铁 玲 应 明 幼 诸 鸿 文 上 海 交 通 大 学
[摘 要 ]： 宽 带 无 线 系 统 主 要 提 供 宽 带 多 媒 体 数 据 业 务 ， 其 中 万 维 网 共 享 信 息 的 访 问 将 成 为 无 线 系 统 的 重 要 应 用 。 但 是 无 线 信 道 的 窄 带 、 高 延 时 、 高 比 特 差 错 率 等 特 性 ， 使 得 万 维 网 数 据 访 问 的 性 能 不 能 得 到 保 证 。 本 文 给 出 无 线 环 境 下 的 WEB服 务 器 系 统 结 构 ， 引 入 一 无 线 的 WEB代 理 服 务 器 。 在 代 理 服 务 器 中 ， 给 出 能 根 据 无 线 信 道 和 客 户 请 求 特 性 处 理 WEB内 容 的 自 适 应 策 略 ； 并 且 给 出 了 能 改 善 数 据 传 输 性 能 并 提 供 QOS的 两 种 资 源 调 度 策 略 。 仿 真 实 验 表 明 ， 使 用 代 理 结 构 ， 其 文 本 的 响 应 时 间 得 到 改 善 ， 访 问 延 时 减 少 。
[关 键 字 ]：无 线 ； 代 理 服 务 器 ； 自 适 应 ； 调 度
1、引 言
因 特 网 和 数 字 移 动 通 信 技 术 的 发 展 为 移 动 通 信 的 发 展 创 造 了 新 的 机 遇 。 因 特 网 网 中 最 主 要 数 据 业 务 是 万 维 网 ， 万 维 网 具 有 快 速 、 便 利 访 问 大 量 的 信 息 的 特 点 ， 这 使 得 万 维 网 用 户 数 急 剧 增 加 。 通 过 万 维 网 来 进 行 信 息 访 问 将 成 为 移 动 客 户 的 重 要 应 用 。 宽 带 无 线 网 络 提 供 的 数 据 分 组 服 务 可 以 更 好 地 满 足 这 一 应 用 。
CDMA2000和 W－ CDMA中 高 速 通 道 的 理 论 速 率 为 2Mbps。 然 而 有 效 的 无 线 数 据 连 接 是 很 难 实 现 的 ， 其 主 要 原 因 是 受 物 理 和 技 术 的 限 制 。 无 线 信 道 的 特 征 是 窄 带 (CDMA无 线 数 据 服 务 将 能 发 送 9.6～ 14.4bps的 带 宽 )、 高 延 迟 、 高 比 特 差 错 率 (10－ 2)； 移 动 设 备 例 如 1aptop计 算 机 、 便 携 机 、 PDA和 蜂 窝 电 话 的 特 点 是 比 台 式 电 脑 的 资 源 更 加 有 限 ， 同 时 在 硬 件 容 量 、 软 件 以 及 在 连 接 特 征 上 与 有 线 设 备 有 很 大 的 不 同 。 同 时 ， HTTP协 议 和 万 维 网 文 本 都 是 针 对 有 足 够 的 计 算 功 率 、 大 的 屏 幕 、 高 速 的 网 络 连 接 的 台 式 PC机 设 计 的 ， 所 以 ， WEB文 本 就 很 难 在 多 样 化 的 移 动 设 备 中 使 用 。 为 适 应 无 线 信 道 和 移 动 设 备 的 多 样 化 ， HTTP和 WEB文 本 设 计 必 须 进 行 改 进 。
为 了 提 高 万 维 网 服 务 在 无 线 网 络 上 的 性 能 ， 文 本 提 出 了 两 种 涉 及 不 同 内 容 的 解 决 方 案 。 第 一 种 是 无 线 网 络 提 供 基 于 WEB文 本 的 自 适 应 策 略 ， 即 根 据 不 同 的 无 线 和 移 动 计 算 环 境 来 自 适 应 地 调 整 WEB内 容 ； 第 二 种 是 根 据 无 线 通 道 动 态 地 调 度 WEB信 息 流 ， 使 得 信 道 利 用 率 提 高 ， 客 户 的 访 问 请 求 平 均 延 时 减 少 。
2、 无 线 自 适 应 代 理 结 构
