wap移动通信协议的移植

. .基于ARM和GPRS技术的家庭娱乐与监控系统-移动通信中WAP协议的移植摘要Internet技术与移动通信是20世纪90年代以来IT技术中发展最迅速的两个领域。Internet技术与移动通信的结合,也就是基于移动通信的互联网数据业务技术,已经成为通信界研究的热点。WAP全称为无线应用协议Wireless Application Protocol,它是一个用于向无线终端设备进行智能化信息传递的无线网络协议。WAP协议是针对终端设备屏幕较小、存较小以及移动网络连接速率较低的需求而设计的。同时随着生活水平的提高,更多的人开始关心家庭安防的问题,同时也开始追求家庭电器的智能控制的享受。本文的开发是基于ARM9嵌入式实验平台进行的。该实验平台出自华恒科技,型号为HHARM-EDU-R1,以S3C2410为核心模块和相关的外围电路。针对无线监控功能的实现,把WAP协议移植到家庭娱乐与监控系统上,并且移植相关的PPP点对点Point-to-Point Protocol拨号程序来实现无线上网；同时,鉴于监控功能的要求,在本次开发中加入相关的外围功能,更全面的实现客户利用手机来进行无线监控。关键词：WAP；嵌入式；PPP；家庭娱乐与监控；无线ARM-based technology and GPRS home entertainment and Monitoring System - WAP mobile communication in the agreement transplantAbstractInternet technology and mobile communications is the two areas where the most rapidlydeveloping of IT technology since the 1990s。The combination of Internet and mobile communications technology,the sector of the Internet data services technology which is based on mobile communications has become a hot research。 WAP is wideknown as the Wireless Application Protocol, it is such a wireless network protocol used for wireless terminal equipment to transfer information intelligently。 WAP agreement is designedfor such terminal equipment that has small screen, memory and a low mobile network connection speed。 At the same time as the improvement of living standards, more people began to care about the issue of domestic security,andaspire after domestic electrical appliances that cab be controlled intelligently。 This article is based on the development of embedded ARM9 experimental platform。 The experimental platform is from Huaheng Technology Co., Ltd, the model is HHARM-EDU-R1,which has S3C2410 as the core module and related peripheral circuits。To realize the WAP agreement being transplanted to home entertainment and control systems,we transplantrelated PPP dial-up procedures to achieve surfing Internet at the same time； in view of monitoring requirements, in this development we add some related Peripheral functions, to realize thatcustomers can monitor and control the system by mobile phones more roundly。