ASN.1解码器的设计与实现及其在3G中的应用

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【摘要】文章首先解析了asn.1协议的语法和特点，然后针对BER编解码进行了深入探讨，并提出了基于BER编码结构的解码器设计思路，最后给出了3g中ASN.1 BER编码方式话单解码器的应用示例。

【关键词】ASN.1 BER 编解码 3G话单

1 引言

在3G移动通信迅速发展的今天，信息的多样化、复杂化对网络信息传送提出了越来越高的要求，3G通信标准中大量运用了ASN.1（Abstract Syntax Notation One，抽象语法记法1）标准的数据流传递和记录规范，尤其是在话单生成、信令编码等领域。若要深入研究3G网络中的信息传送和处理，了解和掌握ASN.1标准是非常必要的。

ASN.1作为ISO/ITU-T标准，描述了对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式，完全独立于机器、语言和应用程序，任何以数字方式发送的信息（音频、视频、文本、数据等）都可以用ASN.1语法进行数据编解码，完成数据传送。ASN.1更适合现代移动通信中结构化的、复杂的、变化的及可扩展的数据结构。

2 ASN.1的语法结构

ASN.1用两部分描述信息：一部分描述信息内数据、数据类型及序列格式，称为“语法规则”；另一部分描述如何将各部分组成消息，即如何编码实际消息中的数据，称为“编码规则”。

ASN.1共有四种类型：

（1）简单类型，基本数据单元，没有下层组件；

（2）结构类型，具有组成部分；

（3）标签类型，由其它类型生成；

（4）其它类型，包括CHOICE和ANY类型。

可以使用ASN.1的分配符（::=）给类型和值指定名字，这些名字可以用于定义其它类型或值。ASN.1模块格式如图1所示：

3 BER基本编码规则

ASN.1的基本编码规则定义了一种或多种把任意ASN.1值表示成字节字符串的方法，按值的类型和长度是否已知，可分为三种编码方法：简单定长编码、结构化定长编码和结构化不定长编码。

每种BER编码方法都有三或四个部分：

Identifier octets：定义了ASN.1值的类和标签值，指明编码方法是简单的还是结构化的。

Length octets：对于定长编码方法，它指出了内容字节个数；对于结构化非定长编码方法，它指明长度是不确定的。

Contents octets：对于简单定长编码方法，它给出了值的具体表示；对于结构化的方法，它给出了值内容的BER编码的串联。

End-of-contents octets：对于结构化非定长的编码方法，它表示内容结束；对于其它方法，没有该部分。

下面进一步说明BER中Identifier octets、Length octets、Contents octets和End-of-contents octets的定义及结构。

（1）Identifier octets

该字段分为两种类型，较小的标签值（标签值=0～30）和较大的标签值（标签值≥31）。

较小的标签值由一个字节构成，如图3所示，bit8和bit7表示类；bit6表示是否为结构化，0表示编码方法是简单化的，1表示是结构化的；bit5～1给出了标签值。

较大的标签值由两个或多个字节组成，结构见图4。第一个字节形式如较小标签值字节结构，但是bit5～1均为1；第二个和以后的字节给出标签值，基于128，最高位在前，以便使用尽可能少的数字，除了最后一个字节以外，每个字节的bit8都置为1，最后一个字节的为0。

（2）Length octets

Length octets分为三种格式：短型（长度在0至127之间）、长型（长度在128至（21008-1）之间）和不定长型。

短型：由一个字节构成，bit8为0，bit7～1表示长度。

长型：由2～127个字节构成。第一个字节的bit8为1，bit7～1表示后面有多少个用于表示实际长度的字节。第二个和随后的字节给出实际长度，基于256，高位数字在先。

不定长型：由一个字节构成，值为0x80（十进制为128）。

三种类型的具体结构如图5所示。

（3）Contents octets

若为简单类型结构，该部分直接给出了值的具体表示；对于结构类型和在其基础上由隐式标签生成的类型，是值组件BER编码的串联（隐式标签的下层值）；对于在任何类型基础上使用显式标签生成的类型，是下层值的BER编码。

