Introduzione
Un messaggio SMS, così come specificato dall'organizzazione Etsi ( www.etsi.org ) nei documenti GSM 03.40 e GSM 03.38, può essere lungo sino a 160 caratteri. Ogni carattere è codificato con 7 bit e fa parte di un set ristretto di 127 caratteri detto alfabeto di default a 7 bit. I messaggi ad otto bit (per un massimo di 140 caratteri) generalmente non sono visualizzabili dai telefoni come messaggi di testo, ma sono usati per la trasmissione di dati quali immagini o suonerie.
I messaggi a 16 bit (per un massimo di 70 caratteri) sono invece utilizzati per la trasmissione di messaggi di testo in formato Unicode (UCS2).

Il formato PDU
Esistono principalmente due modi per ricevere ed inviare messaggi SMS: il formato testo (non disponibile su alcuni telefoni) ed il formato PDU (protocol description unit). In definitiva, una applicazione in grado di leggere dei messaggi SMS può usare sia la modalità testo sia la modalità PDU, tuttavia utilizzando la prima modalità, l'applicazione è limitata ad un set di opzioni preimpostate mentre utilizzando il formato PDU si ha una maggiore flessibilità.

Formato di un messaggio PDU in ricezione
La stringa PDU di un messaggio in ricezione contiene non soltanto il testo del messaggio vero e proprio, ma anche un insieme di meta-informazioni riguardo il mittente, il centro servizi SMS, il time stamp d'invio, ecc. Tutte queste informazioni sono in forma di ottetti esa-decimali o semi-ottetti decimali.
Un ottetto esadecimale è la rappresentazione, sotto forma di stringa esadecimale, del valore di un byte, ottenuto invertendo l'ordine dei nibble o più semplicemente l'ordine delle due cifre esadecimali. Ad esempio il valore decimale 207 (esadecimale CF) è rappresentato dalla stringa 'FC'.
I semi ottetti decimali rappresentano un numero in formato decimale ottenuto invertendo a due a due l'ordine di apparizione delle cifre. Ad esempio il numero del centro servizi 39 34 92 00 02 00 è codificato in semi-ottetti decimali come 93 43 29 00 20 00. Se il numero di cifre non è pari viene aggiunta una F in coda al numero prima dell'inversione.
Il seguente messaggio, in formato PDU, è quanto ricevuto con il messaggio 'Ciao'

0791934329006060040C9193434774422600002050922242300804C374F80D

infatti

07 - la lunghezza del numero del centro servizi (SMSC) espressa in numero di ottetti
91 - tipo del numero del centro servizi SMSC (91 indica il formato internazionale dei numeri di telefono)
93 43 29 00 60 60 - il numero del centro servizi (espresso in semi ottetti decimali)
04 - il primo ottetto del messaggio SMS-DELIVER
0C - lunghezza del numero del mittente espressa in numero di caratteri
91 - tipo del numero del mittente
93 43 47 74 42 26 - il numero del mittente (espresso in semi ottetti decimali)
00 - TP-PID
00 - TP-DCS
20 50 92 22 42 30 08 - TP-SCTS Time Stamp
04 - TP-UDL Lunghezza del messaggio. Se il TP_DCS specifica il formato a 7-bit, la lunghezza è il numero di blocchi di 7 bit.
C3 74 F8 0D - il messaggio 'Ciao' codificato

Il numero del centro servizi e il numero del mittente sono espressi in semi ottetti-decimali.
Il TP-Data Coding Scheme fornisce informazioni riguardo la codifica, la compressione e l'alfabeto utilizzato. Il valore 00 specifica un testo non compresso, che utilizza l'alfabeto di default , di classe 0 (Immediate display).
Il TP-Service Center Time Stamp specifica l'istante di invio del messaggio. I primi sei caratteri (3 ottetti) rappresentano la data nel formato anno-mese-giorno, i successivi sei l'orario nel formato ore-minuti-secondi. L'ultimo ottetto indica, invece, la time zone riferita a GMT. In particolare ogni unità rappresenta 15 minuti e se il bit più significativo è a 1 il valore indicato è negativo.
Anche il time stamp è espresso in semi ottetti decimali, quindi la data

0x20 0x50 0x92 0x22 0x42 0x30 0x08

indica il 20 Maggio 2002 22:24:03 GMT+2

Formato di un messaggio PDU in trasmissione
Al messaggio precedentemente analizzato in ricezione corrisponde il seguente in trasmissione:

079193432900200011000C919343477442260000AA04C374F80D

07 - La lunghezza del numero del centro servizi. Se la lunghezza è 0, viene utilizzato il numero memorizzato nel telefono. Questo valore è opzionale, e su alcuni telefoni l'utilizzo del numero interno è implicito.
91 - Tipo del numero del centro servizi
93 43 29 00 20 00 - il numero del centro servizi
11 - Il primo ottetto del messaggio SMS-SUBMIT
00 - TP - Message-Reference. Il valore 0 fa si che il telefono imposti da solo questo numero
0C - Lunghezza del numero di telefono del destinatario
91 -Tipo del numero di telefono del destinatario
93 43 47 74 42 26 - il numero di telefono del destinatario codificato in semi ottetti decimali
00 - il TP-PID Protocol Identifier
00 - il TP-DCS
AA - il TP-VP Validity Period
04 - la lunghezza del messaggio
C3 74 F8 0D - il messaggio codificato

Il periodo di validità specifica entro quanto il messaggio può essere consegnato. Superato questo periodo il messaggio viene scartato dal centro servizi. Il periodo può essere espresso in forma relativa, assoluta e accresciuta.
Nella forma relativa la validità è espressa da un solo ottetto che viene interpretato in base allo schema di figura 1.

Figura 1 - Significato del TP-VP

Codifica a 7 bit
Questo tipo di codifica consiste nel trasformare una sequenza di caratteri a 7 bit (septet), appartenenti all'alfabeto GSM di default, in una sequenza di byte (octet).
L'algoritmo compone i singoli byte del messaggio operando nel seguente modo:
il carattere di sette bit è trasformato in un byte aggiungendo come bit più significativo il bit più a destra del secondo carattere. Il bit più a destra del secondo carattere viene così consumato. Per otterenere un nuovo byte necessitano, quindi, i due bit meno significativi del terzo carattere. Iterando il procedimento otteniamo una codifica come quella dell'esempio in figura 2

Figura 2 - Esempio di codifica a 7 bit

Gli algoritmi per la codifica e la decodifica, possono essere implementati in Java nel modo seguente:

/**
* Questo metodo ritorna una stringa che rappresenta
* in forma esadecimale
* il messaggio passato come parametro codificato nel formato 7-bit
* encoded data
*
* @param message il messaggio da codificare
* @return il messaggio codificato
*/
public static String encode(String message)
{
StringBuffer encodedMessage = new StringBuffer();

// Conversione dei caratteri ISO8859-1 nei corrispettivi
// caratteri dell'alfabeto di default
//
message = isoTogsm(message) ;

int bits = 0 ;
int bitsLength = 0 ;

for(int i=0; i < message.length() ; i++)
{
char c = message.charAt(i);
bits |= (c << bitsLength);
bitsLength += 7;

while (bitsLength >= 8)
{
char octet = (char) (bits & 255);
encodedMessage.append(JSmsUtils.toHexString(octet));
bits >>>= 8;
bitsLength -= 8;
}
}

if( (bitsLength > 0) )
encodedMessage.append(JSmsUtils.toHexString(bits));

return encodedMessage.toString();
}

/**
* Questo metodo decodifica un messaggio codificato nel
* formato 7-bit encoded data
*
* @param message la stringa esadecimale del messaggio codificato
* @return il messaggio decodificato
*/
public static String decode(String message)
                   throws NumberFormatException {
StringBuffer decodedMessage = new StringBuffer() ;

int bits = 0 ;
int bitsLength = 0 ;

for(int i=0; i < message.length() ; i+=2) {
  char c = (char)Integer.parseInt(message.substring(i,i+2),16);

  bits = (c << bitsLength) | bits ;
  bitsLength += 8 ;
  while (bitsLength >= 7){
    char septet = (char) (bits & 127);
    decodedMessage.append(septet);
    bits >>>= 7;
    bitsLength -= 7;
  }
}

  // Conversione dei caratteri dell'alfabeto di default
  // nei corrispettivi caratteri ISO8859- 1
  //
  return gsmToIso(decodedMessage.toString()) ;
}

Le due funzioni isoToGsm e gsmToIso si occupano di trasformare una stringa di caratteri ISO8859 in una stringa di caratteri dell'alfabeto Gsm di default, in base alla seguente tabella di conversione:

Esecuzione di comandi AT per l'invio di un messaggio
La lettura o la spedizione di un messaggio SMS avviene inviando una serie di comanti AT, attraverso la porta seriale, dal computer al telefonino.

