专利名称：一种可用于gsm终端与sim卡异地通信的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，同时，亦涉及一种适用于上述方法的装置。
背景技术：
移动网络运营商目前为维护和检测网络质量、分析客户投诉，而进行着大量的人工测试。人工测试由测试人员携带测试设备(包括GSM终端和SIM卡)到指定现场进行相应测试。这种工作行为易受测试人员本身主观因素的影响，测试质量得不到客观保证；同时测试工作量大，人工测试工作效率低下，成本非常高。同时网络维护工作中还有一些人力很难做到的工作，如某移动终端设备用户漫游到外地出现的网络服务问题，就只能由测试人员携带GSM终端和SIM卡到用户投诉的漫游地进行测试，业务操作难度大、成本很高。还有在无线网络运维工作中对网络割接调整后的测试，工作量很大同时要求时效性非常高，目前还是测试人员手工拨打电话和手工更换大量数目的SIM卡进行测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法及其装置，以实现GSM终端与SIM卡进行异地信息交互，提高移动网络的测试效率。
本发明是这样实现的一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，包括 a)将GSM终端端口信号转换成与标准串口信号对应的电信号， b)将标准串口信号转换成与SIM卡读写端口信号对应的电信号， c)通过GSM终端控制软件、SIM卡端控制软件共同运行，借助计算机网络实现GSM终端与SIM卡的通信。
同时，本发明还提供实现所述方法的一种用于GSM终端与SIM卡异地通信的装置。所述装置包括GSM终端、终端适配电路、串口电路、SIM卡、SIM卡读写电路，其中GSM终端通过终端适配电路连接到串口电路，SIM卡通过SIM卡读写电路连接到串口电路，通过串口电路、控制软件以及计算机网络实现GSM终端与SIM卡的通信。
本发明集成智能卡读写技术、串口通信技术、GSM终端与SIM卡通信技术、智能卡和手机SIM卡座相关电子电路知识、GSM无线通信原理等技术为一体，采用了TCP/IP通信方式利用互联网实现GSM终端与SIM卡相处异地而进行无线业务操作。它具有如下特点 1.GSM终端与SIM卡之间没有真实的物理连接。
2.GSM终端与SIM卡之间用TCP/IP建立通信。
3.GSM终端与SIM卡的数据通信由两端的控制软件完成。
4.GSM终端与SIM卡物理接口通过电路转换成标准RS232C串口。
5.GSM终端串口与SIM卡端串口间是异步通信。
6.控制软件与GSM终端串口之间以非标准串口速率通信。
采用本发明实现GSM移动无线网络漫游测试，例如分析客户投诉、网络割接测试、互联互通测试和漫游网络质量评估等。有效解决现有技术中漫游异地客户的投诉，网络割接的大量测试，移动运营商在网络维护中业务测试过程，携带SIM卡进行本地安装的不便，以及避免了人工拨打测试行为的不可控，易受测试人员主观因素影响的弊端。
图1为本发明的系统原理框图； 图2为本发明的软件原理图； 图3为本发明的GSM终端设备端软件流程图； 图4为本发明的SIM卡端软件流程图； 图5为本发明的GSM终端适配电路原理图。
图6为本发明的SIM卡读写电路原理图。
具体实施例方式 一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，包括 a)将GSM终端端口信号转换成与标准串口信号对应的电信号， b)将标准串口信号转换成与SIM卡读写端口信号对应的电信号， c)通过GSM终端控制软件、SIM卡端控制软件共同运行，借助计算机网络实现GSM终端与SIM卡的通信。
SIM卡是一个智能存储卡，实现了两个基本功能 1.无线通讯相关数据的读写以及数据读写安全性检验。
这个功能在SIM卡上实现了一个完整的文件系统供终端使用，在终端访问SIM卡文件系统时要先通过一个叫持卡者检验(CHV1和CHV1检验)的数据安全性检验后，才能任意读写文件系统。
