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电子科技大学硕十学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 摘要 w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 即无线应用协议之意，它是为目前 世晃上最为活跃的两项技术移动通信和i n t e r n e t 的结合两产生的一门新技 术，是为解决移动设备接入因特网而定义的一组规范。它的提出和设计充分考虑 了无线信道的固有特点( 如信道稳定性差、衰减干扰大、带宽窄、时延大) ，以及 无线终端处理能力有限，输入方式和屏幕受限制的问题。w a p 是一种上层应用协 议，它的另一个最大的特点就是与底层承载无关。通过w d p 的适配，w a p 可以在 目前的移动网络中( 如g s m ，i s 一9 5 ，g p r s ) ，也可以在即将到来的第三代移动通 信系统( 3 g ) 中运行。 本文在简要介绍w a p 协议族各层规范的基础上，着重对此协议族的核心协议 层：w t p 和w s p 的原理与机制作了详细阐述，并在此基础之上给出了w s p 模块的 详细设计方法：在第四，五章则分别从面向无连接和面向连接两个方面以一体化 的方式给出了两种形式在客户端的整体解决方案。最后，对于w a p 目前应用中存 在的问题做了分析并对预测了w a p 的发展前景。 由于3 g 牌照的发放，必然会使诸如w a p 这样的增值业务再一次得到相应的 重视，因此本论文对于提供我国在w a p 实用技术方面的研究具有一定的意义。 【关键词】w a p ，w t p ，w s p ，l i n u x ，s o c k e t ，接口函数，协议 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 a b s t r a c t w a pm e a n sw i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 t h i sn e wt e c h n o l o g yo r i e n t e d t oi n t e g r a t et w oa d v a n c e dt e c h n o l o g i e sw h i c ha r em o s ta c t i v ei nt h e w o r l d l o b i l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n t e r n e t w a pi sd e s i g n e dt oa d a p tt o t h es h o r t a g e so fw i r e l e s sn e t w o r k s ( s u c ha sn a r r o wb a n d w i d t h ，h i g hl a t e n c y 1 e s sc o n n e c t i o ns t a b i l i t ya n ds oo n ) a n dt h eb o u n d so fw i r e 1 e s sd e v i c e ( 1 i k ei i m i t e di n p u tf a c i l i t i e s ，l i m i t e db a t t e r yp o w e r ，l i m i t e dd i s p l a y ， m e m o r ya n dc p u ) a n o t h e rc h a r a c t e r i s t i co fw a pi st h a ti ts c a l e sa c r o s s ab r o a dr a n g eo fw i t e l e s sn e t w o r k sa n db e a r e r s t h eb e a r e r scanb es m s ， c i r c u i ts w i t c h e dd a t a ，p a c k e ts w i t c h e dd a t a ，a n dt h en e t w o r k sc a nb eg s m ， i s 一9 5 g p r sa n de v e n3 g b a s e do nt h ei n t r o d u c t i o no fe a c hp r o t o c o li nw a p ，t h i sp a p e rf o c u s e d o nt h e1 盯pa n dw s p st h e o r ya n dm e c h a n i s m t h e np r e s e n t e dt h ep a r t i c u l a r d e s i g nm e t h o do fw s pp r o t o c 0 1 i nt h e4 r da n d5 r dc h a p t e r ，ir e s p e c t i v e l y p r e