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摘要：提出居家安防预警系统的设计方案，介绍采用SMS通信技术研制短信报警模块组件嵌入到该系统结构中，其中利用AT命令编程实现接口的设计，同时采用c#完成短信的编码和解码。最后对该系统进行了实际运行测试。
关键词：GSM；SMS；AT命令；短信；居家安防预警系统
中图分类号：TP393.03
文献标识码：A
科技日益发展的今天，防盗的概念已经发生根本的变化，传统的人防由于人的弱点(偷懒、打瞌睡、疏忽)及投资回报等问题，已渐由技防所取代。居家安防预警系统就是以家庭智能化网络设备组建局域网形成的无线传感器网络应用体系。在该系统中烟雾传感器、防水传感器、智能家用电器、遥控门锁等使用传感器技术的家用设备通过无线网络技术连接在局域网里，其中，报警系统可采用人工报警和电子系统自动报警外，还可以利用SMS通信技术短信报警。
全球移动通讯系统GSM是当前我国覆盖范围最广的移动通讯网络系统。短消息服务SMS(ShortMessage Service)作为一项基于GSM的增值服务，价格低廉、服务稳定。在居家安防预警系统中，地区处在GSM移动通信网络覆盖之下，所以防盗报警装置采取通过
GSM无线网络发送短消息的方式进行报警和回馈，可以满足系统实时性和准确性的要求。
这同时需要在监控的上位机搭建报警短信收发平台，实现对报警短信的收发、显示、解析、告警和存储。
1 系统架构
居家安防预警系统为运营级的报警系统，前端可以接入各种报警设备，后台面向各类报警管理单位的使用需求，最大化地支持电子报警系统的迅速推广，省却了人为因素的延误或
偏差，有利于运营商利用通信网的优势参与报警系统建设，并通过报警系统的建设达到提高ARPU值、保住固定电话用户、新增移动电话用户的目的。
整个系统由业务管理平台、用户报警系统、报警管理终端三部分组成。
用户报警系统有两种方式：专用报警主机和电话，前者需要在报警点安装专用的报警主机，通过电话线与管理中心联网，报警主机可配置门磁、红外、烟感探头和紧急报警按钮，发生警情时自动呼叫管理中心发送告警信息；后者不安装任何设备，报警点只需要有一部普通的固定电话或手机，发生警情时用户拨打预先设置好的报警电话(如9999)，系统将会按照用户预先设定的报警处理方案通知用户或用户亲属朋友、公安机关或所属区域(单位、小区或村庄)的治安管理人员，对于农村地区还可以自动回拨一部连接高音喇叭的电话，播放警笛和告警通知。
报警维护终端是提供给警情处理人员(如派出所、居委会、村委会、单位保卫处等)的管理平台，处理人员通过计算机访问联通公司中心平台，可以即时管理本辖区所有告警信息，并提供出警等处理措施。
报警方式有以下几种：报警主机报警，根据不同区域的不同场合采用不同报警主机；固定电话报警，在发生紧急情况时用户可以直接拨打报警电话；手机报警，定制带有紧急报警按钮的手机，与定位系统结合，提供基站定位与GPS定位两种配置，用户根据经济能力选用；短信报警，通过GAM网络提供专门的短信报警业务，例如公安部开通的12110短信报警，这是本文研究的一个重点。
报警通知采取以下几种方式：一、通过计算机方式通知到公安机关和基层治安单位，用户报警后所有报警信息全部进入平台，公安人员或基层治安单位只要通过联通公司分配的账户登录到系统中，就可以实时查看本辖区内的报警信息，发生报警时自动弹出窗口通知，并发生声音警示；二、通过电话、短信等方式通知到基层治安人员，保证在没有人通过计算机登录到系统时也能通知到相关人员，同时把警报通知到户主或其亲属，农村家庭开通报警服务时就可以指定发生紧急情况时需要通知的电话号码，一旦报警系统自动进行通知，其中短信通知方式是本文研究的另一个重点。
2 关键技术
2.1 层次化原则
系统采用了业务与交换分离、通讯与业务分离的设计思想，将系统分成三层结构：交换接人层、业务逻辑层和数据访问层。
(1)交换接人层：负责处理告警信息的接人和呼出，完成告警的接人、呼出告警服务，包含呼叫的控制和短信的服务。它提供了用户家庭电话与中心的连接通道。