Keywords：WAP,Embedded,PPP,Home Entertainment and Monitoring System,Wireless目 录第一章绪论11.1 WAP的产生与发展11.1.1 WAP产生的背景11.1.2 iMode的成功案例11.1.3 WAP2.0的推出和前景21.2 Point-to-Point Protocol点对点协议31.3 本文研究容和意义31.4 嵌入式Linux41.5 HHARM9-EDU-R1嵌入式实验平台41.6 SIM300 GPRS模块5第二章无线应用协议WAP技术综述62.1 WAP的目的62.2 WAP架构剖析72.2.1 WWW模型72.2.2 WAP模型82.3 WAP协议族各协议的编程模式182.3.1 WDP协议182.3.2 WTP协议192.3.3 WSP协议24第三章 PPP点对点协议的分析273.1 PPP协议273.2 PPP帧结构273.3 PPP协商过程分析27第四章 WAP2.0在GPRS中的应用总括294.1 GPRS上的WAP2.0294.2 GPRS简介294.3 基于GPRS的WAP方案304.4 WAP2 Stack应用细节334.4.1 应用模型334.4.2 TCP连接334.4.3 TLS隧道344.4.4 拉、推机制354.4.5 HTML Basic35第五章基于GPRS的PPP配置365.1 LCP配置协商365.2 PAP认证385.3 IPCP配置38第六章总结与展望396.1 总结396.2 展望39参考文献：4037 / 40第一章 绪论1.1 WAP的产生与发展1.1.1 WAP产生的背景20世纪90年代中期以来,信息通信领域出现了极为引人注目的两大增长嵌入式系统特别是移动的迅猛发展和Internet几乎接近爆炸式的普及和应用1。这两种技术的推广和应用,直接影响了亿万人的生活,并极改变了人们的生活方式。为了实现互联网和移动的结合和优势互补,为了使无线互联网有统一的信息传输标准,由设备制造商、电信运营商、业务提供者等组成的WAP论坛.wapforum.org成立了。1998年5月,WAP论坛推出了WAP1.0版。这一版本包含了WAP的核心容：WAP协议栈结构、WMLWireless Markup Language以及WMLScript等,此后又推出了WAP1.1,WAP1.2。人们期望着WAP能够迅速普及和流行,但是实际上WAP的发展并没有预期的乐观。究其原因,主要有：A. 无线通信线路的带宽受限。WAP的承载网如GSM系统Global System for Mobile communication的CSDCircuit Switched Data业务仅能够提供9600bit/s的数据传输率,还不能够永远在线,更不必提SMS的160个字符的限制了。B. WAP1.0的体系结构虽然参考了互联网体系结构,但是还是有很大的不同性,无法与TCP/IP结构兼容。推广这么一个新的技术,需要协调移动终端设备制造商、移动通信运营商、ISPInternet Service Provider、ICPInternet Content Provider、应用软件开发商以及固定网络经营者等各方面的利益和步伐,协调难度比较大。C. WAP信息资源不够丰富,信息容对用户的吸引力并不是很大。D. 手机的屏幕过小和操作的不便也限制了一些应用的开展。E. 上网费用偏高,不利于发展用户。1.1.2iMode的成功案例事实上,WAP并不是实现移用互联网唯一可行的技术方案,也不是目前商业化最成功的手机上网方案。另一种方案就是日本电报公司NTT移动通信公司DoCoMo日本电报公司移动通信公司推出的iMode。iMode是于1999年2月推出的无线互联网服务,当年即实现盈利35000亿日元。NTT DoCoMo在20XX8月6日宣布,日本共有1500万手机上网用户是当时所有WAP用户数的二倍有余。也就是说,日本总人口的1/8,手机用户的1/4在使用iMode服务。那么,是什么让iMode如此成功,占去日本移动互联网市场70的份额呢？A. iMode优势之一在于它为客户提供了丰富的容服务。至20XX5月底,iMode有501个指定容供应和10000个非指定。NTT DoCoMo门户的订阅费或消费付费可由NTT DoCoMo代指定容供应商收取,前者从中提取9的佣金。与靠风险投资和极其有限的广告收入苦苦支撑的固定互联网容供应商相比,iMode容提供商的日子显然要好过多了。B. iMode的成功也归功于NTT DoCoMo对移动制造商的影响力很大。例如,NTT DoCoMo出售自己品牌的移动和终端。它向日本的芯片制造商、移动制造商订制主要材料,再通过OEM生产出成品；它也有自己的销售渠道,iMode以统一的价格和销售政策通常是低价甚至是免费的发放到各零售商手中。零售商可以轻而易举地售出,因此推广的积极性非常高。C. 日本在第二代数字通信建设时没有大量应用900兆或者1800兆的GSM,PCSPersonal Communication Service,CDMACode Division Multiple Access等,而是采用了独特的PDC标准Personal Digital Cellular。PDC标准采用包交换方式,这使得NTTDoCoMo的移动网络支持随时在线的数据服务,移动用户无需拨号上网,也使得公司可以按用户实际接收的数据流量而不是使用时间向用户收费。1.1.3WAP2.0的推出和前景iMode所取得的成就,证明了无线互联网的商业模式在市场上确实存在巨大的需求。但是,iMode的成功在全球围具有不可复制性,它与日本特殊的市场环境和用户群体有关。iMode要想把服务推到日本以外的国家或地区去,并不是一件容易的事情,因为iMode是一套专利性的、封闭的标准。事实上,WAP和iMode并不是对立的,因为它们都在朝着相同的方向发展,而DoCoMo本身就是WAP论坛的成员之一。随着无线网络的发展,WAP论坛吸收iMode的成功经验和WAP的失败教训,于20XX8月公布了WAP2.0版本。WAP2.0在WAP1。X的基础上做了很大的改进,对WAP协议的结构做了重大变革,增加了对标准Internet通信协议的支持,提供适合于无线通信环境的互通优化功能,并为无线设备利用现有的Internet技术提供应用环境；能够利用现有的和可以预见的空中接口技术及其载体GPRSGeneralPacketRadioService和3G通信运行应用业务等等。