s e n t e d t h ew h o l er e s o l v e w a y s o fc o n n e c t i o n l e s s m o d ea n d c o n n e c t i o n m o d ei nt h ec l i e n t a tl a s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ee x i s t i n g p r o b l e m so fw a pa p p l i c a t i o n sa n dp r e d i c t st h ed e v e l o p m e n t o fw a p a p p l i c a t i o n si nt h ef u t u r e f o rt h er e l e a s eo fl i c e n s eo f3 g t h ei n c r e m e n to p e r a t i o ns u c ha sw a p s h o u l dm u s tb ea t t a c h e di m p o r t a n c et oa g a i n ，t h i st h e s i sh a st h es p e c i a l m e a n i n gi nt h ef i e l do fw a pa p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yi no u rc o u n t r y k e yw o r d s w a p ，w t p ，w s p ，l i n u x ，s o c k e t ，i n t e r f a c ef u n c t i o n ，p r o t o c o l i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：圭! 垫日期：删年蝴，日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 乳 日期：脚印年肚月，f 日 电子科技大学硕士学位论文；在移动终端实现w a p 协议栈 第一章瓢p 产生的背景 1 】【2 】 2 0 世纪9 0 年代中期以来，通信领域发展最快的无疑要数移动通信和因特网 两个分支。我国移动电话在经历9 0 年代初的缓慢发展后迅速得到普及，根据中 国移动公布的最新数据，到2 0 0 4 年底，我国移动用户数就已经达到3 2 亿户， 移动电话的普及率达到1 6 1 9 ，客户规模居世界第一位。因特网用户经过短短 几年的发展，到2 0 0 4 年底也已达到8 7 0 0 万人。二者发展速度之快超乎想象。这 两种技术的推广和应用，直接影响了亿万人的生活，并极大的改变了人类的生活 方式。 i n t e r n e t 实现了有史以来最大范围内的信息共享，使人们能够在全球范围内 以较低成本方便，快捷的访问大量信息。使用e - m a i l 收发电子邮件，上网浏览 信息等i n t e r n e t 使用方式已被越来越多的人接受和使用，并逐渐渗透到人们工 作，生活和学习的方方面面。i n t e r n e t 技术的不断成熟及其用户数的迅速增长 使得各种增值信息业务的开展和使用成为可能。 由于i n t e r n e t 通常需要与固定的有线网相连，无法满足人们随时随地获取信 息的需要，因而信息的共享程度受到了很大的限制：而且使用i n t e r n e t 要求人 们必须对p c 和w i n d o w s 操作系统有一定的了解，并且能够使用，这无疑限制了 其应用范围。 移动电话的发展打破了通信与地点之间的固定连接。近年来移动通信，尤其 是数字移动通信在全球取得了突飞猛进的发展。移动通信已经成为了一个十分巨 大的市场，也是世界各国的重要支柱产业。但是，以往手机的功能多仅限于语音 通信，移动数据业务还没有得到广泛的应用。移动数据中最常用的短消息业务 ( s m s ：s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 每次仅能发送很短的简单信息。可以想象，在 需要传送的数据量很大的时候，其传送速率将达到令人无法忍受的程度。这就使 得因特网丰富的信息由于这些条件限制难以象移动电话一样自由移动。移动电话 和因特网以往就象两条平行线一样发展着，直到近年来，随着市场需求和技术的 成熟，人们希望能够把因特网“随身携带”，随时随地上网获取信息，于是二者 走向融合的趋势逐步显现，这就是“手持设备上网”的出现。“手持设备上网” 使传统的移动通信与因特网相互取长补短，优势互补。 近年来，手机上网的概念在世界各地已经开始流行。通过手机上网一般有 四种方式f 4 1 ： 手机红外线接入上网； p c 卡上网： r s 2 3 2 c 串行电缆上网； w a p 手机直接上网； 第1 页 共8 5 页 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w u p 协议栈 这些方式中除了w a p 手机上网的方式外，其他三种上网方式都离不开笔记 本电脑。