（通信与信息系统专业论文）instlink系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究.pdf

摘要 无线网络环境具有信道资源短缺、出错率高、终端通断频繁等特点。目前的 主流的v o l p 、i m 规范及产品都是基于i n t e m e t 固定网络环境定制的，难以适应无 线网络环境的应用环境。 论文针对i n s t l i n k 系统的需求，系统地分析了所采用的x m p p 协议机理，并对 t c p 和u d p 传输协议在无线网络环境中的应用特点作了比较分析。论文详细地研 究了i n s t l i n k 网络模型，并通过对i n s t l i n k 服务器源代码的全面分析，提出了稳定 i n s t l i n k 系统构架、建立可替换应用传输服务的设计方案，以及安全登录、超时逐 出、可靠传输和连接保持等核心技术。系统对应用屏蔽了传输服务的差异，支持 上层根据应用环境浮动选择或配置运行系统。 关键字：x m p p 无线i n s t i i n ku d pj a b b e r a b s t r a c t t h ew i r e l e s sn e t w o r ke n v i r o n m e n th a ss o m ef e a t h e r s ，s u c ha sc h a n n e lr e s o u r c e s s h o r t a g e ，h i g he r r o rr a t e ，f r e q u e n tt e r m i n a lo na n do f f , e t c a tp r e s e n t ，b e c a u s et h e m a i n s t r e a mv o l p ，i mn o r m sa n dp r o d u c t sa r ea l lc u s t o m e df o re n v i r o n m e n tb a s e do n f i x e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，i ti sd i f f i c u l tf o rt h e mt oa d a p tt h ew i r e l e s sn e t w o r k e n v i r o n m e n t f o rt h ed e m a n d so ft h ei n s t l i n ks y s t e m ，t h ea u t h o rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e dt h e x m p pp r o t o c o lm e c h a n i s ma d o p t e db yt h es y s t e m ，a n dc o m p a r e da p p l i c a t i o nf e a t h e r s b e t w e e nu d pa n dt c pt r a n s p o r tp r o t o c o li nt h ew i r e l e s sn e t w o r ke n v i r o n m e n t 1 1 1 e a u t h o rd e t a i l e d l ys t u d i e dt h ei n s t l i n kn e t w o r km o d e l ，a n dt h r o u g hc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft h ei n s t l i n ks e v e r - p a r ts o u r c ec o d e ，p r o p o s e ds o m ep l a n s ，l i k es t a b l ei n s t l i n k s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，b u i l d i n g i n t e r f a c er e l i e db ys o f t w a r et r a n s p o r tl a y e r , b u i l d i n g a l t e r n a t i v ea p p l i c a t i o nt r a n s m i s s i o ns e r v i c e s ，a sw e l la ss o m eo t h e rc o r et e c h n o l o g i e s ， s u c ha ss e c u r el o g i n ，d r i v i n ga f t e ro v e r t i m e ，r e l i a b l et r a n s p o r t ，k e e p i n gc o