CN103648107A - 一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法 - Google Patents

Abstract

一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，适用于GSM网络，系统包括移动终端监管基站模块，监管基站数据处理模块，监管用户身份模拟控制模块，语音/短信息监管模块，监管状态控制模块，语音处理模块，监管用户身份模拟模块，移动终端与移动终端监管基站模块通信，移动终端监管基站模块连接监管基站数据处理模块，监管用户身份模拟模块与监管用户身份模拟控制模块、语音/短信息监管模块以及语音处理模块通信，代替移动终端接入GSM网络。该方法可获取移动终端监管基站模块覆盖下的移动终端用户的IMSI号，在PC系统上同时实时处理移动终端的语音通信和短信息，并进行信息存储，实现对移动终端语音通信和短信息通信的安全监管。

Description

一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法

技术领域

本发明是一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，适用于GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通信系统）网络，属于信息安全技术领域。当移动终端位于移动终端监管基站模块的覆盖范围内时，通过移动终端与移动终端监管基站模块之间建立的无线通路，移动终端监管基站模块首先获取移动终端的用户身份信息，然后将该用户身份信息传输到监管用户身份模拟模块，完成移动终端与GSM网络的通信。在此过程中同时实时提取、监控移动终端的语音通信内容以及短信息通信内容，并存储备份。实现了同时对移动终端语音通信及短信息的实时安全监管。

背景技术

随着现代社会的移动通信技术飞速发展，人们之间的信息传递越来越依赖于无线通信服务。GSM网络是目前全球最庞大的网络，其用户量最大，其无线通信服务不断地增强完善。其中，手机作为最为常见的GSM网络的移动终端，在人们的生活中得到了极大的普及，成为人们交流与联系必不可少的工具。在GSM移动通信系统中，提供的最基本的服务就是短信息与语音通话服务。语音通话服务允许用户的语音信息实时地传输到通信对端。而短信息服务允许用户的文字信息发送并存储于通信对端的移动终端上，方便随时查阅。基于GSM移动通信系统的便利的信息交流功能，用户会利用GSM移动通信系统传输敏感信息，因此针对特定对象实行语音及短信息通信的安全监管是十分有意义的。

为了实现对GSM移动终端用户的语音通信安全监管和短信息通信安全监管，国内外许多研究机构对此进行了研究。主要实现方式可以分为四种。第一种为在移动终端上运行监管进程，平常处于隐藏状态，当移动终端进行语音通信或者短信息通信时启动语音或短信息监管，监管者可以获取移动终端的语音通信内容和短信息内容，甚至可以处理通信内容，能够同时实现语音通信和短信息通信的安全监管。这种监管方式通常要接触得到移动终端并在移动终端上进项相关的设置，启动监管进程。由于此种方法依靠移动终端的操作系统，所以使用范围会受到限制。当前比较流行的手机操作系统分别为苹果的IOS，谷歌的android以及微软的WP，版本更新很快，而移动终端使用的版本参差不齐。所以此种方法的应用会十分受限。第二种为使用芯片式窃听器的方法，安装在移动终端的听筒中，只能实现对语音通信的监听。这种方式必须能够接触得到被监听的移动终端，以完成窃听器的安装。前两种方法都是针对移动终端。第三种方法利用SIM（Subscriber Identity Module，用户身份识别模块）卡复制工具复制指定的SIM卡，实现两张甚至多张SIM卡对应同一个用户，这样每一张SIM卡都可以获取相同的语音通信内容和短信息内容，实现同时对语音通信和短信息通信的监听。这种方法需要可以接触到监管对象的SIM卡，并有充足时间完成SIM卡的复制。另外，最新的SIM卡带有自毁功能，当强行读取SIM卡的内容时会自动销毁SIM卡内数据，使得SIM卡的复制几乎不可能。这种方法针对移动终端的用户，因为获取SIM卡需要用户的个人信息，所以针对性更强。第四种方法为截获移动终端的空中信息进行语音通信和短信息通信的监听。这种方法可以同时监管语音通信和短信息通信，而且，可以分别针对移动终端和移动终端用户。此外，这种方法不需要接触到移动终端以及移动终端用户，所以很难被察觉。只是一般此类设备成本较大，使用复杂，主要被安全部门使用，设备专业性强，技术含量高，不适合一般机构和个人使用。只有第一种方法可以实现主动处理监管移动终端的通信内容，其余三种方法只能做到被动的监听移动终端的通信内容。

赖超等人在“基于Android平台的手机后台监听技术”一文中提到采用在Android平台后台监听短信、监听通话以及监听网络。但是需要在手机上手动启动后台监听程序。专利申请号为03153615.8发明公开了一种实现空中监听的方法及其监听设备，设置监听设备与所在小区的频点相同，搜索监听设备所在小区的公共信道；根据公共信道的配置建立对应于被监听移动终端的前向业务信道和反向业务信道，实现空中监听。因为只是接收空中信号，无法起到安全监管的功能，只能实现被动监听。专利申请号为200720305218.3发明描述了一种手机监听系统，实现使用一台手机来监听另一台手机，实现了对被监控手机的语音通信的监听。该发明需要对被监听的手机安装被监听控制装置与调频调制与发射装置，在监听手机安装监听控制装置和调频接收装置。因为对手机配置过多，不方便实际使用。专利申请号为201210038932.6发明描述了一种移动终端语音通信安全监管的设备和方法，利用安全监管基站获取移动终端用户的IMSI（International Mobile Subscriber Identity Number，国际移动用户识别码），以移动终端用户的身份与正常基站交互，建立通话通路，实现对语音通信的安全监管。该发明仅仅实现了对语音通信的安全监管，无法安全监管短信息通信。专利申请号为201210098437.4发明描述了一种移动终端短信息监管的设备和方法，通过移动终端无线接入监管基站使得范围内的移动终端接入并附着，从而获取移动终端身份信息接入真是GSM网络，获取移动终端的短信息内容。实现短信息通信的安全监管。但是，对于移动终端的语音通信的安全监管无能为力。