例如，使用p c 卡上网就是使用p c m c i a 卡作为专用的无线m o d e m ， 将其插入笔记本电脑的p c 卡槽中并安装随卡配备的驱动程序后，即可通过连 线将无线m o d e m 与配套的手机连接，进行数据传输和传真。有些品牌的手机 采用有线方式，通过附带的数据传输线和笔记本电脑连接上网：有些厂家的手 机以无线方式，靠红外线接入笔记本上网。但无论是有线还是无线，这些手机 上网方式都离不开笔记本电脑；与其说是手机上网，还不如说是笔记本电脑无 线上网。而使用w a p 手机，用户无需使用昂贵而沉重的笔记本电脑作为浏览 终端，用户需要的信息可以直接显示在手机的屏幕上。因此我们可以相信，w a p 方式能够独得用户的青睐。 移动互联网是连接互联网和移动电话的桥梁，但移动互联网绝不是这两者 的简单拼接。移动互联网不仅实现了两大技术优势互补更重要的是，它在很 大程度上改变了通信的观念和网络访问的规则。在移动互连网时代，不是“人 追网”，而是“网追人”，网络会将你感兴趣的信息及时，主动的发送给你，而 不是你在一大堆信息中寻找自己感兴趣的内容。这是目前两大网络难以实现 的。可以这么说，移动互连网是计算机与通信( c c ) 融合的又一次升级，它 所产生的结果不是简单的1 + i = 2 ，而是1 + 1 2 。如果移动互连网得到广泛应用， 可以预见，“改变的不是技术，而是人们的生活”( 摩托罗拉总裁兼首席执行官 高尔文语) 。 而移动互连网和固定互连网相比，又有其固有的局限性。这主要是因为： 现有的互连网技术所面向的终端大都是桌面机或其他具有更强计算能力的机 型，其传输媒介为带宽和可靠性均较高的数据网络；而移动终端受其移动性和 便携性的制约，与桌面机相比，c p u 主频及计算能力都较小，存储器容量，显 示屏和输入设备大小也受到限制：同时，无线数据网与有线网相比，带宽，连 接可靠性及网络的可预测性都相对较低，网络时延也比有线网大。 为了克服移动终端和无线网上述种种局限性，让人们能够通过移动终端 ( 包括手机，b p 机和个人数字代理p d a 等) 使用现有固定互连网和i n t r a n e t 所提供的服务，近几年来业界提出了不少有效的方案。 i n t e r n e t 与移动通信技术的融合主要有两种方式：一种方式是将移动终 端当作功能简化了的p c 机，这样现有的i n t e r n e t 协议不作大的改动就可以直 接使用了。例如基于w i n d o w sc e 的终端，移动网络计算机等就是这种方式的 具体实现。另一种方式则是重写现有的i n t e r n e t 协议，使其与现有协议兼容， 但更适合于无线应用这一特殊环境。w a p 技术采用的就是后一种方式。 什么是帅? 1 儿2 3 w a p 是w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l ( 无线应用协议) 的简称，中文 第2 页共8 5 页 电子科技人学硕士学位论文： 在移动终端实现w a p 协议栈 一般翻译为无线应用协议，也可以称为无线互连网协议，它是开发移动网络上 类似互连网应用的一系列规范的组合。w a p 协议与现在通行的互连网协议非常 相似，但它是专为窄带宽，高时延，小屏幕，有限存储容量，低处理能力的无 线环境量身定做的。 在互连网中，h t t p 协议用于发送大量的主要基于文本的数据，这样的内 容很难有效的在带宽较窄，时延较大的无线环境中传输，也不适合在移动电话， 寻呼机之类的小尺寸屏幕上显示：在单手持机的方式下，屏幕间的切换也很不 方便。而固定互连网的安全协议一t s l ( 传输安全层) 也因为时延较大而不适 合在无线环境中使用。 为解决这些问题，w a p 对现有互连网协议进行了相应的优化，例如： 使用经过高度压缩的二进制格式传输数据，以适应无线环境下较大 的响应时延和中等以下的带宽； w a p 的会话层协议可以处理用户区不连续覆盖的问题，在承载层传 输质量达不到要求时可以先将会话暂时挂起，并在适当的时机自动 恢复会话： 为解决在移动通信设备上显示网页内容，并在网页之间进行切换等 问题，w a p 定义了种新的网页标识语占w m l ( w i r e l e s sm a r k u p l a n g u a g e ，无线标记语言) 6 ，这是一种适用于无线环境网页创建 语言，作用类似于h t m l 。用w m l 编写的网页可以在移动设备的微浏 览器上提供简单文本浏览，数据输入，图象和表格呈现以及按钮和 超级链接等功能，并大大减小了在移动设备上浏览网页的复杂度， 使用户可以在小屏幕，小键盘的移动设备上进行单手操作。 i v t l s 是t l $ 在w a p 应用中的优化，它根据自身的适用范围一无线通信， 长距离，低带宽，增加了一些新的特性，如对数据报的支持，对握手协议进 行优化，动态密钥刷新等。 w a p 采用“瘦客户机”的概念，即采用一种相对简单的微浏览器，尽可 能少的占用移动电话上的资源，如c p u ，内存等：同时赋予w a p 网关强大的 功能，将服务和应用都放在服务器端进行处理，即通过加强网络的功能来弥 补便携式移动设备本身的缺陷。 w a p 协议栈定义了从承载层到应用层的各层协议以及各层协议之间进行 通信的标准接口。