基于JAVA实现的手机收发短消息系统

0 引 言
目前基于GSM网络的短消息应用越来越多。由于采用短消息进行数据传输可以直接利用现有的GSM网络的资源，不需要组建专用的通信网络。另外，采用短消息进行数据通信具有费用低等特点，因此基于GSM短消息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，这些系统能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。目前，利用JAVA语言实现的手机短消息收发系统基本没有。针对目前这种情况，本文介绍一种采用JAVA语言实现的手机短消息收发系统，该系统能够正确的收发短消息，并能长时间的稳定运行，因此该系统在办公系统、物流系统中有广阔的应用前景。另外，由于JAVA语言能够实现跨平台运行，因此该系统不仅可以在Windows平台下运行，而且还可以在Unix平台下运行，从而进一步扩展了系统的应用空间。

1 实现的原理
一般PC机都有串口，手机也有数据口，利用手机的数据线将PC机的串口与手机的数据口连接起来，为PC机与手机间提供了数据通信的物理链路。PC机通过向手机发送AT命令来控制手机，在此基础上实现短消息的收发操作。手机收发短消息的AT命令主要有：AT+CMGS和AT+CMGR，具体的AT命令参考GSM07.05规范。该系统软件在设计时采用分层实现的思想，这样可以将任务分层处理，使软件具有模块性和伸缩性，也为软件升级和功能扩展提供良好的接口。图1为软件的分层模型。


串口通信层主要是完成数据通信的任务，这一层包括通信帧格式、通信速度等的处理，该层为它的上一层提供数据通信的通道，进行数据的收发处理。AT命令分析层主要完成各个AT命令的分析，即按照AT命令进行数据封装，将封装后的数据交给下一层进行数据发送；接收来自下层的数据，并对接收到的数据进行解包，将接收到的数据交给上层处理。用户应用处理层主要是完成所有用户有关的操作，该层可以根据不同的应用实现不同的处理，该层还可以根据用户新的需要进行相应的扩充，使软件具有很大的处理灵活性。

2 串口通信层的实现
采用JAVA实现的串口通信与其它语言实现的串口通信概念上一致，都需要打开串口，然后操作串口，处理串口事件，从而实现数据的收发。采用JAVA语言实现的串口通信需要引入适当的jar文件，因此在import部分需要加入“import javax.comm.*”和“import com.sun.comm.*”两个语句，从而能使用低层的资源。串口通信是全双工的通信，在软件设计的时候采用异步通信的方式，即收发不同步。在接收数据的时候是根据串口的事件来进行数据获取。为了避免在接收数据的时候出现“脏读”和“脏写”的情况发生，在此使用“生产者-消费者”模型，并结合JAVA语言的同步机制实现串口通信层与AT命令分析层的数据交互。串口通信层的实现框图如图2所示。

图2 串口通信层实现框图
通过图2可以看出，串口通信层主要包括串口的初始化，获得串口的实例，并设置好通信的格式。在串口初始化后，需要打开串口事件的监听，并启动发送数据的线程，以实现分别对接收和发送的检测。当有数据到达或者有数据需要发送时，则进行相应的接收或者发送处理，如果没有数据到达或者没有数据需要发送，则继续监听和检测处理。在数据接收或者数据发送的时候，需要与AT命令层进行数据交互，为了保证数据的有效性，数据交互采用“生产者-消费者”模型处理。下面具体分析采用JAVA语言实现串口通信的程序片段。以下代码基本上都需要进行相应的异常处理，这里限于篇幅不进行详细的介绍。
下面给出串口初始化的代码片段。在打开串口之前需要加载驱动程序，使用以下语句实现串口的打开：
//驱动加载
Win32Driver wDriver = new Win32Driver();
wDriver.initialize();
portId = CommPortIdentifier.getPortIdentifier
(strName);
//打开串口
m_Port=(SerialPort)portId.open("SMSAPP", 2000);
//获得数据输入流
m_InStream = m_Port.getInputStream();
//获得数据输出流
m_OutStream = m_Port.getOutputStream();
以上的语句主要用于打开串口，获得串口的实例。其中“Win32Driver wDriver = new Win32Driver();wDriver.initialize();”语句实现加载驱动程序，该语句是必须的，如果没有的话，在有的机器上不能正确运行。
m_Port.setSerialPortParams(19200, DATABITS_8, STOPBITS_1, PARITY_NONE);
m_Port.setRTS(true);
m_Port.addEventListener(this);
m_Port.notifyOnDataAvailable(true);
以上的语句实现串口的参数的设置，即设置串口的通信速率、数据位、停止位以及奇偶校验位等，并添加串口事件，当有数据到达时则触发事件。
下面介绍串口收发数据的程序代码片段，这里只是介绍串口通信的读写操作，而关于其它的操作这里不作详细介绍。以下代码可以实现串口通信的数据的收发。
private void SendData(byte []m_nInData) throws IOException
{
try
{
//通过输出流实现数据发送
for(int i = 0;i < m_nInData.length;i++)
{
m_OutStream.write(m_nInData[i]);
}
}
catch(IOException e) { throw e; }
}
public void serialEvent(SerialPortEvent event)
{
int nLen = 0;
switch(event.getEventType())
{
//数据到达
case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:
{
byte[] readBuffer = new byte[20];
try
{
while(m_InStream.available()>0)
{
//通过输入流接收数据
nLen=m_InStream.read(readBuffer);
}
}
catch (IOException e) {}
break;
}
default:break; //其它事件暂时没有处理
}
}
通过上面的程序代码可以看出：串口数据的发送和接收都是基于输出流和输入流进行处理的。以上代码只是简单实现了串口数据的收发操作，串口数据的接收在串口事件里面进行处理。在实际的应用中，需要考虑数据的有效性，即实现数据的保护与交互。在串口通信层使用了专门的一个类（Semaphore）来实现与其它层之间进行数据交互时的数据保护，并利用一个类（DataStruct）来实现数据的交互，具体的程序代码，这里不进行详细介绍。

