金纯[1][2] 汤芳剑[1] 万宝红[2] ?邝杨[1] 周亮[3] 盛谦[3]
重庆邮电大学[1] 重庆金瓯科技发展有限责任公司[2] 重庆有线电视网络有限公司[3]

摘要：本文对短信网关的功能结构以及接口协议—SIP、TVPP进行了研究，在实现了SIP、TVPP协议的基础之上，进一步给出了一个实现短信网关接口的简单模型，并对该模型的体系结构等进行了分析。
关键词：SIP TVPP 短信网关

Research and Implementation of Short Message Gateway Based on SIP and TVPP
Jin chun[1][2] Tang fangjian[1] Wan baohong[2] Kuang yang[1] Zhou liang[3] Sheng qian[3]

  Chongqing University of Posts and Telecommunications[1] Chongqing JINOU Science and Technology Development Co,Ltd[2] Chongqing Catv Net Work Co,Ltd[3]
Abstract: In this paper,the SMG functional structure and interface protocol - SIP、TVPP were studied, further gives a realization of a simple SMG Interface Model on the basis of implementation of the SIP、TVPP protocol,
the architecture and so on of this model are also analyzed.
Keywords: SIP TVPP Short Message Gateway

1 引言
  目前，移动网与互联网已实现了互通，保证了移动网络与互联网络之间的相互畅通，三大网络中，只有广电网络还游离在其他网络之外，没有实现与互联网络及移动网络的透明业务传输，由此导致了绝大部分SP不能在广播电视网络中开展业务。中国移动制定了CMPP协议来实现SP和中国移动ISMG（Intenet Short Message Gateway）之间的通信。 到目前为止，广电网还没有类似于CMPP的协议来沟通广电网与其他网络之间的通信，TVPP (Television Peer to Peer)通信协议的提出，正是为了解决这个问题。
  短消息服务技术使移动网络不仅可以传送音频，也可以传送数据，而数据传输是互联网技术的根本，嫁接了互联网技术和信息资源的短消息服务，已成为增值服务的关键。本文基于SIP和TVPP协议，提出了一个使IP网络与广电网络消息互通的通信网关的设计方案，IP网络上的终端使用SIP协议可以发送消息给广电网络数字电视用户，反之数字电视用户使用手持终端（例如遥控器）通过网关可以与使用SIP协议的终端建立消息互通。
2 SIP、TVPP协议研究
2.1 SIP协议
  SIP作为多媒体通信的应用层控制协议，它能够建立、改变和终止多媒体会话。在SIP协议中有两个主要的组成部分：用户代理和网络服务器。用户代理又分为发起SIP请求的用户代理客户机和响应这种请求的用户代理服务器。网络服务器又分为：重定向服务器、代理服务器、注册服务器。
2.2 TVPP协议
  TVPP协议规定了数字电视多媒体消息业务系统中各接口功能模块之间的通信规程。主要完成机顶盒与机顶盒之间点对点消息互通、机顶盒与增值业务提供商之间消息互通、机顶盒与手机之间消息互通、机顶盒与电视台之间消息互通。

  TVPP是数字电视消息业务平台中运用到的重要协议，DTV消息业务平台网络体系结构如图1所示。
各实体功能如下：
  SP服务提供商，它是与广电合作的各种服务内容提供者，提供诸如电视贺卡、电视小说、幽默短片等业务。
  ISIG(Integrated Services Information Gateway)综合业务信息网关，它是广电网络用于SP接入的网关。ISIG的主要功能如下：接收SP提交的消息和向SP发送消息；接收MSC发送的消息和向MSC提交消息；向GLS(Gateway Location Server)查找信宿所在的ISIG或IG(Interconnection Gateway)的地址；根据GLS提供的位置信息，将消息路由到信宿所在的 ISIG或IG。
   GLS，它提供全网范围内的ISIG位置查询和位置信息同步功能。当源ISIC接收到消息时，如果信宿不在其管辖范围内，那么它向GLS发起位置查询请求，GLS返回信宿所在的ISIG地址。

