SMS - Netværksarkitektur

Transmissionen af SMS beskeder mellem SMS centeret og mobiltelefonen foretages ved at bruge Mobile Application Part (MAP) delen af SS7 protokollen, der er en suite af protokoller, der bruges til telefonnetværk. Forkortelsen står for Signalling System No. 7 (signaleringssystem nummer 7). Indenfor telefoni står signalering for den proces at oprette og afslutte et opkald. MAP er en af protokollerne i SS7. SS7/MAP blev lavet til GSM mobiltelefonnetværk.

Grundlæggende SMS arkitektur

Den geniale tanke bag SMS indikeres af ordet "Short" i "Short Message Service". GSM systemet er optimeret til telefonsamtaler, idet dette fra starten blev identificeret som den primære anvendelse af systemet. Hovedidéen bag SMS var at bruge dette telefoni-optimerede system og transportere beskeder på de signalveje, der bruges til at kontrollere telefontrafikken i tidsperioder, hvor der ikke var nogen signaltrafik. På denne måde blev ubrugte ressourcer i systemet anvendt til at transportere beskeder uden nogen ekstra omkostning. Det var dog nødvendigt at begrænse længden af beskederne til 128 bytes (hvilket senere blev forbedret til 160 karakterer), så beskederne kunne passe ind i de eksisterende signalformater. Derfor blev servicen kaldt "Short Message Service".

Dette koncept tillod implementering af SMS beskeder i enhver mobilstation ved at tilføje en ekstra software rutine uden at tilføje ekstra omkostninger per sendt SMS besked. Netværkene kunne også håndtere den nye tjeneste blot ved at tilføje ny software. Det eneste nye netværkselement var et specialiseret "Short Message Service Centre" (SMS center eller SMSC) for et helt landsdækkende netværk. Dette center skulle selvfølgelig have større kapacitet, efterhånden som SMS trafikken voksede, men den nødvendige teknologi til håndtering af mange millioner SMS beskeder var forholdsvis begrænset.

Dette koncept var afgørende for muligheden for at implementere SMS i enhver mobilstation, der nogensinde var blevet produceret, og i ethvert netværk helt tilbage fra den spæde start uden ret store omkostninger. Der eksisterede altså en stor platform af terminaler og netværk i stand til at håndtere SMS, da brugerne begyndte at anvende den nye teknologi[4].

SMS Center

Et SMS center (SMSC) er ansvarlig for at håndtere SMS beskeder i et trådløst netværk. Når en SMS besked sendes fra en mobiltelefon, så ankommer den først til SMS centeret. SMS centeret sender SMS beskeden videre til bestemmelsesstedet. En SMS besked kan være nødt til at passere gennem mere end én netværksenhed (fx. SMSC og SMS gateway), før den når sit bestemmelsessted. Hovedopgaven for en SMSC er, at sende SMS beskeder videre og regulere denne proces. Hvis der ikke kan opnås kontakt med modtageren (fx. hvis mobiltelefonen er slukket), så vil SMS centeret gemme SMS beskeden, og sende SMS beskeden videre, når modtageren er tilgængelig.

Meget ofte er et SMS center dedikeret til at håndtere SMS trafikken for ét trådløst netværk. En netværksoperator har normalt sine egne SMS centre og placerer dem indenfor sit eget trådløse netværkssystem. Det er dog muligt for en netværksoperator at anvende en anden operatørs SMSC, der er placeret udenfor det trådløse netværkssystem.

For at kunne sende og modtage SMS beskeder er mobiltelefonen nødt til at kende adressen på netværksoperatørens SMS center. Typisk er en SMSC adresse et almindeligt telefonnummer i internationalt format. En mobiltelefon bør have en indstillingsmulighed for at konfigurere SMSC adressen, men normalt bliver SMSC adressen præ-konfigureret i SIM kortet af netværksoperatoren, hvilket betyder, at brugeren ikke behøver kende eller ændre denne adresse[1].

