【正文】 息服務(wù)中心 SMSGMSC:支持短消息服務(wù)的網(wǎng)關(guān)MSCSMSIWMSC:支持短消息服務(wù)的互連MSCSGSN是GPRS網(wǎng)的主要設(shè)備，它負(fù)責(zé)分組的路由選擇和傳輸，在其服務(wù)區(qū)負(fù)責(zé)將分組遞送給移動(dòng)臺(tái)，他是為GPRS移動(dòng)臺(tái)構(gòu)建的GPRS網(wǎng)的服務(wù)訪問點(diǎn)。SGSN完成路由和數(shù)據(jù)傳輸所需的與GPRS用戶相關(guān)的信息均存儲(chǔ)在HLR中。如果處于激活狀態(tài)，GGSN就轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到相應(yīng)的SGSN；但如果不是激活的，則數(shù)據(jù)將丟棄。MSC/VLR功能也得到了加強(qiáng)，SGSN通過GS接口可以訪問VLR，從而能更好的調(diào)和非GPRS之間的服務(wù)和功能。BSS GPRS協(xié)議(BSSGP)提供了在一個(gè)BSS和一個(gè)SGSN之間傳輸用戶數(shù)據(jù)所必需的無線相關(guān)的QoS和路由信息?；诜纸M中的目的地址，分組通過分組數(shù)據(jù)網(wǎng)被傳送到目的GGSND。它在GPRS的骨干網(wǎng)中通過隧道的方式來傳輸PDU。LLC層是在移動(dòng)臺(tái)和SGSN之間向上層提供可靠、保密的邏輯鏈路，它獨(dú)立于下層而存在。RLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)塊的傳輸，采用選擇式ARQ協(xié)議來糾正傳輸錯(cuò)誤。在BSS和SGSN之間，BSS GPRS 協(xié)議（BSSGP）負(fù)責(zé)傳輸路由和與QoS相關(guān)的信息，BSSGP工作在幀中繼（Frame Relay）的協(xié)議之上。GPRS通信模塊(SIM900A)主要負(fù)責(zé)接入INTERNET網(wǎng)絡(luò)，接受或發(fā)送INTERNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和命令。設(shè)備的設(shè)備號(hào)也必須是唯一的，正好每臺(tái)設(shè)備都采用自己的 SIM 卡的卡號(hào)作為本設(shè)備的設(shè)備號(hào)?？紤]到硬件部分應(yīng)該符合功能實(shí)用/結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及成本低廉的特點(diǎn)，而且電梯本身的特點(diǎn)要求系統(tǒng)有實(shí)時(shí)性，因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮以上的幾種因素。單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)、解決方案成熟并且維護(hù)方便，但是單片機(jī)系統(tǒng)也有不足之處，系統(tǒng)的工作頻率較低，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理較困難，這類型的單片機(jī)由于速度和位寬的限制適用于簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)合，不能夠滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。但是該方案的成本較高，技術(shù)開發(fā)難度較大，所以在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中未采用此方案。考慮到ARM 系統(tǒng)成本低、性能優(yōu)越，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的需要，在本次設(shè)計(jì)中采用ARM 處理器+GPRS通信模塊的結(jié)構(gòu)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。終端機(jī)的工作過程：終端上電后向SIM900A模塊發(fā)送一系列的AT指令，使SIM900A登錄到GPRS網(wǎng)絡(luò)后獲得一個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址，之后向監(jiān)控中心發(fā)送連接請(qǐng)求。③ 數(shù)據(jù)采集終端機(jī)依據(jù)協(xié)定在固定的時(shí)間間隔，采集電梯的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)量，如電梯處于運(yùn)行還是停止?fàn)顟B(tài)和開、關(guān)門等開關(guān)量，所在樓層的實(shí)時(shí)值，以及定時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。按內(nèi)核的不同可以分為不同的產(chǎn)品類型，其中STM32F1系列的有：STM32F103增強(qiáng)型系列，STM32F101基本型系列，STM32F105和STM32F107互聯(lián)性系列。32位的精簡(jiǎn)指令內(nèi)核，工作頻率最高可以達(dá)到72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。