2.SIM卡用户认证和密钥生成。
这个功能实现了GSM通讯使用者身份鉴定和通讯过程中数据加密密钥的生成，每个使用者区别于其他使用者的唯一标志是存储在SIM卡中的IMSI码和一个用于身份鉴定的密钥Ki。GSM网络需要验证用户身份时会给终端发送一个随机数RAND，终端再将RAND送到SIM卡，SIM卡用这个随机数和卡上存储的Ki通过A3A8加密算法得出一个加密结果SRES，这个加密结果通过终端送到GSM网络，再和网络自己用同一个RAND算出的SRES比较，如果两个SRES相同，则用户身份鉴定有效，用户可以使用GSM网络服务。在网络使用过程中，网络还随时会要求SIM卡做用户身份验证。
经发现，GSM终端和SIM卡之间数据传输特点； ●传输最多的是文件系统访问的指令和相关数据，SIM卡用户认证和密码生成数据量较少。
●而且只要用户身份通过验证就可以正常使用GSM网络而和SIM卡文件系统存储内容无关。
所有数据均是异步传输，可以忍受适当的数据传输延迟。
根据以上技术分析得出的数据传输特点，得出以下方案 软件部分 1.SIM卡文件系统可以用软件完全模拟。
因为文件系统和用户身份验证无关，不同的SIM卡可以有完全一样的文件系统，相当于未用过的新SIM卡。
2.用户身份验证和密钥生成使用真实SIM卡硬件完成。通过向SIM卡发送加密算法请求，等待SIM卡完成加密运算，然后读取运算结果，得到身份验证所需SRES。
3.异地SIM卡与本地GSM终端之间以Client/Server软件结构，通过TCP/IP数据包完成数据通讯。
硬件部分 1.GSM终端与SIM卡连接线路通过适配电路连接到PC串口。
2.SIM卡通过SIM卡读写电路连接到PC串口。
3.支持TCP/IP协议的计算机网络。
所述串口异步通信，用以在GSM终端和SIM卡端分别以非标准和标准波特率读写串口，并异步通信。
所述TCP/IP连接和通讯，是将SIM卡端控制软件为服务端，GSM终端控制软件为客户端，两端软件分别安装在已分配IP地址的两台机器上。客户端通过指定的服务端IP地址建立连接，服务端通过指定端口侦听请求，并返回响应。
如图2所示，为本发明软件原理图。
GSM终端(客户端)软件流程如下 1.SIM卡文件模拟实现部分(核心) SIM卡文件系统模拟，首先要实现文件系统逻辑结构模拟 SIM卡文件分为目录和文件，文件又分为二进制文件和记录文件。每个目录和文件都有一个唯一标志ID以区别其他目录和文件。每个文件有两个部分，属性和内容。而目录只有属性。文件逻辑结构实现时用一个2维字符矩阵实现，矩阵的每一行代表一个目录或文件，行元素存储文件属性和内容。
更详细内容参考ETS GSM 11.11 version 4.21.1 其次，需要解析来自GSM终端的文件访问指令，并完成对虚拟文件的访问，并发送访问指令结果数据给GSM终端 共有以下8个指令需要解析和模拟执行 SELECT 选择一个目录或文件 STATUS 读取当前选择目录的属 性 READ BINARY读取二进制数据 UPDATE BINARY 更新二进制数据 READ RECORD读取纪录数据 UPDATE RECORD 更新纪录数据 RUN GSM ALGORITHM 运行A3A8加密算法 GET RESPONSE 读取当前选择的文件或目 录的属性 解析和模拟执行过程首先读取一条指令，解析指令及其参数，按情况读取指令所提供数据，然后分析指令，在虚拟文件中完成文件访问操作，然后将操作结果数据发送给GSM终端，最后发送指令执行状态字。这样就完成一条指令的解析和模拟执行。
指令RUN GSM ALGORITHM是GSM身份验证需要运行的算法，由于SIM卡中Ki无法读取，不能用软件模拟执行，故将此请求发送到SIM卡端软件，用SIM卡硬件完成运算，并完成对虚拟文件的访问，之后再将来自SIM卡端的运算结果发送到模块或手机所连GSM终端，完成此指令的模拟执行。