n n e c t i v i t y , e t c n es y s t e ms h i e l d st h ed i f f e r e n c e si nt r a n s p o r ts e r v i c e a n ds u p p o r t st h ea p p l i c a t i o n l a y e rt oc h o o s ea n dc o n f i g u r et h ep r o t o c o lt or u nt h es y s t e mb a s e do nt h ea p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n t k e y w o r d ：x m p p w i r e l e s si n s t l i n ku d pj a b b e r 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 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做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：壹k ! ! l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名：j 盐牝 导师签名： 第章绪论 第一章绪论 1 1 论文的研究背景及意义 基于x m p p 1 5 】协议的i n s t l i n k 系统是包括即时通信、v o i p 、出版订阅、多媒 体通信、文件共享与传输、群组通信等多种网络技术和应用的融合。目前通信软 件正朝着e o i p ( e v e r y t h i n go v e ri p ) 的方向发展，传统固网已无法满足通信软件发 展的需求，因此，无线网络环境下e o i p 应用已经开始全面、蓬勃地兴起。当前， 社会急需电信产业高速健康发展，以提供更加丰富多彩的应用来适应人们的通信 需求。随着通信网与互联网的融合，作为最主要的个人信息交流平台的即时通信 业务、多媒体业务、v o i p 业务等凸显出十分巨大的应用前景。另外，基于无线网 络的即时通信技术及其各种应用具有较多的优势：它能够直接迅速地得到对方的 反馈，给人以亲切感，从而受到了众多人的喜爱，吸引了众多进行通信软件产品 开发的企业。 随着计算机技术、网络传输技术和数字信号处理技术的飞速发展，基于i p 分 组网络的实时多媒体业务的应用越来越多。例如v o i p ( v o i c e o v e r i p ) 是目前基于 i p 分组网络多媒体通信的一个典型业务，已经成为当前技术研究的热点。在无线 网络的应用中，目前v o i p 主流协议如s i p 2 8 1 1 2 9 1 、h 3 2 3 1 3 0 1 所采用的传输协议均为 传输效率较高、数据可靠性较低的u d p 协议。由于实时传输协议r t p 提供具有实 时特征的、端到端的数据传输业务，因此v o l p 可用r t p 来传送语音数据，通常 r t p 协议数据单元是使用u d p 分组来承载的；h 3 2 3 中的r a s t 3 0 l ( 注册、许可、 状态) 信令是基于u d p 协议的。 无线网络中基于i p 分组的传输层协议有t c p 和u d p 两种协议【l5 1 。在实际应 用中，由于u d p 协议具有简单、无连接、实时性高、信道资源占用率低等适应无 线网络环境的优点，所以被大部分通信软件采用，但u d p 协议同时也具有q o s 无 法保证、不可靠、传输乱序等缺点，使得t c p 协议在一些对数据可靠传输要求较 高的系统中大量被采用。 基于x m p p 的i n s t l i n k 系统目前所采用的传输层协议为t c p 协议，这也缘于 x m p p 这个应用层协议是基于t c p 协议设计的，设计的初衷也是面向传统固定网 络。在无线网络环境中，x m p p 协议的数据描述语言x m l 其本身虽然功能强大， 但是x m l 同时也占用了较多的网络资源，另外，t c p 长连接的方式无论从信道资 源消耗还是计算资源消耗上来讲，都不太适合i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应 用。因此，如何在无线网络环境下对x m p p 协议进行应用扩展、解决x m p p 协议 的无线应用缺陷将具有重大研究意义。 2 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 1 2 目前相关研究现状 可扩展消息和出席协议1 1 4 j ( e x t e n s i b l em e s s a g i n ga n dp r e s e n c ep r o t o c o l ， x m p p ) 是一种基于可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 的即 时通信协议。