 小灵通广播短消息的解决方案
本文发表于《移动通信》2005.2
『背景』 目前基于PHS(Personal Handy phone Systems, 个人便携电话系统)空中接口的小灵通系统在中国已经超过6千万用户，用户数量还在持续增加。为了满足用户的需要，业务的增加也是重要的一环。短消息是移动通信系统最重要的增值业务，小灵通系统也不例外。目前各个小灵通运营商已经实现了跨省短消息联网，不同运营商之间的短消息也在互联中。因此，短消息的业务量将不断上升。一条PHS系统短消息一般长度为116字节，对应58个汉字。
短消息分为点对点、群发和广播几类。广播短消息是很好的业务宣传手段，有着广泛的应用。与GSM（Global System for Mobile Communications,全球通）系统相比，小灵通系统短消息缺乏小区广播方式，广播短消息还是通过向终端逐个发送短消息的方式处理，不但效率低，带来很大的延时；而且由于小灵通系统通过TCH（Traffic Channel,业务信道）发送短消息，这种广播短消息的方式大量占用了系统资源，不但影响了点对点短消息，也会给语音业务带来不利的影响，限制了小灵通系统的短消息吞吐量。
目前解决的方法是限制发送广播短消息，这显然是治标不治本的方法。如果能找到一种不采用点对点方式、不占用TCH发送广播短消息的方案，对小灵通系统来说应该是很有意义的。 『分析』 实际上PHS空中接口本身也有广播机制：PHS空中接口利用BCCH(Broadcast Control Channel, 广播控制信道) 来广播系统配置信息，这是PHS空中接口的真正的广播信息的方式。PHS空中接口通过BCCH广播的这些系统配置信息是所有终端可以同时接收的。
PHS空中接口定义了BCCH上可以广播的四种系统消息，即CH(Radio Channel，无线信道)、SYS1(System 1,第一系统)、SYS2(System 2,第二系统)和SYS3(System 3,第三系统)消息。目前基站只使用了其中的CH、SYS1和SYS2消息向终端发送系统配置信息，第三系统消息SYS3是闲置的。
因此，将闲置的SYS3消息从广播系统配置信息转到用于业务信息——广播短消息，就可以实现不采用点对点方式、不占用TCH来发送广播短消息了；而且还可以实现小区广播等原来小灵通系统不具备的功能，可谓一举两得。
由于PHS空中接口中已经定义了SYS3消息，但是没有使用，因此利用SYS3消息对PHS空中接口不会有任何影响，对现有小灵通系统的运作也不会带来影响。
当然，利用SYS3消息也有一些缺点，主要是SYS3容量消息有限，传送一条完整的短消息内容需要使用多个SYS3消息，因此需要解决短消息的拆分和组装。一般可以采用对SYS3消息进行编号的方法，实现短消息的拆分和组装。
广播方式与点对点方式相比，最大的优点是提高了信息发送的效率，一次发送多人接收，但同时也带来一个问题：无法得到接收方的反馈。因此，广播方式不能取代点对点方式，一般重要性较低的短消息采用广播方式发送，而重要性较高的短消息依旧采用点对点方式发送。为了保证接收广播短消息的成功率，适当的重复发送也是必要的。好在采用广播方式发送的短消息数量不会太多，重复发送并不会给系统带来不良的影响。
由于广播短消息是重复发送的，而且一条短消息内容需要较长的时间才能接收完毕，如何节电也是一个设计时应该考虑的问题。很显然，重复发送的广播短消息是不需要重复接收的，为此，可以在广播短消息中加入消息的标识，终端保存最近一段时间接收过的所有消息的标识，只要发现是重复的广播短消息就可以不必接收了。
具体方案介绍
根据以上的分析，作者设计了以下的小灵通广播短消息的解决方案：
首先参阅图1，PHS空中接口中SYS3消息的结构如图1所示，SYS3消息由八个字节组成，每个字节有八比特。其第一个字节设定为00001111表明其消息类型是SYS3消息。第二至第六字节是四个保留的空字节。第7字节分3个部分，从高位到低位依次为两比特的绝对时隙号、三比特的m3和三比特的保留位，其中绝对时隙号是SYS3消息使用时隙的编号，mi是区分不同类型的广播短消息的消息状态，i表示系统，因此第三系统的消息状态代码是m3；第8字节为广播接收指引。 本方案对SYS3消息结构的改进如图2所示。其中第1字节为消息类别，保持不变；第2字节定义为消息体的序列号；第3～6字节定义为消息体的内容；第7字节分3个部分，从高位到低位依次为绝对时隙号、m3和消息类别指示，其中绝对时隙号保持不变，m3和消息类别指示在本方案中重新定义；第8字节为广播接收指引，保持不变。 m3传送广播短消息的发送识别号，不同类型的广播短消息识别号不同。由于m3共有三位，因此最多可以定义8种不同类型的广播短消息。
