无线因特网的若干系统技术比较及其技术趋势

据估计未来几年内,全球无线电话用户的数量将超过10亿,其中50%至80%的无线电话将具有数据传输能力,本文介绍的无线因特网技术将向(中国)工程师展示几种无线因特网的比较及未来的技术走向。

John Canosa

首席科学家

Questra公司

jcanosa@

从效果上看,通过无线访问因特网与传统的网络访问方法并无区别。客户端设备通常经由网关与服务器相连,而服务器则以特定的数据来响应客户端的请求。与传统的网络访问方法相比,主要区别是:在无线因特网中,客户端和网关之间的通讯采用了无线传输机制,而其协议既可采用、也可不采用基于HTTP/TCP/IP的标准HTML。

通常,在一个新兴市场的孕育阶段都会存在几种相互竞争的技术,无线接入市场也不例外。在这一市场上,现有的技术包括无线访问协议(WAP)、Web Clipping、Compact HTML以及采用无线调制解调器的标准HTML,下面将就这些技术逐一展开讨论。

基础设施的能力

如果有人问:“如今无线因特网的访问速度如何？”那么答案无疑将是:“非常慢!”现有第二代(2G)无线设备的最大数据传输速率仅为14.4Kbps。不过,即便在如此缓慢的传输速率下,市场的潜力仍然非常可观,这一点很值得关注。尽管现在人们只能以14.4Kbps的速率访问无线因特网,所传输的内容基本上也只有文本信息,而且每月的费用高达10美元,但是仍然有不少用户对此趋之若鹜。

无线设备所提供的移动和便携功能是人们愿意容忍移动因特网速度缓慢的主要原因。不过,对于终端用户而言,数据开始传输之前所需的连接时间可能是一个比带宽窄更令人讨厌的问题。

目前大部分无线标准都是基于电路交换的系统,而非基于分组交换。这意味着用户在访问无线网络时,他们首先要呼叫网关。而在数据开始传输之前,建立这种专门的电路连接所需的时间通常都要造成30秒左右的延迟,这一点相当令人讨厌。NTT Docomo的i-Mode系统和Palm VII所用的Mobitex网络倒是避免了这一缺点,不过它们都是基于分组,而不是基于电路交换的系统。

另一个麻烦是当前还没有形成一个全球统一的数字无线标准,仅在美国就有四个标准在使用。

无线通信的覆盖范围参差不齐,而且不同电信公司的覆盖范围差异也很大,这一点每个数字蜂窝电话用户可能都深有体会。在进行语音呼叫时,若数字覆盖范围达不到的话,某些手机可以转为模拟漫游模式。然而不幸的是,在进行数据呼叫时,模拟漫游并不能解决问题,没有数字信号就意味着无法进行数据传输。

不过,无线数据传输设备正在迅速发展到2.5G和3G系统,这一点颇令人鼓舞。3G系统将提供更大的带宽,并使各国、各电信公司之间的相互兼容性更好。3G技术为移动设备提供的数据传输率高达384Kbps(固定设备的传输速率更高达2Mbps)。尽管这些带宽是由特定通信区域的所有用户共享的,但这一数据传输速率还是为一些新兴的、具有开创性的服务提供了巨大机遇,其中包括视频和多媒体等(见图1)。

实现途径的选择

向无线设备提供格式化数据的技术有许多种,其中一些技术仅适用于特定的服务提供商,而其它技术则允许用户使用任何一种设备、通过任何一家服务提供商访问数据。不论最终的具体实现如何,所有这些技术都必须解决无线系统的一些基本限制性问题。这些限制涉及到数据的传输机制,以及客户端设备的能力和资源。

数据传输方面的限制包括有限的带宽(这使得图像和多媒体无法传输)、糟糕的服务(容易导致信号丢失),以及长时间的延迟。

对于客户端设备的局限性,嵌入式系统的开发人员一定相当熟悉。这些局限包括ROM/RAM的容量、有限的处理能力、功耗方面的考虑(这是3G系统的一个潜在问题),以及显示能力和用户输入机制方面的限制。其中最后两项对于那些为无线设备开发网站的技术人员影响最大。

下面我们将详细讨论几种比较常用的无线因特网接入技术,其它一些技术和组合技术则不在此讨论之列。设备、标记语言、传输协议、无线ISP和RF网络之间的界限相当模糊,这会产生很多混淆。譬如,Research in Motion(RIM)的Blackberry及类似设备都可利用Mobitex、Motient(ARDIS)或者CDMA RF网络来共享信息,也可以运行WAP、ReFlex或IP协议,还能支持HTML、WML、Compact HTML或专门的标记语言。至于终端使用哪一种设备则取决于所选择的电信运营商或ISP。