Nogle SMS centre tilbyder også en "send og gem" mulighed, hvor beskeden kun forsøges sendt én gang. Beskedlevering er "efter bedste evne", så der er ingen garantier for, at en besked faktisk vil blive afleveret til modtageren og forsinkelse eller tab af en besked er ikke unormal, specielt når der sendes mellem netværk. Brugere kan vælge at bede om afleveringsrapporter (på nogle telefoner virker det at tilføje *0# eller *N# til starten af tekstbeskeden), der kan give positiv bekræftelse på, om beskeden har nået frem til modtageren. I nogle moderne telefoner kan brugerne slå afleveringsrapporter til i SMS indstillingerne på telefonen.

Figuren til højre viser, hvordan et SMS center er den netværksenhed, der håndterer forsendelsen af SMS beskeder over netværket.

Mobiltelefon X sender en SMS til mobiltelefon Y ved først at sende den til SMS centeret. Denne kommunikationsproces kaldes Short-Message-Mobile Originated (MO). Mobiltelefon Y modtager derefter beskeden fra SMS centeret. Denne kommunikationsproces kaldes Short-Message-Mobile Terminated (MT). Vi vil senere komme nærmere ind på, hvad MO og MT kommunikationsprocesserne indeholder.

Den viste kommunikation involverer kun ét SMS center, men der kan indgå flere centre i processen.

MSC enhederne, der er indtegnet, står for Mobile Switching Centre og er basale netværksenheder, der håndterer den trådløse mobilkommunikation.

sms-message-centre.jpg

Validitetsperiode for en SMS besked

En SMS besked gemmes midlertidigt på SMS centeret, hvis den modtagende mobiltelefon er offline (typisk fordi den er slukket). SMS protokollen giver mulighed for at angive, hvor længe der skal gå, før SMS beskeden slettes fra SMS centeret, og dermed ikke bliver sendt videre til den modtageren, når denne igen er online (bliver tændt). Dette kaldes for validitetsperioden for en SMS besked.

Der findes ikke ret mange moderne telefoner, hvor det er muligt at sætte validitetsperioden for SMS beskederne. Den findes stadig, men er indbygget som en standard udløbstid i SMS centeret.

Et eksempel på brugen af validitetsperioden, som den var tænkt fra SMS protokollens begyndelse, er følgende: Hvis du finder et interessant TV-program, der bliver vist lige nu, og du gerne vil fortælle en ven om dette, da du ved, at programmet lige er noget for ham, så sender du naturligvis en SMS til din ven. Hvis TV-programmet varer en time, så ved du godt, at beskeden kun er interessant, hvis hans mobiltelefon vil være i stand til at modtage beskeden indenfor en time. Du sætter derfor en validitetsperiode på en time på din besked, og det er dermed kun, hvis din vens telefon er online indenfor en time, at han modtager beskeden.

Validitetsperiode

  • Diskutér anvendelsen af validitetsperioder på SMS beskeder - måske i forhold til det givne eksempel.
  • Hvorfor tror I, at validitetsperioder på SMS beskeder stort set ikke anvendes mere?
  • Har I selv oplevet, at beskeder ikke er kommet frem pga. udløbstiden på beskeder i SMS centeret?

SMS til samme operatør

Hvis både afsender og modtager bruger den samme mobiloperatør, så involverer den proces, det er at sende en SMS besked fra en afsender til en modtager, kun denne ene mobiloperatør. Dette simplificerer processen, idet kun ét SMS center er nødvendigt. Denne type SMS besked kaldes for en intra-operatør SMS besked.

Efter at have forladt afsenderens telefon kommer SMS beskeden frem til SMS centeret, der sender beskeden videre til den modtagende mobiltelefon. Hvis den modtagende telefon er offline, så gemmer SMS centeret beskeden. Den vil aflevere SMS beskeden, når den modtagende mobiltelefon er online igen. Hvis SMS beskedens validitetsperiode udløber og den modtagende telefon stadig er offline, så vil SMS centeret slette SMS beskeden, der dermed aldrig når frem til modtageren.