x m p p 协议已经被批准为即时通信标准协议，这也意味着x m p p 成 为和t c p i p 1 i 】【1 2 1 、h t t p 、f t p 、s m t p 、p o p 一样的i n t e m e t 标准。 x m p p 协议簇采用x m l 语言定义协议中的命令与数据，它利用了x m l 通用 性强、易扩展，以及机器可读的优点，方便了协议在功能上的扩展及其与其它应 用的互通。另外，以文本形式的x m l 语言定义的命令，在一定程度上也避免了二 进制病毒代码的引入。 x m p p 核心协议r f c 3 9 2 0 1 】定义了x m l 流( x m ls t r e a m ) 的概念，用来描述一 次完整的即时会话并维护会话中需要的相关状态信息。在x m l 流中传输的x m p p 消息数据被称为“节点”( s t a n z a ) 。r f c 3 9 2 0 中定义了三个基本的节点( m e s s a g e ， p r e s e n c e i n f o q u e r y 节点) 来完成基本服务，开发者可以根据实际需求，利用x m l 语言命名空f a j ( n a m e s p a c e ) t 5 】的特性对原有节点进行扩展或者定义新的节点。 x m p p 协议簇规定在数据传输上采用t c p 协议，并结合了s a s l 5 】身份认证协 议，以及t l s 信道加密协议，另外还设计了端到端数据加密机制作为可选的数据 加密策略，为数据的可靠传输提供了保证。 x m p p 协议的历史与j a b b e r 8 】是分不开的，所以x m p p 协议也可以称作j a b b e r 协议。x m p p 协议的研究起源于1 9 9 9 年的j a b b e r 社区，目的是开发一种开放的i m 通信平台。j a b b e r 的开源特性使得任何的研究人员和开发人员都可以加入到j a b b e r 项目之中。通过全世界所有对j a b b e r 感兴趣的技术人员的努力，j a b b e r 得到了很 好的发展和应用。在x m p p 协议成为i e t f 标准之前，它是由j a b b e r 开源社区开 发并维护的，称之为j a b b e r 协议，可以称之为“x m p p0 9 。由于这段历史渊源， x m p p 和j a b b e r 协议的大部分是相同的，但是也存在一定的差异。 虽然x m p p 协议目前在互联网中的应用已经有一定范围的普及，但是它在无 线网络中的应用目前还处于起步阶段。由于x m p p 协议是基于t c p 协议的应用层 协议【2 1 ，因此，目前基本上所有的x m p p 系统的实现，均是以t c p 协议作为传输 层协议。g o o g l e 公司目前已经在g t a l k 中实现了基于u d p 协议适于无线网络的 x m p p 应用。g t a l k 的传输协议叫“p s e u d o t c p ，据g t a l k 开发人员描述是一种 用u d p 来实现的模拟t c p 的协议，如果它能够标准化，对于开发人员来说减少了 很多u d p 传输的自定义的控制程序，减少了开发人员的重复劳动。 目前无线网络关于传输层协议的选择还没有一明确的标准【l 引。以g p r s 为例， 在g p r s 网络应用中，用户在g p r s 网络上可选择u d p 与t c p 传输协议【1 9 1 ，由 于没有明确的标准，业主单位、设备供应商、系统集成商常常在选用何种传输协 第一章绪论 议的问题上进行长时间讨论，并且进行了大量测试，几乎每个项目都要进行小规 模试验，这也影响了g p r s 在行业应用的进程。系统运行效果除受协议选择影响 外，还受到网络质量、使用方式、外围设备的影响。很多试验的结果不尽一致， 不能准确反映t c p u d p 协议选择带来的效果，这让t c p u d p 选择再次陷入新一 轮讨论与测试过程。 1 3 论文所作的主要工作 论文源于西安电子科技大学通信软件课题组信息分发平台i n s t l i n k 系统项目， 该系统是基于x m p p 及其扩展协议的，目前支持即时消息、语音通话、语音会议、 视频交互、视频会议、出版订阅、文件传输和群组通信等多种应用服务。 主要工作内容： 1 ) 广泛研究了课题相关领域的资料； 2 ) 深入分析了x m p p 协议； 3 ) 系统分析了i n s t l i n k 网络架构源代码，提出了适合无线应用环境的改进方 案； 4 ) 在保持服务器系统架构稳定的前提下，建立了基于u d p 的i o 管理策略， 并在应用层实现u d p 的可靠传输及其他功能； 5 ) 论文的实际成果已经进行了长时间的测试，并可以正常、稳定地工作，初 步完成设计时预定的所有功能。 