3 AT命令分析层的实现
PC机通过串口向手机发送用于短消息操作的AT命令，从而实现控制手机收发短消息的操作。通常情况下，AT命令以字母“AT”开头，以ASCII码为13的字符结尾，比如“AT+CMGS=<length><CR> PDU is given <ctrl-Z/ESC>”命令就用于实现PDU格式的短消息的发送。AT命令分析层位于串口通信层之上，因此该层只是实现短消息AT命令的封装和解析。短消息的发送有文本模式和PDU模式，考虑到系统应用的广泛性，这里只讨论PDU模式。该层主要实现短消息相关操作的命令。在短消息的操作命令中，主要是发送短消息命令和读短消息命令相对复杂，这里主要对这两个操作进行分析。
3.1 短消息发送的实现
PDU格式的短消息发送的AT命令为“AT+CMGS=<length><CR> PDU is given <ctrl-Z/ESC>”。先发送完长度字节后，必须等待手机模块的响应，当响应为“>”时，则继续发送PDU数据包，最后以“ctrl-Z”结束。PDU数据包有具体的帧结构，因此必须按照PDU数据包的格式进行封装数据。图3为手机侧发送PDU数据包的帧格式。

图3(a)给出了发送时帧的格式。在PDU数据包的帧结构中，“SMSC”字段为短消息中心的地址；“PDU类型”来指明数据包的类型；“MR”数据包是表示发出信息；“DA”为目的地址；“PID”为协议识别号；“DCS”为短消息的编码格式，对于数字或者字符采用编码值为“00”，如果内容是汉字的话，则采用的编码值为“08”，采用的是UNICODE编码方式；“VP”表示短消息的有效时间；“UDL”表示数据内容的长度；“UD”为具体的短消息内容。这里需要强调的是：在PDU数据包里面，所有的数字是以字符形式发送的，也就是需要将整数转换成字符形式发送（比如整数23需要转换成‘2’和‘3’进行分别发送）。在帧中，“SMSC”和“DA”字段的每个字节按照BCD编码，每个字节高低顺序交换，如“683108200305F0”表示的实际SMSC的号码为“8613800230500”。
3.2 短消息接收的实现
PDU格式的短消息接收的AT命令为“AT+CMGR=index”，这里index为短消息存储的具体位置，发送的时候必须将该整数值转换成字符形式。在发送完了读取短消息的AT命令后，手机会给出响应，响应的数据就包括短消息的内容。同样，响应数据也是PDU格式的数据帧。接收数据PDU格式包与发送数据的PDU格式包中的字段有所不同，图3(b)为手机侧接收PDU数据包的帧格式。
在接收PDU数据包的帧结构中，“SMSC”字段为短消息中心的地址；“PDU类型”来指明数据包的类型；“OA”为源地址；“SCTS” 表示短消息到达业务中心的时间；其余的各个字段与发送时的帧格式时一样的。在PDU数据包里面，所有的内容也是是以字符形式存在的。同样，在帧中，“SMSC”和“OA”字段的每个字节按照BCD编码，每个字节高低顺序交换。按照帧格式中各个字段，对响应数据进行解析就可以得到短消息的内容。
以上分析了短消息的发送和接收。在具体程序的实现的时候，严格按照帧格式进行封装数据或者解析就可以了。

4用户应用处理层的实现
用户应用处理层主要是针对不同的应用处理提供不同的功能，用户也可以在这层上增加自己的功能，这样可以保证软件的伸缩性和开放性。在应用层必须要完成几个基本的功能，即：短消息内容的编码功能、字节转换成字符串、字符串转换成字节流等功能模块。为了考虑到任务的突发性，应用层采用排队机制并结合“生产者-消费者”模型来进行处理。图5为应用层的处理框图。

图4 应用层处理框图
由图4可以看出，应用层将需要发送的数据放入到入队列里，然后利用“生产者-消费者”模型保证数据的有效性，防止数据的“脏读”和“脏写”。应用层取出需要发送的数据进行相应的处理（比如编码等）后，将数据交给AT命令分析层处理。应用层从AT命令分析层获得数据，进行相应处理（比如解码等），处理完后，将处理的最终数据放入到出队列里，供用户使用，同样这里也需要借助“生产者-消费者”模型来保证数据的有效性。
在该层中，主要是根据具体的应用来实现相应的代码。通过该层软件，完成特定的用户处理，将处理后的数据交给AT命令分析层进行数据封装，将封装后的数据交给通信层进行发送，从而实现数据以短消息的形式发送；对接收到的数据按照相反的处理就可以获得接收到的数据。基于以上通信过程，可以实现数据点对点的通信。

5 结束语
以上介绍了采用JAVA语言实现的手机短消息的收发系统。该系统在软件设计的时候按照分层设计，这样既可以保证整个软件模块性，又能保证软件的伸缩性，便于将来对软件进行扩展和升级。在该系统软件中，通信层能实现数据的收发，并且加入监视线程，使该层具有非常高的健壮性，可以长时间运行。AT命令分析层能实现AT命令的封装和解析，也可以增加对其它AT命令的封装和解析，使该层能适应将来功能的扩展。应用层能根据不同的应用进行相应的处理，保证软件的开发性，也便于开展新的功能和业务。经过长时间的运行测试，该系统能够稳定运行，不会造成数据丢失，因此该系统已经成功用于一家公司的物流平台。另外由于该系统的软件具有伸缩性和开放性，因此该系统将会在远程监控、无线办公等应用领域有非常广阔的应用前景。

评论

1 楼 skylikeblue 2010-06-11