WAP

无线访问协议(WAP)是近来最为流行的协议。该协议构成了目前大多数具备因特网访问能力的蜂窝电话的基础技术。如图2所示,WAP大致符合标准的七层OSI参考模型,但其中大部分层都由针对无线应用环境而优化的层所替代。

WAP具有与载体无关的独立性,并解决了当前无线基础设施的许多问题,如带宽限制和服务质量参差不齐等。WAP的应用层定义了无线标记语言(WML),这是设备用来格式化和显示数据的一种基于XML的语言。此外,还定义了一种类似于Javascript的脚本语言WMLscript,以及一个直接电话应用接口(WTAI)。电话与因特网的紧密集成是WAP的主要优势之一。

与上面所提及的其它无线技术一样,WAP内容服务器端采用了标准的因特网数据传输技术。因而现有采用HTTP、通过TCP/IP连接到因特网的服务器仍然可用。真正的改进包含在所谓的WAP网关中(在技术上它其实就是一个代理)。

WAP网关具有协议转换和数据压缩功能。从无线终端传来的二进制编码数据进入WAP堆栈剩余部分的顶端,然后被转换为基于TCP/IP的HTTP格式。

图3描述了WAP域内的数据流程。通常WAP网关由无线服务提供商负责维护。但是,如果采用直接拨入企业网络系统的CDPD调制解调器,网关的功能就必须由企业系统来提供。在欧洲,服务提供商通常都允许客户访问由企业控制的网关。

Web Clipping

Web Clipping是Palm VII手持设备所采用的技术。该技术的优点在于其原理极其简单。它假设大部分内容都是静态的,而通常最终用户所请求的那些特定信息才是唯一的动态信息。这就很好地解决了开发多种设备都能访问的无线因特网站的一个关键问题,即保持内容与格式无关。

开发一个支持Palm VII设备的网站包括两个步骤:第一步是开发Palm查询应用软件(PQA),这一软件最终会驻留在用户设备中；第二步是利用HTML语言的一个子集开发一系列网页作为“结果网页”。

PQA是运行在Palm设备中的应用软件。它向保存有结果网页的服务器发送特定的HTTP请求。同时PQA中还包含有一些静态格式信息,包括所有可能被显示的图像。结果网页不仅能返回用户所请求的特定数据,也能提供保存在本Palm设备中的任何对象信息(包括图像、文本和字符串等)。这种工作方式的缺点在于PQA必须被事先下载到该设备上,而站点上与格式相关的任何变化都会导致终端用户重新下载PQA。

利用Web Clipping技术实现Palm VII无线网站的另一个缺点在于人们无法自主选择无线因特网服务提供商。服务采用了贝尔南方公司的电信网络设施,尽管贝尔南方公司覆盖范围很广,但仍然有不少地区不在其覆盖范围之内。对于那些地区的用户而言,这是个很大的问题。

CDPD和模拟调制解调器

另一种无线因特网接入技术是利用遍布各地的模拟蜂窝通信网(AMPS)的基础设施和无线调制解调器。对于终端用户而言,这种方法类似于通过PPP拨号使用标准HTML和HTTP的有线拨号服务。

这种技术途径的优势在于终端用户可访问因特网所提供的一切服务,而服务器端无需作任何改动。它的主要缺点是终端用户除了要面对由此产生的高额漫游费用外,可能还需要一个新的ISP。此外,站点上的内容只能以9,600bps的低速率下载,这也是一个令人烦恼的问题。蜂窝数字包数据(CDPD)调制解调器倒是可以提供19.2Kbps的高速率,但它的覆盖范围不广,漫游协议也不统一。

i-Mode

日本的i-Mode系统几乎是一个奇迹。该系统是由NTT Docomo公司经营的,虽然投入运营刚过一年,用户数量就已逾1,500万,超过了所有其它无线因特网服务的用户总和。

i-Mode是基于数据包、始终以9,600bps数据传输速率在线的系统(目前已推出64Kbps的网络设施)。用户按照所传输的字节数为数据服务付费,他们购买的第三方商品和服务则由NTT统一计算,按月寄发账单。

i-Mode系统在应用层采用Compact HTML(cHTML)。cHTML是经W3C核准的HTML4.0子集,它不支持JPEG图像、表格、影像图、多字符字体、帧和样式表。一些业界组织正尝试将cHTML与WML合并起来,但是将这两种互相抵触的语言合二为一的努力到底能否成功现在还很难说。