1 4 论文内容安排 本文主要对现有的基于x m p p 的i n s t l i n k 信息分发平台系统通用网络架构进行 了深入的研究，然后在现有i n s t l i n k 系统架构下实现了基于u d p 协议的适于无限 网络环境的i n s t l i n k 信息分发平台系统。以下是论文各章的安排： 第一章绪论，主要相关理论的研究现状，以及论文的主要工作和论文的内容 安排； 第二章x m p p 协议原理，主要阐述了x m p p 协议的定义、历史、技术优点、 核心内容等； 第三章无线网络环境下基于p 的t c p u d p 协议，简单阐述了u d p 和t c p 协 议的主要特点，重点比较了u d p 和t c p 协议在无线网络环境下的性能； 第四章i n s t l i n k 网络架构，主要是对基于t c p 协议的i n s t l i n k 通用网络架构各 个主要功能模块进行深入分析，并重点分析了c 2 s 组件； 第五章系统总体设计与实现，以i n s t l i n k 通用网络架构为基础，在此之上实现 了基于u d p 协议的无线网络环境i n s t l i n 信息分发平台系统，完成了系统的总体设 4 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 计及安全登陆、可靠传输、融合t c p 协议、无差别通信等多种应用； 第六章总结与展望，对全文进行总结，并对系统提出一些展望。 第二章x m p p 协议原理 5 2 1 1x m p p 定义 第二章x m p p 协议原理 2 1x m p p 协议 x m p p 是一种开放的i m 平台协议和规范，并且已经通过了i e t f 的批准。x m p p 协议的全称是可扩展消息和出席协议( e x t e n s i b l em e s s a g i n ga n dp r e s e n c ep r o t o c o l ， x m p p ) ，是一种基于可扩展标记的语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e x m l ) 的 即时通信协议。x m p p 协议提出以x m l 流的方式在互联网上两个端点之间实时的 传输结构化数据片断。x m l 流是在两个端点之间交换x m l 节的容器，而不是单 纯的静态的x m l 文档。 2 1 2x m p p 协议的历史 x m p p 的研究和开发首先起源于j a b b e r 社区1 9 9 9 年，j i e m i u e r 提出要开发 一种开放的叫做j a b b e r 的i m 平台。这种平台基于扩展性良好的x m l 技术，同时 又有所区别于传统的x m l 概念。其他的开发人员也迅速的加入到这一团体中来， 基于开放和开源的原则，同步开发了基于x m l 流的服务器和客户端。伴随着开发 活动的进行，相关的协议文档也在当年开始撰写。 2 0 0 1 年，j a b b e r 社区成立了j a b b e r 软件基金会。这一基金会虽然并不从事软 件开发工作，但是他们组织研究并开发了一系列的协议规范。j s f 不同于其他比如 i e t f ，w 3 c 等组织的地方在于，他们的研究活动和过程是完全公开化的，任何的 研究和开发人员都可以参与他们的研究工作。正是由于这一特点，使得j a b b e r 社 区得到了很好的发展。 2 0 0 2 年，j s f 决定将他们的核心x m l 流协议作为草稿提交给i e t f 进行审核。 随后，i e t f 正式成立了x m p p 工作组，直接支持对x m p p 的标准化工作。在j s f 和i e t f 的共同努力之下，终于在2 0 0 4 年，i e t f 通过了j s f 的最终工作草稿并于 当年发布了四个x m p p 相关的r f c 文档。 2 1 3x m p p 技术优点 x m p p 的技术优点可以归纳为以下几点： 开放性：x m p p 协议是免费的、开放的、公有的且容易被理解的协议；同 时还有多样性的客户端、服务器、组件与代码库的实现，其中有很多都是 开源的。 6 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 标准：i e t f 已经正式以x m p p 来确认了这个基于x m l 流的即时通信协 议。 可靠：从上世纪9 0 年代末x m p p 开始被开发一直到现在，x m p p 已经趋 于稳定；有数万计的开发者正在致力于x m p p 技术的开发，在i n t e r n e t 上 运行的x m p p 服务器也开始暴增。 分布式：x m p p 的框架与e m a i l 类似，所以每个人都可以运行自己的x m p p 服务器，来进行他们自己的组织的管理的i m 体验。 安全性：任何一个x m p p 服务器都与公共的x m p p 网络独立，通过s a s l 与t l s 来尽力安全连接等诸多功能已经内建在x m p p 的核心协议中 可扩展性：基于x m l 的x m p p 协议可以很方便地让用户在其上面扩展他 自己的功能；对于一些通用的扩展，由j a b b e r 软件组织来进行维护。 