无 线 自 适 应 代 理 结 构 包 括 一 个 代 理 服 务 器 、 一 个 客 户 、 一 个 传 统 的 WEB服 务 器 和 一 个 WEB浏 览 器 。 当 一 个 移 动 客 户 通 过 无 线 网 络 访 问 因 特 网 时 ， 其 系 统 结 构 如 图 1。 代 理 服 务 器 放 在 MSC和 因 特 网 之 间 ， 作 为 无 线 网 络 和 有 线 网 络 的 中 介 ， 代 理 服 务 器 能 在 移 动 用 户 和 万 维 网 服 务 器 间 在 请 求 和 发 送 HTTP请 求 和 响 应 时 对 信 息 流 进 行 干 预 。
本 文 中 讲 述 的 无 线 代 理 服 务 器 是 现 有 WEB代 理 服 务 器 的 扩 展 ， 其 主 要 功 能 是 减 轻 无 线 链 路 的 延 时 ， 提 高 无 线 信 道 的 利 用 率 ， 并 使 得 WEB文 本 能 在 不 同 的 终 端 设 备 上 显 示 。 整 个 代 理 服 务 器 的 结 构 如 图 2。 客 户 代 理 支 持 用 户 接 口 ， 实 现 客 户 标 记 ， 说 明 一 些 业 务 特 征 及 多 种 自 适 应 等 级 和 不 同 等 级 的 操 作 。 客 户 代 理 和 服 务 器 代 理 协 作 来 控 制 数 据 处 理 模 块 。 随 着 客 户 设 备 的 容 量 、 WEB浏 览 器 、 用 户 属 性 、 WEB内 容 类 型 的 不 同 ， 可 以 实 现 不 同 的 无 线 自 适 应 等 级 。 代 理 服 务 器 主 要 包 括 以 下 几 个 基 本 的 模 块 ：
(1)客 户 标 记 模 块
如 上 所 述 ， 浏 览 WEB文 本 的 各 种 移 动 设 备 的 类 型 在 硬 件 和 软 件 上 是 非 常 不 同 的 。 不 同 平 台 上 的 WEB浏 览 器 也 有 不 同 的 容 量 。 为 实 现 自 适 应 性 ， 客 户 标 记 模 块 在 接 收 一 个 HTTP请 求 时 ， 修 改 HTTP请 求 头 字 段 ， 标 志 浏 览 器 的 类 型 、 容 量 和 服 务 等 级 ， 并 在 此 模 块 维 护 一 数 据 库 ， 记 录 相 应 的 内 容 。
(2)类 型 鉴 别
在 WEB服 务 器 发 送 一 HTTP响 应 时 。 代 理 服 务 器 的 类 型 鉴 别 模 块 检 查 响 应 头 字 段 和 WEB内 容 ， 抽 取 相 应 的 信 息 来 指 导 数 据 操 作 过 程 。
(3)管 理 模 块
此 模 块 定 期 地 监 测 信 道 和 代 理 服 务 器 的 各 个 模 块 ， 并 且 进 行 维 护 和 故 障 排 除 ； 其 存 储 着 详 细 的 客 户 类 型 、 容 量 、 服 务 等 级 及 相 应 的 自 适 应 策 略 。
(4)特 定 类 型 的 数 据 处 理 模 块
此 模 块 根 据 类 型 鉴 别 给 出 的 信 息 和 管 理 模 块 给 定 的 自 适 应 策 略 来 实 现 对 WEB文 本 的 处 理 ， 实 现 文 本 的 压 缩 和 重 构 。
(5)请 求 调 度 模 块
按 管 理 模 块 给 定 的 信 道 信 息 和 客 户 类 型 说 明 ， 对 信 息 流 进 行 在 线 调 度 。 其 具 体 的 调 度 方 式 将 在 下 文 里 讲 述 。
3、 WEB文 本 的 无 线 自 适 应