(2)业务逻辑层：负责告警业务的处理。具体业务的支撑系统，与具体的业务应用相关联，负责解释并且执行一个具体的业务流程。它针对具体业务对话务的需要，通过解释转化为任务，通过交换接人层提交，完成丰富多变的请求功能。
(3)数据访问层：负责处理系统间的数据通讯。按业务逻辑层具体业务应用的需求向其它平台、网络系统、联通业务支撑系统交互通讯请求，结合计算机网络技术实现具体的通讯。
这三层中，第一层和第三层具有一定的业务无关性。三层之间均采用协议或API封装的方式作为接口，使得各层相对独立。采用三层封装的方式，每一层的变化，不影响其它层的稳定；因此既具有多变灵活的特点，又具有稳定规范的特点。
2.2 SMS的体系结构
GSM标准中定义的点一点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMS-GMSC的特定MSC同GSM网络联系的。涉及SMS管理的协议如下所述。
SME：Shoa Messaging Entity，短消息实体。它可以接收或改善短消息，位于固话系统、移动基站或其他服务中心内。
SMSC：Short Message Service Center，短消息服务中心，负责在基站和SME间中继、储存或转发短消息；移动台(ME)到SMSC的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息，协议名为SMTP(Short Message Transmission Protoc01)。
SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gmeway MSC，SMS网关。接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。
HLR：Home Location Register，归属位置寄存器。用于永久储存管理用户和服务记录的数据库，由SMSC产生。SMS网关与HLR之间的协议使前者可以要求HLR搜索可找到的用户地址。它与MSC与HLR之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。
MSC：Mobile Switching Center，移动交换中心。负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拔叫。
VLR：Visitor Location Register，访问位置寄存器。含有用户临时信息的数据库，交换中心服务访问用户时需要这些信息。
3 方案实施
3.1 短信接口设计
GSM模块与上位机的串口相连，上位机通过向串口发送AT指令来发送或接收短信。因此要求GSM模块支持AT命令编程，支持PDU短信息模式，可通过RS232串行口与微机相连进行指令和数据的双向传送，串口的工作频率可在300bps512kbos范围内，外接SIM卡。世界许多公司均生产此类工业模块，如德国的西门子公司、美国的摩托罗拉公司、韩国的三星公司等。短信模式有三种：Block Mode、Text Mode(纯文本方式)、PDU Mode。PDU Mode可以被所有手机支持，可以使用任何字符集，是手机默认的编码方式。在PDU Mode中，可以采用三种编码方式：7-bit、8-bit和UCS2编码。UCS2编码用于发送Unicode字符，在Windows系统中，可以简单地调用API函数实现编码和解码。
为了提高代码的重用率，可以将短信模块设计成组件形式。我们选用c#语言开发短信组件。此组件下定义若干类，其中CommandPort类用于描述串口信息；PDUDecoding类针对国内短信编码(usc2)对短信进行编码与解码；smslnitComm类下包括串口初始化litCom方法，发送和接收短信的Send方法和Read方法，smslitComm类的disposeo方法用于关闭串口。
3.2 系统技术评价
该系统具有以下特点：
(1)安全性；(2)先进性；(3)扩展性；(4)易用性。
4 结束语