灵活性：x m p p 程序可以超越i m 的范畴，可以用来进行网络管理、内容 同步、协同工具、文件共享、游戏与远程系统监控等。 2 1 4x m p p 四个标准协议的内容 1 ) r f c 3 9 2 0 1 】：x m p p 核心协议 这个协议定了x m p p 的核心的特征。以下是其内容简介： 基本框架：定义了客户端与服务器、服务器与服务器、服务器与其它i m 连接方式。 寻址方式：定义了n o d e ，d o m a i n r e s o u r c e 形式的寻址方式。 x m l 流：定义了x m p p 的x m l 流的形式。 t l s 的应用：定义了如何用t l s 进行登录认证，包括客户端到服务器端、 服务器的登录认证。 s a s l 的应用：定义了如何用s a s l 进行信息的加密。 r e s o u r c e 的绑定：每一个n o d 的d o m a i n 必须绑定一个r e s o u r c e ，代表一 个具体的连接。 服务器回拨：防止服务器欺骗。 服务器端x m l 的s t a n z a s ：定义了基本的交换片段：m e s s a g e ，i q ，p r e s e n c e 。 核心c o m p l i a n c e 需要。 互联的考虑。 安全的考虑。 认n a 考虑。 2 ) r f c 3 9 2 1 1 2 】：x m p p 即时与在线信息 这个协议以x m p p 的核心协议为基础，来实现r f c 2 7 7 9 2 7 】所定义的的即时与 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 在线信息的功能描述。 协议主要描述了以下方面的内容：m e s s a g e ，i q ，p r e s e n c e 的语法；如何建立 一个实体的s e s s i o n ；如何交换信息；如何交换在线信息；如何管理在线信息订阅； 如何管理名单；如何结合在线信息订阅与管理名单；在线信息订阅的状态；如何 终止交流；服务器如何处理x m l 的s t a n z a s ：以及各种兼容性安全性的考虑。 3 ) r f c 3 9 2 2 习：x m p p 与c p i m 的映射 这个协议规定了x m p p 与c p i m 的映射机制，c p i m 是通用在线信息与即时通 信信息的描述。 协议主要描述了以下主面的内容：c p i m 与x m p p 的地址的映射、c p i m 与 x m p p 的m e s s a g e 信息的映射、c p i m 与x m p p 的p r e s e n c e 信息的映射、 c p i m x m p p 的网关服务形式及安全方面的考虑。 4 ) r f c 3 9 2 3 t 4 l ：点对点的对象加密与签名 这个协议定义了x m p p 中点对点的加密与签名方式。这里定义的方法可以让 发送者签名、加密给要接收人的信息，可以签名、加密给某一特殊用户的在线信 息，可以签名、加密给某一特殊用户的任意特殊信息。这个协议就是让x m p p 满 足了“i m p r e q s ”所定义的需求。 2 1 5x m p p 发展趋势 一般认为由于m s n 、q q 、i c q 经过多年发展，己经拥有庞大的消费级终端用 户群，所以在c i m t 4 6 j 上，x m p p 开放协议这方面并没有多少优势而言，同时在这 些c i m 软件之上的附加功能越来越多( 例如语音，视频，游戏等) ，x m p p 在这 方面功能较弱。但随着o o o g l e 的加入，x m p p 也向着公共i m 方向发展，同时在 o o o g l e 与j a b b e r o r g 的社区的努力下，基于x m p p 的语音、视频协议的j e p 也已 经被制定出来。 x m p p 在企业即时通信和应用领域，由于其高度的开放性与可扩展性，很适 合做企业信息系统平台。目前商业的x m p p 软件，针对的都是企业即时通信服务。 但在语音、视频方面，s i m p l e 协议已经被i b m 、微软等大公司普遍采用，特别 是s i m p l e 的基础是s i p 1 0 】，而j a b b e r 新制定的语音、视频也是基于s i p 的。所以 很多采用x m p p 做e i m 的企业，在传语音、视频方面并不打算采用x m p p 的语音、 视频协议，而是利用他们原来的s i p 系统，这样客户端集成x m p p 与s i p 系统两 种协议，这个情况还会继续。 由于j a b b e r 是基于x m l 的流传输协议，它更适合传输结构化的信息，这样， 在一些应用领域，会有比较大的发展前途，比较典型的就是，j a b b e r 己经作为c o e ( 公共操作环境) 的一部分，在美军的f b s ( f u t u r ec o m b a ts y s t e m s ) 系统中提供 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 服务，用于提供c h a t 服务和接受来自传感器的战场信息，使得实时信息可以在单 兵作战平台、传感器和其他资源间传送。