发明内容

技术问题：本发明的主要目的在于提出了一种运行在Unix系列系统下，对处于GSM网络之内的移动终端的语音通信和短消息通信同时进行安全监管的方法，属于信息安全领域。采用本发明的技术，可以获得移动终端监管基站覆盖范围内的移动终端的IMSI，提取、安全处理并传输移动终端建立语音通路之后的语音通信内容，并将语音通信内容存储。于此同时通过提取、安全处理并传输移动终端接收和发送的短信息内容，实现对短信息内容的存储。从而实现了同时对移动终端的语音通信安全监管以及短信息通信的实时安全监管。

技术方案：本发明提供出一种对位于移动终端监管基站覆盖范围内的移动终端的语音通信和短信息通信进行安全监管的方法。主要包含七部分：移动终端监管基站模块，监管基站数据处理模块，监管用户身份模拟控制模块，语音/短信息监管模块，监管状态控制模块，语音数据处理模块，监管用户身份模拟模块。

移动终端监管基站模块，实现了GSM网络无线接口基站的射频收发、数字基带和变频变换的功能。接收信号时，射频前端收发电路接收空中GSM信号，并转换至中频，经过数字模拟转换电路转换为数字信号，基站控制电路进一步处理数字信号，并通过USB2.0数据传输接口传输到PC系统。发送信号时，基站控制电路通过USB2.0数据传输接口接收PC系统发来的数据，处理后经过数字模拟转换电路，射频前端收发电路，发送到移动终端。

监管基站数据处理模块，运行调制解调与纠错编解码进程和GSM协议处理进程。调制解调与纠错编解码进程用软件的方式实现信号的调制解调与纠错编解码算法。GSM协议处理进程是根据GSM标准实现的协议软件，为GSM网络的接入口。从BTS（Base TransceiverStation，基站收发信台）向上，完全替代传统GSM运营商的网络交换构架。实现覆盖范围内移动终端接入移动终端监管基站模块，获取移动终端用户IMSI以及语音通信内容和短信息内容。

监管用户身份模拟控制模块，运行锁定监管用户进程和用户身份验证进程。对移动终端用户身份信息和移动终端用户身份的模拟过程进行管理，锁定监管用户进程获取移动终端用户的身份信息，利用用户身份验证进程创建移动终端用户身份。当移动终端用户建立语音数据的传输通路进行语音通信和收发短信息时会再次启动用户身份验证进程确认移动终端用户的身份，从而实现与GSM运营商的GSM网络的连接。

语音/短信息监管模块，包含语音监管部分和短信息监管部分。语音监管部分运行查询语音进程和语音通路建立进程并包括语音传输服务器。其中语音传输服务器使得PC充当一个通信服务器，利用移动终端用户的IMSI注册为SIP（Session Initiation Protocol，会话初始化协议）用户。查询语音进程运行于语音通信监管的被叫阶段，向监管用户身份模拟模块查询是否有语音呼叫请求。语音通路建立进程同时运行于语音通信的被叫与主叫阶段，建立语音数据的传输通路。短信息监管部分运行查询短信息进程和收发短信息进程并包括短信息数据库。其中查询短信息进程运行于短信息接收阶段，向监管用户身份模拟模块查询是否有未发送到移动终端用户的短信息。收发短信息进程运行于短信息接收和发送阶段，接收阶段从用户身份模拟模块中获取未发送到移动终端用户的短信息，传输到监管基站数据处理模块，通过移动终端监管基站模块发送至移动终端；发送阶段从监管基站数据处理模块获取短信息内容，通过监管用户身份模拟模块发送到GSM网络中。如果需要，收发短信息进程同时实现短信息内容的安全处理。

监管状态控制模块，运行定时器，状态切换进程和状态监控进程。由于监管用户身份模拟模块的限制。PC系统不能同时查询监管移动终端用户的语音通信请求和短信息通信请求。需要监管状态控制模块自适应地切换查询语音进程和查询短信息进程。其中以查询语音进程为主，状态监控进程实时地获取语音/短信息监管模块的运行状态，与定时器的定时结果共同决定状态切换进程的运行时机。状态切换进程决定运行语音查询进程或是短信息查询进程。定时器决定移动终端空闲时的状态切换时机。状态监控进程决定移动终端忙碌时的状态切换时机。

语音数据处理模块，运行语音数据预处理进程，语音数据编解码进程，语音数据发送进程和语音数据合成存储进程。语音数据预处理进程和语音数据编解码进程对接收到的语音数据进行处理，压缩编解码，通过语音数据发送进程，送入PC声卡还原成模拟语音信号通过音频接口传输到监管用户身份模拟模块，或者按照SIP协议打包传输到语音传输服务器。同时语音数据合成存储进程获取PCM格式原始语音帧，存储在本地存储空间。如果需要，语音数据编解码进程同时实现语音通信内容的安全处理。

