[摘 要 ] WAP规 范 了 一 种 建 立 在 各 种 承 载 之 上 的 应 用 平 台 ， 为 移 动 用 户 提 供 了 统 一 、 开 放 的 应 用 接 口 。 在 各 种 承 载 网 络 的 应 用 中 ， 构 筑 在 GPRS(通 用 分 组 无 线 业 务 )之 上 的 WAP是 目 前 最 佳 的 方 案 。 本 文 从 协 议 和 网 络 结 构 两 个 方 面 对 构 筑 在 GPRS之 上 的 WAP进 行 分 析 ， 并 就 移 动 终 端 的 接 入 过 程 作 了 讨 论 。
[关 键 字 ] WAP； GPRS； 接 口 方 案
1. 引 言
WAP协 议 规 范 了 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 和 分 组 数 据 。 也 就 是 说 ， 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 ， 而 只 需 在 原 有 的 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 。 如 图 1。
图1.构筑在GPRS之上的WAP网络结构
针 对 GSM网 络 不 同 的 数 据 载 体 ， 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 )； 如 果 采 用 CSD(电 路 交 换 数 据 业 务 )作 为 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 ； 如 果 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 带 宽 宽 ， 而 且 可 以 动 态 分 配 的 优 点 ， 能 更 有 效 地 利 用 宝 贵 的 无 线 信 道 资 源 。 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 。
2. 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 报 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 (Socket)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 结 点 ， 它 们 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 的 。 SGSN是 GPRS的 业 务 支 持 结 点 ， 它 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 发 送 和 接 收 ： GGSN则 主 要 是 起 网 关 的 作 用 ， 它 可 以 和 多 种 不 同 的 外 部 数 据 网 络 连 接 ， 如 ISDN， PSPDN和 LAN等 。 GGSN还 可 以 把 GSM网 中 GPRS分 组 数 据 包 进 行 协 议 转 换 ， 从 而 可 以 把 这 些 分 组 数 据 包 传 送 到 远 端 的 TCP／ IP或 X 25网 络 。
UDP(User Datagram Protocol， 用 户 数 据 报 协 议 )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 负 责 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 业 务 之 上 的 可 靠 的 事 务 业 务 。
由 于 UDP和 WTP在 数 据 传 输 过 程 中 对 数 据 的 正 确 性 不 作 太 多 的 保 障 ， 为 此 ， WAP论 坛 制 定 了 相 关 的 差 错 控 制 协 议 来 完 成 该 功 能 。 非 基 于 IP的 网 络 中 ， 使 用 的 是 WCMP(无 线 消 息 控 制 协 议 )， 而 基 于 IP的 网 络 则 用 ICMP(国 际 控 制 报 文 协 议 )。 在 GPRS构 筑 的 WAP应 用 中 ， ICMP一 般 用 在 结 点 和 无 线 数 据 网 关 中 ， 用 来 报 告 数 据 处 理 过 程 中 所 遇 到 的 错 误 ， 并 提 供 错 误 产 生 的 信 息 并 进 行 错 误 诊 断 ， 同 时 由 传 输 层 向 管 理 实 体 或 高 层 协 议 提 请 ICMP消 息 报 文 。 所 以 ， 传 输 层 主 要 是 由 WTP、 UDP和 ICMP三 种 协 议 构 成 。
3. 构 筑 在 GPRS之 上 的 WAP的 网 络 结 构
构 筑 在 GPRS之 上 的 WAP的 网 络 结 构 如 图 3所 示 。
在 图 3所 示 的 网 络 结 构 中 ， 定 义 了 两 类 服 务 器 ： WAP网 关 ／ 代 理 服 务 器 和 无 线 电 话 应 用 服 务 器 (WTA)。 WAP服 务 器 完 成 与 INTERNET网 的 连 接 ， 为 INTERNET网 络 提 供 基 于 WML编 程 语 言 的 文 本 资 源 ， 以 便 被 移 动 终 端 接 收 浏 览 。
而 WTA服 务 器 则 完 成 WTA(无 线 电 话 应 用 )所 提 供 的 对 电 话 呼 叫 和 特 征 控 制 机 制 所 做 的 特 定 扩 展 ， 目 前 ， WTA以 函 数 库 和 接 口 的 形 式 提 供 三 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 的 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 。 WTA用 户 代 理 可 以 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 应 用 ， 通 过 关 联 应 用 ， 可 以 与 移 动 网 络 (比 如 ： IN－ node， 智 能 结 点 )和 其 他 实 体 (像 语 音 信 箱 系 统 )建 立 交 互 的 业 务 。 移 动 用 户 可 以 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 地 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 以 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 连 。
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 的 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 翻 译 成 压 缩 编 码 的 格 式 ， 以 减 少 通 过 无 线 数 据 网 络 传 输 的 数 据 包 内 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 ， 并 将 来 自 不 同 的 Web服 务 器 上 的 数 据 聚 合 起 来 ， 并 且 缓 存 经 常 使 用 的 信 息 ， 从 而 减 少 手 持 设 备 的 应 答 时 间 。
