专利名称：一种基于Petri网的短信网关性能分析与优化方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种基于Petri网的短信网关性能分析与优 化方法。
背景技术：
移动通信的个人化、移动性和互联网自由化特点深刻地改变着大众的生活、工作 和休闲方式，成为大众不可或缺的工具。目前根据短信网关系统业务开展的特点短信网关 可以分为梦网网关、国际短信网关、汇接网关、互联互通网关三大短信汇接网关，包括北 京、上海、广州集团公司建设中央MISC、行业网关、国际短信网关各省建设本地梦网网关和 互联互通网关。以本地梦网网关为例，短信网关内部结构或者设计方案都为此厂商的产品，称为 短信网关ISMG(Internert Short Message Gateway)。短信网关已经得到了中国移动入网 许可，并在中国移动现网中有这广泛地应用，目前ISMG短信网关系列产品在中国移动以下 项目中提供服务北京移动短信息网关；上海移动短信息网关，建设容量1000条/秒；天津 移动短信息网关；广州移动短信息网关，建设容量1000条/秒；西藏移动短信息网关；四川 移动短信息网关，建设容量1000条/秒；其他应用北京移动CMCC-CUNIC0M点对点互通网 关、天津移动CMCC-CUNIC0M点对点互通网关、西藏移动移动CMCC-CUNIC0M点对点互通网 关、中国移动国际短消息网关、北京移动本地短消息网关等等。ISMG在以上各个节点运行稳定，成功的为中国移动梦网网关、国际互通网关的组 网提供了真正高效的、大容量的、稳定的、7*24的在线电信级服务，得到了中国移动客户的 一致认可。短信网关的业务流程包括与不同的外部网元的接口和交互过程。其中包括步骤SP (Service Provider)给移动用户发送短信，与sp连接的内部模块为smsICP， 在此将判断下发的mt目的手机号码是否是本地网关的，如果是外地网关的，则转发 到FwdGateway，通过它转发到相应的手机号码所属网关，如果是本地的，则下发到与 DSMP (Data Service Management Platform)月艮务器相连的 dsmpProxy 模块；SP接入的ISMG向其接入的DSMP发起鉴权计费请求，内部表现为dsmpProxy将收 到的信息中部分信息发送给DSMPserver ；DSMP对SP的业务、计费用户和目的用户、定购关系进行鉴权，并对该业务进行批 价；接入地ISMG (Internet Short Message Gateway)在接收到 DSMP 返回的鉴权批价 响应后，判断计费类型，目前计费类型可以为免费、按条、包月收取和包月查询。生成未经 过确认的计费话单，然后把短信以及该短信的计费信息前转给归属地ISMG，如果鉴权失败， 将生成失败状态报告返回给sp，如果成功，则进行下一步业务处理流程，即进行安全检查；归属地ISMG将信息内容发送给国家安全检查服务器进行安全检查，如果检查通 过，才能下发该条短信，也即此条mt (Mobile Terminate)，如果不通过(内容不健康或者违反国家法规)则不能下发此mt，并且生成失败状态报告给发送此mt的sp。安全检查通过的mt将被被下发到归属地ISMG接入的短信中心 SMSC(ShortMessage Center)也即smc，与smc相连的是smsProxy模块，在此处将判断目 的手机号码是否为神州行用户，如果是，在需要实时向G-SCP(GateWay ServiceControl Point)发送计费请求，扣费成功则下发，扣费失败转入异常处理，如果不是神州行用户，则 直接下发到smc ；返回状态报告给sp的为mostore模块，在此需要说明的是mostore本身并不直接 与sp相连，而是通过smsICP与sp连接的，但是此处为了研究的方便，将存储上发到sp的 短信的mostore与smsICP分开。随着业务发展的要求，短信网关网络优化显得越来越重要，需要不断提高短信网 关系统的性能。
发明内容
为解决现有技术中需要对短信网关进行性能分析与优化的难题，本发明提供了一 种基于Petri网的短信网关性能分析与优化方法。所述方法包括，系统mt建模，系统mo建模和负载均衡的技术。所述系统mt建模，建立的Petri网，其中库所P = {pi :sp,p2 :ISMG,p3 :ICP,p4 DSMP, p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 smsProxy, p8 :SCP, p9 :smc, pll :mostore, pl2 手机}；变迁 T ={tl :mostore转发到sp, tl2 :sp从外地网关接入转发到ISMG, tl3 :sp通过本地接入的 转发短信到smsICP，t2 处理转发，t3 处理sp业务，t4 鉴权计费，t5 :Fwd转发mt到外地 网关，t6 安全检查，t7 与scp连接的业务处理，t8 与短信中心连接的业务处理，t9 实时 扣费，tlO:下发到手机}。