  MSC(Message Services Center)消息业务中心，它的主要功能如下：接收并存储ISIG提交的消息，并将消息发送给目标STB；接收并存储STB发送的消息，并将消息发送给ISIG；根据消息头部收费信息、SMS用户信息对用户进行鉴权，并生成计费信息。
  IG，它是互连网关，用于连接到电信网络。它负责TVPP协议与电信网络消息协议的协议转换和消息中继。
  CAS条件接收系统负责为MSC提供用户加扰信息，以便MSC将消息加扰寻址发送给用户。事实上，CAS本身提供了向STB的消息通知机制。文本消息可以直接通过CAS的消息通知机制发送给用户，对于图片和多媒体消息，应该开辟专门数据通道进行传送。
  NAS(Network Attached Storage)网络附加存储，它为MSC收到的消息提供存储服务。当MSC收到消息后，将消息存储并转发。如果STB处于关闭状态时，NAS将消息存储起来，待STB开启时，再将信息发送给STB。
Mail Server邮件服务器，接收来自Internet的邮件，并将邮件地址翻译成对应的STB地址，然后将邮件内容和STB地址发送给MSC，由MSC将邮件发送给目标STB。
3 短信网关的设计
  短信网关用于在遥控器与业务平台之间进行协议映射和互通, 以实现遥控器用户使用短信业务，下面分别从网关体系结构设计、业务信令流程和协议映射等方面进行介绍。
3.1 网关体系结构
  业务平台是整合了短信、按键通话 、短信以及语音等多种通信方式的业务平台, 目的是将多种通信类业务整合于统一的用户界面中, 方便用户使用。
网关系统在整体架构上可划分为协议接口层、业务逻辑层、数据持久层, 包括TVPP 接口、SIP互联接口、TVPP会话控制模块、协议适配模块、数据访问接口模块以及数据库, 如图2所示。下面对网关的各个组成部分做一一说明。
（1）TVPP 接口模块通过TVPP协议与遥控器进行消息交互。TVPP接口分为数据通道及通信初始化请求通道, 数据通道用于客户端与服务器之间传输消息, 通信初始化请求通道用于服务器通知客户端启动一个消息传输过程。

                   图2 网关体系结构

（2）SIP互联接口模块负责与业务平台进行消息交互, 使用SIP协议, 并根据业务特点进行部分扩展。
（3）TVPP会话控制模块负责控制会话, 包括配合业务平台完成客户端的注册及认证分别与客户端和业务平台建立会话, 并维护两个会话之间的绑定关系, 包括心跳监控及超时处理；调用协议适配模块将客户端业务请求转换为SIP请求, 并通过接口层转发至业务平台；调用协议适配模块将SIP应答转换为遥控器业务应答, 并通过接口层转发至遥控器。
（4）协议适配模块负责TVPP接口协议与SIP协议之间的双向适配。
（5）数据访问接口模块采用数据库连接池及关系对象映射技术, 负责和数据库建立连接以及进行各项数据库的操作。
（6）数据库主要用于保存TVPP系统配置参数、运行日志、用户业务操作日志及系统管理维护数据, 而用户有关数据由业务平台统一管理。

3.2 典型信令流程
  "发送短信"是短信系统中最核心的功能, 下面以它为例介绍网关中的信令交互流程。
图3为SIP客户端向遥控器发送短信的流程。在SIP协议的定义中, 如果对方用户在线, 则发送短信之前需要通过INVITE请求建立连接；而TVPP协议中遥控器接收消息直接通过"Submit"消息, 所以由网关处理业务平台发过来的INVITE请求即可。这样, 当遥控器退出系统时, 同样需要由网关代替用户向业务平台主动发送BYE, 用来终结此用户尚未结束的会话。
为简化流程并使其更具典型性, 这里假设遥控器和SIP客户端都已经成功登录, 且双方之间能够互发消息（即没有被对方列入黑名单）；在结束时, 假定遥控器先退出系统。

详细流程说明如下：
（1）--（2）SIP客户端发送INVITE, 邀请遥控器参与会话；
（3）--（4）网关回送200 OK, 标识邀请的遥控器接收邀请；
（5）--（6）SIP客户端返回对INVITE的最终确认ACK；
（7）SIP客户端通过MESSAGE请求发送短信给遥控器；
（8）业务平台将MESSAGE请求转 发给网关；
（9）--（10）网关回送200 OK；
（11）网关进行协议转换后, 通过TVPP中的"Submit"将消息发送给TVPP客户端；
（12）客户端回送相应的"Submit_Resp"消息, 确认接收消息；
（13）遥控器通过"Terminate"消息请求退出登录；
（14）网关回送Status消息；
（15）--（16）网关在向测试环境注销此TVPP用户之前，先发送BYE请求结束刚才的会话；
（17）--（18）SIP客户端为BYE请求回送200 OK。
（19）网关发送REGISTER请求给业务平台，注销此TVPP用户；
（20）业务平台回送200 OK。
从上述流程可以看出, 网关不仅要对TVPP和SIP之间的消息进行转换映射, 对于SIP中存在但TVPP无法支持的消息,网关还要在收到消息后自动回送相关应答, 以匹配 
           图3 发送短信信令流程                 SIP中的消息模式。 遥控器给SIP客户端发送短信的业务流程相对简单, 网关无需利用INVITE建立会话和维持会话,这里不再累述。
3.3 TVPP与SIP协议间映射的关键问题
  TVPP协议与SIP协议的映射包括：消息类型映射, 用户标识的映射, 消息模式映射, 以及事务标识映射等。在映射过程中必须注意到, 不是所有TVPP协议的消息都能一一对应到SIP协议的消息。下面给出对上述几个关键问题的分析。