每层协议完成一定的功能，底层协议通过标准接口向上层 叻议提供服务：其他的服务或应用程序也可通过对该接口的调用使用该层协 议提供的服务；如果其中的某一层协议发生了变动，只要它和其他层协议进 行通信的接口保持不变，那么其他层就不会觉察到这种变化，不需做相应改 动，这样就保证了各层协议之间相等的独立性，为应用系统的开发提供了一 第3 页共8 5 负 电f 科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 种可伸缩和扩展的环境。w a p 可支持： 任何附带了符合w a p 标准的微浏览器( m i c r ob r o w s e r ) 的移动终端； 任何现有或设计中的无线服务，如s m s ，c s d ，u s s d ，和g p r s ； 任何移动网络标准，如c d m a ，g s m 和u m t s ，w a p 可用于全部的蜂窝 标准并得到主要的无线巨头的支持。 此外，w a p 还支持多种输入终端，如手写板，键盘，触摸屏和笔。 w a p 为应用开发人员和运营商在不同类型的网络，数据，终端上的服务 提供了革命性的新途径。w a p 标准在设计时将应用要素与使用的传输数据类 型独立开来，使一些应用的转移( 如从s m s ，c s d 转为g p r s ) 成为可能。而 且使w a p 应用与具体的承载网络无关，可建立在g s m 一9 0 0 ，g s m 1 8 0 0 ， ( ；s m 一1 9 0 0 ，c d m ai s 一9 5 ，t d m a ，1 8 1 3 6 ( d a m p s ) ，第三代系统i m t 一2 0 0 0 ，u m t s ， w - c d m a ，宽带【s 一9 5 ，f l e x 寻呼系统，c d p d 等系统上。 通过w a p ，用户可以通过移动电话，寻呼机，p d a 或其他无线设备实现 对相关i n t e r n e t 或i n t r a n e t 信息的访问，既可以得到电子邮件，新闻等传 统互连网的信息浏览服务，也可以得到固定互联网难于实现的个人化的消息 通知以及与用户所在位置有关的天气预报，交通路况等消息。 w a p 的发展 2 0 为了引导这些激动人心的新应用技术的发展，爱立信、摩托罗拉、诺 基亚和u n w i r e dp l a n e t ( 简称up ) 4 家公司于1 9 9 7 年6 月发起成立w ap 论坛( w a pf o r u m ) 1 ，该论坛宗旨是将i n t e r n e t 的海量信息及先进的业务 引入到无线数字话机及终端中，目标是产生一个适用于不同无线网络技术 的全球无线协议规范，以供适当的工业标准组织采纳，即w ap 协议 1 5 。 wa p 是适用移动终端设备的无线因特网协议，wap 为将i n t e r n e t 的信 息内容及增值业务传送到移动终端( 手机、寻呼机和个人数字助理等) 提供 了一种开放的通用标准，w ap 论坛得到世界的积极响应：现在已有a t & t 、 i b m 、i n t e l 、hp 、西门子、阿尔卡特等9 0 多家大厂商加入w ap 论坛。 w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l ，无线应用协议) 是实现无线 移动i n t e r n e t ( 如手机上网) 的一组基本规范，其主要目标是使无线终端能 访问i n t e r n e t 内容，使用高级数据服务。而且要使协议独立于现有各种无 线承载网络，即能跨越所有无线网络技术，允许创建可伸缩到各种无线网 络和设备中的内容和应用，但在实现中要尽可能多的使用现有技术和标准。 1 9 9 8 年5 月，w a p 论坛推出了w a p 的1 0 版，这一版本包含了w a p 的核 心内容：w a p 协议栈结构w m l 以及w m l s c r i p t 等。1 9 9 9 年9 月，这一 版本被1 1 版所取代，w a pv 1 1 是w a p 的第一个商业版本，是根据第一 批用户的详细反馈，归纳总结对w a p v i 0 进行改良的结果，这一版本支持 籀4 顶共8 5 砸 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 w b m p 格式的图象，提高了w t a 规格，增加了w m l 的标记，并增强了 其兼容性和互操作性。2 0 0 0 年初，w a p v l 2 也已公布。w a p 论坛在2 0 0 2 年8 月发布了w a p 2 0 规范，此版本中使用的技术使无线世界更加贴近互连 网，从而给移动终端用户带来更多体验，w a p 2 0 的发布进一步巩固了w a p 论坛在无线应用和服务传送标准制定上的领导地位。 w a p 是一个正在不断发展和完善的协议 2 1 ，未来的w a p 将包括端到 端安全性，智能卡接口，持续存储，记费接口等内容，并且将向支持多媒 体移动服务的方向发展。 