息，進行MAP過程，反方向則根據收到的MAP中間消息，構造相應的SM-RP層消息，進行短消息中繼。實際上VLR起到了短消息業務過程在無線接入部分協議（RANAP或BSSAP）與核心網協議（MAP）之間的橋梁作用，使得SM與MAP狀態機協調配合，共同完成短消息的傳送。
MAP子模塊通過MAP協議消息完成短消息業務在核心網絡上的發送與接受。MO方式時，MAP子模塊啟動應用上下文名為shortMsgMO-RelayContext的MAP對話，向IWMSC發送短消息；Alert過程時，MAP子模塊啟動應用上下文名為mwdMngtContext的MAP對話，向HLR發送用戶準備好消息；MT方式時，MAP子模塊接受應用上下文名為shortMsgMT-RelayContext的MAP對話，從GMSC接收短消息。以上過程都是3GPP 29002規范中定義的標準過程，本文就不再贅述。
3.3 業務流程
（1）SM-MO過程
該業務過程由一條連接管理消息CM-SERVICE-REQUEST觸發[5]，然后建立MM連接；在MM連接建立后，由MS發往網絡側的CP-DATA消息開始短消息業務過程。在收到經過SC返回的確認消息后，短消息業務過程結束，釋放MM連接。
（2）SM-MT過程
MT方式由從GMSC收到的MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE觸發，然后VLR會發出PAGING消息尋呼MS，建立MM連接；在MM連接建立后，開始短消息業務過程，向MS發送短消息；在收到MS返回的確認后，釋放MM連接。
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