正如x m p p 的创始人j e r e m i e m i l l e r 所 希望的，x m p p 将来可能更多用于实时的x m l 数据传输上，而不是仅仅作为一个 即时通信的平刽5 1 。 2 2 1x m l 流和x m l 节 2 2x m p p 核心内容 x m l 流和x m l 节是x m p p 协议中最重要的两个基础概念，它们使得快速、 异步地交换结构化信息成为可能。x m l 流是网络中通信实体之间交换x m l 元素 的容器，它实质上是x m p p 协议对通信端点之间传输机制的抽象。x m p p 协议以 x m l 标签 来标识流的开始，以 标识流的结束。在x m l 流的生 命期内，通信实体是以x m l 节( x m ls t a n z a ) 的形式来交换信息。x m l 节是由 结构化信息组成的语义单元。对于每一个x m l 节来说，元素 是它的根元 素，也是直接父元素( 从元素的深度来说，x m l 流的深度为0 ，各x m l 节的深 度为1 ) 。x m l 节以深度为1 的开始标签( s t a r t t a g ) 开始，以深度为1 的结束标 签( e n dt a g ) 结束。一个普通的m e s s a g e 如下所示： h e l l oe v e r y b o d y ! t h i si st h em e s s a g eb o d y ! 其中 标签和 标签分别标识了这个x m l 节的开始和结束。 2 2 2 三种x m l 节 x m p p 协议定义了基本的语法和语义，包括消息 、出息信息 ，信息查询 和x m l 节错误( s t a n z ae r r o r ) 。除了基本的x m l 节 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 9 之外，用户也可以依据具体的应用对现有协议进行扩展。 节： 节是x m p p 中的数据推送机制，一般是从一个 客户端到另外一个客户端，与e m a i l 系统的消息传递有点相似。不过，与 e m a l 系统不同的是，这种消息传递是非常实时的。因为，通过现场探测 机制，发送的一，方总是能够知道接收方是否在线并是否做好接收的准备。 在发送的时候，所有的m e s s a g e 节都会有t o 属性。当服务器收到这类x m l 节的时候，将会根据t o 这一属性路由该消息。 节： 节是x m p p 中的数据广播机制。由服务器接收 并向所有相关目的方进行广播，这种机制又有点类似订阅发布类型的消 息传递。这一机制目前主要用于i m 当中的联系人管理功能的实现。 节： ( i n f o q u e r y ) 节是x m p p 中的数据请求与答复 ( r e q u e s t r e s p o n s e ) 机制，比较类似h 1 _ r p 的工作机制。通过这一语义单 元，一个实体可以向另一实体发出请求，以及接收对方的应答。 与x m l 流类似，在x m l 节传输期间，如果产生语义或者应用上的错误，任 何一方都可以以e r r o r 节通知对方错误的发生。 2 2 3 寻址方案j i d 使用x m p p 通信，必须是有统一的寻址方案，且符合r f c 2 3 9 6 u r i 】( 统一资 源标识) 。由于历史原因，x m p p 实体地址叫做j i d ( j a b b e r 标识) ，形如 n o d e d o m a i a r e s o u r c e 。j i d 是由三部分组成：域标识符( d o m a i n ) ，节点标识符 ( n o d e ) ，资源标识符( r e s o u r c e ) ，用于标识即时消息用户，和用户连接的资源， 也可以是其它，例如服务器上多个用户的聊天室r o o m s e r v i c e ，r o o m 是聊天室。域 标识符是唯一必须的，通常代表网关或主服务器。域标识符必须是定义在 i n d a 】 的国际化域名。节点标识符是一个可选的，且以“ ”分割放在域标识符之前的标 识符，它通常是一个使用网络服务的一个实体( 例如一个客户端) ，或其他类型 的实体( 提供多个用户服务的聊天室) 。资源标识符是一个可选的标识符，放在 域标识符之后，并以分割，通常代表一个特定会话或连接。这样同一个账 号可以使用不同的r e s o u r c e 在不同的两个地方登录，而交流不会发生错乱。 j i d 的关键特性包括： 唯一确定进行即时消息和出席信息通信的独立对象和实体； 用户很容易记住它们并在现实世界中进行表达： 可以包容其他即时通信和出席信息状态表。 1 0 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 2 3x m p p 系统架构 x m p p 系统和其他传统的即时通信系统不同，它是基于x m l 的。