基于GSM的新广告运营系统设计方案

许庆泳， 谭鸽伟， 黄 娴

（华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021）

0 引言

伴随着IT行业技术进步及商业竞争的激烈化，许多新的思路、新的商业模式逐渐诞生。IT业中依靠硬件为利润的传统模式，部分已开始转向依靠内容收入为主要利润来源的营利模式，如移动、电信保底消费送手机的运营模式及当前网络公司热推的低价位智能手机等。在广告业中也出现了类似的经营模式，其中硬件平台拥有方，开发生产广告发布硬件平台，并免费或者廉价地出租给有广告来源且不想花大成本配置平台的第二方，第二方依托其广告来源负责广告发布。双方充分发挥各自的优势，根据合作原则分配利润，共享广告收入。

新的商业模式的出现，技术上对广告平台的设计与管理提出了新的要求。相对于之前只有一个用户终端且用户拥有系统全部的操作权限，新系统提出两个新的要求：①系统应具有不同的管理级别。硬件提供方为系统管理员，广告发布方为普通用户；②保证平台使用的可控性。高权限用户(系统管理员)可以给低权限用户授权，低权限用户(普通用户)则不能篡改，窃取平台操作权限。

1 系统原理及设计

本系统利用 GSM 良好的信号覆盖范围及其稳定的无线通信方式，采用GSM短信担任系统管理指令及数据内容的收发[1]。整个系统框架如图1所示。为了适应平台运行的商业环境，本系统的关键点在于实现下列要求：①运行在计算机平台上的 PC端如何分等级接入并操控目标端即管理员（硬件平台提供方）如何管理各个普通用户的权限，普通用户(平台实际使用方)又不能擅自通过更换 SIM 卡，来逃离管理员管理、更改自己的使用权限；②PC端与目标端通信的协议如何设计；③短信编码选择实现；④短信延时问题的解决方案。

图1 系统框图

1.1 权限管理及认证机制设计

为保证管理员对系统的绝对控制权，防止平台使用方擅自更换SIM卡或对系统做越权操作，系统采用数字认证及权限等级管理机制。管理员针对不同用户制作不同权限等级认证证书，并颁发给用户，分配权限等级的同时也将SIM卡与终端唯一绑定。其中，认证证书分两部分：第一部分存放广告屏端GSM模块的SIM卡手机号及短信服务中心号，用于通信；第二部分为PC端SIM卡的国际移动用户识别码（IMSI，International Mobile Subscriber Identity）及用户级别等数据，用于保证SIM卡的不可更换及用户等级标置。其中SIM卡的IMSI在GSM模块中可以用“AT+CIMI”指令获取。将上述数据经过加密后，导出生成最终的认证证书。其中的加密算法采用基于公钥体系的 RSA加密算法[2-3]。认证证书用RSA密钥对中的私钥进行加密，公钥则固化在终端软件上。用户在打开 PC终端时，终端用公钥解密证书，获取通信参数及操作权限等级，并认证当前SIM卡是否合法，从而接入系统操作。

1.2 短信内容协议设计

在实际运行中系统需要执行不同类型的指令，并屏蔽运营商的客服短信及其它广告短信，故需在GSM短信的数据内容上，制定上位机与广告屏之间的通信协议。本系统中设计的内容协议格式如图 2所示（其中协议头开销为24字节）。

图2 系统通信协议格式

各个协议字段说明：

第1-4字节：协议起始字节；第5-7字节：分别为协议版本号、软件版本号和硬件版本号；第 8-11字节：用户发送短信序列号；第12字节：用户等级标置字节；第13字节：命令类型字节；第14-21字节：用户密码；第22字节：用户有效数据长度；第23-24字节：协议段数据检验位；第25字节起：用户数据起始字节。

1.3 短信PDU编码及长短信支持方案

SMS有三种方式来发送和接收SMS信息：Block Mode, Text Mode和PDU Mode。其中PDU Mode可以使用任何字符集，被广泛使用。PDU Mode中可以采用三种编码方式来对发送的内容进行编码，分别是7-bit、8-bit和UCS2编码。三种编码方式下可以发送短消息的最大字符数分别是160、140和70。本系统根据需求选择PDU Mode，UCS2编码方式。另考虑系统发送的内容会大于单条短信最大容量 70个字符，须在上位机实现中添加长短信收发实现。长短信与普通短信的区别在于短信 PDU中的标置字节PDUType字节，及短信中用户数据前添加的长短信协议头[4]。短信发送的PDU格式如图3所示。

