曹常义
摘要：从协议和网络结构两个方面对构筑在GPRS之上的WAP进行了分析，并就分组数据接入过程进行了讨论。
关键词：WAP GPRS 接口方案
一、引言
WAP协议为一个统一、开放的标准，它支持各种无线承载技术，包括短消息、电路交换式的和分组数据。亦即，WAP提供了一种建立在无线数据网络载体上的应用平台。构筑在承载网络之上的WAP无需对承载网络改动，只需在原有承载网络中加入WAP网关，建立与相关应用服务器或Internet相连，同时采用支持WAP的移动终端（见图1）。对GSM网络不同的数据载体而言，WAP应用于网络中的网络结构也有所不同。构筑在GSM SMS（短消息）或GSM USSD（非结构补充业务数据）之上时，图1中与WAP网关相连的可选设备就是SMSC（短消息控制中心）或USSDC（USSD控制中心）；若采用CSD（电路交换数据业务）作数据载体，则图1中的可选设备就会换用接入服务器，实现点对点连接；若数据载体采用的是GSM GPRS，则要通过GPRS两个支持点之一的网关支持点GGSN完成无线网络和WAP网关的连接。
与SMS、USSD和CSD相比，GPRS具有频带宽，可动态分配，能更有效地利用宝贵的无线信道资源的优点。这样，可以有效地解决WAP应用中的“瓶颈”问题。同时，GPRS移动终端无需拨号而即刻连接，并支持虚拟连接，可从网络获得有关信息。因此，构筑在GPRS之上的WAP更能有效地为无线终端用户提供便捷高效的应用，是目前最佳的方案。
二、构筑在GPRS之上的WAP的协议栈模型
承载网络可分为基于IP的承载网络（如CSD、CDPD、iDEN、GPRS等）和非基于IP的承载网络（如SMS、USSD、FLEX等）。WAP在这两种不同的承载网络之上构筑应用时，采用的规范会有所不同，其主要差异表现在WAP的传输层。前者采用UDP/IP协议，而后者采用WDP（无线数据协议）。GPRS是基于IP的分组交换网络，所以采用UDP/IP来完成WAP传输层的功能，并向高层协议提供套接字接口。构筑在GPRS之上的WAP的协议栈如图2所示。
在图2中，SGSN和GGSN是GPRS的两个支持节点，负责GPRS网络的移动性管理和路由管理。构筑在GPRS之上的WAP应用主要是由这两个接点完成连接。当然，这里的GGSN和SGSN都应加入对WAP的支持。SGSN是GPRS的业务支持节点，主要是用来记录移动台的当前位置信息，并在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的收发；GGSN则主要起网关的作用，可以和多种不同的外部数据网连接，如Internet，X.25等。GGSN把GSM网中GPRS分组数据包进行协议转换，传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
UDP是无连接的，提供高效率的服务，对GPRS向上层提交的数据报进行重新组装。为了标识通信的进程，UDP仍采用协议端口为进程访问传输服务提供入口点。无线事务层（WTP）提供了一种轻型的面向事务的协议，适合在“瘦型”客户机（移动台）上实现。该层协议主要作用是在客户端和服务器端传送信息时，采用事务的方式，以便在数据报业务之上完成适合无线环境的信息传输。WTP协议的主要用途是为WSP提供建立在不可靠数据报业务之上的可靠的事务业务。针对面向无连接的网络采用无线消息控制协议（WCMP）来完成差错的检测和控制。
但是，针对人们对WAP协议提出的大数据量的传输和长连接会话这种面向连接的要求，WAP论坛下属的无线协议组（WPG）协同IETF的PILC工作组制定了相关的协议标准，引入了TCP协议的扩充协议“无线TCP”（WTCP）来实现面向连接的WAP接入。这种方案主要是针对无线网络窄带宽、高时延和高误码率等固有特点而提出的。因为固定网中数据包丢失主要是由于链路的传输错误、小区切换等原因所致。新引入的WTCP协议直接建立在IP层之上，占据了原有WDP和WTP协议的位置，为大数据量的传输和长连接会话的应用提供传输层的功能。构筑在GPRS之上的WAP存在IP层功能，所以在IP之上实现无线网络中的WTCP使用就更为方便。
三、构筑在GPRS之上的WAP的网络结构
在图3所示的网络结构中，定义了WAP网关/代理服务器和无线电话应用（WTA）服务器。WAP服务器完成与Internet网的连接，为Internet网提供基于WML编程语言的文体资源，以便被移动终端接收浏览。WTA服务器则完成WTA所提供的对电话呼叫和特征控制机制所作的特定扩展。目前，WTA以函数库和接口的形式提供3类服务：
（1）通用网络服务：完成诸如呼叫建立和响应独立于网络类型的业务；
（2）特定网络服务：只有运行于WTA用户代理中的内容才能访问这种面向特定类型网络和通用网络扩展的服务；
（3）公共服务：没有任何限制地访问业务。