具体细节见第二章。WAP2.0具有广阔的市场应用前景,主要体现在以下方面：1、WAP推送Push业务这种业务可以通过推送代理发送或者推送给基于服务器应用的多种装置,它尤其适合股票价格变更等实时信息的传送。有了这种推送功能后,无线设备不再需要询问应用服务器就能得到新的信息了。2、用户代理简介业务这种业务为把客户机能力和用户选择应用的个性喜好介绍给应用服务器而提供一种机制。它通过对服务器发送客户机和用户所要求的信息,支持客户机/服务器会话模式。这种信息可使服务器把用户所需要的容实时提供给客户机,还能使中介代理为用户提供增值业务。3、无线应用业务这种业务通过软件工具,在过去支持数据功能的应用环境里提供各种先进的应用业务,如发出呼叫、回答呼叫、保持呼叫、改变呼叫传送路径等。这些呼叫处理业务还能与其他数据业务紧密地结合在一起运行。这有可能使手机真正成为Internet和话音业务完全集成的一种新的应用。4、外部功能接口业务这一业务类似于提供扩大或增强浏览器能力或其他应用的插件模块,为在将来扩充WAP设备的能力和增加应用提供基础,并可用于定义连接外部设备,如智能卡、GPS和数字摄像机等所需要的特殊接口。5、多媒体信息彩信,MMS传送业务为执行多功能信息的传送提供基础,并具有传送各种容的功能。这种业务能够快速传送短信息等语句,或存储/转发电子,或使这两种方式同时运行,增加了用户发送信息的种类和发送的灵活性。1.2 Point-to-Point Protocol点对点协议PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单的链路而设计的。这种链路提供全双工操作,并按照顺序传递数据包。人们有意让PPP为基于各种主机、网桥和路由器的简单连接提供一种共通的解决方案。PPP是在串行线路上运行IP互联网协议以及其他网络协议的一种机制,串行连接可以是直接的串行连接使用 null-modem电缆或者是使用调制解调器以及线路的连结当然也包括入ISDN的数字线路。PPP协议提供两个实体之间的数据链路连接的建立、维持和释放,负责流量和差错控制等等功能,所以它应该是属于数据链路层协议的。使用PPP,可以把相关的开发板PC机连接到一台PPP服务器上并存取该服务器所连接的网络资源,如同你是直接连接到该网络上一半。1.3本文研究容和意义本文研究了WAP协议栈的架构特点和基于GPRS的无线网络中的应用。伴随着经济的飞跃,企业的商用要求,无线网络越发收到人们的重视；可见无线网络有着极大的发展前景。而且,现在的电子技术日新月异,手持终端的功能越来越强大,给无线网络提供了广阔的硬件发展空间。因此,随着3G时代的来临,当前较低的无线传输速率协议必然会遭到淘汰,基于WAP1.x上拓展的WAP2.0协议的应用也就开始收到网络服务企业的重视了。随着社会经济的快速发展,社会公共安全也受到人们越来越多的关注,安防产业作为一个新型的产业发展速度非常迅猛,智能化安防技术的发展已取得了举世瞩目的成就,随着企业和住宅小区需求的凸现,数字化智能安防当前面临新的发展契机。 根据公安部、建设部、电子信息产业部的要求：各种小区、大厦、大楼、公司、道路、车站、码头、银行、超市、广场、工厂、医院、学校、宾馆甚至家庭等都需安装安防监控系统。根据公安部在全国围倡导的平安城市要求,需要将全市视频监控系统联网；甚至我国经济发达省份省根据省公安厅要求各村出入口必须安装视频监控系统,并与公安视频监控系统联网。安防监控应用已经由城市化建设逐渐向农村普及,因此安防监控系统应用是目前社会生活中的热点应用,可以说安防监控无处不在。可见,随着科技的发展和生活水平的提高,人们对家居安防和智能化家庭娱乐控制越来越重视,同时现在移动网络正处于高速发展时期,我们有理由相信基于嵌入式下的家庭娱乐监控系统开发将有广阔的市场前景。所以说本课题具有非常高的研究价值和商业价值。1.4嵌入式LinuxLinux是一种开放源代码的,服从POSIX标准的类UNIX操作系统。Linux操作系统最大的优势在于其源代码的开放性,我们可以根据应用的需要对其核进行必要的裁剪或者修改。Linux操作系统有完善的开发工具,强大的语言编译器GCC、G+等也可以很容易得到,各种开发所需的库也都有热爱开源的人士开发维护。Linux操作系统日趋完善,而且使用方便。嵌入式Linux是按照嵌入式操作系统的要求设计的一种Linux小型操作系统。它由一个kernel以及一些根据需要进行定制的系统模块组成。嵌入式Linux操作系统的kernel很小,一般只有几百KB,即使加上其他必要的模块和应用程序,所需的空间也很小。它具有多任务多进程的系统特征。1.5 HHARM9-EDU-R1嵌入式实验平台HHARM2410 是华恒科技推出的用于高端手持设备、微型智能控制设备的开发套件。采用203MHz 的ARM920T 核的处理器S3C24102。S3C2410 部集成了微处理器和一些手持设备的常用外围组件,特别适用于手持产品。S3C2410微处理器是一个多用途的通用芯片,它部集成了微处理器和常用外围组件,可用于各种领域。它是应用于手持设备的低成本实现,提供了更高性价比。HHARM2410 套件由核心板和底板外设板或称基本板组成,核心板上集成Samsung S3C2410 处理器,64M SDRAM以及16M的FLASH,为您的应用研发提供了足够的空间。底板上则提供以下外设接口：一个四线RS-232 串口COM1,一个USB HOST接口,一个10M/100M自适应以太网接口,一个TFT LCD接口,一个触摸屏接口。