监管用户身份模拟模块，包括GSM协议处理电路，天线阵列，SIM卡模拟电路，RS232串口数据传输接口，响应控制命令接口和语音传输接口。SIM卡模拟电路利用RS232串口数据传输接口传输的移动终端用户的身份信息模拟SIM卡，与GSM协议处理电路连接，通过天线阵列，实现移动终端用户语音通信和短信息通信。响应控制命令接口接收PC系统的控制命令，并予以响应。语音传输接口用于传输移动终端用户的语音通信内容。

有益效果：本发明实现的是一种对GSM网络之下的移动终端同时进行语音通信和短信息通信安全监管的设备和方法。适用于GSM网络，能够实现同时对GSM移动终端以及GSM移动终端用户的语音通信和短信息通信的实时安全监管。使用获取移动终端的空中信号并转发的方法，不依赖于移动终端的特性，不需要接触移动终端或者移动终端用户，不影响移动终端的正常使用。当移动终端进入移动终端监管基站模块的覆盖范围内，获取移动终端用户的身份信息。确定安全监管移动终端用户，利用移动终端用户的身份信息，完成监管用户身份模拟模块对移动终端用户身份的模拟，实现移动终端用户的入网操作。当移动终端用户有语音通信和短信息通信时，运行PC系统的语音/短信息监管模块，与监管用户身份模拟模块建立数据传输通路，实现移动终端用户正常的语音通信和短信息通信。同时，语音通信内容及短信息内容被存储于PC系统的硬件存储设备中，监控人员可以随时调用查看。

本发明是一种利用移动终端监管基站模块实现GSM空中信号捕获的设备和方法，在GSM网络中使用中间人的方式同时实现对移动终端的语音通信和短信息通信进行监管。不需要运营商提供的硬件接口，也不需要对移动终端进行任何的操作。同时，不会影响到移动终端正常的语音通信和短信息通信。只要移动终端处于移动终端监管基站模块的覆盖范围内，可以获取移动终端的身份信息，安全监管语音通信内容以及短信息内容，实现对移动终端的语音通信和短信息通信的监管，通用性好。同时，本发明设备具有体积小，成本低廉，容易移动的特点，使用方便。

本发明克服了同时对语音及短信息通信的安全监管会造成系统冲突，数据丢失的困难，在不接触用户SIM卡的同时间接实现SIM卡的复制（SIM卡模拟），可控地建立对移动终端和GSM网络都透明的语音及短信息通信通路，并获取移动终端的语音通信内容和短信息内容；更进一步，可以对语音通信内容和短信息内容进行安全的处理，不仅仅是被动的监听。

附图说明：

图1是本发明的整体框图；

图2是本发明的整体原理结构图；

图3是本发明的实现原理图；

图4是本发明的移动终端监管基站模块结构图；

图5是GSM网络的用户身份认证流程图；

图6是本发明的语音通信监管流程图；

图7是本发明的短信息通信监管流程图；

图8是本发明的监管状态切换流程图；

具体实施方式：

以下结合附图对本发明中的关键技术和具体实现方法进行详细说明。

如图1所示，为本发明的整体框图，同时对移动终端的语音通信与短信息通信进行安全监管的装置和主要方法有：移动终端监管基站模块1，监管基站数据处理模块2，监管用户身份模拟控制模块3，语音/短信息监管模块4，监管状态控制模块5，语音数据处理模块6，监管用户身份模拟模块7。本发明的应用场景包括：目标移动终端，移动终端监管基站模块1，PC以及运行在GSM运营商的GSM网络下的监管用户身份模拟模块7。移动终端监管基站模块1通过USB2.0数据传输接口与PC相连，使用的通信接口为USB2.0。监管用户身份模拟模块7分别通过RS232串口数据传输接口，响应控制命令接口和语音传输接口与PC相连。RS232串口数据传输接口使用的通信接口为RS232，响应控制命令接口使用的通信接口为USB2.0，语音传输接口使用的通信接口为3.5mm音频接口。启动PC，进入Unix操作系统，运行监控程序。

如图2所示的整体原理结构图可见，本发明装置主要包括七大部分：移动终端监管基站模块1，监管基站数据处理模块2，监管用户身份模拟控制模块3，语音/短信息监管模块4，监管状态控制模块5，语音数据处理模块6，监管用户身份模拟模块7。所述的移动终端监管基站模块1包括基站控制电路1-1，射频前端收发电路1-2，数字模拟转换电路1-3，USB2.0数据传输接口1-4。所述的监管基站数据处理模块2包括调制解调与纠错编解码进程2-1，GSM协议处理进程2-2。所述的监管用户身份模拟控制模块3包括锁定监管用户进程3-1，用户身份验证进程3-2。所述的语音/短信息监管模块4包括查询语音进程4-1，语音通路建立进程4-2，语音传输服务器4-3，查询短信息进程4-4，收发短信息进程4-5，短信息数据库4-6。所述的监管状态控制模块5包括状态监控进程5-1，状态切换进程5-2，定时器5-3。所述的语音数据处理模块6包括语音数据预处理进程6-1，语音数据编解码进程6-2，语音数据发送进程6-3，语音数据合成存储进程6-4。所诉的监管用户身份模拟模块7包括GSM协议处理电路7-1，天线阵列7-2，SIM卡模拟电路7-3，RS232串口数据传输接口7-4，响应控制命令接口7-5，语音传输接口7-6。