所述系统mo建模，建立的Petri网，其中库所P = {p0 手机pi :SMC，p2 smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore, p7 :SP}；变迁 T = {tl 手机通过基站 转发本地短信中心SMC或者发送到外地网关，t2:业务处理(路由选择到所属的网关，t3 业务处理(分析是否本地和神州行用户)，t4 实时扣费，t5 ISMG接收到本地mo转发到 Mostore, t6 :Fwd连接外地网关转发到SP，XI :Mostore通过smsICP连接SP转发本地mo)。Petri网模型是由状态机、标识图、和自由选择网(FC)组成的简单模型，取M(p) > =1，即在Pi放多于一个标识，其结构是灵活的。ISMG软件设计采用了负载均衡的技术，可以根据系统的硬件资源，任意定义ISMG 软件各功能模块对资源的使用和占用份额。不仅优化了整个硬件和网络资源的配置，还会 提高可用性，不会因为某个模块的故障，而使得整个主机的资源被消耗殆尽死机，或是造成 其它功能模块也不能正常提供服务。极大的提高了系统的稳定性、可用性。整个ISMG系统就要对一些主要的业务模块采用负载均衡的技术，这就需要考虑 如何达到最佳配置的问题。对于一个典型的信息系统来说，而且就实际意义来讲，时间效率当然是最为重要 的，也就是说一条短信通过网关的时间指标是最为关键的，本发明通过建立的时间Petri 网模型来分析如何在系统中配置业务模块来达到最快的处理，也就是说系统性能是通过时 间指标来确定的。
时间延时Petri网可表示为其中PN是(N = (P，T，F)是一个Petri网，R是P的子集，R是一个陷阱当且仅 当R兴O并且R'是'R的子集.R是极小陷阱当且仅当H兴0)，且H的非空真子集都不 是陷阱)中的Petri网，r是变迁的延时时间。时间延时Petri网是给每一个变迁设定一 个延时时间r，当该变迁起火后(fire)，经过时间延时r后才发生，即标记(token)从输入 库所输出到输出库所中。定义时间网是一个元组6 (P，T，B，F，M0)，其中(1)P = {PI, P2…，Pm}是位置的非空有限集；(2)T = {Tl，T2.，Tn}是转移的非空有限集；(3)B:PXT —N是后向关联方程；(4)F:TXP —N是前向关联方程；(5)M0是初始标识(P，T，B, F，M0)组成基本Petri网)；(6)SI 是静态时间间隔，Vt6T，SI，t T，SI(t) = [SEFT(t)，SLFT(t)]。其中， SEFT(t)是t使能后的最早引发时间，SLFT(t)是使能t后的最晚引发时间。
图1是现有短信网关从SP下发短信到手机的流程图
图2是本发明Petri网mt模型1 ；
图3是本发明Petri网mt模型2 ；
图4是本发明mo流图5是本发明Petri网mo模型1 ；
图6是Petri网mo模型2 ；
图7是本发明Petri网mo模型3 ；
图8是本发明多业务处理模块mt的p/t图9是本发明实施例第一种方案示意图10是本发明实施例第二种方案示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施 方式对本发明实施例作进一步的详细说明。首先，参照图1是本发明方法中从SP下发短信到手机的流程示意图，从SP下发短 信到手机的流程，包括与不同的外部网元的接口和交互过程。主要包括以下步骤步骤101，SP给移动用户发送短信，与sp连接的内部模块为smsICP，在此将判 断下发的mt目的手机号码是否是本地网关的，如果是外地网关的，则转发到FwdGateway， 通过它转发到相应的手机号码所属网关，如果是本地的，则下发到与DSMP服务器相连的 dsmpProxy 模块；步骤102，SP接入的ISMG向其接入的DSMP发起鉴权计费请求，内部表现为 dsmpProxy将收到的信息中部分信息发送给DSMPserver ；步骤103，DSMP对SP的业务、计费用户和目的用户、定购关系进行鉴权，并对该业务进行批价；步骤104，接入地ISMG在接收到DSMP返回的鉴权批价响应后，判断计费类型，目前 计费类型可以为免费、按条、包月收取和包月查询。生成未经过确认的计费话单，然后把短 信以及该短信的计费信息前转给归属地ISMG，如果鉴权失败，将生成失败状态报告返回给 sp，如果成功，则进行下一步业务处理流程，即进行安全检查；步骤105，归属地ISMG将信息内容发送给国家安全检查服务器进行安全检查，如 果检查通过，才能下发该条短信，也即此条mt，如果不通过(内容不健康或者违反国家法 规)则不能下发此mt，并且生成失败状态报告给发送此mt的sp。步骤106，安全检查通过的mt将被被下发到归属地ISMG接入的短信中心SMSC也 即图中所示的smc，与smc相连的是smsProxy模块，在此处将判断目的手机号码是否为神州 行用户，如果是，在需要实时向G-SCP发送计费请求，扣费成功则下发，扣费失败转入异常 处理，如果不是神州行用户，则直接下发到smc ；步骤107，返回状态报告给sp的为mostore模块，在此需要说明的是mostore本身 并不直接与sp相连，而是通过smsICP与sp连接的，但是此处为了研究的方便，将存储上发 到sp的短信的mostore与smsICP分开。