箱5 页共8 5 页 电子科技人学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 第二章w a p 应用在移动终端的设计方案 2 8 课题来源： 本论文的实物原形是来源于国家8 6 3 项目一“面向信息与智能设备的 嵌入式软件平台”，其中因为p d a 需要方便快捷的与i n t e r n e t 互联以获取 信息，因此w a p 协议便是其中必不可少的一个组成模块。根据w a p 协议栈 以及w a p 的应用模型，我们创建了一个w a p 的应用基于w a p 的远程终端 控制系统。这个系统利用w a p 的三层协议( w s p ，w t p ，w d p ) 实现通信，使得 终端与服务器之1 训可以交换信息，从而实现使终端对服务器的控制。 1 系统概述 1 1 系统的功能 基于w a p 的远程终端控制系统建立在w a p 基础上，实现在移动终端( 如 手机，带无线收发信功能的掌上p c 等) 对远端主机的一些控制功能。如可 应用于以下的领域： 1 ) 用于移动办公，实现在主机上一些简单的文件、目录操作，查看存 在主机上的e - m a i l ，发送e - m a i l ( 并可以将主机上的文件作为邮件的附件发 送) 等： 2 ) 还可以应用于专业的工业控制领域，通过移动终端向主机发送控制 命令，以达到远程控制的目的： 3 ) 另外，还可用于家庭的远程控制，如通过移动终端，在异地实现对 于家居中的一些家用电器的控制 由于该系统是建立在w a p 基础上，因而移动终端可以在任何能够进行 无线通信的范围内，在任何时间完成上述功能，真正实现了远程控制，为 移动通信开辟了新的应用领域。 1 2 系统的特点 2 基于w a p 的远程终端控制系统的特点在于：将w a p 技术应用在与有线 网络的结合中、应用在基于i p 的监控系统的扩展上，是实现有线网络与无 线网络高效结合应用的一种有效途径。是有线网络与无线网络结合发展的 一个应用系统，综合了二者的优点，具有广阔的应用前景。并且将原有在 有线网上实现的监控系统进行灵活的扩展，使其具有更强的功能。 第6 页共8 5 页 电f 科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 该系统在最大程度的利用了现有的有线网络的基础上，结合了移动通 信的灵活性，从而真正发挥了远程控制的优越性。 而利用w a p 协议实现通信，则使得该系统更具标准化特点，更适合在 移动通信环境中保证通信质量和控制的可靠性。可以说，这种控制模式的 引入，在一定程度上对于远程终端控制的发展具有借鉴和参考的价值。 2 总体结构 该远程控制系统的总体结构应该是一个标准的w a ? 应用模型：应该包 括一个原始服务器，一个w a p 网关代理及用户终端这三部分实体。根据对 这个模型，该系统应该分为三个功能实体，在三个实体之间的通信环境也 是不同的，分别为有线和无线的环境，具体可参见图2 i ： ，一一一一一一、，7 ”一一一、 、 r e a l i z e db yw a p 、 r e a l i z e db yt c p i p 幽2 1 系统功能实体 综合上面的设计方案，整个移动终端控制系统分为三个主要的任务 1 ) 需要建立移动终端与网关之间的w a p 通信： 2 ) 网关部分要完成w a p 相关协议与t c p i p 协议的转换工作： 3 ) 在所建立的通信链路上完成移动终端对于服务器的控制。 2 1 移动终端 移动终端作为整个系统的控制器。负责发送控制命令，接收服务器 上的状态信息。它应该在标准的w a e 环境下工作。所有的显示信息都应该 以w m l ，研d l s c r i p t 的形式表示。 移动终端所包括监控界面以w m l 语言形式的组织和显示，还具有控 制菜单的浏览，控制菜单命令的选取的功能。 在本系统中，实现时，是以一台标准运行客户湍程序的p c 来充当的。 2 2w a p 网关 实现中的网关是以一台普通的p c 来充当的。其中的网关应用程序运 第7 负共8 5 页 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 行于l i n u x 操作系统。主要功能是接收并处理移动终端的服务请求，并将 请求处理后传递给服务器：接收从服务器响应的数据，并且把数据转换成标 准的w m l 卡片组的形式：然后利用w d p 协议，将卡片组传输给移动终端。 网关的设计应该是整个的重点和难点。它主要涉及到w a p 协议和t c p i p 协议的转换工作，是连接移动终端和服务器的中枢，但由于本次课题的重 点在于客户端，因此网关不作为重点讲解。 2 3 原始服务器 该w a p 构架中的原始服务器作为整个控制系统的被控制端，用台运行服 务器端程序的标准p c 来担任。主要的任务是接收w a p 网关的服务请求，把服 务器中的状态信息传递给网关：同时响应w a p 网关的控制请求，完成进相应的 操作。 另外陔服务器应该预留功能扩展空间，为将来的功能扩展提供方便。 2 4 系统的关键 从系统设计的方框图中可以看到，系统的关键问题有两个： 1 ) t c p i p 与w a p 的转换问题。