该系统在山东省泰安市试运行，至今约半年多的运行情况，稳定性很好，取得了预期收益。本文创新点在于利用c#开发短信模块并将其设计成组件形式嵌入到居家安防预警系统的交换接入层，同时提高了模块的复用性。随着3G时代的到来，技术的革新和性能提高将是我们继续研究的目标。
关键词：GSM；SMS；AT命令；短信；居家安防预警系统
中图分类号：TP393.03
文献标识码：A
科技日益发展的今天，防盗的概念已经发生根本的变化，传统的人防由于人的弱点(偷懒、打瞌睡、疏忽)及投资回报等问题，已渐由技防所取代。居家安防预警系统就是以家庭智能化网络设备组建局域网形成的无线传感器网络应用体系。在该系统中烟雾传感器、防水传感器、智能家用电器、遥控门锁等使用传感器技术的家用设备通过无线网络技术连接在局域网里，其中，报警系统可采用人工报警和电子系统自动报警外，还可以利用SMS通信技术短信报警。
全球移动通讯系统GSM是当前我国覆盖范围最广的移动通讯网络系统。短消息服务SMS(ShortMessage Service)作为一项基于GSM的增值服务，价格低廉、服务稳定。在居家安防预警系统中，地区处在GSM移动通信网络覆盖之下，所以防盗报警装置采取通过
GSM无线网络发送短消息的方式进行报警和回馈，可以满足系统实时性和准确性的要求。
这同时需要在监控的上位机搭建报警短信收发平台，实现对报警短信的收发、显示、解析、告警和存储。
1 系统架构
居家安防预警系统为运营级的报警系统，前端可以接入各种报警设备，后台面向各类报警管理单位的使用需求，最大化地支持电子报警系统的迅速推广，省却了人为因素的延误或
偏差，有利于运营商利用通信网的优势参与报警系统建设，并通过报警系统的建设达到提高ARPU值、保住固定电话用户、新增移动电话用户的目的。
整个系统由业务管理平台、用户报警系统、报警管理终端三部分组成。
用户报警系统有两种方式：专用报警主机和电话，前者需要在报警点安装专用的报警主机，通过电话线与管理中心联网，报警主机可配置门磁、红外、烟感探头和紧急报警按钮，发生警情时自动呼叫管理中心发送告警信息；后者不安装任何设备，报警点只需要有一部普通的固定电话或手机，发生警情时用户拨打预先设置好的报警电话(如9999)，系统将会按照用户预先设定的报警处理方案通知用户或用户亲属朋友、公安机关或所属区域(单位、小区或村庄)的治安管理人员，对于农村地区还可以自动回拨一部连接高音喇叭的电话，播放警笛和告警通知。
报警维护终端是提供给警情处理人员(如派出所、居委会、村委会、单位保卫处等)的管理平台，处理人员通过计算机访问联通公司中心平台，可以即时管理本辖区所有告警信息，并提供出警等处理措施。
报警方式有以下几种：报警主机报警，根据不同区域的不同场合采用不同报警主机；固定电话报警，在发生紧急情况时用户可以直接拨打报警电话；手机报警，定制带有紧急报警按钮的手机，与定位系统结合，提供基站定位与GPS定位两种配置，用户根据经济能力选用；短信报警，通过GAM网络提供专门的短信报警业务，例如公安部开通的12110短信报警，这是本文研究的一个重点。
报警通知采取以下几种方式：一、通过计算机方式通知到公安机关和基层治安单位，用户报警后所有报警信息全部进入平台，公安人员或基层治安单位只要通过联通公司分配的账户登录到系统中，就可以实时查看本辖区内的报警信息，发生报警时自动弹出窗口通知，并发生声音警示；二、通过电话、短信等方式通知到基层治安人员，保证在没有人通过计算机登录到系统时也能通知到相关人员，同时把警报通知到户主或其亲属，农村家庭开通报警服务时就可以指定发生紧急情况时需要通知的电话号码，一旦报警系统自动进行通知，其中短信通知方式是本文研究的另一个重点。
2 关键技术
2.1 层次化原则
系统采用了业务与交换分离、通讯与业务分离的设计思想，将系统分成三层结构：交换接人层、业务逻辑层和数据访问层。
(1)交换接人层：负责处理告警信息的接人和呼出，完成告警的接人、呼出告警服务，包含呼叫的控制和短信的服务。它提供了用户家庭电话与中心的连接通道。
(2)业务逻辑层：负责告警业务的处理。具体业务的支撑系统，与具体的业务应用相关联，负责解释并且执行一个具体的业务流程。它针对具体业务对话务的需要，通过解释转化为任务，通过交换接人层提交，完成丰富多变的请求功能。