（4）End-of-contents octets

对于结构化非定长的编码方法，它表示内容结束，用两个字节表示，取值为00 00；对于其它方法，没有该部分。

根据以上介绍，我们可以用各种语言编写构建解码器来处理3G通信网中的信息。下面以笔者编写的软交换话单分析器解码用ASN.1 BER格式编码的二进制软交换3G话单为例，说明ASN.1解码器在3G网络中的应用。

4 ASN.1 BER解码程序设计思路

根据BER编码语法特点，读取二进制数据后，最终解码出的是一层层的标签值和对应的内容，因此解码器的设计首先要构建好存放ASN标签和内容的容器。然后再将读取的二进制数据根据BER语法进行判断，以决定是否需要进一步解析标签和数据内容，直至到达最底层的标签为止，这时要用到递归调用。在解析完每一层标签的同时，获取该层标签和数值，并存放于ASN容器当中。具体思路如下：

（1）首先创建一个ASN数据结构，由标签和内容两部分组成。

（2）然后创建一个byte类型的数组，并把整段二进制文件读入数组。

（3）读取数组中的首个字节，根据bit6判断标签类型是否为结构化，0表示简单化，1表示结构化。

若为简单化标签，则直接获取首字节的bit5～1作为标签数值。

若为结构化标签，则读取第二个和后续字节，直到后续字节的bit8为0为止，基于128，从第二个和后续字节获取标签数值；然后递归调用本方法，直到读取到最底层，标签变为简单化为止。

（4）获取完当前标签值后，用“-”与上层标签文本合并，明确表示出标签值和层级关系，如“A6-A7-80”的形式；接着向下读取表示内容长度的字节，由该字节的bit8判断长度字节是短型还是长型，0表示短型，1表示长型。

若为短型结构，则直接从该字节的bit7～1获取内容长度。

若为长型结构，则首字节的bit7～1表示后面有多少个用于表示实际长度的字节，第二个和随后的字节给出实际长度。

（5）根据得到的长度，读取后续字节，以获取该标签对应的数据内容。

（6）将标签和内容写入ASN数据结构，用于进一步释义。

（7）根据标签值和内容，对照话单格式规范，对各个字段进行释义，并写入数据库作为解码后的话单进行存储和查询。

以上思路中的递归调用比较重要，由于标签结构层数未知，需要根据标签类型判断是否继续获取下一层标签，以达到完整提取数据内容的目的。在递归调用中，可增加一个异常处理，用于防止死循环，即调用次数不能大于下一层内容的字节数，否则终止递归调用。

5 ASN.1解码器在3G中的应用

为演示解码器的工作原理，首先用一个二进制话单文件来说明数据结构。表1是一个短信始发话单的原始数据，蓝色表示ASN.1标签，绿色表示长度，白色区域表示内容。

利用设计好的解码器将话单进行ASN.1解码后的标签和值见表2。

利用解码器将原始话单解码后，再存入数据库，即可按需进行各种类型的查询和分析。除话单外，还可解码由ASN.1编码的信令、媒体流等信息。

6结束语

本文对ASN.1的语法结构和BER编解码结构进行了分析，并针对BER特点提出了解码器的实现方法，对解码的难点和关键点进行了阐述，利用递归完成了嵌套层的解码，最后举例说明了ASN.1解码器在3G中的应用。

作为网络发展方向，信息传递需要标准的表示方法，ASN.1的应用日益广泛，本文的语法解析和设计思路正适用于网络维护和程序开发等领域。

参考文献

[1]ISO 8824-1. ITU-T X.680: Specification of basic notation[S].

[2]ISO 8824-2. ITU-T X.681: Information object specification[S].

[3]ISO 8824-3. ITU-T X.682: Constraint specification[S].

[4]ISO 8824-4. ITU-T X.683: Parameterization of ASN.1[S].

[5]（美）Andrew Troelsen,著. 朱晔,肖逵,张大磊, 等译. C#与.NET 3.5高级程序设计（第4版）[M]. 北京: 人民邮电出版社,2009.

【作者简介】

李 鹏：中国联合网络通信有限公司邢台市分公司网络管理中心副经理，网络工程师，通信工程师，曾主持多项MSC、HLR、IGW及WCDMA软交换开局建设和割接工程。

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