由于本课题将i p 网上的应用延伸到无线终 端，不能采用相同的t c p i p 协议，需要采用w a p 协议，所以在t c p i p 与w a p 之间的连接问题非常重要，只有实现高效的t c p i p 与w a p 之间的控制信息传 递，刁能实现预期的目标，使得监控信息在有线和无线网络之间透明传输： 2 ) 利用w a p 的基本协议实现通信过程。在本系统中，控制应用的下层是通 过w a p 的几层协议( w s p ，w t p ，w d p ) 实现通信的，要解决它们之闯互联互通问 题。在系统中，具体的底层通信利用了两个不同的协议规范：w a p 的w d p 协议和 基于t c p i p 的l i n u xs o c k e t s 规范： 1 ) w a pw d p 协议用于移动终端和网关之间，是模拟在无线移动环境下的 通信。具有分段重组、错误检测( 可选) 、为上层协议提供适配的功能： 2 ) l i n u xs o c k e t s 规范是基于t c p i p 的，用于在两台机器上实现局域网 之间的通信，它提供了统一的编程接口，而将下层的协议细节加以屏蔽。该系 统是把它作为网关和服务器之f d j 通信的协议规范，而代替实际应用中的 i n t e r n e t 协议，而它们均为基于用户朋务器( c l i e n t l s e r v e r ) 模式。 3 各层的设计方案 根据上文所提出的模型，结合本课题的实际情况，设计出如图2 2 的系统 第8 贞共8 5 负 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现 n a p 协议栈 结构： 在远端控制器和服务器中都包含独立的w a p 协议栈，需要使用w a p 中的 无线会话协议w s p ，无线处理协议w t p 和无线数据报协议w d p 这几部分。控 制器和服务器就是通过w a p 协议来进行通信的：远端控制器与服务器建立可 靠的连接：远端控制器向服务器发送控制指令：服务器向控制器返回相应的状 态信息。 c o m m u n i c a t i o nb yw a p c o n t r 0 1l n s l r u c t i o n s r e m o t e c o n t m l | e r s t a t ei n f o n n m i o n s e r v e r 图2 2 系统总体结构 在具体的实现中，整个系统建立在现有的有线局域网环境之上，因此 最底层的传输实际上是利用了t c p i p 协议，而服务器和控制器上运行的服 务器客户端程序是利用l i n u x s o c k e t s 柬模拟c d m as m s 承载层来进行通信 的。 下面具体描述实现基于w a p 的远程终端控制功能的服务器客户程序的 各组成部分，主要包括w s p ，w t p 和w d p 这三个部分的实现方案。 至于网关，由于时问和人员的限制，我们的这个课题没有涉及到网关 的具体实现。实际上网关所涉及的协议转换和编解码工作相对独立，我们 的这个课题的重点不在于这两方面，而是w a p 的三层协议：w s p ，w t p 和w d p 的实现。当然，之后如果要引入网关的功能也是方便的，因为整个系统具 有良好的扩充性。 2 w s p 的设计方案 2 1 1w s p 功能概述 9 w a p 结构中的会话层协议被称为无线会话协议一w s p w s p 为w a p 中更 高水平应用层的两种会话服务提供了两种服务模式：第一种是连接模式的 服务：运行于事物处理层w t p 之上：另一种是无连接的服务：运行于安全的或 不安全的数掘报传输服务w d p 之上。 w s p 目静提供的服务最适合于浏览应用。w s p 提供了h t t p1 1 的功能， 第9 页共8 5 负 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 并增加了互操作的新特性，如长生命会话，为数据p u s h 提供通用的工具， 容量协商和会话悬挂恢复。w s p 家族的协议针对低带宽的底层承载网络和 相对的高延迟进行了优化。 具体的说，w s p 主要有以下的功能： 基本功能： w s p 设计的核心是二进制形式的h t t p ，因此发送给s e r v e r 的r e q u e s t 和发给c 1 i e n t 的r e s p o n s e 都包含头部( m e t a i n f o r m a t i o n ) 和数据。所有 在h t t p l 1 中定义的方法都被支持。而且容量协商可以协商一套r e q u e s t 方法，因此维持了与h t t p1 1 应用的兼容性。 w s p 为应用层提供类型数据的传输。h t t p i 1 内容的头部以扩展的方 式用于定义内容的类型、字符集编码、语占等。并且压缩的二进制编码对 于所知道的头部进行定义以减少协议头部的负荷。w s p 同样指定了一个压缩 的复合数据格式，它为符合数据对象的每个部分提供了内容的头部。这在 语义上与二进制形式用于h t t p l 1 的m i m e ( m u t i p u r p o s ei n t e r n e t m a i l e x t e n s i o np r o t o c 0 1 ) ”m u l t i p a r t l m i x e d ”格式相同。 