x m p p 协议 即时通信系统最显著的特点是：它是源代码开放的x m l 协议；对于先前被各种不 同平台分开、彼此独立的即时通信系统来说，此系统使超常传输的分布性更好、 更容易地被访问。 即时通信系统通常有两种通信模式，一种是用户服务器模式，即发送端用户 和接收端用户必须通过服务器来交流；另一种是用户用户模式，即客户端之间无 需通过服务器可以直接进行通信。x m p p 系统使用的是用户服务器模式，也就是 通常所说的c s 模式( c l i e n t s e r v e r 模式) ，所有的x m p p 消息必须通过服务器才 可以从一个客户端传到另一个客户端。 2 3 1x m p p 通用网络架构 x m p p 在设计上很大程度上沿袭了i n t e r n e t 上最成功的消息系统e m a i l ，其整 体框图如3 1 所示，协议中有三种实体( 不包括外部即时消息服务器) ，它们分别 为x m p p 客户端，x m p p 服务器，x m p p 协议网关。x m p p 协议网关负责x m p p 与非x m p p 系统互联；x m p p 服务器之间也可以通信，这样就形成了由x m p p 服 务器组成的分布式网络。连接到这个网络的客户端，可以发送消息给同一个服务 器或其他i n t e m e t 上的服务器上的用户。 务 , b c r e i l m c _ u x r d o m l i a c n 尽管x m p p 没有结合任何特定的网络结构，但通常认为它是c l i e n t s e r v e r 架 构的一种实现。在这里客户端用x m p p 的方式访问服务器采用的是t c p 连接，服 务器之间的通信也是t c p 连接。 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 1 1 2 3 2 服务器 x m p p 服务器作为通信的职能管理层，它主要负责： 管理不同客户端之间的连接和会话，这种会话是以x m l 流的方式进行。 通信双方路由可寻址的x m l 节。 若通信双方跨越服务器所管辖的域，则服务器需要与其他服务器进行 x m p p 通信。 x m p p 服务器是一种模块化的服务器端，每一个模块可以被称为一个组件。 另外，服务器可以通过附加服务来进行功能扩展。 以i n s t l i n k 服务器网络架构为例，i n s t l i n k 服务器可以分为5 个组件，每个组件 分别担负着不同的职责，组件之间的采用s o c k e t 进行通信。i n s t l i n k 服务器的5 个 组件在代码上可以表示为5 条不同的进程，这5 条进程可以位于同一台p c 机上运 行，也可以放在不同的p c 机上运行。 这5 个组件分别称为c 2 s ( d i e n tt os e r v e r ) 组件，r o u t e r ( r o u t em e s s a g eb e t w e e n c o m p o n e n t s ) 组件，s m ( s e s s i o nm a n a g e r ) 组件，s 2 s ( s e r v e rt os e r v e r ) 组件，r e s o l v e r ( r e s o l v e h o s t n a m e ) 组件。r o u t e r 组件在系统中起到内部通信干路的作用，其他的 5 个组件都通过s o c k e t 连接到r o u t e r 组件，r o u t e r 组件负责传递组件之间的消息。 为了实现内部组件的通信，组件之间定义了组件内部协议，这个协议类似x m p p 协议。 2 3 3 客户端 x m p p 客户端通过t c p 连接直接与服务器通信，依据x m p p 协议来使用服务 器提供的功能和相关功能。在x m p p 协议中，客户端相对服务器端而言协议简单， 易于实现，所以现在已经出现了很多成熟稳定的客户端，如p s i 和g a i m 。 一个x m p p 客户端必须支持的功能有： 通过t c ps o c k e t 与x m p p 服务器进行通信 解析组织好的x m l 信息包 理解消息数据类型 x m p p 协议将复杂性从客户端转移给了服务器，这使得客户端的实现变得很 容易( 种类繁多的客户端就是一个最好的证明) 。x m p p 客户端与服务器通过x m l 在t c ps o c k e t 的5 2 2 2 端口进行通信，而不需要客户端之间直接进行通信。在实际 应用中，许多低阶的客户端功能( 如解析x m l ，理解基本的x m p px m l 语言如 ， ， 等消息) 已经包含在x m p p 客户端类库中，这样 可以让客户端的开发人员更多地专注于用户界面的开发。 