系统的工作流程如下：启动PC，进入Unix操作系统，移动终端监管基站模块1通过USB2.0数据传输接口与PC相连，监管用户身份模拟模块7分别通过RS232串口数据传输接口，响应控制命令接口和语音传输接口与PC相连，运行监管程序。当移动终端位于移动终端监管基站模块1的覆盖范围内时，射频前端收发电路1-1接收到移动终端的GSM信号，并从高频调制到基带。数字模拟转换电路1-2将接受到的移动终端信号由模拟信号转换为数字信号，传输到基站控制电路1-3进行初步的解调，并通过USB2.0数据传输接口1-4传输到监管基站数据处理模块2的调制解调与纠错编解码进程2-1，该进程进行最终的解调操作和纠错解码操作，将解析出的数据包交给GSM协议处理进程2-2，该进程根据GSM协议分析出移动终端用户的IMSI号。监管基站数据处理模块2将移动终端用户的IMSI号交给监管用户身份模拟控制模块3的锁定监管用户进程3-1，该进程将移动终端用户的IMSI号通过监管用户身份模拟模块7的RS232串口数据传输接口7-4传输到SIM卡模拟电路7-3，开始对移动终端用户身份的模拟，在移动终端用户身份模拟过程中运行用户身份验证进程3-2，向移动终端用户请求身份信息，传输到SIM卡模拟电路7-3。SIM卡模拟电路7-3利用移动终端用户身份信息通过GSM协议处理电路7-1和天线阵列7-2向GSM运营商的GSM网络验证身份，完成移动终端用户的身份验证，实现移动终端用户的身份模拟。移动终端用户身份模拟后，监管用户身份模拟控制模块3将模拟的移动终端用户的IMSI号传输到语音/短信息监管模块4，默认运行语音监管，并通知监管状态控制模块5当前的监管状态。监管状态控制模块5的状态切换进程5-2接收状态监管进程5-1和定时器5-3的输出，判断合适的查询语音进程4-1和查询短信息进程4-4切换时机。对模拟成功的移动终端用户的语音/短信息通信监管分成四种状态处理，分别是语音通信的主叫和被叫以及短信息通信的接收和发送。由于监管用户身份模拟模块7使用AT指令，导致不能同时实现语音通信被叫监管和短信息通信接收监管，通过监管状态控制模块5以特定算法最优化地实现两种状态的切换。

语音监控的主叫状态，当移动终端用户发起语音通信请求，移动终端监管基站模块1和监管基站数据处理模块2将呼叫信息交给语音通路建立进程4-2向语音传输服务器4-3注册移动终端用户身份，并通知监管用户身份模拟模块7有语音主叫请求。随后，监管用户身份模拟模块7通知用户身份验证进程3-2运行移动终端用户身份验证，实现整个语音呼叫通路的建立。

语音监控的被叫状态，查询语音进程4-1一直通过响应控制命令接口7-5向GSM协议处理电路7-1查询语音通信请求。当移动终端用户有语音通信请求，监管用户身份模拟模块7通知用户身份验证进程3-2运行移动终端用户身份验证，随后通知查询语音进程4-1利用语音通路建立进程4-2向语音传输服务器4-3注册移动终端用户身份，实现整个语音呼叫通路的建立。

语音呼叫通路建立后，语音数据经由语音数据处理模块6处理、存储和传输。语音数据预处理进程6-1首先对语音数据初步处理，便于语音数据编解码进程6-2的编解码操作，将解析出的语音数据通过语音数据发送进程6-3传输的同时，由语音数据合成存储进程6-4实现语音的存储。语音数据通过监管用户身份模拟模块7的语音传输接口7-6传输，由GSM协议处理电路7-1处理，天线阵列7-2收发。实现了对语音通信内容的存储，并根据需要，语音数据编解码进程6-2对语音通信内容进行安全处理，达到语音通信安全监管的目的。

短信息监控的发送状态，当移动终端发送短信息时，短信息内容传输到收发短信息进程4-5通过响应控制命令接口7-5通知GSM协议处理电路7-1发送短信息。监管用户身份模拟模块7通知用户身份验证进程3-2运行移动终端用户身份验证，将短信息通过天线阵列7-2发送。

短信息监控的被叫状态，查询短信息进程4-4通过响应控制命令接口7-5向GSM协议处理电路7-1查询移动终端未收到短信息。当移动终端有短信息时，短信息先存储于监管用户身份模拟模块7，并通知查询短信息进程4-4启动收发短信息进程4-5将短信息转发至移动终端。

收发短信息进程4-5在传输短信息内容时根据需要对短信息内容进行安全处理，并自动将收发的短信息内容存储于短信息数据库4-6。实现了对短信息通信双方短信息内容的处理和存储，达到短信息通信安全监管的目的。

对工作流程总结如图3所示。对于移动终端来说，移动终端监管基站被视为GSM网络的一部分，即GSM网络的无线接口，移动终端将发送到GSM网络上的数据全部发送到本系统的移动终端监管基站模块1。对于GSM网络来说，监管用户身份模拟模块7被视为移动终端，GSM网络发送给移动终端的数据全部发送到监管用户身份模拟模块7。PC系统作为中间人传输并处理GSM网络和移动终端之间的通信的内容，实现对移动终端的语音通信和短信息通信的监管。