(3)数据访问层：负责处理系统间的数据通讯。按业务逻辑层具体业务应用的需求向其它平台、网络系统、联通业务支撑系统交互通讯请求，结合计算机网络技术实现具体的通讯。
这三层中，第一层和第三层具有一定的业务无关性。三层之间均采用协议或API封装的方式作为接口，使得各层相对独立。采用三层封装的方式，每一层的变化，不影响其它层的稳定；因此既具有多变灵活的特点，又具有稳定规范的特点。
2.2 SMS的体系结构
GSM标准中定义的点一点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMS-GMSC的特定MSC同GSM网络联系的。涉及SMS管理的协议如下所述。
SME：Shoa Messaging Entity，短消息实体。它可以接收或改善短消息，位于固话系统、移动基站或其他服务中心内。
SMSC：Short Message Service Center，短消息服务中心，负责在基站和SME间中继、储存或转发短消息；移动台(ME)到SMSC的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息，协议名为SMTP(Short Message Transmission Protoc01)。
SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gmeway MSC，SMS网关。接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。
HLR：Home Location Register，归属位置寄存器。用于永久储存管理用户和服务记录的数据库，由SMSC产生。SMS网关与HLR之间的协议使前者可以要求HLR搜索可找到的用户地址。它与MSC与HLR之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。
MSC：Mobile Switching Center，移动交换中心。负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拔叫。
VLR：Visitor Location Register，访问位置寄存器。含有用户临时信息的数据库，交换中心服务访问用户时需要这些信息。
3 方案实施
3.1 短信接口设计
GSM模块与上位机的串口相连，上位机通过向串口发送AT指令来发送或接收短信。因此要求GSM模块支持AT命令编程，支持PDU短信息模式，可通过RS232串行口与微机相连进行指令和数据的双向传送，串口的工作频率可在300bps512kbos范围内，外接SIM卡。世界许多公司均生产此类工业模块，如德国的西门子公司、美国的摩托罗拉公司、韩国的三星公司等。短信模式有三种：Block Mode、Text Mode(纯文本方式)、PDU Mode。PDU Mode可以被所有手机支持，可以使用任何字符集，是手机默认的编码方式。在PDU Mode中，可以采用三种编码方式：7-bit、8-bit和UCS2编码。UCS2编码用于发送Unicode字符，在Windows系统中，可以简单地调用API函数实现编码和解码。
为了提高代码的重用率，可以将短信模块设计成组件形式。我们选用c#语言开发短信组件。此组件下定义若干类，其中CommandPort类用于描述串口信息；PDUDecoding类针对国内短信编码(usc2)对短信进行编码与解码；smslnitComm类下包括串口初始化litCom方法，发送和接收短信的Send方法和Read方法，smslitComm类的disposeo方法用于关闭串口。
3.2 系统技术评价
该系统具有以下特点：
(1)安全性；(2)先进性；(3)扩展性；(4)易用性。
4 结束语
该系统在山东省泰安市试运行，至今约半年多的运行情况，稳定性很好，取得了预期收益。本文创新点在于利用c#开发短信模块并将其设计成组件形式嵌入到居家安防预警系统的交换接入层，同时提高了模块的复用性。随着3G时代的到来，技术的革新和性能提高将是我们继续研究的目标。