有意思的是,i-Mode的成功还抨击了一种普遍流行的观点,即为了启动无线因特网,我们所需要的只是更大的带宽。如果纯粹从带宽角度而言,i-Mode是本文所讨论的各种技术中速度最慢的一种。有三个因素带来了i-Mode的成功:技术、经济和文化。

就技术角度而言,i-Mode始终在线,因此使用时不存在延迟问题---一旦按下按钮,你就置身于网络中了；从经济的角度看,i-Mode提供了人们乐于付费的内容和便利。通过i-Mode电话发售的最畅销产品之一是电话屏幕的背景墙纸图片,用户须为每次下载支付25美分；最后一个因素是文化方面的。在美国,人们关于网站的观念是与PC机上的浏览器和各式各样的引人侧目的新奇网页紧密相关的。而在日本,拨号接入网络服务从来就没有特别盛行过,因而人们的期望是完全不同的。其结果是日本的无线因特网从来就没有像美国那样被过分炒作过。

无线因特网的网站设计

下面将集中讨论WAP,但讨论的大部分内容也适用于Web clipping技术。实际上,一个网站也应该尽可能同时支持这两种技术。

a. 对现有系统结构的影响

如果要在基于因特网的现有系统上实现无线功能,首先要考虑的是:这会给现有的系统造成什么影响？好的方面是现有的硬件和后端系统可以继续利用,而且无需任何改动。实际上,一个构造良好的企业网络系统可以仅仅通过增加、而不是改造过程来实现无线功能。遗憾的是大多数企业网络系统都不支持多种类型的客户设备,如果它能在PC屏幕上支持网景的Navigator或微软的IE,那就足够了。

b. 服务器要求与设置

任何能处理HTML并支持HTTP1.1的计算机都可作为WML服务器。所需的唯一变动是增加一些新的MIME类型。编译过程通常在WAP网关内完成,而不是在内容服务器上进行。

c. 动态内容的创建

各种类型的无线设备访问Web站点造成了不同的应用环境,这就要求网站设计者必须考虑各种Web应用程序的整体协调。此外,许多网站都要处理动态信息。与后端信息系统相连的网站前端必须能够获得用户所要求的数据,并以适当的格式提供给请求设备。

WML是一种由XML衍生而来的标记语言。关于WML的具体细节,本文不做深入探讨,感兴趣的读者可参阅相关资料。WML的XML基础可让人们根据特定设备的显示能力来安排内容。由于WML是一种基于文本的标记语言,任何能够动态处理HTML页面的应用程序都同样适用于处理WML页面。JSP、ASP及Perl等技术都可用来生成WML页面。

要使公司业务拓展到无线因特网,比上述问题更困难的是如何使它不仅支持各种不同的无线设备,而且同样支持基于PC的传统有线浏览器。可以从HTTP的请求包头中获知请求设备的显示能力,根据这些信息做出是支持HTML还是支持WML的决定。不过,对于非PC设备,这种方式却行不通,因为它们的显示能力千差万别,从640×480的全色彩显示到4行×14字符的文本显示不等。

对于非大众网站和门户,或许只需向员工和客户指定他们应该使用哪些设备来访问网站上的内容,便可简化这个问题的复杂性。但是,对于大众站点,不可能采取这种做法。除了为各种设备单独编写JSP/ASP/Perl应用程序外,没有其它捷径可循。

WML基于XML的特点允许我们从该格式中将结构和数据内容分离出来。XML语言与可扩展样式表语言(XSL)相结合可作为一种机制,以适当的形式为各种设备提供数据(见图4)。

这种技术所能支持的样式表数目仍然是有限的。但是如果采用了这种技术,在有新设备出现时,要增加对它们的支持就会容易得多。

本文总结

在无线因特网刚刚进入美国的时候,人们最常见的反应是“我为什么要在这么小的屏幕上浏览因特网呢？”其实,问题的关键在于无线因特网并不是为了满足网络冲浪的需要,而是要随时随地让你、你的客户或你的设备获得各自所需的信息。

创建一个成功的无线因特网企业远比将一个无线调制解调器连接到现有设备上复杂得多。在选择满足要求的适当无线技术时也存在很多变数,深入了解和灵活运用从单个设备直至整个企业系统是任何一项无线因特网创业计划取得成功的关键。相关站点:和。

作者简介:

作者John Canosa是Questra公司的首席科学家,他拥有Clarkson大学电机工程学士学位和Rochester技术学院电机工程硕士学位,其E-mail地址为:jcanosa@。