WAP业务模型修正项目

 

 

 

说明文档

 

 

 

项目说明书是WAP业务模型修正项目的记录、结果及说明。

本文档可以用作日后进行相关研究的参考。

长期以来，移动通信一直以话音业务为主，现在移动通信话音业务整体ARPU值呈下降趋势，运营商逐渐认识到数据业务是刺激用户更多地使用移动运营服务，并最终提高运营商ARPU值的有效手段。单一语音业务对用户的吸引力逐渐降低，尤其难以满足新生代用户和高端商务用户对信息的需求，引入增值业务有利于增强用户吸引力，促进高端转网和新入网用户的增长。

随着CDMA以及第三代移动通信系统的逐步商用，在网络容量和速度上都有了很大的提高，移动数据业务有了突飞猛进的发展。移动通信与因特网的结合是新的发展方向，给移动通信与互联网的发展都将注入更大的活力。

目前无线业务在中国刚刚起步，无线数据业务模型没有深入研究，当前的业务模型大部分基于有线互联网给出的参考模型，并没有对现网运行的数据进行分析。本项目则是基于联通CDMA网络运行数据对数据业务模型进行修正，由于联通数据业务用户已经超过两百万，因此本项目做出的分析具有一定的代表性，对于网络设计和系统仿真都具有指导意义。

 

【列出文档中所用到的专门术语的定义和缩写词的原文】

WAP: 无线网络应用协议

HTTP: 有线网络传输协议

WAE: 无线应用层协议。

WSP: 无线会话层协议。

WTP: 无线传输层协议。

WTLS: 无线安全层协议。

WDP: 无线传输层协议。

URL：统一资源定位器。

会话：即Session，一个用户的会话过程定义为其开始发起网络连接请求到其中断网络连接的过程。

WAP 网关（Gateway）：WAP网关连接有线网和无线网，并且进行协议转换。

服务器（Server）：为上网用户提供内容，位于有线网。

WAP网页主对象：一般为网页的文本部分，内容为WML标记语言。

WAP网页内置对象：一般为网页的图像部分，主要是JPG和PNG格式的图片。

重定向：当终端请求的内容不在其发送请求的URL地址时，由服务器返回其请求内容所在的URL地址，这个过程称为重定向。

ARPU

CDMA

 

【1】 3GPP2，“1x EV-DV-Evaluation-Methodology-Addendum-V6.doc”, available at http://www.3gpp2.org

【2】 Peter Stuckmann, Henrik Finck, Thomas Bahls, “A WAP Traffic Model and its Appliance for the Performance Analysis of WAP over GPRS”, In Proc. of the IEEE International Conference on Third Generation Wireless and Beyond (3Gwireless ’01), San Francisco, USA, June 2001

【3】 Irene C.Y. Ma and James Irvine, “Characteristics of WAP Traffic”, Wireless Networks, to appear

【4】 Motorola, "HTTP Traffic Models for 1x EV-DV Simulations", Contribution 3GPP2-C50-Eval-20010212-004.

【5】 Xinan Zhou, M.Sc, “Cellular Data Traffic: Analysis, Models, and Scenarios”, MASc. thesis, School of Computer Science Carleton University, Ottawa, Ontario, June 2000

【6】 Wang Yu, Zhu Chun-mei, Wu Wei-ling, “Traffic model of WAP over GPRS, Communication Technology Proceedings, 2003

【7】 “Quantile-Quantile Plot”, available at http://www.itl.nist.gov

【8】 “Chi-Square Goodness-of-fit Test”, available at http://www.itl.nist.gov

【9】 “A Maximum Likelihood Estimator for the Gamma Distribution”, available at http://www-mtl.mit.edu

【10】刘慧,张立杰, 解非线性方程组的一种新的Newton型迭代法，新疆工学院学报，第十八卷，第三期，1997年9月

【11】Jorge Luis Romeu, “Chi-Square, a Large-Sample Goodness of Fit Test” START

【12】罗恒端，甄活明，吴诗其，无线网络仿真中数据业务源模型研究，电信科学，2003年第5期

【13】朱春梅，徐菲，王瑜，吴伟陵，第三代移动通信中分组数据业务模型的研究，重庆邮电学院学报，第14卷第3期，2002年9月

【14】Will E. Leland, Murad S. Taqqu, Walter Willinger, Daniel V. Wilson, “On the Self-Similar Nature of Ethernet Traffic”, IEEE/ACM Transactions on Networking Volume 2Issue 1,Feb. 1994

【15】Michael S. Borella, Gregory B. Brewster, “Self-Similarity of Internet Packet Delay”, IEEE International Conference on Communications Volume 1,8-12 June 1997