1.移动终端监管模块1：主要负责GSM信号的接收和发送，为一个USB可编程设备，由USRP（Universal Software Radio Peripheral，通用软件无线电外设）和一个功率放大器组成。USRP使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作，充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。功率放大器为射频前端收发电路的一部分，用于放大发送的GSM信号功率。

1）基站控制电路1-1，为FPGA处理芯片，及外部辅助电路。FPGA芯片型号为Altera Cyclone EP1C12Q240C8，用于数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作。同时协调数字模拟转换电路1-2的操作和与PC的数据传输。

2）射频前端收发电路1-2，用于上变频欲发送GSM信号到载频发送，以及接受GSM信号并下变频到基带频率。使用RFX900高性能的收发子板，该子板是专门为900MHz频段而设计的。标准的输出功率为200mW，噪声系数为8dB噪声系数。RFX900配备ISM波段滤波器，用于抑制902～928MHz频段之外的射频信号。

3）数字模拟转换电路1-3，用于数字信号和模拟信号之间的转换，包括4个高速模数转换器（ADC），每个ADC的采样频率为64MS/s，量化精度为12位。4个高速数模转换器（DAC），每个DAC的采样频率为128MS/s，量化精度为14位。

4）USB2.0数据传输接口1-4：传输速度480Mb/s，型号为CypressEZ-USB FX2，包括一个8051处理器，一个串行接口引擎（SIE），一个USB收发器，片上RAM，FIFO存储器以及一个通用可编程接口（GPIF）。可与任何ASIC或DSP进行接合，并且它还支持所有通用总线标准，包括ATA、UTOPIA、EPP和PCMCIA。EZ-USB FX2完全适用于USB2.0，并向下兼容USB1.1。

2.如图3所示，监管基站数据处理模块2：软件方式完成GSM基站的协议数据的处理工作，使PC像一个GSM基站一样处理GSM数据。因此处于移动终端监管基站模块1覆盖范围内的移动终端会自动与移动终端监管基站通信，并认为是GSM运营商的GSM网络基站而通过移动终端监管基站模块1与GSM网络通信。

1）调制解调与纠错编解码进程2-1：使用软件的方式解决GSM设备的GSM信号调制解调和纠错编解码问题。将从移动终端监管基站模块1接受到的GSM数字信号利用开源软件解调、纠错并解码为GSM协议数据格式。将待发送的GSM协议数据利用开源软件实现编码和调制，传输到移动终端基站模块1发送。

2）GSM协议处理进程2-2：基于开源软件的GSM标准协议。如图4所示，可以分为3层，分别是物理传输层、数据链路层和网络层。物理传输层是用于提供传输比特流的物理链路。数据链路层建立GSM各系统之间进行消息通信所需的可靠专用数据链路。网络层是收发和处理信令消息的实体，功能最为重要。网络层又分为无线资源管理层、移动性管理层和接续管理层。无线资源管理层为移动终端建立数据传输路径和信令路径。移动性管理层处理移动终端的位置信息。接续管理层处理路由功能。这里与GSM网络中基站的协议处理不同的是，能够响应监管用户身份模拟控制模块3的移动终端用户身份信息请求；能够与收发短信息进程4-5完成移动终端的短信息通信；并能够使用基于SIP协议传递语音数据到语音通信服务器4-3实现语音通信，替代了传统的借助于MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心）的方法。

3.监管用户身份模拟控制模块3：获取移动终端用户的身份信息，作为中间人传输移动终端用户的身份信息，使GSM网络将监管用户身份模拟模块7认证为移动终端用户。

1）锁定监管用户进程3-1：向监管基站数据处理模块2请求获取当前处于移动终端监管基站模块1覆盖范围内的移动终端用户的IMSI号，并通知监管用户身份模拟模块7开始对此IMSI号的用户进行身份模拟，模拟开始后，所有与移动终端用户的通信都将通过监管用户身份模拟模块7。

2）用户身份验证进程3-2：当移动终端用户接入GSM网络、收发短信息和建立语音通信时，都需要向GSM网络验证自己的身份（鉴权）。用户身份验证进程3-2实现当监管用户身份模拟模块7替代移动终端用户接入GSM网络、收发短信息和建立语音通信时的移动终端用户的身份验证。如图5为GSM协议中的移动终端用户的身份验证流程。当移动终端用户有服务请求时，VLR（Visitor Location Register，拜访位置寄存器）将移动终端用户的IMSI号发送到HLR（HomeLocation Register，归属位置寄存器），HLR根据IMSI号获取移动终端用户预先存储在HLR中的Ki（Key identifier，鉴权密钥），使用A3算法加密随机选取的随机数数RAND，得到加密结果SERS1。HLR将RAND和SERS1发送到VLR，VLR再将RAND发送到移动终端用户。因为移动终端用户也保存Ki，所以可以通过RAND计算出SERS2。移动终端将SERS2发送到VLR，如果SERS2与SERS1相等，则通过身份验证。在此过程中，用户身份验证进程3-2获取监管用户身份模拟模块7接收到的发送给移动终端用户的RAND并转发给移动终端用户计算SERS₂，并获取SERS₂发送到监管用户身份模拟模块7完成身份验证。