为了保证用户不至于被干扰，系统可以定义一种参数Tbsms（两类广播短消息之间的最小时间差）。一个较佳实施例中不同类型的广播短消息的Tbsms设为1小时，这样在Tbsms内系统只会重复发送同一种类型的广播短消息。Tbsms后再发送新的一种广播短消息。
由于仅有3～6字节这四个字节承载消息体的内容，而广播短消息的字节数较多，因此一条完整的广播短消息一般需要多个SYS3消息才能承载发送。消息体序列号就对应SYS3消息的序列，承载同一条广播短消息的多个SYS3消息通过消息体的序列号排序，从而避免一条广播短消息在发送过程中产生内容次序的混乱。消息体序列号是逆序的，终端可以根据消息体序列号找到下一个广播短消息的开头。
消息体结构如图3所示，消息体中承载广播短消息的内容，消息体分为三个部分：消息头、消息内容和消息尾。通过设置消息类别指示可以区别这三个部分。 消息头中消息标识部分为16比特，在整个系统中唯一。用户通过接收消息标识判断是否需要接收该广播短消息，因此用户需要保存最近48小时接收的广播短消息的消息标识。
消息长度为消息内容的长度，以4字节为单位（也就是使用SYS3消息的数量）。
字符集标明短消息使用的字符集，与GSM（Global System for Mobile Communications，全球无线通信系统）短消息字符集相同。
消息内容就是广播短消息的具体内容。
消息尾中CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）为16比特，采用的方法为ITU-T的相关标准推荐的16比特CRC计算方法，处理的数据为消息内容。
时间戳为广播短消息的发送日期（月、日，各占4比特）。
重复次数为此广播短消息的还需要发送次数，终端可以根据此参数计算出下一种广播短消息的发送时间。
根据上面的介绍可知，一个SYS3消息可具有四字节的空间来承载消息体，而消息头和消息尾各四字节，即各占用一个SYS3消息，消息内容每四个字节占用一个SYS3消息，这样就可以计算出一条广播短消息所需要使用的SYS3消息的条数。SYS3消息每4.8s发送一次，一条广播短消息最多使用258个SYS3消息（对应512个汉字或1170个字符），最长1238.4s（20.5分钟）广播一条短消息。如果是标准长度（58个汉字）的广播短消息，则需要148.8s(也就是2分半钟) 完成发送。
系统中广播短消息的过程如图4所示。广播短消息可以通过与以前的系统类似的方法生成，如通过短消息服务器产生。短消息服务器将广播短消息发给核心网设备，再由核心网设备发给相关的基站控制器，由基站控制器传送到基站，最后由基站广播给终端。 基站处理广播短消息的流程如图5所示，基站收到新的广播短消息，将其加入广播短消息队列，进行统一调度，调度时可以满足前述的不同的广播短消息间隔时间大于Tbsms。
基站中的广播短消息处理实体模块将当前发送的广播短消息对应一个数据结构，除了消息内容外，处理实体模块还将加上消息头和消息尾的信息。基站处理实体模块经过加消息头和消息尾后，形成一个完整的消息体，并将其分段映射到BCCH的SYS3消息中。
在分段映射过程中，基站需要处理实体模块设置每条SYS3消息中的消息体序列号、m3和消息类别指示信息。处理实体模块判断消息体是否发送完毕，如果消息体序列号为0，表示发送完毕，基站将进行下一条广播短消息的发送。如果没有发送完毕，基站将继续发送SYS3消息。
终端接收到SYS3消息后，终端中的消息标识模块根据消息类别先接收消息头，消息标识模块检查消息投中的消息标识，如果消息标识是新的，接下来将接收消息内容和消息尾。最终接收到一个广播短消息。 『小结』
本文提供了一种利用PHS空中接口的闲置消息，也就是BCCH(Broadcast Control Channel, 广播控制信道)广播的SYS3(System 3,第三系统)消息发送广播短消息的方法。由于PHS空中接口中已经定义了SYS3消息，但是没有使用，因此利用此消息对PHS空中接口不会有任何影响，对现有PHS系统的运作也不会带来影响。
采用本方案介绍的小灵通广播短消息方法后，不必采用传统的逐个发送短消息的方法，将不再占用TCH，从而免除了对广播短消息的限制，提升了系统的吞吐量，并且提供了小区广播等新的功能。 『参考文献』 [1] 孙宇彤 PHS空中接口纵横谈 浙江大学出版社 2002
[2] 孙宇彤 TDMA空中接口技术 人民邮电出版社 2002
图5 基站的广播短消息的发送过程 [/B] | 
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2005-04-25 13:28:37
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