WTA服务器和Web服务器一样，只是它提供的是话音数据。其用户代理可像Internet的Web浏览器那样，用URLs在WTA服务器上标识信息。同样地，WTA服务器也能利用URL及相应的编程，通过关联应用，可与移动网络（如IN-node，智能节点）和其他实体（如语音信箱系统）建立交互的业务。移动用户可通过使用浏览器方式的用户接口，应用各种智能业务而不需修改移动终端。具体说，WTA允许手机接入各种电话功能（如呼叫控制、电话簿访问和来自WML Script applet中的电文信息）。这样，运营商就能够开发各种电话应用并且将其集成到WML/WML Script服务中（例如，对于呼叫转移服务，运营商可提供一个用户接口，提醒用户决定是接受呼叫、转移到它处还是将其转发成一个语音邮件等）。
位于电路交换网（PSTN/ISDN/GSM等）与IP网之间的接入服务器（Network Access Server）是远程访问接入设备，它将拨号用户接入IP网。电路方式的WAP业务必须通过接入服务器与GSM互联。
WAP网关是在无线网络之上构筑应用的关键设备，它主要完成以下功能：
（1）协议转换。将来自WAP协议栈的请求翻译到WWW协议栈（HTTP和TCP/IP）中；
（2）内容编码和解码。网关把Web内容译成压缩编码的格式，以减少数据包的大小和数量；
（3）使不同类型无线网络的移动终端用户可以通过同一个WAP网关浏览各种WAP内容和应用；
（4）使不同Web服务器共享WAP网关的基本功能，将来自不同Web服务器上的数据聚合起来，缓存经常使用的信息，从而减少手持设备的应答时间；
（5）与数据库接口，使用来自无线网的信息（如位置信息），来为某些以组用户动态定制WML页面。
实现GPRS和WAP连接的接口主要有两种：一种是标准的GSM接口，它是WAP网关的适配层部分与下层网络的接口；另一种是与网络实体和数据库的接口，它一般使用现存的专用的网络接口，如CAP、MAP、INAP等。
四、移动终端的接入过程
该WAP网络能提供两种数据和话音移动业务。针对这两种不同的业务，移动终端的接入过程是不同的。WAE代理主要负责移动终端的数据业务接入，而WTA代理/服务器则负责完成话音业务的接入。
1.移动用户接入外部数据网要经过3个过程
（1）GPRS附着过程（Attach）
移动用户开机后，WAP手机（或者是WAP-GPRS双特性手机）监听无线信道，收听系统信息，然后在系统信息给出的控制信道上发送请求，系统接到请求后，给移动终端分配无线信道，移动台（MS）在系统分配的无线信道上向SGSN发送一个附着请求，启动附着过程。SGSN收到附着请求后，向SGSN发送信息Identity Request（Identity Type＝IMSI），请求MS的IMSI。MS以一个Identity Response将它的IMSI告知SGSN，SGSN用取得的IMSI到HLR中请求认证，并对MS进行鉴权。MS认证通过后，SGSN向HLR发送Update Location消息。之后，HLR发送消息Insert Subscriber Data给SGSN，该消息包括MS的GPRS签约数据（GPRS Subscriber Data）。若MS的GPRS签约数据允许MS在当前路由区内附着，SGSN将向HLR返回消息Insert Subscriber Data Ack，HLR给SGSN返回消息Update Location Ack作为对Update Location消息的回应。最后，SGSN向MS发送消息Attach Accept，表明MS附着成功。
（2）PDP上下文激活过程（PDP Context Activation）
MS附着成功后，就建立了MS与GPRS网络之间的通信通道，要想通过WAP网关接入外部数据网，还必须发起PDP上下文激活过程，建立移动终端与外部数据网的数据通路。
MS附着成功后，PDP上下文通过用户输入的访问点名（APN）被激活。移动终端向SGSN发送激活PDP上下文请求信息（消息中带有APN，PDP地址，服务质量等信息），SGSN收到PDP上下文请求消息后，请求DNS（域名服务器）对APN进行解析，得到该APN对应的GGSN的IP地址，同时SGSN向GGSN发送PDP上下文请求消息，GGSN收到请求消息后，对该用户进行认证。认证通过后，GGSN向SGSN返回建立PDP上下文响应消息。最后，SGSN向移动终端发送激活PDP上下文接收消息。至此，MS与GPRS网络之间完全建立了数据通路。
（3）WAP应用的接入过程
对于WAP用户而言，必须通过WAP网关完成WAP应用的接入过程后才能实现WAP终端与数据网的通信。用户经过移动终端键入URL后，在内嵌的WAP浏览器或WTAI中把URL译成用户要访问Internet网址，通过无线信道以无线信号的方式接入到GSM GPRS无线移动网络中。而后，经过GPRS附着过程和PDP上下文之后，接入到WAP网关，通过WAP网关把WAP协议方式译成HTTP协议方式，就可接入IP网络获取Internet资源。在这个过程中，WAP网关提供的是一种应用，为WAP终端接入GPRS网络获取GPRS提供的宽频带高速率的分组业务（数据业务和话音业务）提供了保证。