4.语音/短信息监管模块4：建立语音数据传输通路和短信息数据传输通路，获取并传输监管移动终端的语音通信内容和短信息内容。

1）语音监管，如图6所示。主要负责语音数据的获取与传输。工作方式因语音主叫或语音被叫情况而有所不同。在语音主叫情况下，并不需要查询语音进程4-1；而在语音被叫情况下，需要查询语音进程4-1。在语音主叫和语音被叫情况下的语音建立进程4-2的功能也有不同。

（1）查询语音进程4-1：在语音被叫情况下，因为监管用户身份模拟模块7不会主动地通知PC系统有语音呼叫请求，所以查询语音进程4-1不断地询问监管用户身份模拟模块7是否有语音呼叫请求到来。当有语音呼叫请求到来，查询语音进程4-1启动语音通路建立进程4-2。

（2）语音通路建立进程4-2：在语音主叫情况下，由于移动终端主动地与移动终端监管基站模块1通信，通知监管基站数据处理模块2建立移动终端与移动终端监管基站模块1之间的语音数据传输通路。因此语音通路建立进程4-2只需要向语音传输服务器4-3注册，建立监管基站数据处理模块2和语音数据处理模块6之间的语音通信传输通路。在语音被叫情况下，语音通路建立进程4-2要通知监管基站数据处理模块2控制移动终端监管基站模块1与移动终端通信，建立语音数据传输通路，随后向语音传输服务器4-3注册，建立监管基站数据处理模块2和语音数据处理模块6之间的语音数据传输通路。

（3）语音传输服务器4-3：支持SIP协议，和监管基站数据处理模块2建立连接。通过向语音传输服务器4-3注册（一般使用移动终端用户的IMSI号），将语音数据封装为SIP数据包，实现语音数据处理模块6与监管基站数据处理模块2之间传输语音数据。

2）短信息监管，如图7所示。主要负责短信息数据的获取与传输。工作方式因短信息接收或短信息发送情况而有所不同。在短信息发送情况下，并不需要查询短信息进程4-4；而在短信息接收情况下，需要查询短信息进程4-4。在短信息发送和短信息接收情况下的收发短信息进程4-5的功能也有不同。

（1）查询短信息进程4-4：在短信息接收情况下，因为监管用户身份模拟模块7接收到新的短信息不会通知PC系统，所以查询短信息进程4-4需要向监管用户身份模拟模块7查询未读短信息状态。当有未读短信息存在时，从监管用户身份模拟模块7中读出未读短信息内容（监管用户身份模拟模块7内同时删除该短信息），传输到移动终端监管基站模块1发送到移动终端。

（2）收发短信息进程4-5：在短信息发送情况下，由于移动终端自动地与移动终端监管基站模块1通信，将短信息内容发送到监管基站数据处理模块2。因此收发短信息进程4-5只需要从监管基站数据处理模块2获取短信息内容，复制一份存储于短信息数据库4-6，并发送到监管用户身份模拟模块7发送短信息。在短信息接收情况下，收发短信息进程4-5从查询短信息进程4-4获取短信息内容，复制一份存储于短信息数据库4-6，并传输到监管基站数据处理模块2，通过移动终端监管基站模块1将短信息发送到移动终端。根据需要，收发短信息进程4-5在传输短信息内容时，提供一个短信息内容处理的接口，可以实现短信息的筛选与过滤等安全功能。

（3）短信息数据库4-6：存储移动终端收发的短信息内容。

5.监管状态控制模块5：由于查询短信息进程4-4和查询语音进程4-1都要占用监管用户身份模拟模块7的响应控制命令接口7-5查询相应的数据，两个进程的运行时互斥的，同时只可以运行其中之一。监管状态控制模块5用合理分配两个查询进程的运行时机。

1）状态监控进程5-1：监控语音/短信息监控模块4当前查询的数据是语音数据或是短信息数据。当查询的数据是短信息数据时，获取监管用户身份模拟模块7中存储的未被移动终端读取的短信息数量。当查询的数据是语音数据时，获取当前语音数据传输状态（空闲、当前正在语音数据传输或者语音数据传输结束）。将监控到的信息传输到状态切换进程5-2处理。

2）状态切换进程5-2：运行流程如图8所示。因为监管用户身份模拟模块7可以缓存一定数量的短信息内容，而语音呼叫请求不允许延后处理。所以大部分时间用于运行查询语音进程4-1。当语音数据传输处于空闲状态时，通过定时器设定每过一段时间切换到查询短信息进程4-4完成短信息的接收。通过查看未被移动终端读取的短信数量确定短信息接收完成时，切换到查询语音进程4-1。重启定时器。当语音数据传输中，即使定时器超时也不运行查询短信息进程4-4，取而代之在语音数据传输结束后立即运行查询短信息进程4-4完成短信息的接收。以此来保证不会丢失任何以此语音呼叫请求和短信息内容。

3）定时器5-3：实现定时功能，由状态切换进程设定定时时间间隔，当定时超时时通知状态切换进程。

6.语音数据处理模块6：语音数据处理模块6通过语音/短信息监管模块4与监管基站数据处理模块2通过SIP协议通信，与监管用户身份模拟模块7通过声卡播放PCM（Pulse Code Modulation，脉码调制信号）格式文件传输语音数据。实现语音数据的传输与存储。