2.与SIM卡端(服务端)软件实现TCP/IP数据通讯部分客户端运行后首先要先与服务端建立TCP/IP网络连接，然后在需要时向服务端发送数据包，数据包结构定义 typedef struct{ unsigned char header[2]；//0x17 0xA0数据包标志头 unsigned char data_len； //数据包长度 unsigned char data_type；//传输数据类型 //0x00请求SIM卡端服务 //0x01请求SIM卡复位 //0x02请求读取SIM卡ICC //0x03请求读取SIM卡IMSI<!-- SIPO <DP n="7"> --><dp n="d7"/> //0x04请求运行SIM卡GSM A3A8算法 //0x05释放服务 unsigned char data[100]；传输数据 }SIM_DATA_PACK； 服务端根据接收到的数据包的data_type和data完成对SIM卡读写的相关操作，然后将结果数据写入结构一样的数据包发送回客户端。
SIM卡端(服务端)软件流程如下 1、SIM卡读写部分 通过SIM卡读写电路的串口向SIM卡发出SIM文件系统访问指令，实现对SIM卡文件系统的读写。
所发指令有 SELECT 选择一个目录或文件 READ BINARY 读取二进制数据 RUN GSM ALGORITHM 运行A3A8加密算法 GET RESPONSE读取当前选择的文件 软件模拟终端的标准指令读写。如 A)读写一个文件2FE2的内容(ICC)的指令描述为 1.SELECT 3F00//选择当前目录为文件所在目录3F00 2.SELECT 2FE2//选择文件2FE2 3.READ BINARY 00 0A//读取位置00-0A之间的数据 4.GET RESPONSE //请求返回所读数据 读取指令返回的数据就是所读文件内容。
B)运行A3A8加密算法的指令描述如下 1.RUN GSM ALGORITHM //发送运算请求指令 2.向串口发送RAND数据//运算所需RAND数据 3.GET RESPONSE //请求返回运算结果数据 4.读取指令返回的数据既是运算结果SRES 指令的详细编码描述参阅ETS GSM 11.11 version 4.21.1。
2.SIM卡端与GSM终端端实现TCP/IP数据通讯部分 SIM卡端(服务端)软件在一个端口，如1 2 3 4，监听来自客户端的TCP/IP连接请求，在有连接请求时，接受对方连接请求，并建立连接，接着接收客户端请求服务的数据包，并确认对方请求的SIM卡读写电路的串口可用，完成整个连接建立过程。连接后服务端随时可以接受客户端数据包，并完成所请求的操作，最后向向客户端发送返回数据包。客户端不再需要服务端服务时会向服务端发送一个释放服务的请求数据包，服务端接收后将连接挂断。
如图3GSM终端控制软件流程所示，首先客户端根据用户设定参数请求连接服务端机器，如果连接服务端失败就结束，成功就开始请求SIM卡访问服务，如果请求SIM卡访问服务失败就断开连接，结束服务，成功就请求读取ICC，IMSI和请求运行一次A3A8算法并存储ICC和IMSI并且通过与服务器端建立TCP/IP网络连接，然后在需要时向服务端发送或接收数据包，如果请求读取ICC，IMSI或请求运行一次A3A8算法并存储ICC和IMSI失败就断开连接，结束服务，成功就打开GSM终端设备所连串口，如果打开GSM终端设备适配电路所连串口失败就断开连接，结束服务，成功就检查串口DCD信号线电平，如果是高电平就等待DCD电平变低后，延迟600μS并向GSM终端设备适配电路串口发送ATR指令，然后读取串口数据，如果不是高电平就直接读取串口数据，并询问读取的数据是否GSM关于SIM卡指令，如果否就继续检查串口DCD信号线电平并向GSM终端适配电路串口发送ATR，是就询问是否SELECT指令，如果是就模拟执行此指令并将从S