??? 摘?要： 介紹了USSD的背景和特點，并與短消息" title="短消息">短消息、GPRS和WAP相比較，論述了其在工業應用" title="工業應用">工業應用上的可行性及優點，并以中電五十所成功運營在烏魯木齊的無線遠程監控系統為例，講述了USSD在工業應用中的系統結構、接口協議" title="接口協議">接口協議和通信流程。
??? 關鍵詞： 非結構化補充數據業務? 通用分組無線業務? 業務提供者? 中國移動點對點
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??? 非結構化補充數據業務USSD（Unstructured Supplementary Service Data）是一種基于全球移動通信系統GSM(Global System for Mobile Communications)網絡的、實時在線的新型交互會話數據業務；它基于用戶識別模塊SIM（Subscriber Identity Module）卡，利用GSM網絡的信令通道傳送數據，是在GSM的短消息系統技術基礎上推出的新業務，在業務開拓方面的能力遠遠強于SMS系統。
??? USSD技術單獨使用或與目前的短消息技術、通用分組無線業務GPRS（General Packet Radio Service）技術相結合，可為客戶提供種類繁多的增值業務，如移動銀行、金融股票交易、手機話費查詢、氣象信息預報和查詢、收發電子郵件、航班查詢、網上訂票、民意測驗等。采用USSD對原有系統結構影響較小，且運營商還可以針對本地網的具體情況靈活地推出功能業務，方便地為移動用戶提供各類數據業務；另外USSD不僅可用于一些信息服務，利用移動運營商提供的通信網絡，也可應用于工業范圍，USSD的應用可使工業監控通信的范圍大大擴展，功能增強，成本降低，所以這種業務在香港特區、新加坡等國家和地區已有廣泛的應用，在我國也有廣闊的應用前景。
1 USSD的特點及與其他業務的比較
??? USSD系統與短消息業務SMS(Short Message Service)、GPRS和無線應用協議WAP（Wireless Application Protocol）的應用范圍相似，但有其自己的特點。
??? USSD在通話狀態下使用獨立專用控制信道SDCCH（Stand-alone Dedicated Control Channel），數據傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率大約為600bps；而非通話狀態時，USSD使用快速輔助控制信道FACCH（Fast Associated Control Channel），數據傳輸速率大約為1kbps，比SMS傳輸速率高。目前，用戶只能在非通話狀態下使用WAP，數據通過業務信道TCH（Traffic Channel）進行交換，其傳輸速率大約為9.6kbps，目前WAP的響應時間較慢，且需專門的WAP手機支持。
??? USSD在會話過程中一直保持通話連接，提供透明通道，不進行存儲轉發；而SMS在物理承載層沒有會話通道，是一個存儲轉發系統，用戶完成一次查詢需要進行多次會話過程。由于USSD與GPRS類似，在交互中保持一個會話過程，每次數據發送不需要重新建立信道，所以USSD系統對用戶的呼叫請求是即時響應，使響應時間大大加快，主要的響應時延已轉移為應用服務器一端， 響應時間比短消息快。
??? USSD在交互式會話中可以提供直觀的菜單操作，方便用戶使用，在一次信息服務中，只需要撥打服務號碼，以后就可以按菜單提示進行下一步操作，可以建立類似WAP的門戶網站來提供電信增值服務。
??? USSD和GPRS適合不同的用戶群。在工業環境下，在通信量不大、每次通信量只有幾K數據量的情況下使用USSD的費用低廉；而GPRS傳送帶寬高，適用于信息量大的數據傳輸。
??? 現在市面上的手機大多支持USSD服務。在工業應用中，大多具有SMS和GPRS功能的通信模塊或芯片也支持USSD服務。
2? USSD在工業應用中的系統結構