核心板和底板配合即构成一个最小的完整应用系统。系统具有体积小、耗电低、处理能力强、等特点,能够装载和运行嵌入式Linux 操作系统。用户可以在这个系统平台上进行自主软件开发。HHARM2410 套件中提供底板硬件电路图及硬件设计文档,极大的方便了用户进行硬件扩展开发。HHARM2410套件提供完备的嵌入式Linux 开发环境及丰富的开发调试工具软件。该实验箱的外观如图1-1：图1-1 开发平台总体图1.6 SIM300 GPRS模块该GPRS模块通过直接连电脑串口就可以全面评估的所有功能,用8位,16位及32ARM单片机直接与开发板对连,可以上网、TCP/UDP协议数据传输,远程控制、SMS收发,可用电脑开发、单片机开发,语音通话测试。外部有与单片直接相连的串行口,可以连位、位、位及其它单片机实验板直接开发实验。该模块如图1-2.图1-2 SIM300 GPRS模块第二章 无线应用协议WAP技术综述无线应用协议WirelessApplicationProtocol,WAP是WAP论坛经过不断努力得到的成果,它提供了一个业界技术规,以便开发出适用于各种无线通信网络的应用程序和业务。WAP规定了适用于多种无线设备的网络协议和应用程序框架,这些设备包括移动、寻呼机、个人数字助理PDA等。这个规不但扩充了移动组网技术如数字数据组网标准和Internet技术如XML,URL,脚本和各种各样的容格式,而且还将推动它们的发展。WAP论坛的努力万向是使运营商、生产商和服务容的开发者能够快速、灵活地建立起自己的先进的、差异化服务。WAP论坛设计无线应用协议框架的目标是：n 向数字蜂窝和其他无线终端提供Internet容和先进的数据业务。n 制定出可以在各种无线网络技术之上工作的全球无线协议规。n 能够在很宽的围包括多种承载网络和设备类型生成容和应用程序。n 在需要的地方,融合并扩充各种应用中己有的标准和技术。2.1 WAP的目的WAP汇集了当今正在飞速发展的两种网络技术,即无线数据传输技术和Internet技术。无线数据市场和Internet业务都在快速增长,新的用户在不断增多。Internet惊人的增长又极刺激了新兴信息业务的产生和热门信息业务的发展。目前,为开发Internet应用而出现的绝大多数技术,一般适用于台式计算机或大型计算机,通常是基于可靠的数据网络,采用中等以上的带宽。与台式计算机相比,市场规模巨大的手持无线设备的应用环境则受到较多的限制。由于功率和外形方面的根本限制,市场规模巨大的手持无线设备具有以下特点3：n CPU功能较弱。n 更小的存储器只读存储器ROM和随机存取存储器RAM。n 功耗受到一定限制。n 显示窗口较小。n 不同的输入设备如手机键盘。同样,与有线网络相比,无线数据网络的通信环境受到的约束更多。由于功率、可用频段和移动性的根本限制,无线数据网络存在以下问题：n 带宽更窄。n 时延较大。n 连接稳定性差。n 利用率难以预测。目前,移动网络的复杂性越来越高。为了提供更多的增值业务,所需的总费用也在不断地增长。为了满足移动网络运营商的要求,必须做到：n 兼容性好,来自不同制造商的终端可以在一个移动网络中接受服务。n 便于升级,移动网络运营商可以根据用户的需求对业务进行升级。n 效率高,能提供与移动网络的行为特征相适应的服务质量。n 可靠性高,为了开发业务,能提供一个稳定的、可预测的平台。n 安全性好,在保证用户数据完整的前提下,能够把业务打一展到潜在的、未受保护的移动网络,使设备和业务远离安全问题如拒绝服务的困扰。当前,许多移动网络能够向终端用户提供先进的业务。为了进一步地促进移动网络业务的发展,并吸引更多的无线用户,移动网络的运营商一直努力向用户提供既实用又吸引人的先进业务。如果采用了WAP技术,通过特定的用户接口,可以增加诸如呼叫控制等一些标准特性。举例来说,呼叫转移业务可以提供一种用户接口,用来提示用户进行选择：是接收呼叫,还是把这个呼叫转移给其他人,或者把它转移到语音信箱。WAP规采用如下的路线来研究移动网络的特征和运营的需求：A. 改进现有的网络技术,以满足市场规模巨大的手持无线设备应用的需要。B. 在适当的地方引入新技术。2.2 WAP架构剖析2.2.1WWW模型万维网WWW的体系结构向我们展示了一种非常灵活且功能强大的编程模型请参见图2-1。在通常的客户/服务器模型中,客户向服务器请求一个服务或者请求某个信息,服务器通过向用户发送请求的信息作为对其的应答。这就是传统的拉的服务。也就是用户从服务器主动拉到信息。在浏览万维网时,用户输入URL,也就是一个请求,发送给服务器。服务器通过发送一个网页给用户的方式对请求做出应答。图2-1WWW编程模型为了建立通用的应用环境,WWW标准规定了许多必要的机制。它们包括：n 标准的命名模型WWW上所有的服务器和容由Internet标准的URL统一资源定位器命名。n 容分类WWW上的每一项容都以一种特定的格式存在,从而可以让WEB浏览器根据其类型进行正确的处理。n 标准容格式所有的WEB浏览器都支持一组标准容格式。它们包括超文本标记语言HTML、JavaScript脚本语舌以及大量的其他格式。n 标准协议标准网络协议允许任何一个WEB浏览器与任何一个WEB服务器进行通信。WWW上运用最广泛的协议是超文本传输协议了。这种基本结构使用可以很快地熟悉大多数的第三方应用程序和服务容,同时也便于应用程序开发人员为庞大的客户端开发应用程序和服务容。WWW协议定义了三种类型的服务器：n 源服务器OriginServer,它作为一种服务器,是特定资源或称为容存储或被生成的地方。n 代理Proxy,代理是一个中介程序,它必须同时满足www规中对客户端和服务器的要求。