w s p 本身不解释r e q u e s t 和r e p l y 的头部信息。作为会话产生过程的 一部分，在会话生命周期内保持不变的r e q u e s t 和r e p l y 头部在c 1 i e n t 和 s e r v e r 的服务使用者之间进行交换。其中可以包含可接受的内容类型、字 符集、语言、设备容量和其他的静态参数。w s p 将在c 1 i e n t 和s e r v e r 间传 递会话头部，以及r e q u e s t 和r e s p o n s e 头部，而不增减其内容。 w s p 的生命周期并不受下层的传输约束。会话可以在闲置时挂起，来 释放网络资源或节约电量。一个轻量的会话重建协议允许无完整的会话建 立载荷条件下的会话恢复。会话可在不同的承载网络上恢复。 扩充功能： w s p 允许对等体之间进行扩充性能的协商。这使得完整、高性能的实 现如同基本、简单的实现一样。 w s p 为一个处理的确认提供可选的机制来添加其头部信息 ( m e t a i n f o r m a t i o n ) 。这使得c 1 i e n t 的应用与s e r v e r 之间进行完全处理 特定信息的通信。 w s p 提供了p u s h 和p u 1 的数据传输。p u l l 利用从h t t p1 1 来的 r e q u e s t r e s p o n s e 机制：并且w s p 提供了三个p u s h 机制用于数据传输： 1 ) 在已存在的会话环境下，证实的数据p u s h ： 2 ) 在己存在的会话环境下，非证实的数据p u s h ： 3 ) 在己无存在的会话环境下，非证实的数据p u s h ： 证实的数据p u s h 机制允许在会话的任何时候，服务器把数据推到客 第1 0 页共8 5 贞 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 户。服务器收到p u s h 己传递的证实。 在已存在会话中，无证实的p u s h 像可靠的数据p u s h 一样，提供了类 似的功能，但无证实。非证实的p u s h 也可在无己存在的会话中进行，在该 情况下，一个默认的会话环境被假定。非证实的会话外的p u s h 可用于在不 可靠的传输中发送单向消息。 w s p 可选支持异步请求，因此一个客户可同时向服务器发多个请求。 这样提高了空中传输的效率，因为多个请求和应答可被结合在很少的消息 中。这也提高了延迟，因为每个请求的应答在c 1 i e n t 可行时即发送给它。 w s p 划分头部域用h e a dc o d ep a g e s 每个c o d ep a g e 仅能定义一个有 限数目的编码，对所知的头部域名，这使其以更紧密的方式代表。在一个 特定的c o d ep a g e 中，超过己知域名标识仍不是个问题，因为v f s p 指定 了从一个h e a d e rc o d ep a g e 转到另一个的机制。 2 ，1 2w s p 的两种类型的会话 1 面向连接的会话服务 连接的会话服务分为一些功能，部分是可选的。人多数的功能都是异 步的，因此通过会话连接的客户和服务器之间的操作是不同的。 1 ) 会话管理功能： 2 ) 方法( m e t h o d ) 引用功能： 3 ) 例外报告功能： 4 ) p u s h 功能： 5 ) 确认的p u s h 功能： 6 ) 会话恢复功能： 其中会话管理和例外报告总是可行的，其他的功能则由会话建立时的 容量协商控制。会话管理允许c l i e n t 和s e r v e r 连接并进行功能和协议选 项的协商。服务器可以拒绝连接尝试，并且可以将客户指向其他的服务器。 在会话建立期间，客户和服务器可以交换属性信息，这些属性用于在会话 期间保持可用。服务器和客户的用户服务都可以中止会话，由对等层最终 通知终止。由服务提供者或管理者引起的中止也可以通知给用户。 m e t h o d 调用允许客户要求服务器执行一个操作并返回结果。可用的操 作是h t t pm e t h o d s 中的 r f c 2 6 1 6 或为用户定义的扩充操作，应适合于 r e q u e s t r e p l y 或处理模式。不管成功与否，在c 1 ie n t 和s e r v e r 中的服务 用户总是被通知处理完成。失败可能由服务用户或服务提供者发起的中止 引起的。 例外报告允许服务提供者通知用户那些不和特定处理相关的事件，并 不会引起在会话中状态的变化。 第贞共8 5 负 电子科技人学硕士学位论文： 在移动终端实现w a p 协议栈 p u s h 功能利用共享的会话信息，允许s e r v e r 向c 1 i e n t 发送未被请求 的信息、。该功能无证实，因此可能是不可靠的。 确认的p u s h 功能与p u s h 功能相似，但c l i e n t 证实收到的消息。c 1 i e n t 也可以选择中止p u s h ，s e r v e r 将被通知。 会话恢复功能：包括将会一话挂起并将会话状态保留的方法。但对等 体均知道c l i e n t 恢复会话，进一步的通信才是可能的。