⑤ 与 的 数 据 库 接 口 ： 使 用 来 自 无 线 网 络 的 信 息 ， 如 位 置 信 息 ， 来 为 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 ， 这 种 接 口 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 ， 这 种 接 口 一 般 是 使 用 现 存 的 专 用 的 网 络 接 口 ， 像 CAP， MAP， INAP等 。
4. 移 动 终 端 的 接 入 过 程
对 应 用 在 GPRS之 上 的 WAP网 络 而 言 ， 能 提 供 两 种 移 动 业 务 ： 数 据 业 务 和 话 音 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 。
移 动 用 户 接 入 外 部 数 据 网 时 ， 要 经 过 三 个 过 程 ： GPRS附 着 过 程 (Attach)、 PDP上 下 文 激 活 过 程 (PDP Context Activation)和 WAP应 用 的 接 入 过 程 。
移 动 用 户 开 机 后 ， WAP手 机 (或 者 是 WAP－ GPRS双 特 性 手 机 )将 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 ， 将 分 配 无 线 信 道 给 移 动 终 端 。 之 后 ， 移 动 台 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 ， 就 会 向 SGSN发 送 消 息 Identity Request(Identity Type=IMSI)， 请 求 移 动 台 的 IMSI。 移 动 台 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 。 移 动 台 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 移 动 台 的 GPRS签 约 数 据 (GPRS Subscription Data)。 如 果 移 动 台 的 GPRS签 约 数 据 允 许 移 动 台 在 当 前 路 由 区 内 附 着 ， SGSN将 向 HLR返 回 消 息 Insert Subscriber Data Ack， HLR将 向 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 移 动 台 附 着 成 功 。
移 动 台 附 着 成 功 后 ， 就 建 立 了 移 动 台 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 。
PDP上 下 文 激 活 过 程 是 在 移 动 台 附 着 成 功 后 ， 通 过 用 户 输 入 的 访 问 点 名 (APN)被 激 活 的 。 移 动 终 端 向 SGSN发 送 激 活 PDP上 下 文 请 求 消 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 以 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 ， 移 动 台 与 GPRS网 络 之 间 完 全 建 立 了 数 据 通 路 。
但 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 ， 移 动 终 端 就 通 过 内 嵌 的 WAP浏 览 器 或 WTAI把 URL翻 译 成 用 户 要 访 问 INTERNET网 站 地 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 翻 译 成 HTTP协 议 方 式 ， 这 样 ， 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 高 带 宽 高 速 率 的 分 组 业 务 (数 据 业 务 和 话 音 业 务 )提 供 了 保 证 。
当 移 动 终 端 获 取 话 音 业 务 时 ， 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 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及 用 于 无 线 的 推 送 (push)等 功 能 ， 应 用 开 发 者 可 以 从 浏 览 器 中 启 动 电 话 呼 叫 ， 并 在 网 络 事 件 发 生 时 即 时 进 行 应 答 。 WTA API通 过 业 务 控 制 点 、 语 音 信 箱 中 心 或 归 属 位 置 寄 存 器 等 网 络 接 口 完 成 这 个 工 作 ， 网 络 接 口 允 许 应 用 来 监 视 和 启 动 移 动 网 络 事 件 ， 因 此 应 用 可 以 根 据 这 些 事 件 作 出 反 应 或 更 新 信 息 。
WTA(无 线 电 话 应 用 服 务 器 )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 道 。 如 图 5所 示 。
5. 结 束 语
WAP从 提 出 到 现 在 的 运 营 ， 是 伴 随 着 GPRS的 提 出 和 发 展 的 ， 人 们 的 眼 光 开 始 从 WAP移 向 被 称 为 2 5代 的 GPRS， WAP从 原 来 的 受 宠 地 位 逐 渐 变 成 被 批 评 指 责 的 对 象 。 事 实 上 ， WAP是 一 个 上 层 协 议 ， 是 建 立 在 各 种 无 线 网 络 之 上 的 应 用 ， 其 目 的 是 为 用 户 提 供 统 一 、 开 放 的 应 用 平 台 ， 而 屏 蔽 各 种 承 载 网 络 ； GPRS只 不 过 是 各 种 数 据 载 体 中 的 一 种 ， GPRS本 身 并 不 完 全 排 斥 WAP技 术 。 随 着 WAP技 术 的 成 熟 和 完 善 以 及 运 用 承 载 网 络 的 不 同 ， 接 入 WAP应 用 的 带 宽 会 有 所 增 加 。 构 筑 在 现 有 的 GSM上 ， 受 GSM网 络 的 限 制 ， WAP应 用 的 带 宽 仅 有 9 6kHz， 构 筑 在 GPRS之 上 将 达 到 100kHz左 右 。
当 然 ， GPRS能 够 通 过 两 个 支 持 点 接 入 外 部 数 据 网 ， 而 不 非 要 通 过 WAP应 用 ， 但 是 关 键 是 WAP那 种 anytime anywhere的 应 用 思 想 ， 以 及 其 产 生 的 方 便 ， 轻 巧 ， 快 速 和 个 性 化 的 思 路 ， 在 GPRS之 上 应 用 WAP一 定 会 利 用 WAP这 种 有 益 的 思 想 ， 充 分 发 挥 GPRS承 载 和 WAP应 用 的 各 自 的 优 势 ， 为 3G移 动 通 信 开 拓 更 加 有 效 、 便 捷 的 前 景 。
摘自《移动通信》
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