由于它可以代表其他客户端提出请求,因而它同时扮演着服务器和客户端的角色。代理通常位于无法直接进行通信的客户端和服务器之间,比如两者之间存在一个防火墙时。客户端请求既可以由代理程序提供服务,也可以在代理程序对其经过必要的解释之后,传送到其他服务器进行处理。n 网关Gateway,网关是一种服务器,通常作为其他服务器的中介。与代理不同,当网关接收到请求时,它就把自己看作是所请求资源的源服务器,而发出请求的客户端可能并不知道它正在与网关进行通信。2.2.2 WAP模型2.2.2.1 WAP中的PULL服务WAP中的拉服务与传统万维网的拉服务的业务模型原理上是一致的。WAP模型使用的是一些已有的工具来实现拉服务,例如WEB浏览器、XML工具等。不同的是,WAP的拉服务系在万维网的拉服务上针对无线应用环境的特点进行了优化的4。图2-2 WAP拉服务模式此外,由于移动网络比有线连接的万维网多了很多局限性；譬如移动网络的贷款比较窄,网络稳定性较差,安全性相对较低,收费昂贵等。因此,移动网络在拉服务外,也用到了推送服务。2.2.2.2 WAP中的PUSH服务无线应用协议在1.2版本的规中定义了推送技术,提出了一套完整的从服务器到客户端的协议规,其体系结构图如图2-3所示。推送发起者 Internet 移动网移动设备推送空间传输协议推送访问协议推送代理网关图2-3WAP推送技术体系结构图推送框架主要包括推送发起者PI：Push Initiator、推送代理网关PPG：Push ProxyGateway和推送客户PC：Push Client三个功能部份。PI位于Internet中,通过推送访问协议PAP：Push Access Protocol同PPG通信,PPG是Internet网和移动网之间的访问接入点,通过推送空间传输协议P-OTA完成从PPG到推送客户的数据传输任务5。PUSH服务基本的工作过程如下：当有消息要推送到客户时,PI首先根据消息的容和性质构造推送消息,通过PAP协议向PPG发出推送请求,PPG收到请求后进行一些必要的处理工作包括压缩、协议转换、安全认证等,然后通过P-OTA协议将推送容传送给客户端。客户端收到推送消息后,根据消息容和服务类型同用户进行交互。WAP的推送协议中针对不同的用户需求定义了服务指示和服务加载两种服务,可根据推送消息的性质选择使用。下面分别介绍推送技术的几个关键组成部份：A. 推送代理网关 PPG推送技术的主要处理工作基本都集中在PPG中,作为Internet到移动网的访问接入点,即要与PI通信,又要负责通过无线信道传输推送信息,所以必须负责所有相关的协议转换和编码工作。概括讲,PPG所提供的主要服务包括：n PI的标识和鉴权,访问控制。n 对推送容进行语法分析,并依据DTD检错纠错。n 客户寻址与信息的传输。n PAP与P-OTA间的协议转换。n 为提高无线信道中的传输效率,对信息进行处理如压缩、编译等。另外,PPG还可以通过别名机制实现组播和广播,即将某些特定的地址别名映射到组播或广播操作,具体的实现方案可以由系统实现者决定。不同的客户端,其能力是不同的,PPG还要负责响应PI的客户能力查询请求,以便于PI针对不同的客户端构造合适的容格式。B.推送访问协议PAPPAP是PI与PPG间的通信协议,它使用XML作为消息的描述语言,通过简单的请求响应机制完成数据的传输。PAP可以实现在多种通信协议之上,包括,SMTP等。目前的WAP版本仅给出了利用隧道机制实现PAP的规。PAP支持的操作包括：n 推送消息提交：PI使用该操作向PPG提交推送请求,推送消息包括XML格式的控制信息,消息体和一个可选的客户能力描述三部份,共同组成一个多部相关的消息multipart/related。n 确认通知：当PI请求确认的推送时,该操作用于传输确认消息。n 推送取消：PI请求PPG取消先前的推送请求。n 状态查询：PI利用该操作查询先前的推送请求的执行状况。n 客户能力查询：PI可利用该操作查询客户端的能力,以调整传送给用户的推送容及格式。C.推送空间传输协议P-OTAP-OTA是运行于WSP之上的一层较为简单的协议层,负责从PPG到客户代理的数据传输。P-OTA可使用面向连接的会话和无连接会话两种WSP层服务,对于使用连接会话的推送,需要在PPG和客户端间预先存在一个激活的会话上下文；对于无连接的推送,则通过预留的端口完成通信。D.服务指示SI和服务加载SL推送消息送到移动设备后,通常只需显示给用户即可,但用户可能会有些不同的需求。WAP的推送协议中定义了服务指示和服务加载两项服务,以给用户和网络运营者更多的选择。服务加载是将一项服务的URI推送给用户,然后客户端自动的使用拉技术根据该URI启动服务。服务指示是将新信息的指示和相关的URI推送给用户,由用户选择是立即处理信息或以后处理。两种服务的区别在于用户是否介入推送信息的处理过程。SL对推送信息的处理对用户来说是透明的,而SI则在指示用户的同时,请用户对随后的处理做出选择。2.2.2.3 WAP1.x 协议结构分析图2-4是WAP1.x协议的总体框架图,通过这个框架图,能够更容易总体的了解WAP1.x协议的构成。图2-4 WAP1.x协议的总体框架图A.底层承载BearersWAP可以在不同的数据载体中运行6。这些载体包括短信,电路交换数据以及数据包等。WAP底层承载根据每个物理载体传输本身在吞吐量,容错率和延迟时间上的不同要求选择不同的载体服务。同时由于数据载体因承载吞吐量、容错率和延迟不同而有不同的质量,WAP的上层协议就需要有相应的机制来补偿或容忍这些特点。传输服务层为底层承载和WAP协议栈的其他部分提供了接口。