参照图2是本发明Petri网mt模型1和图3Petri网mt模型2 ；其中P代表库所， 在这里代表各种通过一定操作后的信息所在地。T代表变迁，在这里代表操作或者说是业务 处理过程。F代表库所到变迁的方向流，为了更清晰的表现出建模后的p/t系统，在F上加 上了区别F的标记。建立的Petri网，其中库所P = {pi :sp, p2 :ISMG, p3 :ICP，p4 :DSMP，p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 smsProxy, p8 SCP, p9 :smc, pll :mostore, pl2 手机}；变迁T = {tl :mostore转发到sp，tl2 :sp从外地网关接入转发到ISMG，tl3 :sp 通过本地接入的转发短信到smsICP，t2 处理转发，t3 处理sp业务，t4 鉴权计费，t5 :Fwd 转发mt到外地网关，t6 安全检查，t7 与scp连接的业务处理，t8 与短信中心连接的业务 处理，t9 实时扣费，tlO 下发到手机}。参照图4是本发明mo流图，包括步骤步骤401，手机用户MS将短信息提交给其归属的SMC，SMC根据短信的目的号码将 短信路由到归属地ISMG，与smc连接的是smsProxy模块，故此smsProxy接收到属于自己网 关的短信mo ；步骤402，在smsProxy处理过程中，对于神州行用户，需要实时向G-SCP发送计费 请求，计费成功则转入下一步转发流程，即根据mo中SP信息判定SP所属网关，如果目的SP 接入地为本地网关，则将mo转发给Mostore，否则通过前转给目的SP的接入地ISMG ；步骤403，smsISMG接收外地ISMG转过来的mo，并且将mo转给Mostore以便递交 给目的SP;步骤404，Mostore存储所有的mo，通过smsICP连接SP，根据不同的mo的自己的 目的SP将mo递交给相应的SP。参照图5本发明Petri网mo模型1，建立的Petri网如图3_10( 二)所示，其中库 所 P = {p0 手机 pi :SMC, p2 smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore，p7 :SP}；
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变迁T = {tl 手机通过基站转发本地短信中心SMC或者发送到外地网关，t2 业 务处理(路由选择到所属的网关，t3 业务处理(分析是否本地和神州行用户)，t4 实时扣 费，t5 :ISMG接收到本地mo转发到Mostore，t6 :Fwd连接外地网关转发到SP，XI :Mostore 通过smsICP连接SP转发本地mo)参照图6Petri网mo模型2，考虑信息的回转，即在p7到p0加了一个变迁和两条 弧，表示上面已经介绍到的mt转发即从SP下发短信到手机的过程。参照图7是本发明Petri网mo模型3，Petri网模型是由状态机、标识图、和自由 选择网(FC)组成的简单模型，取M(p) >= 1，即在pi放多于一个标识，其结构灵活的。参照图8是本发明多业务处理模块mt的p/t图，对网关系统(ISMG)进行mt流程 性能分析，由于下发流程的分支的多样性，故此我们采用典型流程，即对一般情况下即没有 意外情况时下发流程进行分析，包括以下步骤步骤801，本地SP通过本地ICP下发mt短信；步骤802，mt短信目的手机属于本地网关，故此发给本地DSMP ；步骤803，短信通过鉴权和计费处理后，进行安全检查；步骤804，成功通过安全检查，发给smsProxy ；步骤805，smsProxy业务处理模块判断用户为非神州行用户，直接发下发到短信 中心(SMC)，再下发到用户手机。上述步骤，都是单一处理模块，没有考虑负载均衡和业务分担时候的时间效率。考虑tl 从SP连接ICP到成功下发短信到ICP的时间；t2 :ICP处理业务，判断是否属于本地网关，并且成功发送短信到DSMP时间；t3 在DSMP向dsmp服务器请求鉴权和计费处理和转发到安全检查模块smmc的时 间；t4 在smmc发送短信内容到安全检查服务中心进行安全检查以及返回处理结果 的时间并且加上转发短信到smsProxy的时间总和；t5 在smsProxy处理神州行扣费问题和转发到短信中心(smc)的时间；t6 从短信中心(smc)下发短信到手机的时间。故此非多处理模块时候整个mt下发时间为Tl = tl+t2+t3+t4+t5+t6。参照图9是本发明实施第一种方案，从SP下发短信到手机所需要时间为T2 = r3+r4+r6+r8+r9+rll由于采用负载均衡技术，有了三个ICP同时处理业务，即同样的短信下发，可以同 时下发到三个ICP，连接和处理能力都是相同的，故此处理时间为原来一个ICP时候的1/3， 故此r3 = l/3*tl ；同理可得r4在表示从ICP到DSMP的分支时候r4 = l/2*t2，于是T2 = l/3*tl+l/2*t2+t3+t4+t5+t6参照图10是本发明实施例第二种方案，采用两个ICP，三个DSMP和两个连接外地 网关向外转发短信FwdGateway模块的模型来进行分析。