??? 如圖1，監控中心通過Internet或專線與USSD平臺建立TCP/IP連接，USSD傳輸終端通過GSM的公用網絡與USSD平臺建立無線連接，通過USSD平臺與GSM網絡、監控中心和現場監控單元建立起一個數據通信的通道。在移動USSD平臺中有數據庫備份數據，監控中心除應用平臺外，還可備有有線瀏覽器進行監測。透過GSM網絡和USSD平臺，無線瀏覽器和手機也可與監控中心建立聯系。
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??? 其中，USSD服務器有兩個網絡接口分別對應于歸屬位置寄存器HLR（Home Location Register）和局域網：一方面，它通過七號信令SS7（Signaling System No.7）的移動應用部分Map（Mobile Application Part）與GSM系統的HLR連接；另一方面，它通過專線以傳輸控制協議/ 網際協議TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol）與應用監控中心連接。應用監控中心與USSD服務器的接口協議可為短消息點對點SMPP(Short Message Peer to Peer)或中國移動點對點CMPP(China Mobile Peer to Peer)。GSM系統及USSD均起透明通道的作用，監控中心可以發出指令，對終端或手機進行通信控制或發送短消息，手機或終端也可通過USSD服務來對監控中心發出請求以得到相應的服務。通信通道建立之后，就可以象一般的工業總線一樣，監控中心對遠程終端進行三遙操作，終端也可以主動上報報警、開機等信息。
3? USSD的接口協議
??? USSD的接口協議與短消息類似，采用SMPP或CMPP。SMPP是國際通用的協議，CMPP是中國移動根據我國情況在SMPP基礎上自己制定的協議，二者體系結構大體相同，應用范圍也相同，但數據包的格式及內容有一定的差異。CMPP在2003年6月30日版本已升到了3.0。
??? 兩者的消息均分為消息頭和消息體，其中消息頭長度是固定的。主要信息為消息總長度、命令類型和消息流水號。命令類型用來說明消息的類型是連接，還是由USSD中心到業務提供者SP（Service Provider）的消息或由SP到USSD中心的消息，斷開連接及其回應等。消息流水號順序累加，步長為1，循環使用，一對請求和應答消息的流水號必須相同。在SMPP中還有一個請求消息的回應是否成功的狀態信息，而在CMPP中相應信息放到了消息體中。消息體則根據消息的類型和內容來決定長度和數據，但其所攜帶的自定義信息長度不超過160個字節，自定義信息即平時通過手機輸入或接收的短消息內容或工業通信中的自定義通信規約部分。相對于SMPP而言，CMPP增加了許多信息，尤其是計費和號碼的信息。
??? 以下是采用CMPP的USSD消息在VB中的結構定義：
??? Type UssdCmppMsgStruct
??????? '------------Message Header
??????? Total_Length As Long???? ?'消息總長度(含消息頭和消息體)
??????? Command_Id? As Long? ?'命令類型
??????? Sequence_Id? As Long?? ?'消息流水號
??????? '---------------Message Body
??????? Msg_Id(7) As Byte?????? ?'信息標識
??????? Pk_Total As Byte??????? ?'相同Msg_Id的信息總條數
??????? Pk_number As Byte????? ?'相同Msg_Id的信息序號
??????? Registered_Delivery As Byte '是否要求返回狀態確認報告
??????? Msg_level As Byte?????????? '信息級別
??????? Service_Id(9) As Byte??? ?'業務類型
??????? Fee_UserType As Byte?? ?'計費用戶類型????