无 线 网 络 的 自 适 应 策 略 将 分 为 两 组 ： 第 一 组 是 应 用 层 透 明 的 自 适 应 ， 即 在 无 线 系 统 中 引 入 代 理 结 构 来 提 供 自 适 应 ， 应 用 层 不 必 了 解 自 适 应 过 程 。 代 理 结 构 对 应 用 层 提 供 一 统 一 的 接 口 。 第 二 组 是 应 用 层 了 解 的 自 适 应 ， 即 应 用 层 参 与 自 适 应 过 程 。 本 文 采 用 应 用 层 透 明 的 方 法 来 自 适 应 于 WEB内 容 。
由 于 移 动 终 端 的 容 量 和 体 积 有 限 ， 数 据 传 输 率 将 是 非 常 重 要 的 ， 必 须 减 少 信 息 在 无 线 网 络 上 的 传 输 数 目 。 一 个 最 基 本 的 方 法 是 根 据 移 动 设 备 的 特 点 和 信 道 情 况 ， 在 服 务 器 按 照 特 定 的 质 量 对 特 定 的 HTML数 据 重 构 ， 移 走 一 些 HTML标 记 和 内 容 ， 并 在 客 户 方 解 压 缩 。 我 们 实 现 的 策 略 如 图 3， 其 性 能 如 图 4。
4、 WEB请 求 调 度 模 型
为 了 提 高 WEB请 求 的 性 能 ， 我 们 在 代 理 服 务 器 中 引 入 WEB请 求 调 度 ， 其 功 能 是 按 即 时 网 络 的 情 况 ， 调 整 请 求 的 顺 序 。 使 得 无 线 信 道 带 宽 能 更 加 有 效 地 应 用 。 本 文 提 出 了 两 种 调 度 模 型 。
4.1.系 统 模 型
多 媒 体 应 用 需 要 更 高 带 宽 信 道 传 输 ， 由 于 无 线 网 络 的 信 道 带 宽 窄 ， 因 而 必 须 高 效 地 使 用 这 些 高 速 链 路 。 图 7给 出 了 WEB文 本 传 输 模 型 ， 在 分 组 呼 叫 间 隔 时 间 和 分 组 内 间 隔 时 间 内 ， 无 高 速 传 输 ， 即 在 此 间 隔 内 ， 通 道 可 以 被 使 用 或 由 其 他 用 户 使 用 。 调 度 算 法 正 是 要 完 成 这 样 的 对 进 入 通 道 的 万 维 网 请 求 进 行 排 序 。 本 文 给 出 了 有 两 种 策 略 来 实 现 一 高 速 无 线 通 道 的 服 务调 度 。
(1)资 源 预 留 方 式
本 方 案 采 用 类 似 于 因 特 网 RSVP资 源 预 留 的 方 法 来 进 行 WEB请 求 资 源 预 留 和 服 务 质 量 保 证 。 我 们 采 用 无 线 信 道 中 的 导 频 信 道 来 传 输 信 令 消 息 。 在 连 接 建 立 阶 段 ， 通 过 信 令 的 协 商 ， 来 进 行 录 入 控 制 ， 按 即 时 信 道 的 特 点 决 定 是 否 接 纳 用 户 请 求 。 为 了 更 好 地 利 用 资 源 ， 我 们 可 以 根 据 用 户 提 供 的 服 务 质 量 ， 将 整 个 信 道 划 分 为 多 个 有 不 同 服 务 质 量 的 逻 辑 信 道 ， 各 种 WEB请 求 可 以 按 一 定 的 服 务 质 量 要 求 ， 在 不 同 的 逻 辑 信 道 上 传 输 。 对 于 多 个 逻 辑 通 道 ， 我 们 采 用 在 同 一 信 道 统 计 复 接 WEB请 求 的 方 法 。 有 些 逻 辑 信 道 空 闲 时 可 以 按 一 定 的 调 度 算 法 选 择 要 发 送 的 数 据 。 如 果 无 空 闲 的 信 道 ， 分 组 按 一 定 的 算 法 缓 存 在 队 列 中 。 这 样 做 提 高 了 信 道 利 用 率 。 其 排 队 模 型 如 图 5。 服 务 器 按 一 定 的 基 于 不 同 服 务 等 级 的 调 度 策 略 读 取 数 据 ， 接 收 者 将 执 行 错 误 检 查 ， 并 且 请 求 重 传 错 误 的 分 组 。 只 有 当 所 有 的 数 据 分 组 被 正 确 接 收 ， 高 速 分 组 才 开 始 传 送 新 的 分 组 。