IM卡端(服务端)得到的结果写入GSM终端适配电路串口，否就再询问是否GET RESPONSE指令，如果是模拟执行指令并将从SIM卡端(服务端)得到的结果写入GSM终端适配电路串口，否就继续询问是否RUN GSM ALGORITHM指令，如果是就请求运行A3A8算法并将从SIM卡端(服务端)得到的结果写入GSM终端适配电路串口，否就再询问是否为其他SIM卡指令，如果是在本地模拟执行指令并将结果写入GSM终端适配电路串口，如果否就循环执行检查串口DCD线路电平操作，通过与服务器端建立TCP/IP网络连接，然后在需要时向服务端发送或接收数据包，同时检查用户是否要断开连接，如果是就释放服务断开连接并通过与服务器端建立TCP/IP网络连接，释放SIM卡相关服务，然后转入结束。
如图4 SIM卡端控制软件流程所示，首先根据系统参数向SIM卡发送RESET信号并读取ATR(RESET的应答信号)，然后询问ATR是否正确，如果否就转入结束，是就在用户指定端口监听并询问是否有连接请求，如果否就继续在用户指定端口进行监听，是就询问当前是否已存在连接，如果是就直接在指定端口接收并解析数据包，否就建立连接，然后接收并解析数据包，在接收到GSM终端(客户端)数据包经软件解析后，询问是否SIM卡服务请求，如果否就在指定端口接收解析数据包，是就进一步询问是否读取SIM卡ICC请求，如果是就读取SIM卡ICC并向客户端发送请求结果数据包，否就继续询问是否读取SIM卡IMSI请求，如果是就读取SIM卡IMSI并向客户端发送请求结果数据包，否就询问是否运行A3A8算法请求，如果是就运行A3A8算法并发送向客户端请求结果数据包，否就询问是否释放服务请求，如果是就释放服务并发送释放结果数据包，然后断开连接，之后在用户没有退出服务端系统软件前，一直在指定端口监听客户端的连接请求。
如图1所示，本发明提供一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的装置，包括GSM终端1、终端适配电路2、串口电路(3，3′)、控制软件6、SIM卡4、SIM卡读写电路5，GSM终端1通过终端适配电路2连接到第一串口电路3，SIM卡4通过SIM卡读写电路5连接到第二串口电路3′，通过串口电路(3，3′)、控制软件6以及计算机网络7实现GSM终端1与SIM卡4的通信。其中，串口电路(3，3′)采用RS232C串口，通过支持控制软件6(TCP/IP协议)的计算机网络(互联网)实现GSM终端1与SIM卡4的通讯。
如图5所示，GSM终端适配电路2包括电平转换电路，可选用三极管构成。具体的连接方式如下GSM终端设备端的Reset复位信号通过电平转换电路与标准RS232串口电路的DCD数据载波检测信号端连接；GSM终端设备端的I/O信号分解成INPUT和OUTPUT两个信号，通过电平转换电路分别与对应于标准RS232C串口电路的RXD接收信号端和TXD发出信号端连接；串口数据线的GND信号端接地。电平转换电路选用三极管(BC1，BC2，BC3)构成。具体的，GSM SIM卡座的RESET端接第一三极管BC1的基极，第二三极管BC2的基极、第三三极管BC3的集电极并联后接GSM SIM卡座的I/O端，从第一三极管的集电极引出第一串口接线端10与第一串口电路3----带标准RS232C串口的DCD信号端连接，从第二三极管的集电极引出第二串口接线端20与第一串口电路3----带标准RS232C串口的RXD信号端连接，从第三三极管的基极引出第三串口接线端30与第一串口电路3----带标准RS232C串口的TXD信号端连接。GSM SIM卡座的RESET信号经三极管转换，对应于标准RS232C串口的DCD信号，GSM SIM卡座的I/O信号经三极管转换，分解成INPUT和OUTPUT两个信号，分别对应于标准RS232C串口的TXD和RXD信号，再加上串口数据线50的GND信号，组成一个标准的RS232C串行通信端口。本电路主要功能是完成RS232C电平和TTL电平的转换，把GSM SIM卡接口转换为标准RS232C串口，主要原理是利用三极管BC547的开关特性，来达到RS232C的负逻辑电平转换成+5V的TTL电平来满足对SIM卡读写的要求。