【16】Crovella, M.E., Bestavros, A., “Self-similarity in World Wide Web traffic: evidence and possible causes”, IEEE/ACM Transactions on Networking Volume 5Issue 6,Dec. 1997

【17】Willinger, W., Taqqu, M.S., Sherman, R., Wilson, D.V., “Self-similarity through high-variability: statistical analysis of Ethernet LAN traffic at the source level”, IEEE/ACM Transactions on Networking Volume 5Issue 1,Feb. 1997

【18】Pradeep Ramarishnan, “Self-Similar Traffic Models”, CHSCN T.R. 99-5, available at http://www.isr.umd.edu/CHSCN

【19】Patrick R. Morin, J. Neilson, “The Impact of Self-Similarity on Network Performance Analysis”, Carleton University Computer Science, Dec. 5, 1995

【20】蔡弘，陈惠民，李衍达，《自相似业务模型－通信网络突发业务建模的新方法》，通信学报第18卷第11期，1997年11月

【21】孙海荣，李乐民，《具有自相似特性的业务及其对ATM网络性能的影响》，电路与系统学报，第2卷第2期，1997年6月

【22】吴昱静，孙海荣，李乐民，《长期相关过程的自相关对排队性能的影响》，电子学报，第6期，1999年6月

【23】洪新伟，徐树公等，《业务相关性对排队性能的影响及其意义》，华中理工大学学报，第25卷第7期，1997年7月

【24】Ashok Erramilli, Onuttom Narayan, Walter Willinger, “Experimental Queuing Analysis with Long-Range Dependent Packet Traffic”, IEEE Transactions on Networking, Vol.4, No.2, April 1996

【25】张连芳，薛飞，舒炎泰，刘嘉焜，《自相似业务模型下的队列分析─大偏差技术》，通信学报，第20卷第4期，1999年4月

【26】A.B. Dieker, M. Mandjes, “On spectral simulation of fractional Brownian motion”, Report PNA-RO305, May 2003

 

WAP是无线应用协议(Wireless Application Protocal )的简称,是一种开放式的全球规范。它的层次继承了OSI模式,以Internet上的HTTP/HTML为基础,并针对无线通信的特性(终端设备显示界面较孝功率低、内存较小,无线网络窄带宽、多延迟和较不可靠)做出修正（协议层对应关系见图2.1）。它在设计上适用于大多数无线网络,如GSM、CDMA、GPRS等,可以被建立在任何操作系统上,甚至可以在不同系列的设备之间提供服务的互操作性。 WAP技术为互联网和无线设备之间建立了一个桥梁，使得客户端（无线终端）和服务器之间的交互成为可能，使电信产业中发展最为迅速的移动通信完全加入到电脑网络世界中来，同时也为将来的电信产业的发展指明了方向，它使移动Internet有了一个通行的标准，昭示着移动Internet标准的成熟。

图2.1 WAP与互联网标准的对应关系

整个WAP及其后续发展可以分成三个阶段（图2.2）：

图2.2 WAP技术发展演进示意图

 

第一阶段：WAP1.X阶段

主要作用时间：1998～2002；

技术发展状况：当时处于2G的无线传输技术，无线数据传送系统带宽很窄（GSM CSD 9.6K），由于切换等原因，数据传输也不稳定，并且移动终端屏幕孝显示色彩及能力都有限。鉴于这些特点，WAP论坛编写了WML、WSP、WTP、WDP等一系列协议。以适应无线上网的要求。

第二阶段：WAP2.0阶段

主要作用时间:2002～2004；

技术发展情况：由于这阶段无线数据传输技术得到了有效发展，传输的速率及可靠性得到良好保证，因此WAP论坛取消了WSP、WTP、WDP等针对无线传输所做的协议,代之以Internet的相关协议及技术（HTTP、TCP等），WML也在向XHTML靠拢。业务上增加了MMS、Provisioning、Pictograms等功能，并且加强了UAPROF (User Agent Profile) 、PUSH等能力。有线与无线融合的趋势很明显，并且类似PUSH、Provisioning等重要的网络功能也对有线Internet的发展起到重要的借鉴作用。

 

第三阶段：开放移动联盟（OMA）阶段

主要作用时间：2004年～以后；

发展预期：XHTML将成为唯一采用的标记语言，网站成为有线、无线internet业务的统一体，WAP原来的WML、WSP、WTP、WTLS、WDP全部消失，取代以Internet相关协议。PUSH、个性化定制、终端适配、内容播放等移动网络技术成果将应用于整个互联网，并成为重要的功能组件。由于该阶段无线数据传输技术的发展，对上层应用来讲无线传输与有线传输基本无差别，互联网在无线和有线通信系统上得到空前融合。在这一阶段，移动数据及增值业务得到极大丰富，各种类型的移动终端也得到充分的应用和验证。