C的溫度范圍，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。調(diào)試電路當(dāng)然調(diào)試和下載程序的電路也是必不可少的，本設(shè)計(jì)中選擇用JTAG接口來調(diào)試和下載程序，接口電路圖如圖44所示：圖41 STM32F103VET6引腳圖Fig. 41 the pins of STM32F013VET6圖 42 晶振電路Fig. 42 the schedule of crystals圖43 穩(wěn)壓電路Fig. 43 voltage regulator schedule圖44 JTAG電路圖Fig. 44 JTAG schedule② 通信模塊設(shè)計(jì)本文中的GPRS通信模塊采用SIM900A通信模塊。SIM900A內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴(kuò)展的TCP/IP AT命令使用戶方便使用TCP/IP 協(xié)議，其特性如表41，功能框圖如圖45，圖46為基本電路圖。表42 SIM900A引腳描述Table 42 the description of SIM900A pin引腳名稱描述備注VBATl 模塊采用單電源供電，通過3個(gè)VBAT電源引腳供電，電壓范圍：~，電流≥2A。同樣，用戶可以通過拉低PWRKEY保持至少一秒然后釋放，就可以關(guān)閉模塊了。電源電路圖47為模塊的電源電路圖，vcc_4為4V的意思。通過拉低PWRKEY并保持至少1秒然后釋放，可以開啟模塊。SIM_DATAl SIM卡數(shù)據(jù)信號(hào)SIM_CLKl SIM卡時(shí)鐘信號(hào)SIM_RSTl SIM卡復(fù)位信號(hào)SIM_PRESENCEl SIM卡拔插檢測(cè)信號(hào)如果不用，保持懸空。RS232是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。RS232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA (Electronic Industry Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（remended standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=3V～15V。Keil公司開發(fā)的ARM開發(fā)工具M(jìn)DK，是用來開發(fā)基于ARM核的系列微控制器的嵌入式應(yīng)用程序。②AT指令在應(yīng)用中，控制器通過串口發(fā)送AT命令來控制GPRS模塊。、 ，以及SIMCOM自己開發(fā)的指令。AT+COPS：該指令用于查詢當(dāng)前運(yùn)營商，該指令只有在連上網(wǎng)絡(luò)后，才返回運(yùn)營商，否則返回空，如返回：+COPS:0,0,CHINAMOBILE，表示當(dāng)前選擇的運(yùn)營商是中國移動(dòng)。TCP連接指令：AT+CGCLASS=B，設(shè)置移動(dòng)臺(tái)類別為B。AT+CGATT，用于設(shè)置附著和分離GPRS業(yè)務(wù)。AT+CLPORT，用于設(shè)置本地端口號(hào)。AT+CIPSEND，用于發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送：AT+CIPSTATUS，模塊即返回當(dāng)前連接狀態(tài)。發(fā)送：AT+CIPSHUT，則可以關(guān)閉移動(dòng)場(chǎng)景，關(guān)閉場(chǎng)景后連接狀態(tài)為：IPINITIAL，可以通過發(fā)送：AT+CIPSTATUS，查詢。每個(gè)電梯里面都安裝有一個(gè)終端機(jī)，總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖412所示：系統(tǒng)監(jiān)控中心終端機(jī)1終端機(jī)2終端機(jī)n圖 412 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 412 system structure將采集的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)如圖413所示。監(jiān)控中心向終端機(jī)發(fā)送控制指令的時(shí)候，首先發(fā)送地址碼，然后發(fā)送權(quán)限碼，只有地址碼和權(quán)限碼都匹配的時(shí)候，終端機(jī)才能夠接受到監(jiān)控中心發(fā)送來的指令，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作。但是，終端機(jī)處于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)中，而 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的 IP 地址是動(dòng)態(tài)分配的。GPRS自動(dòng)撥號(hào)接入 Internet 的具體流程如圖 415 所示：圖415 SIM900A接入到INTERNET過程Fig. 415 the process of SIM900A to build with internet為了能夠進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包的傳輸,就必須首先實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的PPP協(xié)議。