传输协议的规将列出所有已经支持的物理载体,以及使WAP协议运行在这些物理载体的相关技术。当新的物理载体出现,并且加到WAP协议栈的规中,传输协议规的这个列表也会做出相应的更新。B. 无线数据包协议层WDP：Wireless Datagram Protocol无线数据包协议WDP协议工作在多种网络形式所提供的可供数据传输的负载服务之上的7。WDP协议为WAP上层协议提供了一致性的服务,这些上层协议包括WAP的安全协议,事务协议和会话协议；有了WDP协议,对于WAP上层协议的互相交互而言,负载服务的多样性变得更加透明。WDP协议结构如图2-4所示。图2-5无线数据包协议架构WDP协议层的顶端是传输服务接入点。通过传输服务接入点WDP协议为WAP的上层协议提供了一致性的服务。传输服务接入点的一致性服务使得WDP下面的不同的负载服务对于上层服务而言都是透明的。图2-4中显示的每个负载服务不同的高度说明了不同的负载服务提供了不同的函数,WDP协议需要实现不同的负载适应器Adaptation,从而保证传输服务接入点提供的服务能够保证一致性。从图2-4可以看到WDP协议层下层是物理连接层,即上一节所提到的数据负载层。WDP协议层通过单一的WDP负载服务支持多个同时来自上层协议的通信实例。WDP协议通过端口号来识别上层协议实体。这些上层协议实体可能是别的协议层如WTP或者WSP,甚至可以是一个应用比如电子。通过重复使用下层载体的元素,WDP协议可以支持多个负载载体,也可以在有限的移动设备资源中使操作更加有效。图2-5描述WDP如何在WAP协议架构通用模式中进行工作的。图2-6WDP通用工作架构在图2-5中,阴影区域是指WDP规特定使用的协议层次。在移动终端部分,WDP协议包括了通用的WDP协议元素以及适应器层。适应器层将WDP协议函数直接映射到某个特定的数据载体中。对于不同的数据载体,适应器层是不同的。在网关部分,适应器层通过隧道协议将WDP数据包传递给WAP代理或者WAP服务器,这是支持负载服务网关和WAP代理或WAP服务器的接口。假设数据负载体是GSM短消息,网关可能是一个GSM短消息中心,网关在GSM短消息中心对其他服务支持一个特定的协议：隧道协议。Sub-Network是一个通用网络技术,它用于连接两个通信设备。Sub-Network可以是基于TCP/IP或者X.25的广域网,也可以是在以太网上运行TCP/IP的局域网。WAP服务器提供了应用容。WAP代理是运行在无线WTP协议和有线英特网之间的网关。C. 无线事务协议WTP：Wireless Transaction Protocol无线事务协议为客户的浏览应用提供了必要的服务。在浏览这个动作的会话中,客户首先向服务器请求信息,这个用户可能是固定的也可能是移动的。服务器回复相应的信息响应了这个请求。这个请求-响应的过程在WAP中被认为是一个事务。无线事务协议的目的是在平衡应用请求的同时,可靠的传递这个业务8。WAP规将WTP定义成一个轻量级的面向事务的协议,该协议适合在瘦客户中实现,这里的瘦客户指的是移动基站,该协议还可以在无线数据包网络中非常有效的进行各种操作。在WTP协议中,起始一个事务的WTP供应者被认为是一个事务起始者；类似的,回应一个事务的WTP供应者则作为事务回应者。WTP协议针对这样定义的事务,实现了三个不同类别的事务服务。由事务起始者设置该事务的类型,将该信息附加在调用信息中发送给事务回应者。第一种类型事务服务称为Class 0。Class 0提供了不可靠的数据包的服务。Class 0通常用于不可靠的PUSH服务中。在Class 0事务服务中,起始者发送一个调用消息给回应者。回应者并不对该调用消息做出应答。对于起始者而言,当起始者发出调用消息时,该事务就已经结束了。对于回应者,当回应者收到调用消息时,该事务就已经结束了。Class 0事务是不保留状态的,并且可以被取消。第二个类型事务服务称为Class 1。Class 1提供了可靠的数据包的服务。Class1通常用于可靠的PUSH服务中。在Class 1事务服务中,起始者发送一条调用消息给回应者。当回应者收到调用消息时,它将对起始者做出应答。回应者发出应答消息之后,将该事务的状态信息保留一段时间。当应答消息中途丢失,起始者重发调用消息时,可以利用该状态信息处理重发应答消息。对于起始者而言,当起始者收到应答消息,该事务就结束了。Class 1事务可以随时被取消。第三个类型事务服务称为Class 2。Class 2提供了基本的调用/回应事务服务。在Class 2事务中,起始者发送一个调用消息给回应者。回应者仅仅回应一条结果消息给起始者,这条消息隐示的应答了起始者的调用消息。如果回应者处理调用的时间超过回应者应答的时间间隔,回应者可以在发送结果消息之前,给起始者发送一条HOLD ON的应答消息。这个机制可以防止起始者不必要的重发调用消息。当回应者发送结果消息给起始者,起始者要对该结果消息发出应答。和Class 1同样的是起始者将该事务的状态信息保留一段时间。当起始者发送的应答消息丢失,回应者重发结果消息,利用该状态信息处理重发应答消息。对于回应者而言,当它收到起始者发送的应答消息,则该事务结束。Class 2事务可以在任何时间被取消。WTP协议中的可靠性是通过使用独一无二的事务标识、正确应答、删除重复消息和重发机制来获得的。在WTP中没有显式的建立连接和断开连接的部分。由WTP的用户保证WTP的可靠性,即WTP的用户对每一个接受到的消息进行确认。每个事务的最后一个应答消息可能会包含一些与事务相关的附加信息,比如性能估量等。WTP协议是面向消息的。在WTP协议中基本的用户交换的单元是一个完整的消息,而不是字节流。