1）语音数据预处理进程6-1：对于从语音/短信息监管模块4接收的SIP数据包根据SIP协议解包，还原出语音数据内容。对于从监管用户身份模拟模块7接收的模拟信号，从声卡读取PCM格式的原始语音。

2）语音数据编解码进程6-2：将从SIP数据包解包出的语音数据进行解压缩解码，还原成PCM格式的原始语音。复制一份传输到语音数据合成存储进程6-4。将从声卡中读取的PCM格式的原始语音复制一份传输到语音数据合成存储进程6-4，并进行编码压缩为语音数据。根据需要，语音数据编解码进程6-2在传输对PCM格式的原始语音处理前，提供一个语音通信内容处理接口，可以实现语音通信内容的进一步安全考虑的处理。

3）语音数据发送进程6-3：将还原的PCM格式原始语音通过声卡播放。将编码压缩的语音数据按照SIP协议封装为SIP协议数据包，发送给语音/短信息监管模块4。

4）语音数据合成存储进程6-4：将从语音数据编解码进程6-2接收的PCM格式原始语音文件分别保存为WAV格式文件，当语音通话结束时，合并两个文件，即为语音录音文件，进行存储。

7.监管用户身份模拟模块7：替代移动终端实现语音通信和短信息通信。

1）GSM协议处理电路7-1：实现GSM协议中终端设备的协议处理，可以实现语音通信和短信息通信。采用EM310，工作于GSM900频段，支持GSM协议，AT指令。通过响应控制命令接口7-5接收并响应AT指令。语音通信时的语音数据通过语音传输接口7-6以模拟音频信号传输。

2）天线阵列7-2：实现GSM信号的收发，采用RF连接器，为50ohm特征阻抗的线缆和天线。

3）SIM卡模拟电路7-3：替代移动终端用户的SIM卡，当GSM协议处理电路7-1需要移动终端用户的身份信息时，SIM卡模拟电路7-3通过RS232串口数据传输接口7-4向监管用户身份模拟控制模块3请求移动终端用的身份信息，传输到GSM协议处理电路7-1，作为移动终端用户SIM卡和GSM协议处理电路7-1之间数据交换的传输器。

4）RS232串口数据传输接口7-4：采用RS232（9针）串口接口。数据传输速率19200波特，传输移动终端用户身份数据。

5）响应控制命令接口7-5：采用UART（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口实现串行通信和AT指令的响应。支持可编程的数据宽度、可编程的数据停止位、可编程的奇偶校验或无校验，支持最高115.2波特率。

6）语音传输接口7-6：采用3.5mm耳机接口发送语音通信数据，支持立体声。采用3.5mm麦克风接口接收语音通信数据，支持立体声。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于；在PC系统上构建监管基站数据处理模块（2）、监管用户身份模拟控制模块（3）、语音/短信息监管模块（4）、监管状态控制模块（5）、语音数据处理模块（6）；启动系统后，处于移动终端监管基站模块（1）覆盖范围下的移动终端与移动终端监管基站模块（1）无线通信，经过监管基站数据处理（2）处理，附着于移动终端监管基站模块（1）之下，并且监管用户身份模拟控制模块（3）获取用户IMSI号，完成监管用户身份模拟模块（7）对移动终端用户的身份模拟；当移动终端有语音通信或者短信息通信时，语音/短信息监管模块（4）在监管状态控制模块（5）的控制下根据通信请求协助移动终端完成通信，对于语音通信启动语音数据处理模块（6）完成语音数据的处理传输以及存储，对于短信息通信，在语音/短信息监管模块内完成处理传输以及存储，实现对移动终端语音通信的安全监管以及短信息通信的安全监管。

2.根据权利要求1所述的一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于：所述的监管基站数据处理模块（2）包括调制解调与纠错编解码进程（2-1）以及GSM协议处理进程（2-2）；所述的调制解调与纠错编解码进程（2-1）在GSM协议处理进程（2-2）和移动终端监管基站模块（1）之间处理并传输GSM数据，实现调制解调和纠错编解码；所述的GSM协议处理进程（2-2）基于GSM标准协议，处理移动终端监管基站模块（1）与移动终端之间的通信，包括信令通信，语音通信以及短信息通信，并获取监管用户身份模拟控制模块（3）所需的移动终端用户的身份信息。

3.根据权利要求1所述的一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于：所述的监管用户身份模拟控制模块（3）包括锁定监管用户进程（3-1）以及用户身份验证进程（3-2）；所述的锁定监管用户进程（3-1）向监管基站数据处理模块（2）请求获取移动终端用户的IMSI号，通知监管用户身份模拟模块（7）启动用户身份模拟；所述的用户身份验证进程（3-2）向监管基站数据处理模块（2）请求获取移动终端用户身份验证响应，发送到监管用户身份模拟模块（7）完成移动终端用户身份验证。