该机制同样用于处 理：服务提供者检测到将来的通信己经不可能，直到服务用户或管理实体采 取了正确的措施为止。它同样可用于将会话转到另一个可替代的承载网络， 该网络较前一个有更适当的特性。该功能应被实现以保证在特定网络环境 中的合理行为。 2 面向无连接的会话服务 无连接的会话服务提供无证实的功能，可以在层用户之间交换内容实 体。与连接模式的服务相似，提供的服务是异步的。仅m e t h o dl n v o c a t i o n 和p u s h 功能可行。功能是无证实的，因此对等体之f 刚的通信可能是不可靠 的。 无连接的会话服务直接建立在w d p 之上，而不使用w t p 的功能集。 2 1 3w s p 的具体设计 根据基于w a p 的远程终端控制功能实现的需要，我们选择利用w s p 中 的连接会话服务，以确保控制指令及状态信息止确、安全的进行传递。 1 w s p 与w t p 的对应关系 对于连接的会话服务，它的实现使用了w t p 协议所提供的一些服务。 具体来说，w s p 的会话服务和 z l p 的处理类之间有下面的关系： 表2 1w s p 会话功能与耵p 处理类的关系 w s p 功能w t p 处理 s e s s i o nm a n a g e m e n tc l a s s o 和c l a s s 2 m e t h o di n v o c a t i o nc l a s s 2 s e s s i o nr e s u m ec l a s s o 和c l a s s 2 p u s hc 1 a s s o c o n f i r m e dp u s hc 1 a s s l 2 实现功能 参照上表，由于在w t p ，我们使用的是c l a s s 2 的处理，因此在w s p 第1 2 页共8 5 攻 主要完成以下的必需功能： 1 会话管理功能 s - c o n h e e l r e q 图2 3 正常的会话建立过程 2 会话恢复功能 图2 4 会话建立时服务器出错 一一一 蜥鹏刊冁一啡 燃燃一一 一一一啪一 一鲥一嗍黼卿 一一蝴粉 一一一一一 讹舸圣糠醋旦 c 1 l e n t s - r e s u m e r e q s r e s u m e c n f 图2 5 会话暂停过程 聊c l a s s 2t r a s a c t i o n 图2 6 会话恢复过程 3 方法引用功能 m e t h o d 调用允许客户要求服务器执行个操作并返回结果。可用的操 作是h t t pm e t h o d s 中的 r f c 2 6 1 6 或为用户定义的扩充操作，应适合于 r e q u e s ，t - r e p l y 或处理模式。不管成功与否，在c l i e n t 和s e r v e r 中的服务 要竺堂是警通知处理完成。失败可能由服务用户或服务提供者发起磊；盖 引起的。如图3 7 所示： c 1 i e n t s - m e t b o d l n v o k cr e q s - m e t h o d l n v o k e c a r s - m e t h o d r c s u l t i n d s - m e t h o d r c s u l tr e s 图2 7 方法引用过程 第1 4 页共8 5 页 电子科技大学硕士学位论文：在移动终端实现w a p 协议栈 3 有芙变量和处理过程 9 有关协议的实现需要使用到下面的协议参数和变量。另外，也涉及到 如下的事件处理过程。具体内容可以直接参阅原协议中的状态表。 3 1 协议参数 协议状态机使用了下面的参数： 1 ) m r u ( m a x i m u mr e c e i v eu n i t ) 是会话层能够从下层服务提供者接 受的最大s d u 。初始值被设置为默认s d u 大小，在“默认容量”中指定。在 容量协商时，该值可变。 2 ) m o m ( m a x i m u mo u t s t a n d i n gm e t h o dr e q u e s t ) 是在一个给定的时 间内能容纳未解决处理方法的数目。初始值设置为m o m 默认值，在“容量 默认值”中指定，该值可在容量协商时改变。 3 ) m o p ( m a x i m u mo u t s t a n d i n gp u s hr e q u e s t ) 是在一个给定的时间 内能容纳未解决处理p u s h 的数目。初始值设置为m o p 默认值，在“容量默 认值”中指定，该值可在容量协商时改变。 3 2 变量 协议状态机使用了下面的变量： 1 ) n _ m e t h o d s ：跟踪在s e r v e r 中正进行的m e t h o d 的处理数目。 2 ) k p u s h e s ：跟踪在s e r v e r 中正进行的p u s h 的处理数目。 3 ) s e s s i o n i d ：它保存了由s e r v e r 分配的，在c l l e n t 和s e r v e r 中 的处理标识。分配标识的方法必须选择，以致于在一个消息生命期间会话 标识值不在使用的传输网络中重复。否则，会话管理逻辑