如图6所示，SIM卡读写电路6包括电平转换电路、时钟电路，电平转换电路选用芯片IC MAX232及其旁侧电路构成，时钟电路选用晶体振荡器及其旁侧电路构成。SIM卡的I/O引脚通过芯片IC MAX232连接到标准RS232C串口电路3′的TXD和RXD信号端，SIM卡的RST引脚通过芯片IC MAX232连接到标准RS232C串口电路3′的RTS信号端，SIM卡的CLK引脚连接晶体振荡器。具体的，标准RS232C串口电路的RXD接收信号和TXD发出信号分别与ICMAX232串行接口芯片的第7脚和第8脚连接，第7脚通过一个与非门74HC04与第10脚连接，第10脚与智能SIM卡座的I/O引脚连接；第8脚通过与非门74HC04与第9脚连接，第9脚与驱动电路(74LS07驱动芯片)连接；标准RS232C串口的RTS发送请求信号和DCD数据载波检测信号分别与芯片的第13脚和第14脚连接；第13脚通过一个与非门74HC04与第12脚连接；第14脚通过一个与非门74HC04与第11脚连接；芯片的第12脚与SIM卡插座的RST引脚连接；分频电路通过一个3.57MHZ的晶体震荡器与智能SIM卡的CLK时钟引脚连接。本电路主要功能是完成RS232C电平和TTL电平的转换，主要原理是利用专用RS232C电平转换为TTL电平的芯片ICMAX232来实现电平的转换，电路中主要有用到与非门74HC04来实现电路逻辑上的要求，用缓冲器74LS07来增强信号的驱动能力，同时该电路上的I/O引脚、RST引脚分别并接发光二极管来分别指示数据的读写信号和来自串口的复位信号，发光二极管再串接电阻来达到限流的目的，晶体震荡器产生振荡信号来做为SIM卡的读写时钟CLK。由于SIM卡的读写是异步通信，所以通过一个3.57MHz的晶体震荡器经过分频给智能SIM卡CLK引脚输入时钟信号，对应串口将产生标准9600bps的读写速率，满足软件通信要求。在GSM终端与SIM卡通讯时传送一个RESET信号给SIM卡。RS232C串口电路3′中主要用到了四根信号线DCD，RXD，TXD，RTS。
使用时，用两台可联网的PC机，其中一台串口电路3连接终端端适配电路的接线端，另一台串口电路3′连接SIM卡端读卡电路的串口端。
通过以上两个电路，就可以用软件通过RS232C串口直接和GSM终端以及SIM卡独立完成数据通讯。
串口电路3与GSM终端通讯使用的串口设置 非标准的8736波特率； 8位数据位； 两位停止位； 偶校验； 串口电路3′与SIM卡通讯使用的串口设置 9600波特率； 8位数据位； 两位停止位； 依据ATR返回的传输协定使用奇校验或者偶校验；具体参考ISO1177协议。
连接两台计算机的网络连接需要有适当的带宽，以免由于数据传输过量延迟导致GSM网络身份验证超时而引起的身份验证失败。
权利要求
1、一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，其特征在于
a)将GSM终端端口信号转换成与标准串口信号对应的电信号，
b)将标准串口信号转换成与SIM卡读写端口信号对应的电信号，
c)通过GSM终端控制软件、SIM卡端控制软件共同运行，借助计算机网络实现GSM终端与SIM卡的通信。
2、根据权利要求1所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，其特征在于GSM终端SIM卡接口的RESET信号经电路转换成对应于标准RS232C串口的DCD信号的电信号，GSM终端SIM卡接口的I/O信号经电路转换，分解成INPUT和OUTPUT两个信号，分别对应于标准RS232C串口的TXD和RXD信号，再加上串口数据线的GND信号，组成一个标准的RS232C串行通信端口；通过串口芯片和电路，将标准RS232C串口的TXD和RXD信号转换成与SIM卡的I/O信号对应的电信号，将标准RS232C串口的RTS信号经电路转换成与SIM卡的RST信号对应的电信号，GSM终端、SIM卡通过串口和控制软件建立TCP/IP网络连接，将GSM终端鉴权SIM卡的操作数据包打包后送出给SIM卡，同时将SIM卡返回的信息传送到GSM终端对应接口。