3.3.2用户标识映射
  SIP协议中使用用户标识主要有三处:From头域、To头域和消息体中。网关在完成用户地址的映射时, 根据SIP协议的要求, From头域中只要填写User-ID, 而To头域和消息体中的用户地址还需要把Schema转换为"SIP" 。同时,SIP中的用户标识可带有一个标识用户所属域的p参数, 它的值为用户所在的逻辑区域的ID, 这个值对于客户端是透明的, 网关只需要根据业务平台返回的值加上p参数即可。
3.3.3消息模式映射
  从图3中可以看到, TVPP协议和SIP协议在消息模式上无法一一对应。所以网关要消除模式上差异并维护相关资源。比如, 由于TVPP协议中没有SIP的"Dialog"的概念, 这样在进行映射时, 网关需要为每个客户端用户维护Dialog相关资源, 在TVPP客户端用户退出系统时, 网关还需要显式释放资源并向业务平台发送消息以结束此用户相关的会话。而对于TVPP协议中无法匹配的SIP消息, 网关直接回送业务平台200 OK。这样分别符合TVPP协议和SIP协议中的消息模式。
3.3.4事务标识映射
  一个事务通常包括一个请求（Request）消息和一个响应（Response）消息。CONNECTION是TVPP协议中的事务标识，由事务的发起实体分配, 而事务的响应实体在响应消息中返回相应的标识。在SIP中, 标识一个事务要通过Call-ID头域和Cseq头域来共同完成。TVPP的所有请求消息对应到SIP中的请求消息可以分为会话（Dialog）内消息和非会话内消息。对于非会话内消息, 比如SIP中的MESSAGE、INFO等消息产生的事务, 只需通过Call-ID的不同来标识；而对于会话内消息, 比如INVITE、SUBSCRIBE消息, 在一个会话内的所有消息共享一个Call-ID，这时所有请求消息中的Cseq头域的序列号依次从"1"开始递增, 用以区分同一个会话内的不同请求消息。而在一个事务中, 应答消息和请求消息的Call-ID和Cseq取值相同。

1.方案总结
本方案实现了TVPP协议与SIP协议间的转换。总体来说, 协议的转换保留了短信中最重要的功能, 尽量消除协议差异, 并充分考虑到流程的简化和运行效率，在扩展性方面, SIP协议具有很大的优点 。然而由于两个协议本身的差别, 部分功能也会有所损失, 例如TVPP中支持"发送状态报告"用来显示消息接收方的消息接收情况, 但SIP没有相关消息可以支持, 这种差别无法通过优化网关设计来避免。
5 结束语
  当前, 短信业务的迅速发展引起了各运营商的广泛关注,短信息新业务已得到无数用户首肯，在愈演愈烈的SP竞争中，大型SP已经积累了大批的专业的增值业务的技术人员。在此基础上，大型SP分分开发自己的短信平台，以其业务的迅猛发展和面对不断变化的增值业务的可控性。可与此同时相关协议并不统一且互通工作进展缓慢，本文提出的短信网关为实现TVPP与SIP协议的映射转换具有重要的现实意义，对"三网融合"也具有一定的推动作用。

参考文献
[1] M.Day,et al,A Model for Presence and Instant Messaging,RFC2778,IETF,Feb,2002.
[2]Gonzalo Camarillo著，白建军等译.SIP揭密[M].北京:人民邮电出版社，2003.6.
[3]王良家,姜昱明,陈婵颖.基于多协议网关的短信增值业务系统的研究与设计[J].计算机工程与设计,2002. (12):2227-2230.
[4]中华人民共和国信息产业部.YD/T 1291-2003.点对点短消息网间互通协议要求.2003.5.
[5]夏寅贲,张大伟.短消息网关系统结构设计分析[J].电信科学,2002(12):19-22.

作者简介：
金纯：(1966- ) 男，籍贯重庆，美国伊利诺伊大学计算机专业博士，重庆邮电大学教授，硕士研究生导师，研究方向：通信网。
汤芳剑：(1985- )男，籍贯江西，重庆邮电大学通信与信息系统专业硕士研究生，研究方向个人通信。
项目介绍：本文受到重庆市科委科技攻关"数字电视消息业务平台及其协议TVPP的研究与实现"项目支持，项目编号：CSTC.2007AC2009.