PPP（點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡(jiǎn)單鏈路設(shè)計(jì)的鏈路層協(xié)議。PPP 最初設(shè)計(jì)是為兩個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間的 IP 流量傳輸提供一種封裝協(xié)議。然后, PPP必須發(fā)送NCP數(shù)據(jù)包來選擇一種或多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來配置。表45 PPP協(xié)議格式Table 45 the format of PPP protocol標(biāo)志地址控制協(xié)議信息填充檢驗(yàn)標(biāo)志0X7E0XFF0X032 Byte可變可變2 Byte0X7EPPP 幀以標(biāo)志字符0x7E 作為一幀的開始和結(jié)束, 地址字段和控制字段為固定值, 分別為0xFF和0x03。填充字段在PPP幀不夠長時(shí)進(jìn)行填充。OSI 參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為七個(gè)層次，自下而上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要進(jìn)行通信，就要安裝相同的協(xié)議，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)通信中TCP/IP協(xié)議是核心。20世紀(jì)90年代初，由Sun Microsystems,JSB,FTPsoftware,Microdyne和Microsoft等幾家公司共同定制了一套標(biāo)準(zhǔn)，即Windows Socket規(guī)范，簡(jiǎn)稱WinSock。（1）服務(wù)器監(jiān)聽：服務(wù)器端套接字處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請(qǐng)求。面向過程的編程重用函數(shù)、面向?qū)ο蟮木幊讨赜妙?、范型編程重用的是算法的源代碼，而組件編程則重用特定功能完整的程序模塊?？梢院?jiǎn)單方便地利用可視化工具來實(shí)現(xiàn)組件的集成，也是組件技術(shù)一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。Indy曾經(jīng)叫做WinShoes（雙關(guān)于WinSock——Windows的Socket庫），是由Chad Z. Hower領(lǐng)導(dǎo)的一群開發(fā)者構(gòu)建的。使用Winsock開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，從Socket中讀取數(shù)據(jù)或者向Socket寫入數(shù)據(jù)都是異步發(fā)生的，這樣就不會(huì)阻斷程序中其它代碼的執(zhí)行。阻塞式訪問更像是文件存取。從最底層開始，Indy的設(shè)計(jì)都是線程化的。主進(jìn)程監(jiān)聽線程線程1線程2線程3圖54 Indy服務(wù)器工作方式Fig. 54The work way of Indy server本設(shè)計(jì)中主要用到Indy組件中的TIdTCPServer組件。TIdTCPServer允許配置服務(wù)器監(jiān)聽線程，包括默認(rèn)端口、監(jiān)聽隊(duì)列、最大鏈接數(shù)等。第二種方法是利用TidCommandHandle 對(duì)象來辨認(rèn)合法的服務(wù)命令，提供一些方法和屬性來處理參數(shù)、執(zhí)行動(dòng)作、表達(dá)正確或錯(cuò)誤的響應(yīng)。Bindings屬性Bindings是一個(gè)TidSocketHandles類型的變量，它是一個(gè)TidSocketHandles對(duì)象的集合。TIdTCPServer組件的事件句柄介紹：OnConnect事件OnConnect是一個(gè)TIdServerThreadEvents類型事件的句柄，在一個(gè)客戶線程試圖鏈接到TCP服務(wù)器時(shí)觸發(fā)。通過給OnExecute事件賦予一個(gè)TIdServerThreadEvents類型的過程來相應(yīng)該事件。由于作者的水平有限對(duì)于本設(shè)計(jì)的大部分功能還有待改進(jìn)，在服務(wù)器端還沒有用到數(shù)據(jù)庫。致謝本設(shè)計(jì)在楊春玲導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下自已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無不凝聚著楊春玲導(dǎo)師的心血和汗水，在四年的本科學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商的工作人員也有可能利用GPRS網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)的安全漏洞來實(shí)施。