??????? TP_pId As Byte???????? ?'GSM協議類型
??????? TP_udhi As Byte??????? ?'GSM協議類型
??????? Msg_Fmt As Byte??????? ?'信息格式
??????? Msg_src(5) As Byte????? ?'信息內容來源
??????? FeeType(1) As Byte????? ?'資費類別
??????? FeeCode(5) As Byte????? ?'資費代碼
??????? ValId_Time(16) As Byte?? '存活有效期
??????? At_Time(16) As Byte???? ?'定時發送時間
??????? Src_Id(20) As Byte?????? ?'源號碼
??????? DestUsr_tl As Byte?????? ?'接收信息的用戶數量
??????? Dest_terminal_Id() As Byte '接收USSD信息的MSISDN號碼,length=21*DestUsr_tl
??????? Msg_Length As Byte????? ?'信息長度 <160 byte
??????? Msg_Content() As Byte??? ?'信息內容
??????? USSD_TYPE(7) As Byte?? 'USSD會話類型
??? End Type
4? USSD的通信過程
??? 在工業應用的監控中心和USSD服務器接口的兩種協議中，盡管SMPP和CMPP的數據包格式不大相同，但二者的流程大體相同。在目前USSD的應用中，大部分是應用在信息資訊等電信增值服務中，在工業的應用中還不多，但由于USSD業務的方便快捷、費用低廉等優勢，在工業應用中的前景大有可為。
??? 在USSD的通信會話過程中有兩種方式，由手機或終端發起的會話連接和由應用平臺或監控中心發起的對話連接，以下介紹兩種流程。
??? 首先，在兩種連接流程中，監控中心都要與USSDC（USSD Center）先建立一個連接，一般采用長連接。所謂長連接，指在一個TCP連接上可以連續發送多個數據包。監控中心發出連接請求，USSDC收到后給予回應，監控中心收到回應后，就表明USSDC到監控中心的通路已經搭建好了，這個通路在平時一直保持連接，在線路空閑時要發送鏈路" title="鏈路">鏈路檢測包及其回應以維持此連接。當信道上沒有數據傳輸時，通信雙方應每隔時間C發送鏈路檢測包以維持此連接，當鏈路檢測包發出后超過時間T未收到響應，應立即再發送鏈路檢測包，再連續發送N-1次后仍未得到響應則斷開此連接。參數C、T、N原則上可配置，現階段中國移動的建議取值為：C=3min，T=60s，N=3。數據包采用并發方式發送，加以滑動窗口流量控制，窗口大小參數W可配置，現階段中國移動的建議值為16，即接收方在應答前一次收到的數據包最多不超過16條。
4．1 終端發起的會話
??? 如圖2，RTU為手機或帶GSM通信功能的終端，SP為監控中心。RTU通過USSDC發給SP的命令都是DELIVER命令，SP用SUBMIT命令通過USSDC把消息傳給RTU。DELIVER和SUMBIT都是 SMPP與CMPP中的命令類型，具體數據格式可參見SMPP或CMPP協議。在USSD應用中有一個字段的數據是短消息應用中沒有用到的，用來說明DELIVER和SUBMIT的命令參數，在CMPP中是Service_Id，在SMPP中是Servid_Type,在本文中稱為USSD_TYPE，易于理解。不同的交換機使用的USSD_TYPE內容可能不一樣，這里以新疆移動使用的USSD服務器為例說明。
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??? (1)終端或手機撥打運營商提供的服務號（例：*139*1＃），通過USSDC發送給SP一條請求連接命令DELIVER（REQUEST_CONNECT），USSD_TYPE參數的內容為“PSSRR”，傳送一個移動到應用的會話請求。
??? (2)SP收到后發送SUBMIT(REPLY)，USSD_TYPE的內容為“USSRR”，RTU收到信息后即與SP建立起一次會話連接，SP在此命令中把消息發送到手機上，可以提供直觀的菜單方式讓用戶決定下一步的操作，如在新疆烏魯木齊運行的監控系統中，把某些相關人員的手機設定后，這些手機就可以通過撥打專用服務號，與監控中心建立起一次會話連接。手機上馬上會顯示“歡迎進入本系統:1.系統介紹；2.數據查詢;3.故障查詢;4.退出”。