WTP协议提供了机制用于减少由于重复的数据包使得事务重发的次数。WTP协议提供了失败事务中断的机制。该机制用于清除在客户或者服务中的未发送的数据。中断服务由客户取消一个请求服务的动作而触发。在WTP协议中,为了保证可靠的调用消息,事务成功和失败都将发出报告。当一个调用没有能被回应端处理,取消消息将取代调用结果被返回给请求发起者。WTP协议允许异步事务。当回应数据准备好,回应端将会返回该回应数据。WTP协议运行在数据包传输服务之上。WTP协议的数据单元处于数据包中的数据部分。因为数据包是不可靠的,所以WTP协议必须要加上重发机制和发送应答消息的机制来保证提供可靠的服务给WTP用户。WTP也需要将多个协议数据单元整合成一个传输服务数据单元。表2-1以WTP协议的上层用户WSP协议层为例,详细说明了WTP协议层以及WTP协议层底层协议提供了什么服务。表2-1 WTP协议为WTP客户提供的服务WTP用户e。g。 WSPWTP事务处理重发,重发移除,确认和分离WTLS选择性压缩选择性加密选择性验证数据传输e.g.通道数寻址分割与组装若有提供错误检测若有提供网络传输e.g.IP,GSM,SMS/USSD,IS-136GUTS路由设备地址IP地址,MSISDN分割与组装若有提供错误检测若有提供D. 无线会话协议WSP：Wireless Session ProtocolWSP协议是在事务和数据包服务的支持下运行的。安全机制是由在传输层上的一个可选的协议层WTLS负责的,安全层对WAP上层协议保留了传输层的接口9。WSP协议提供了一些方法,通过调用这些方法,客户和服务应用之间可以有组织的互相交流容。WSP协议为应用提供了以下的一些方法：在客户和服务器之间建立了一个可靠的会话,这些会话可以按照建立的顺序关闭。使用协商,达成在通用层次的协议方法。在客户和服务器之间使用压缩编码进行容的交换。将会话悬挂和重启。现今WAP中定义的WSP协议最适合浏览类型的应用。WSP协议实际上定义了两个协议,一个协议基于事务服务上提供了连接模式的会话服务；另一个协议在数据包传递服务上提供了无确认的,非连接模式的服务。非连接服务不用真正建立一个会话,所以当应用不需要可靠的数据传递并且不关注确认消息时,非连接的服务是最适合的。WSP协议设计的核心是协议的二进制形式。所有发送给服务器的请求和返回给客户的回应都需要加上头信息和实际数据。/1.1中定义的方法WSP协议都能支持。另外,协商可以用于使一套扩展请求的方法统一化,这样就能更好的支持兼容/1。1的应用。WSP协议为应用层提供了通用数据类型的传输服务。/1.1容的头用于定义容类型,字符集的编码等。为了减小协议的额外开销,WSP协议为头定义了压缩的二进制编码。WSP协议还定义了复杂数据格式的压缩,从而在复杂数据对象容中提供了容的头。WSP协议本身不能对请求和应答中的头信息进行翻译。请求和应答中的头在整个会话的生命期都是固定的。作为建立会话过程的一部分,请求和应答中的头在客户和服务器中进行交换。这其中可能包括了容类型、字符集、语言、设备容量以及其他固定的参数。WSP会话的生命期并未与下层的传输层绑定。当一个会话空闲了,为了释放网络资源或节约电池,该会话将被悬挂。一个轻量级的会话重新建立协议会允许会话复活,而无需经过额外的会话建立过程。一个会话也可以在不同的数据载体网络中复活。E.无线应用协议WAE：Wireless Application Environment无线应用环境是基于WWW和移动技术的结合的一种通用应用环境。WAE的基本目的是建立一个协同工作环,使运营商和服务提供者能够有效地在不同的无线平台上建立服务和应用程序。WAE的核心组件包括无线标识语言WML：Wireless Markup Language、无线标识脚本语言WMLScript：Wireless Markup Scripting Language、WAE用户代理以及WAE支持的媒体类型10。WML是WAP定义的一种XML文档类型。WML以HTML和HDML为基础,针对无线网络和移动终端的特点做了简化和优化。WML的语法、语义到文档结构都与HTML非常类似。WMLScript是JavaScript的扩展子集。WMLScript针对窄带宽设备做了优化。它可以与WML集成,在WML文档中增加处理逻辑,从而支持更高级的用户接口行为,提供访问终端设备和外设的能力,减少了与源服务器之间的交互。用户代理是在移动终端上用于解释和执行容的软件。WAE用户代理主要包括WML用户代理和WTA无线应用用户代理,还有对应于其他应用的用户代理。WML用户代理是最基本的用户代理,支持WML和WMLScript,可以向WAP网关发出请求,接受WAP网关发送过来的容,正确解释、执行并且显示。为了使无线用户可以访问WTA服务,在无线终端上需要有支持WTA库和接口。WTA用户代理得到来自WTA服务器的时间处理容后,正确解释并且调用相应的库,执行相应的操作。F.无线传输层安全协议WTLS：Wireless Transport Layer SecurityWAP架构中的安全层协议称为无线传输层安全协议WTLS：WirelessTransport Layer Security11。WTLS是基于工业标准-TLS以前称为SSL的安全协议,针对移动通信使用的窄频信道进行了优化用。WTLS层运行在面向连接或者基于数据包的传输协议层之上。WTLS层是一个模块,应用可以根据安全级别的需求来选择使用WTLS层或不使用WTLS层。WTLS层的主要目的是在两个通信应用间提供数据,数据完整性和认证。鉴于无线设备运算与存储的局限性,WTLS在TLS1.0的基础上对一些具体的地方作了一些改动。