3、根据权利要求1所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，其特征在于通过GSM终端控制软件可以
a)实现SIM卡文件系统逻辑结构模拟；
b)解析来自GSM终端的文件访问指令，并完成对虚拟文件的访问，并发送访问指令结果数据给GSM终端；
c)与SIM卡端控制软件实现TCP/IP数据通讯。
4、根据权利要求1所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，其特征在于通过SIM卡控制软件可以
a)通过串口向SIM卡发出SIM文件系统访问指令，实现对SIM卡文件系统的读写；
b)与客户端实现TCP/IP数据通讯。
5、根据权利要求1所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法，其特征在于控制软件与GSM终端串口之间以非标准串口速率通信，GSM终端串口与SIM卡端串口间是异步通信。
6、一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的装置，其特征在于包括
a)GSM终端，包括控制软件和GSM SIM卡座；
b)终端适配电路，连接GSM SIM卡座和串口电路，用以将GSMSIM卡座接口转换成标准RS232C串口；
c)串口电路，用于GSM终端、SIM卡的串口通信；
d)SIM卡，包括控制软件和数据；
e)SIM卡读写电路，连接SIM卡和串口电路，用以完成对SIM卡进行I/O读写操作并将信息返回。
7、根据权利要求6所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的装置，其特征在于GSM终端设备端的Reset复位信号通过终端适配电路与标准RS232串口电路的DCD数据载波检测信号端连接；GSM终端设备端的I/O信号分解成INPUT和OUTPUT两个信号，通过终端适配电路分别与对应于标准RS232C串口电路的RXD接收信号端和TXD发出信号端连接；串口数据线的GND信号端接地。
8、根据权利要求6所述的可用于GSM终端与SIM卡异地通信的装置，其特征在于SIM卡的I/O引脚通过芯片IC MAX232连接到标准RS232C串口电路的TXD和RXD信号端，SIM卡的RST引脚通过芯片IC MAX232连接到标准RS232C串口电路(3′)的RTS信号端，SIM卡的CLK引脚连接晶体振荡器。
全文摘要
本发明提供一种可用于GSM终端与SIM卡异地通信的方法及装置，包括a)将GSM终端端口信号转换成与标准串口信号对应的电信号，b)将标准串口信号转换成与SIM卡读写端口信号对应的电信号，c)通过GSM终端控制软件、SIM卡端控制软件共同运行，借助计算机网络实现GSM终端与SIM卡的通信。本发明集成智能卡读写技术、串口通信技术、GSM终端与SIM卡通信技术、智能卡和手机SIM卡座相关电子电路知识、GSM无线通信等技术为一体，采用TCP/IP通信方式利用互联网实现GSM终端与SIM卡相处异地而进行无线业务操作，有效地将SIM卡数据调入异地的GSM终端进行无线网络业务测试工作，有效地提高无线通信网络测试的工作效率和工作质量。
文档编号H04W24/04GK1627833SQ20031011741
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者郜鸿 申请人:珠海万禾技术有限公司, 郜鸿