L'utilizzo delle porte seriali e parallele in Java è reso possibile mediante l'utilizzo delle API Java Communication.
Queste API possono essere utilizzate per scrivere delle applicazioni, indipendenti dalla piattaforma, che accedono alle porte di comunicazione disponibili. Le funzionalità messe a disposizione dalle javacomm possono essere così riassunte:

1. enumerazione delle porte disponibili su un sistema
2. apertura e blocco di una porta
3. comunicazione sincrona e asincrona
4. gestione degli eventi di cambio stato

Di seguito è riportato il codice per l'apertura di una porta seriale

CommPortIdentifier portId = null;
Enumeration portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

while (portList.hasMoreElements()) {
  portId = (CommPortIdentifier) portList.nextElement();
    if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL){
      if (portId.getName().equals( portName )) {
        serialPort = (SerialPort)portId.open(JSms.class.getName(),
                                             2000);
        break ;
      }
    }
}

if (serialPort==null) throw new Exception("Serial port " +
                                portName + " not found.") ;

outStream = serialPort.getOutputStream();
inStream = serialPort.getInputStream();
serialPort.setSerialPortParams(bitRate,SerialPort.DATABITS_8,
SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE);

Il ciclo while scorre le porte disponibili sulla macchina sino ad individuare quella con il nome indicato. Se la porta non viene trovata, viene rilanciata una eccezione, altrimenti vengono creati gli stream per l'input e l'output.
L'ultima istruzione, infine, imposta i parametri di comunicazione della porta seriale.
Una volta ottenuti gli stream di input ed output, possiamo inviare al telefonino i comandi AT necessari per gestire i messaggi SMS. I comandi AT di nostro interesse sono:

Inizializzazione:
ATE0 - disabilita l'eco dei comandi
ATQ0 - abilita le risposte del DTE

Invio:
AT+CMGF=0 - imposta il formato PDF
AT+CMGS=lunghezza_messaggio - invia un messaggio

Ricezione:
AT+CMGL - Legge tutti i messaggi
AT+CMGR=numero_messaggio - Legge un messaggio

Il comando AT+CMGS deve essere seguito dal messaggio in formato PDF terminato dal caratte '\032'
Volendo inviare il messaggio PDU codificato in precedenza, dobbiamo quindi inviare, in successione, le seguenti stringhe:

AT+CMGF=0\015
AT+CMGS=52\015
079193432900200011000C919343477442260000AA04C374F80D\032

Ogni stringa AT per poter essere eseguita deve essere terminata dal carattere '\015', quindi, occorre aggiungerlo in coda ad ogni comando inviato al telefonino. Se l'esecuzione di un comando AT fallisce, il telefono risponde con un codice di errore del tipo:

+CMS ERROR: <err>

I codice numerici di errore principali hanno il seguente significato:

300 Phone failure
301 SMS service of phone reserved
302 Operation not allowed
303 Operation not supported
304 Invalid PDU mode parameter
305 Invalid text mode parameter
310 SIM not inserted
311 SIM PIN necessary
312 PH-SIM PIN necessary
313 SIM failure
314 SIM busy
315 SIM wrong
320 Memory failure
321 Invalid memory index
322 Memory full
330 SMSC (message service center) address unknown
331 No network service
332 Network timeout
500 Unknown error

Per verificare se l'esecuzione di ogni comando è andata a buon fine, occorre leggere i messaggi di risposta del telefonino. Per leggere occorre registrare un listener degli eventi generati dalla porta seriale. Questo viene effettuato con le istruzioni

serialPort.addEventListener( serialPortEventListener );
serialPort.notifyOnDataAvailable(true);

La classe listener deve implementare l'interfaccia SerialPortEventListener definendone il metodo serialEvent. Il codice seguente mostra una implementazione del metodo serialEvent che legge i dati dalla porta e li elabora, una riga per volta, ogni volta che incontra la sequenza di caratteri cr e lf.

public void serialEvent(SerialPortEvent event) {
  if (event.getEventType() == SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE){
    int n;

 try{
  while ( (n = inStream.available()) > 0) {
    n = inStream.read(readBuffer, bufferOffset, n);
    bufferOffset += n;
  
    //
    //
    if((readBuffer[bufferOffset-1] == 10)
        && (readBuffer[bufferOffset-2] == 13)) {
      String newLine = new String(readBuffer,0,bufferOffset-2);
      // Elaborazione della riga ricevuta
      //
      lineRecived( newLine );
      bufferOffset = 0;
    }
  }
 }
  catch (IOException e) {
  ………….
  }
 }
}

Conclusioni
Gli SMS sono ormai un nuovo modo di comunicare che si è diffuso di pari passo con i telefonini, grazie alla immediatezza e alla economicità. Una applicazione può sfruttare gli SMS tutte le volte che la criticità dei messaggi non consente l'invio di una semplice mail (ad esempio la segnalazione di malfunzioni di sistemi che richiedono un intervento umano tempestivo).
Java, con le API Javacomm, consente di sfruttare le potenzialità degli SMS dimostrando, ancora una volta, di essere un linguaggio flessibile e completo.

Bibliografia

[1] Javacomm - http://java.sun.com/products/javacomm
[2] Etsi - http://www-etsi.org