WAP系统包括WAP网关、WAP内容服务器和WAP手机（见图2.3）。其中WAP网关起着协议的翻译和转换作用，是联系无线通信网络与万维网的桥梁。网关与服务器之间通过HTTP协议进行通信，这就意味着服务的提供者几乎可以不改变信息的内容，只要增加网点设备就可以向移动用户提供信息服务；WAP内容服务器存储着大量的信息，供WAP手机用户访问、查询、浏览。

图2.3 WAP系统结构

WAP协议的一些基本内容都是Internet协议和内容的翻版，WAP协议使用的协议栈的分层结构和计算机网络的协议分层模型非常类似。 WAP客户应用发出请求服务的动作也很类似于WEB应用中的URL请求的概念，只是中间多了一个WAP网关的转换过程。因为WAP请求是需要通过WAP网关进行路由传送的，网关是WAP网络结构中的一个非常关键的部分。它起着中间转接的作用，一方面它可以连接客户端移动设备使用的无线网络（GSM、CDMA、GPRS等），另一方面它本身也是放置在计算机网络中的，可以连接Internet网络。用户键入他要访问的WAP内容服务器的URL后,信号经过无线网络,以WAP协议方式发送请求至WAP网关,然后经过“翻译”,再以HTTP协议方式与WAP内容服务器交互,最后WAP网关将返回的内容压缩、处理成BINARY流返回到客户的WAP手机屏幕上。WAP手机内含WAP微浏览器，微浏览器负责解释WML和WML SCRIPT，用户看到请求的URL页面的内容。 WAP的应用结构类似因特网结构，典型的WAP应用系统定义了三类实体：

1） 具有WAP用户代理功能的移动终端

典型的终端如WAP手机，它相当于因特网中的PC机。在它的显示屏上运行有微浏览器，用户可以采用简单的选择键实现WAP服务请求，并以无线方式发送和接收所需的信息。WAP移动终端使用无线标记语言（WML）显示各种文字图像数据，微浏览器负责解释WML和WMLScript。微浏览器类似于标准的Web浏览器，专为手机设计，其生成的代码紧凑、高效，并能提供灵活、强大的用户界面。

WML是一种基于XML的标记语言，主要用于标记和说明WAP移动终端收发的因特网信息和用户接口。WML使得设计者可以采用与设备独立的方式定义WAP应用的用户接口。

2） WAP网关/代理

它实现WAP协议栈（WSP、WTP、WTLS和WDP）与Internet协议栈之间的转换。WAP代理把WAP请求翻译成为WWW请求，同时也将Web服务器的响应翻译成压缩的二进制WML格式数据，以便移动终端的理解。信息内容编解码器把WAP数据压缩编码，以减少网络数据流量，最大限度地利用无线网络缓慢的数据传输速率。同时，WAP还采用了错误校正技术，确保网络浏览和数据传输过程不会因无线信道质量的变化而受到严重影响。

3） 源数据服务器

服务器中存有用WML和WML Script编写的WAP应用，WAP移动终端需要下载这些应用，在不需要时卸除。

图2.4 WAP1.2协议栈结构图

1)WAE应用层

应用层的主要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线平台上建立服务和应用程序。

2) WSP会话层

会话层协议为上层的WAP应用提供面向连接的、基于WTP的会话通信服务或基于WDP无连接的、可靠的通信服务。

3)WTP 事务层

提供一种轻量级的面向事务处理的服务，专门优化并适用于无线数据网。

4)WTLS 安全层

基于SSL的安全传输协议，提供加密、授权及数据完整性功能。

5)WDP传输层

无线数据报协议，一种通用的数据传输服务，可以支持多种无线承载网络，使得上层的WAE、WSP、WTP、WTLS独立于下层的无线网络，使用下层承载能力为上层提供一致的服务。

除了WAE和协议外，WAP标准还定义了无线电话应用（WTA），它使得WAP可以很好地与电信网络中现存的各种先进电信业务相结合，如智能网业务。通过用户接口，移动用户可以应用各种电信业务而不需修改移动终端。

图2.5 WAP2.0协议栈结构图

在WAP2.0版本中，支持以下新增协议栈功能：

(1)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。

(2)在会话层,WAP2.0采用具有无线特征的HTTP协议（WP HTTP），WP HTTP规范针对无线环境的HTTP协议子集，完全能够与HTTP/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HTTP请求／回应处理机制。WP HTTP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HTTP/1.1就可以直接完成移动应用。

(3)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/HTTP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：

（1）速度更快：WAP网关不用做HTTP/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HTTP/TCP的无线配置。

（2）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。

（3）提供了端到端的安全机制：如使用TLS时，WAP网关不用解析HTTP应用，是透明传输的端到端的协议。

（4）丰富的内容：因WAP2.0协议采用了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，这种兼容性也使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内容。