分析攻擊帶來的后果能夠評(píng)估GPRS的使用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并因此影響其部署移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的概念。為成功地執(zhí)行基于GPRS的這些應(yīng)用和服務(wù)，安全性將會(huì)是一個(gè)很重要的因素。同樣的，在IP網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)GPRS系統(tǒng)來說，入侵者可能會(huì)嘗試違反保密性、完整性、可用性或以其他方式濫用系統(tǒng)，通過妥協(xié)的服務(wù)、騙取用戶等等。另一方面，主動(dòng)攻擊通常涉及攻擊者對(duì)信息或發(fā)送的控制數(shù)據(jù)的直接干預(yù)。因此，對(duì)內(nèi)部攻擊的檢測(cè)將會(huì)更加困難，為了躲避這種攻擊需要更加困難的解決方案 。此外，攻擊者還會(huì)利用那些應(yīng)該保護(hù)GPRS體系某些方面的安全措施的缺乏作為他進(jìn)一步進(jìn)行攻擊的優(yōu)勢(shì)。為了戰(zhàn)勝某些攻擊和增強(qiáng)由GPRS提供的安全水平，本文提出了具體的安全措施。第五部分提出了能夠抵抗攻擊的一些安全措施以加強(qiáng)GPRS的安全性。從網(wǎng)絡(luò)的一端可以看到基站子系統(tǒng)（BSS）是網(wǎng)絡(luò)的一部分，它主要負(fù)責(zé)無線電路徑的控制。HLR是用于移動(dòng)用戶的永久數(shù)據(jù)的管理的數(shù)據(jù)庫。正如前面所介紹，GPRS重用多數(shù)的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。其任務(wù)包括分組路由和傳輸，移動(dòng)性管理，邏輯鏈路管理，以及認(rèn)證和計(jì)費(fèi)功能。在SGSN和GGSN中的數(shù)據(jù)通信是以GTP協(xié)議來傳輸?shù)摹Ｋㄒ韵陆M件：l 用戶身份模塊（SIM）l 用戶的身份保密l 用戶身份認(rèn)證l 用戶數(shù)據(jù)和信令在MS和SGSN之間的保密性l GPRS主干網(wǎng)的安全性 用戶身份模塊（SIM）移動(dòng)用戶通過SIM卡連接到網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)個(gè)性化的過程。SIM卡是負(fù)責(zé)用戶通過提示的驗(yàn)證碼（個(gè)人身份證號(hào)碼 PIN）的鑒定，通過鑰匙來進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，并且通過加密來保護(hù)用戶數(shù)據(jù)。l 一個(gè)驗(yàn)證算法（A3）和一個(gè)生成加密鑰匙的算法（A8）因?yàn)镾IM卡是GSM/GPRS訂戶的，他包含了安全的關(guān)鍵信息，它應(yīng)該在可信的環(huán)境中制造、供應(yīng)、分配和管理。TMSI具有局部意思，因此為了避免混亂，它必須伴隨著路由區(qū)域標(biāo)識(shí)（RAI）。該MS存儲(chǔ)當(dāng)前的TMSI并且相關(guān)聯(lián)在非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的RAI，這樣即使當(dāng)MS被切斷時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。TTLI和IMSI的關(guān)系只有在MS和SGSN才知道。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)用戶的認(rèn)證成功，SGSN必須具備與特定用戶相關(guān)的安全信息。在認(rèn)證服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的SGSN發(fā)送一個(gè)選擇的隨機(jī)詢問（GPRS的RAND）的認(rèn)證向量到MS。否則，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（SN）拒絕給該用戶訪問系統(tǒng)。COMP128是一個(gè)加密散列函數(shù)。該MS設(shè)備（不是SIMCARD）執(zhí)行使用加密密鑰（GPRSKc）GEA，因?yàn)樗且粋€(gè)強(qiáng)有力的算法，需要相對(duì)高的處理能力。為了能夠通過無線初始化加密，MS和SGSN必須合作。輸入（INPUT）參數(shù)（32位）被用作附加輸入，使得每個(gè)幀被加密成不同的輸出字符串。在接受實(shí)體通過解密來獲得原來的密文。類似地，被用于通信GSN之間的GTP協(xié)議不支持安全。移動(dòng)營運(yùn)商對(duì)GPRS骨干網(wǎng)和跨網(wǎng)絡(luò)通信的安全有保護(hù)的責(zé)任。使用安全策略的GPRS運(yùn)營商可以確保從MS，而不是從互聯(lián)網(wǎng)開始的流量能夠通過防火墻。此外，應(yīng)用級(jí)防火墻阻止通過使用代理服務(wù)器來分析應(yīng)用程序的命令，進(jìn)行驗(yàn)證和記錄日志直接訪問的服務(wù)。邊界網(wǎng)關(guān)，它駐留在GPRS骨干網(wǎng)的邊界，是提供防火墻功能的網(wǎng)絡(luò)元素，并還保持靜態(tài)，預(yù)配置的VPN具體的接入。圖4 GPRS體系可能存在的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)l 移