Når SMS centeret modtager en afleveringsrapport fra den modtagende mobiltelefon, eller fjerner SMS beskeden (fx. hvis validitetsperioden udløber), så sendes en statusrapport til afsenderens telefon, hvis afsenderen bad om at få en statusrapport, da beskeden blev afsendt.

Følgende figur beskriver det overordnede kommunikationsflow ved intra-operatør SMS beskeder[2]:

sms_tutorial_html_m780f3998.png

SMS til anden operatør

Hvis afsender og modtager bruger forskellige mobiloperatører, så involverer den proces, der er at sende en SMS besked fra en afsender til en modtager, ét eller flere SMS centre. Denne type SMS besked kaldes for en inter-operatør SMS besked.

Generelt er der to forskellige måder at håndtere inter-operatør SMS beskeder. Den første måde fungerer ved, at der er oprettet signalforbindelser mellem to trådløse telefonnetværk. Når afsenderens SMS center modtager en inter-operatør SMS besked, så får den information fra det modtagende telefonnetværk, der fortæller SMS centeret, hvordan beskeden skal afleveres. SMS centeret afleverer derefter beskeden direkte til modtagerens mobiltelefon.

Følgende figur beskriver denne form for inter-operatør SMS beskeder[3]:

sms_tutorial_html_16e6874d.png

Den første måde kan bruges, hvis de to trådløse telefonnetværk, der er involveret i forsendelsen af inter-operatør SMS beskeden, er baseret på samme teknologi. Hvis dette ikke er tilfældet, så er det nødvendigt at benytte en anden metode. Fx. hvis en SMS besked sendes fra et GSM netværk til et CDMA netværk. (CDMA står for Code Division Multiple Access og er en teknologi udviklet af Qualcomm i USA, og er den dominerende netværksstandard til mobiltelefoni i Nordamerika.) I dette tilfælde bruges to SMS centre, der er forbundet enten via en SMS gateway eller en kommunikationsprotokol, der understøttes af begge SMS centre.

SMS beskeden når først frem til afsenderens SMS center, der sender den videre til modtagerens SMS center. Modtagerens SMS center vil være ansvarlig for at sende SMS beskeden til modtagerens mobiltelefon, samt gemme SMS beskeden, hvis modtagerens telefon er offline.

Følgende figur beskriver denne form for inter-operatør SMS beskeder, der involverer flere SMS centre[3]:

sms_tutorial_html_m23ca13f.png

Afsendelse af SMS

Afsendelse af en besked til SMS centeret kaldes for MO short message service transfer.

Diagrammet herunder viser hvilke delprocesser, der indgår i afsendelsen af en SMS besked fra en mobiltelefon. Denne type af flow kaldes for MO for Mobile Originated for en SMS, der afsendes fra vores mobiltelefon.

Mo_forward_sm.png

Når brugeren sender en SMS, så sender mobiltelefonen beskeden over det trådløse telefonnetværk til VMSC/SGSN. VMSC står for Visited Mobile Switching Centre, og er den MSC, der dækker det område, hvor brugeren befinder sig, når beskeden sendes. SGSN står for Serving GPRS Support Node, og håndterer som MSC'en basal trådløs mobilkommunikation. I trådløse telefonnetværk er det enten en MSC eller en SGSN, der står for den direkte kommunikation med mobiltelefonerne.

Sammen med beskedteksten indeholder en SMS telefonnummeret på SMS centeret, der som tidligere nævnt tages fra en præ-konfigureret indstilling på SIM kortet. VMSC/SGSN enheden sender MAP operationen mo-ForwardSM til det SMS center, der blev identificeret ud fra dette telefonnummer.