A. WTLS一般在UDP这类不可靠的信道之上工作。因此每个消息里都要有序列号。协议里通过每个消息的序列号来处理丢包,重发等情况。同时,有了序列号,拒绝服务攻击也因此变得更加容易。B. WTLS在WAP网关和手持设备之间建立安全连接。如果WAP网关和WAP容服务器之间也需要安全连接,则要采用SSL。安全模型如图2-6所示。该安全模型无法实现端到端的安全。C. WTLS协议里还增加了key refresh的机制。当传递了一定数量的数据包之后,双方通过同样的算法将自己的密钥做一下更新。这种机制使得安全性得以增强。图2-7基于WTLS和SSL的安全模型2.2.2.4 WAP2.0协议栈结构分析在WAP2.0版本中,支持以下新增协议栈功能12：A.在传输层,WAP2.0采用具有无线特征的WP TCP/IP协议,以使得网络可以基于IP进行数据传输。WP TCP提供面向连接的服务,它被优化用于无线环境,可与互联网上的标准TCP应用充分交互操作。B.在会话层,WAP2.0采用具有无线特征的协议WP ,WP规针对无线环境的协议子集,完全能够与/1.1共同使用。WAP设备和WAP代理服务器/WAP服务器之间交互工作的基本模型是请求回应处理机制。WP 支持回应的信息体压缩和安全通道的建立。这样,在WAP2.0不一定需要WAP代理服务器,因为在客户端和源服务器端通过使用/1.1就可以直接完成移动应用。C.WAP2.0增加了更多的安全保证措施,包括采用TLS协议,WAP2.0支持TCP/的情况下允许移动终端与应用服务器直接建立TLS安全隧道,实现端到端的加密功能。提供改进的端到端的安全,集成有线互联网等,以保证使用移动商务和移动银行应用等移动业务的安全。TLS协议的无线协议子集允许针对安全传输的交互操作。TLS的协议子集包括加密簇、验证字格式、签名规则和会话恢复等安全措施。WAP2.0主要优势表现如下：A.速度更快：WAP网关不用做/TCP和WSP/WTP/WDP的协议转换；手机侧不用做WSP/WTP/WDP的解析,但是网络中需要做/TCP的无线配置。B.性能提高：因不做大量的协议转换,同样的硬件设备支持更多的并发用户。C.提供了端到端的安全机制：如使用TLS时,WAP网关不用解析应用,是透明传输的端到端的协议。D.容丰富：WAP2.0协议采用与有线互联网兼容的语言,因此获得了更为广泛的支持,更多的应用能更容易的被用在移动互联网上,这是在WAP1.X上做不到的,此兼容性也使WAP2.0比WAP1.X有更长的使用期限和稳定的产品形态不用在协议和标记语言上进行频繁升级,使移动用户享受到有线互联网的丰富的容。图2-8 WAP2.0协议栈结构图2.3 WAP协议族各协议的编程模式2.3.1 WDP协议为了能应用WDP协议,我们需要以下两个部分：n 目的端口。n 源端口。如果下层网络不提供分片重组则WDP还必须提供该项功能。总的来说WDP协议的框架结构可划分为架构在IP或非IP的网络之上13。另外,WDP的管理实体是WDP层和设备环境之间的接口。它向WDP层提供了关于设备环境的变化信息,以便WDP层能采取相应的措施来调整自己的动作。我们所说的WDP层的各种具体规定都是建立在设备环境能正常工作的前提之下的。比如：n 移动是在承载网络的服务区。n 移动有充足的电力并且处于开机状态。n 移动有足够的资源,如处理能力和存。n WDP被正确配置了。n 用户愿意收发数据。WDP管理实体随时监控这些状态并通知WDP层相应的异常情况。但是WDP管理实体的相关规定不属于WAP协议的研究围,因此在这里也不说明了。2.3.1.1 基于IP结构如果WDP是架构在IP之上,那么UDP就相当于WDP,这种许多操作系统中已经实现了。WDP提供了源和目的端口,IP层提供了分割和重组。基于IP的时候主要有3种情况,分别是：1、基于GSMCSD；2、基于GSMGPRS；3、基于GSMCDMA。在这里,就仅介绍基于GSMGPRS情况下的编程模式了。n 基于GSM GPRS其系统结构图如图2-9.图2-9 基于GSM GPRS结构图GGSN：GPRS支持节点网关；SGSN：GPRS服务支持节点；GSM-RF：GSM射频。GPRS是从GSM向3G平滑过渡的桥梁。上层的IP数据包经过SNDC层处理,封装成SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC帧通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN,SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的数据进行解装处理,转换成可在IP网中传送的格式,最终送给WAP网关。2.3.1.2 基于非IP结构如果承载网络不支持IP,那么WDP就不是UDP,而必须使用WDP协议中的规。在该层的协议中规定了两种服务原语。在不同的承载网络上,WDP层的一些帧结构要和具体的承载网络的规定一致。比如：对于基于GSMSMS,GSMUSSD上的WDP包中的格式就采用了GSM 03.40中定义的用户数据头UDH。还有其他的情况不属于本论文的阐述论点,就不再详述了。2.3.2 WTP协议WTP协议的工作原理在之前已有叙述,在此就不再重复。这里主要说明WTP协议的原语和帧结构等。2.3.2.1 WTP服务原语WTP的服务原语共有3种：TR-Invoke,TR-Result,TR-Abort。在下面的表中规定：表中的M表示该参数必须有,O表示该参数可选,C表示该参数的取舍依赖于其他参数的值,=表示如果这个原语是由一个原语触发而产生,那么这个原语中的参数就应该和触发它的原语中的