4.根据权利要求1所述的一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于：所述的语音/短信息监管模块（4）包括查询语音进程（4-1）、语音通路建立进程（4-2）、语音传输服务器（4-3）、查询短信息进程（4-4）、收发短信息进程（4-5）以及短信息数据库（4-6）；所述的查询语音进程（4-1）询问监管用户身份模拟模块（7）是否有语音呼叫请求到来；所述的语音通路建立进程（4-2）建立监管基站数据处理模块（2）和语音传输服务器（4-3）之间的语音数据传输通路；所述的语音传输服务器（4-3）实现语音数据处理模块（6）与监管基站数据处理模块（2）之间传输语音数据；所述的查询短信息进程（4-4）向监管用户身份模拟模块（7）查询未读短信息状态；所述的收发短信息进程（4-5）实现短信息内容的传输；所述的短信息数据库（4-6）存储短信内容。所述的语音/短信息监管模块（4）根据移动终端语音通信的主叫与被叫以及短信息通信的接收与发送执行不同的处理，语音通信主叫时实现方法：

1）呼叫发起：移动终端通知移动终端监管基站模块（1）发起语音通信呼叫，监管基站数据处理模块（2）建立移动终端监管基站模块（1）与移动终端之间的语音数据传输通路，并解析被叫方，通知语音通路建立进程（4-2），语音通路建立进程（4-2）通知监管用户身份模拟模块（7）以移动终端用户身份发起语音通信呼叫，并向语音传输服务器4-3注册，建立监管基站数据处理模块（2）和语音数据处理模块（6）之间的语音数据传输通路；

2）身份验证：监管用户身份模拟模块（7）通过监管用户身份模拟控制模块（3）获取移动终端用户的身份信息，借以完成监管用户身份模拟模块（7）的身份验证；

3）建立语音数据传输通路：身份验证成功后，建立监管用户身份模拟模块（7）与GSM网络的语音数据传输通路，建立监管用户身份模拟模块（7）、语音数据处理模块（6）、监管基站数据处理模块（2）、移动终端监管基站模块（1）和移动终端之间的语音数据传输通路。

语音通信被叫时的实现方法：

1）查询呼叫：查询语音进程（4-1）查询监管用户身份模拟模块（7）是否收到呼叫请求，当接收到呼叫请求时，通知语音通路建立进程（4-2）；

2）身份验证：监管用户身份模拟模块（7）通过监管用户身份模拟控制模块（3）获取移动终端用户的身份信息，借以完成监管用户身份模拟模块（7）的身份验证；

3）建立语音数据传输通路：身份验证成功后，建立监管用户身份模拟模块（7）与GSM网络的语音数据传输通路，语音通路建立进程（4-2）通知监管基站数据处理模块（2）建立移动终端监管基站模块（1）与移动终端之间的语音数据传输通路，并向语音传输服务器4-3注册，建立监管基站数据处理模块（2）和语音数据处理模块（6）之间的语音数据传输通路，建立监管用户身份模拟模块（7）、语音数据处理模块（6）、监管基站数据处理模块（2）、移动终端监管基站模块（1）和移动终端之间的语音数据传输通路。

短信息发送时的实现方法：

1）获取短信息：移动终端向终端监管基站模块（1）发送短信息，监管基站数据处理模块（2）通过收发短信息进程（4-5）将短信息内容发送到监管用户身份模拟模块（7），其中收发短信息进程（4-5）根据需要处理短信息通信内容并在短信息数据库（4-6）中备份一份短信息通信内容；

2）身份验证：监管用户身份模拟模块（7）通过监管用户身份模拟控制模块（3）获取移动终端用户的身份信息，借以完成监管用户身份模拟模块（7）的身份验证；

3）短信息发送：身份验证成功后监管用户身份模拟模块（7）将短信息发送到GSM网络上。

短信息接收的实现方法：

1）身份验证：当有发送给移动终端的短信息时，监管用户身份模拟模块（7）通过监管用户身份模拟控制模块（3）获取移动终端用户的身份信息，借以完成监管用户身份模拟模块（7）的身份验证；

2）查询短信息：身份验证成功后监管用户身份模拟模块（7）则获取短信息内容，被查询短信息进程（4-4）得知后，收发短信息进程（4-5）从监管用户身份模拟模块（7）获取短信息内容，根据需要处理短信息通信内容并在短信息数据库（4-6）中备份一份短信息通信内容；

3）短信息接收：收发短信息进程（4-5）将短信息通信内容传输到监管基站数据处理模块（2），监管基站数据处理模块（2）控制移动终端监管基站模块（1）将短信息发送到移动终端。

5.根据权利要求1所述的一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于：监管状态控制模块（5）包括状态监控进程（5-1）、状态切换进程（5-2）以及定时器（5-3）；所述的状态监控进程（5-1）监控语音/短信息监管模块（4）的运行状态；所述的状态切换进程（5-2）根据状态监控进程（5-1）和定时器（5-3）的响应，控制语音/短信息监管模块（4）的运行状态；所述的定时器（5-3）起到定时的作用，当到达指定时间时通知状态切换进程（5-2）。

6.根据权利要求1所述的一种同时实时监管移动终端语音及短信息通信的方法，其特征在于：语音数据处理模块（6）包括语音数据预处理进程（6-1）、语音数据编解码进程（6-2）、语音数据发送进程（6-3）以及语音数据合成存储进程（6-4）；所述的语音数据预处理进程（6-1）对接收到的语音数据进行预处理；所述的语音数据编解码进程（6-2）处理语音数据，主要进行语音数据的编解码和压缩和解压缩，以及根据需要处理语音数据；所述的语音数据发送进程（6-3）将语音数据发送，通过声卡或者协议数据包；所述的语音数据合成存储进程（6-4）将语音数据合成存储，实现对移动终端语音通信的安全监管。

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