2.移动终端获取话音业务的接入过程
移动终端获取话音业务，同样要经过GPRS附着过程，但与接入数据业务所不同的是不再需要PDP上下文激活过程，而是通过WTAI（WTA接口）接入到WTA服务器。WTA主要完成话音和数据集成API和用于无线的推送（push）等功能，应用开发者可从浏览器中启动电话呼叫，并在网络事件发生时即时应答。WTA API通过业务控制点、语音信箱中心或HLR等网络接口完成该工作，网络接口允许应用监视和启动移动网络事件，因此应用可依这些事件作出反应或更新信息。
3.WAE代理的数据业务和WTA代理的话音业务的区分和分离
WTA业务是通过调用WTA和WTAI功能函数库实现的，这些业务的初始化过程如图4所示。
针对网络而言，WAE代理的数据业务和WTA代理的话音业务的区分和分离是在WAP传输层实现的，WAP传输层通过定义一套新的端口号把WTA业务从普通的WAE业务中分离出来。WTA会话必须通过特定的WTA端口，WTA用户代理不能从WTA会话以外获得WTA信息（见图5）。
五、路由管理
构筑在GPRS之上WAP应用网络中的路由管理主要是由GPRS网络完成的寻址和建立数据传送路由。主要表现在：
1.MS发送数据时的路由建立
MS产生一个分组数据单元（PDU），这个PDU经过SNDC层处理为SNDC数据单元，然后经过LLC层处理为LLC，再经空中接口送到GSM网中MS所处的SGSN。SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网（PDN）中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给PDN的用户。为了提高传输效率，保证传输的安全，可对空中接口上的数据作压缩和加密处理。
2.MS接收数据时的路由建立
一个PDN用户传送数据到MS，首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元（如PSPDN中的PDU），通过已建立的路由把数据单元（PDU）送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上GSN，把PDU封装成SNDC数据单元，再经过LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给MS。
3.MS处于漫游时的路由建立
一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的用户，必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户。
六、结束语
WAP业务在中国开通已近一年了，纵观整个WAP市场，可以看出中国WAP投资的主要特点：ICP与系统、终端产品制造商的结盟；政府投资，独立运作；投资渠道和投资形式的多元化。尽管国内WAP已经作出了高投入，但用户端市场尚未形成规模。中国的WAP业务从开通之日起，就陷入了萎靡不振的景况，这主要是因为存在手机设置复杂、运营商推广力度不够、支持WAP的内容网站和应用系统不多、采用CSD方式WAP费用无法降低、运营商完全不理会信息提供商的利益以及运营商网关无法提供WTLS、移动电子商务难以开展等问题。
正是基于当前WAP市场的不景气，有人认为WAP技术将随着3G的到来而消失。其实不然，无线环境下，WML浏览器是必要的，因为它是最优化的设计，它包含了独特的人机接口和小屏幕、位置信息的提供、与电话应用的结合、非浏览器模式“Pushed”信息，同时WAP也提供内容服务需要的标准和平台支持。另外，频谱资源的不免费性使GPRS不可能仅仅依靠TCP和HTTP畅通地进行INTERNET网络资源的接入，而WAP却可以在GPRS网络之上更好地利用宽带资源。
目前，GPRS实验网的成功也为下一代在许多地区的投入使用奠定了基础。在分组化的GPRS网络平台上，开放WAP应用可以很好地满足用户对易用、便携、低成本等特性的要求，提供包括实时多媒体通信、文件共享和协同工作等，这无疑是目前最具有吸引力的选择。
因此，“GPRS＋WAP”是中国移动互联网市场的一个理想发展模式。WAP具有“应用驱动”的特点，能否获得成功，关键是能否贴近市场。
不可否认，WAP存在着一定的技术缺陷，但任何一项新技术都是从不完善到完善，WAP论坛下一步的标准已经考虑将支持彩色图形、动画、在大文件下载、多媒体、基于位置的服务、设备供应、先进的人机界面数据同步等；下一代的WAP将包括XHTML和IP。相信利用高速率的GPRS网络，日益完善的WAP将是移动网络的最佳选择。
摘自《电信网技术》2002.1
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