??? (3)用戶可通過菜單提示按鍵來獲得想要的服務,USSDC收到請求后向SP發送 DELIVER(SERVICE_REQUEST)，USSD_TYPE為“USSRC”，傳送從移動到應用的一個USSR相應，用戶的回復信息可在此命令中傳給SP。如第（2）步驟，手機可按“1“鍵向SP發送進入系統介紹界面的請求。
??? (4)SP收到請求后，與第（2）步驟一樣，發送SUBMIT(REPLY)命令，將系統介紹文字菜單發送到手機上，用戶可重復在第（3）和第（4）步驟間多次交互，獲取想要的信息。
??? (5)最后完成手機發出斷開請求，如在主菜單上按“4”選擇退出，USSDC發送DELIVER(RELC)命令給SP，USSD_TYPE為“RELC”，傳送結束會話命令給SP。
??? (6)SP發送SUBMIT（FINISH）命令,USSD_TYPE為“USSNR”，在該命令中附帶“歡迎再次使用”等結束語的消息，手機收到后與SP結束一次會話過程。也可以由SP發送SUBMIT(RELR)，USSD_TYPE為“RELR”，主動斷開會話。
??? 在整個通信過程中，RTU與SP保持連接，直接對話，速度比短消息快得多。用戶只需撥打專用號碼，就可以根據菜單進行下一步操作，進行遠程訪問并查詢各個遠程監控終端的數據和故障，及時掌握第一手資料。當然也可根據用戶要求，在SP的程序中加入遠程遙控或其它擴展功能。
4．2? SP發起的連接
??? 在工業應用中，大部分的通信過程是由監控中心發起的，下面終端發起的會話主要是一些突發事件（開機申請、主動報警等）。一些平時主要的通信任務（遙測、遙控等）都是由監控中心發起的，終端收到后給予回應，尤其是一些應急處理更需要由監控中心主動發起。這種會話方式的實現需詢問當地移動運行商是否支持。
??? ?如圖3，結合一次遙測數據來說明SP發起的會話通信流程。
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??? （1）在監控中心發起的會話連接過程中，監控中心先把連接請求發送到USSDC，發送SUBMIT(REQUEST_CONNECT)，USSD_TYPE為“OPENR”, 表示SP希望打開一個與RTU的新對話。
??? （2）USSDC收到后回復DELIVER(REPLY_CONNECT)，USSD_TYPE為“OPENC”,表示USSDC接受SP打開一個與移動用戶的新對話的請求，此時并不表示已經成功地與移動用戶建立起該對話。
??? （3）SP收到USSDC的會話請求回應后發送SUBMIT(COMMAND)，USSD_TYPE為“USSRR”，在該命令的消息體中帶著自定義通信規約的數據，即向終端發送遙測命令。
??? （4）終端在收到遙測命令后，一次會話已經成功建立，終端采集數據后，用與短消息類似的方式將數據發送到USSDC，USSDC將數據放到DELIVER的消息體中，以DELIVER(REPLY)命令發送給SP，USSD_TYPE是“USSRC”。
??? （5）監控中心收到數據后處理數據，發送SUBMIT(RELR)，USSD_TYPE為“RELR”，斷開這次會話，完成一次遙測操作。
??? 在某些工業應用中，如在集中監控中，有時需要在短時間對一組監控終端進行同一操作, 由于每次會話中包含一定的等待回應的時間，如果對每一個終端都一個個單獨操作，那么所有終端操作下來將需要耗費不少的時間，這樣就不能保證操作響應的及時性。鑒于USSDC具有可以同時建立多個連接的功能以及在一次會話中，如在時間T內監控中心與終端之間無通信量（T可以由服務器廠商或移動設置，如新疆移動設為10s），USSDC可以將全部終端分為若干組，同一組終端都先全部建立好連接，再一個個發送數據，這樣就可以減少等待回應的時間，提高操作的效率。
?? ?在我國，USSD在工業上的應用剛剛興起，由中國電子科技集團公司第五十研究所開發的無線遠程監控系統采用了USSD為主、短消息為輔的通信方式，已經在新疆烏魯木齊市成功運營。該系統USSD協議采用SMPP 3.4。另外，在其它幾個城市的遠程監控系統中，也采用了USSD為主的通信方式，在有些地方采用CMPP 2.0協議，協議的采用主要是與當地的運營商配合協商而定。
參考文獻
1 中國移動通信集團公司.中國移動通信互聯網短信網關接口協議(CMPP) v2.0[S].2002,4
2 SMPP Developers Forum. Short Message Peer to Peer Protocol Specification v3.4[S].Issue 1.2.1999
3 中國移動通信集團公司.中國移動通信USSD業務接口協議[S].2003