当采用两个ICP和三个DSMP处理 模块时候，从SP下发短信到手机所需时间为T3 = r3+r4+r6+r8+r9+rll = l/2*tl+l/3*t2+t3+t4+t5+t6由于DSMP鉴权和扣费时间较长(因为目前DSMP服务中心控制业务过多，故此返 回结果延迟较长)，而通常由于处理的延时，从ICP转发到DSMP的时间就会延时，基本上平均ICP处理转发时间tl = l/2*t2所以Tl > T2，所以在配置多业务处理模块时候，同样的模块数目，由于延时的不 同，第一种方案比第二种方案效率低。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式
对本发明进行 了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及方法；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有致变之处，综上所 述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
一种基于Petri网的短信网关性能分析与优化方法，其特征在于，包括系统mt建模，系统mo建模和负载均衡技术。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统mt建模，建立的Petri网，其中 库所 P = {pi :sp, p2 :ISMG, p3 :ICP, p4 :DSMP, p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 :smsProxy, p8 :SCP， p9 :smc, pll :mostore, pl2 手机}；变迁 T = {tl :mostore 转发到 sp, tl2 :sp 从外地网关 接入转发到ISMG，tl3 :sp通过本地接入的转发短信到smsICP，t2 处理转发，t3 处理sp业 务，t4 鉴权计费，t5 :Fwd转发mt到外地网关，t6 安全检查，t7 与scp连接的业务处理， t8 与短信中心连接的业务处理，t9 实时扣费，tlO 下发到手机}。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统mo建模，建立的Petri网，其 中库所 P = {p0 手机 pi :SMC, p2 :smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore，p7 SP}；变迁T = {tl 手机通过基站转发本地短信中心SMC或者发送到外地网关，t2 业务处 理(路由选择到所属的网关，t3 业务处理(分析是否本地和神州行用户)，t4 实时扣费， t5 :ISMG接收到本地mo转发到Mostore，t6 :Fwd连接外地网关转发到SP，XI :Mostore通 过smsICP连接SP转发本地mo)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Petri网模型是由状态机、标识图、 和自由选择网(FC)组成的简单模型，取M(p))= 1，即在pi放多于一个标识，其结构是灵活 的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在ISMG(InternetShort Message Gateway)软件设计采用了负载均衡的技术，可以根据系统的硬件资源，任意定义 ISMG软件各功能模块对资源的使用和占用份额，优化硬件和网络资源的配置。
6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，所述方法通过建立的时间Petri网模型 来分析如何在系统中配置业务模块来达到最快的处理，也就是说系统性能是通过时间指标 来确定的。
全文摘要
本发明公开了一种基于Petri网的短信网关性能分析与优化方法。所述方法包括，系统mt建模，系统mo建模和负载均衡的技术。Petri网模型是由状态机、标识图、和自由选择网(FC)组成的简单模型，取M(p)＞＝1，即在p1放多于一个标识，其结构是灵活的。本发明通过建立的时间Petri网模型来分析如何在系统中配置业务模块来达到最快的处理，也就是说系统性能是通过时间指标来确定的。同时ISMG(Internet Short Message Gateway)软件设计采用了负载均衡的技术，可以根据系统的硬件资源，任意定义ISMG软件各功能模块对资源的使用和占用份额。优化整个硬件和网络资源的配置。
文档编号H04W28/08GK101854604SQ20091008094
公开日2010年10月6日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者潘维民 申请人:北京邮电大学