(2)区 分 服 务 方 式
虽 然 资 源 预 留 方 式 能 够 很 好 地 保 证 服 务 质 量 ， 但 实 现 困 难 ， 并 且 扩 展 性 不 好 ， 为 此 我 们 考 虑 简 化 的 设 计 。 我 们 采 用 类 似 因 特 网 网 中 区 分 服 务 的 提 供 QOS的 方 法 ， 在 WEB请 求 到 达 代 理 边 界 时 ， 为 每 个 WEB请 求 分 组 建 立 标 记 ， 其 包 括 这 一 分 组 的 接 收 器 的 标 志 号 和 一 些 有 关 服 务 质 量 的 控 制 信 息 ， 同 时 我 们 可 以 修 改 WEB请 求 的 报 文 头 ， 并 建 立 服 务 协 商 协 议 。 这 样 ， WEB请 求 按 统 计 复 接 的 方 法 放 入 信 道 ， 信 道 中 的 调 度 算 法 将 根 据 包 头 信 息 决 定 服 务 质 量 等 级 ， 并 按 服 务 等 级 决 定 调 度 顺 序 。 在 接 收 方 ， 接 收 器 将 根 据 标 记 和 接 收 方 缓 存 的 情 况 从 信 道 中 抽 取 信 息 。 其 队 列 模 型 如 图 6。
4.2. 仿 真 结 果
通 过 对 WEB信 息 流 的 测 量 ， 万 维 网 流 有 自 相 似 性 能 。 典 型 的 万 维 网 流 片 段 可 以 包 括 多 个 分 组 呼 叫 。 呼 叫 的 具 体 模 型 如 图 7。
可 以 发 现 每 一 分 组 呼 叫 的 分 组 的 数 目 Nip， 或 者 分 组 的 尺 寸 ip， 被 认 为 是 重 尾 统 计 属 性 。 这 样 古 典 的 队 列 理 论 将 不 能 很 容 易 地 实 现 一 系 统 的 性 能 评 价 以 提 供 这 种 服 务 。
为 了 进 行 仿 真 ， 其 流 量 模 型 中 的 两 个 参 数 为 ：
系 统 性 能 可 以 用 平 均 延 迟 时 间 和 平 均 队 列 长 度 来 表 示 。 图 8、 图 9显 示 了 在 传 输 速 率 为 1.024Mbps和 384kbps的 传 输 信 道 上 的 平 均 延 迟 时 间 。
可 见 区 分 服 务 比 预 留 服 务 有 更 好 的 性 能 ， 主 要 表 现 在 ： 平 均 延 迟 很 小 、 队 列 长 度 短 、 所 需 的 缓 存 尺 寸
小 。 但 是 ， 拿 分 组 的 间 隔 时 间 和 传 输 所 需 要 的 时 间 相 比 时 ， 预 留 服 务 的 性 能 将 比 区 分 服 务 好 。
如 果 再 将 WEB文 本 的 适 应 策 略 的 性 能 考 虑 进 去 ， 则 代 理 结 构 的 性 能 将 通 过 计 算 客 户 方 获 得 的 请 求 和 响 应 之 间 的 时 间 间 隔 来 测 量 。 其 性 能 比 较 如 图 4
5、 结 论
本 文 主 要 讨 论 如 何 在 无 线 环 境 中 提 供 更 好 的 万 维 网 服 务 。 本 文 引 入 了 代 理 服 务 器 ， 主 要 功 能 是 在 不 需 要 修 改 目 前 的 客 户 服 务 器 应 用 的 前 提 下 ， 来 实 现 自 适 应 性 能 。 提 出 了 基 于 无 线 信 道 特 征 和 服 务 等 级 的 自 适 应 WEB文 本 策 略 ， 并 给 出 了 两 种 不 同 的 WEB请 求 调 度 策 略 。 仿 真 表 明 ， WEB代 理 服 务 器 结 构 ， 将 能 很 显 著 地 降 低 延 时 ， 提 高 信 道 利 用 率 。
摘自《移动通信》2001.8
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