IW MSC står for Interworking MSC, og er den del af SMS centeret, der modtager MAP mo-ForwardSM beskeden, og sender den videre til det faktiske Service Center (SC) i SMS centeret. Her bliver beskeden lagret og derefter forsøgt afleveret til modtageren. SC'en sender en tilkendegivelse (acknowledgement) af, om leveringen af beskeden blev gennemført eller fejlede, tilbage til IW MSC, der sender denne rapport videre til VMSC/SGSN enheden. Beskedens afleveringsrapport bliver igen sendt videre over det trådløse netværk til brugerens mobiltelefon[5].

Modtagelse af SMS

Modtagelsen af en besked fra SMS centeret kaldes for MT short message service transfer.

Diagrammet herunder viser hvilke delprocesser, der indgår i modtagelsen af en SMS besked fra SMS centeret. Denne type af flow kaldes for MT for Mobile Terminated for en SMS, der modtages af vores mobiltelefon.

767px-Mt_forward_sm.png

Når SMS centeret finder ud af, at det skal forsøge at sende en SMS til modtageren, så vil den overføre beskedteksten sammen med modtagerens telefonnummer og andre informationer til Gateway MSC (GMSC) i SMS centeret. GMSC'en må dernæst spørge Home Location Register (HLR) om routing informationer til modtageren. Dette gøres med en sendRoutingInfoForSM (SRI-for-SM) besked til den HLR, der hører til modtagerens telefonnummer, for at bede om modtagerens nuværende placering.

HLR foretager et opslag i en database for at finde modtagerens nuværende placering, og sender denne i et svar til GMSC'en i SMS centeret. HLR'en kan også sende en fejlbesked tilbage, hvis modtageren befinder sig et sted, hvor SMS beskeder ikke kan modtages.

Når GMSC'en har modtaget routing informationer fra HLR'en, så vil den forsøge at aflevere SMS beskeden til modtageren. Dette gøres ved at sende mt-ForwardSM beskeden til adressen på MSC (Mobile Switching Center) eller SGSN (Serving GPRS Support Node) enheden, som GMSC'en fik fra HLR'en.

VMSC'en vil bede VLR (Visitor Location Register) om de nødvendige informationer til at aflevere SMS beskeden til modtageren ved at sende en Send_Info_for_MT_SMS besked til VLR'en. VLR'en er i virkeligheden en database, der indeholder informationer om de brugere, der i øjeblikket befinder sig i MSC'ens område. Hvis databaseopslaget går godt sender VLR'en derefter mobilbrugerens telefonnummer tilbage til VMSC'en. Hvis mobilbrugeren ikke kan findes i databasen, sendes en fejlbesked tilbage til VMSC'en, og beskeden kan ikke afleveres.

Ud fra de fundne modtagerinformationer afleveres beskeden derefter til modtageren med en SM besked, og der sendes en afleveringsrapport tilbage (Delivery Acknowledgement). Når SMS centeret får besked om succesfuld levering af beskeden, så vil beskeden blive fjernet fra det, der hedder en Store and Forward Engine (SFE), og en afleveringsrapport sendt tilbage til afsenderen, hvis der blev bedt om en sådan. Hvis leveringen af beskeden ikke lykkedes, så vil SMSC'en kalde en gentagelsesprocedure, der prøver at sende beskeden igen efter et kort stykke tid. SMSC'en kan desuden vælge at registrere ved HLR'en (Home Location Register), at den gerne vil have at vide, når modtageren bliver tilgængelig for modtagelse af SMS beskeder[5].

Referencer
1. Developer's Home: What is an SMS Center / SMSC? http://www.developershome.com, 2004-2011; http://www.developershome.com/sms/sms_tutorial.asp?page=smsc
2. Developer's Home: Intra-operator SMS Messages http://www.developershome.com, 2004-2011; http://www.developershome.com/sms/intraInterInternationalSMS.asp
4. Informer Technologies, Inc.: SMS Wiki; sms1.software.informer.com, 2011; http://sms1.software.informer.com/wiki/
5. Wikipedia : Short message service technical realisation (GSM); en.wikipedia.org, 2011; http://en.wikipedia.org/wiki/Short_message_service_technical_realisation_(GSM)
Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 License