图3 短信PDU格式

其中发送普通短信时 PDUType字节段的值为0x11，长短信时为0x51。当发送长短信时，短信数据前要添加长短信头协议，其格式如图4所示。

图4 长短信协议格式

其中第1-3字节固定为0x05, 0x00, 0x03；第4字节作为长短信ID标置位；第5字节表示长短信包含的子短信条数；第6字节表示子短信的序列号。接收端可以根据此三个参数重新组构成长短信。

1.4 延时处理机制解决

GSM短信在发送过程中，会存在延时，导致前后短信收发时间顺序颠倒。为解决这个问题，系统在发送端建立一个4字节无符号长整形标置变量，作为发送短信的唯一序列号。每当发送一条短信，序列号加 1，并将序列号值放在短信内容协议的第 8-11字节，随内容一并发送到接收方。广告端在接收到短信时，凭序列号大小解析最新发送的短信并显示。

2 系统软硬件实现

2.1 PC端实现

PC端包括GSM硬件收发模块和运行于PC端的用户软件。PC端短信收发部分采用西门子的TC35i，TC35i是西门子推出的支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，支持AT指令[5]。软件通过串口写AT指令到模块中，完成模块初始化、收发短信等操作，实现对模块的灵活控制。

PC端软件则采用VC编写，包括用户认证模块、短信收发机管理模块、用户操作界面三部分组成。整个模型如图5所示，最终用户操作界面如图6所示。

图5 上位机系统结构

图6 PC端用户界面

2.2 目标端软硬件实现

目标端的主处理器选用意法半导体 Cortex M3核的32位单片机STM32F103C8T6，该芯片采用哈佛结构，运算速度 1.25 DMIPS/MHz，工作频率在72 MHz，内嵌了64K字节的Flash内存，20K字节的RAM内存[6]。GSM短信收发采用西门子的TC35i模块，与主芯片通过串口进行数据通信。主芯片通过串口与LED显示屏的控制卡相连，传输要显示的数据内容。

整个硬件结构图如图7所示，其中软件状态机运行机制如图8所示。

图7 目标端硬件结构

图8 状态机运行机制

3 系统测试与分析

测试系统由PC端的上位机和连接LED控制卡的目标机组成。上位机通过串口与GSM短信发送模块连接，管理员或普通用户通过界面操作，向目标机发送指令或者数据。目标机接收到上位机发送过来的指令或数据后，进行解析执行。测试过程中，该部分以串口输出解析后的指令或数据，以此来分析系统的测试结果。整个测试平台如图9所示。

图9 系统测试平台

图10 测试操作

测试时，打开管理员操作界面如图10所示，输入相应参数及要发布的广告内容，按发送键发送。在接收端观察短信经解析后，通过串口输出的调试信息。根据系统输出的调试信息分析，此系统能正常完成预先设计的所有功能，且能稳定运行。

4 结语

本文提出了一种基于GSM短信实现多用户等级接入与管理的广告发布平台的设计方案，通过测试证实了该系统的可行性和有效性，使得该设计方案的硬件平台对新的商业模式提供了有力的技术支持。

[1] 王贝贝,龚威,苏刚,等.基于GSM的太阳能路灯联网监控系统研究[J].通信技术,2011,44(02):135-137.

[2] 胡建.基于RSA的身份认证系统的设计与实现[D].湖北:华中科技大学,2009.

[3] 王雪莉,高玉良. RSA公钥密码体制及其在SET协议中的应用[J].信息安全与通信保密,2007(08):24-27.

[4] 胡燕飞,黄俊伟.短消息编解码算法研究及实现[J].通信技术,2007(05):39-41.

[5] 吴玉田,王瑞光,郑喜凤,等. GSM模块TC35及其应用[J].计算机测量与控制,2002,10(08):557-560.

[6] 谈卫星,胡建人.基于STM32的全彩LED显示屏系统的设计[J].电子器件,2011,34(03):258-260.