1 2 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 2 3 4x m p p 协议网关 网关是一个特殊用途的服务器端的服务，主要功能是把x m p p 翻译成外部( 非 x m p p ) 消息系统所使用的协议，并把返回的消息翻译成x m p p 协议。例如到e m a i l ， i r c ，s i m p l e ，s m s 等的网关；还有和别的消息服务的网关，比如a i m 、i c q 、 m s n m e s s e n g e r 、y a h o o ! i n s t a n tm e s s e n g e r 等。 2 3 5x m p p 网络 因为每个服务器都是由一个网络地址来标识的，并且服务器之间的通信是c s 协议的直接扩展，实际上系统是由很多互通的服务器构成的。例如， 可以和 交换消息、出席信息和其他 信息。这种模式常见于那些需要使网络地址标准化的协议。任意两个服务器之间 的通信是可选的，如果被激活，那么这种通信应该通过x m l 流绑定到t c p 连接 上进行，建议的服务器之间的连接端口为5 2 6 9 。 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 1 3 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 3 1 无线网络中的t c p 性能 传输控制协议( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l t c p ) 是因特网上使用最广泛 的传输层协议，它提供可靠的端到端的流服务。大多数的i n t e m e t 应用如w w w 、 f t p 、t e l n e t 和e m a i l 等都使用了t c p 提供的这种可靠服务，因而用户所能感 知到的网络服务的性能主要取决于t c p 的性能，t c p 的性能也就成为设计和构建 高性能t c p i p 网络的关键。 由于传统的有线网络是高速宽带网络，网络中数据包的丢失主要由于网络拥 塞引起的，t c p 协议专门对这种情况进行了优化。假设所有的数据包丢失是由网 络拥塞造成的，那么进行相应的拥塞控制来降低网络数据传输速率，就可以提高 t c p 协议的传输效率。在网络包括无线链路的情况下，由于无线路由切换和无线 链路特性的改变而导致数据包的丢失，传统的t c p 协议对此不能进行有效地处理， 导致和服务质量的下降。在无线网络中使用传统t c p 协议提供数据包传送服务时， 由于网络环境不同于固定网络，除了网络拥塞以外还有其他的因素可能导致数据 包的丢失，主要包括以下两类【1 2 】： 1 ) 路由变化导致数据包丢失或者失序到达 路由中断和路由优化都可能导致多个数据包的丢失或者失序到达。在高移动 性的无线网络环境中，移动节点经常会改变位置，为了保证可以使用最优的路由， 路由协议需要频繁的更新路由，导致数据包的丢失或者失序到达。当路由协议检 测到路由失效后，在寻找到新的路由之前的时间内可能导致多个数据包的丢失。 由于传统的t c p 协议缺乏识别数据包丢失原因的能力，导致不必要的调用拥塞控 制和避免机制，进而引起t c p 吞吐量下降和数据传输时延增加。 2 ) 误码特性导致的数据包丢失 由于无线链路的特性引起数据包的随机误码和突发错误均可导致数据包丢 失。随机误码可能导致拥塞窗口内的单个或者多个数据包的丢失，突发错误可能 导致多个数据包的丢失。单个数据包的丢失引起快速重传和快速恢复，多个数据 包的丢失导致重传超时，因而t c p 会调用慢启动机制，这两种情况都会引起t c p 连接的吞吐量的下降。无线网络的介质是由多个移动台共享的，它们通过随机争 用的方式发起数据传输，隐终端问题会导致接收信号的混淆，使得移动台不能正 常通信。 1 4 i n s t l i n k 系统在无线网络环境下的应用扩展技术研究 3 2 无线环境下t c p 的局限性 由于无线网络存在的环境不可靠，所以不能保证环境总是适应于数据的传输。 传统t c p 的差错控制针对于拥塞丢包，而非无线网络中典型的切换和随机误码所 造成的瞬间随机错误或暂时的中断。拥塞窗口调节的处理方法目的是避免发生拥 塞崩溃，它不是无线网络中t c p 连接错误恢复的最佳策略。 在无线环境中，信道比较容易受到各种环境因素的影响而变得非常复杂。主 要表现在【1 8 】： b e r 高 由于信号衰落、反向多径传播信道、来自其它发射机或周围环境的干扰和无 线网络所处环境的变化，使无线网络的b e r 明显高于有线网络，即使同一会话上 的b e r 都会发生数量级的变化。特别地，突发性错误造成连续多个分组丢失，使 拥塞窗口连续减半，发送端发送能力大幅下降；当拥塞窗口低于4 个报文时，t c p 就无法激活快速重传恢复算法，发送端只能等待超时重传，t c p 的性能进一步降 低。 带宽限制 无线信道提供的带宽一般为1 11 m b p s ，远远小于有线网络所提供的 1 0 1 0 0 0 m b p s 带宽。带宽对无线网络来说是一种宝贵的资源，因此如何高效地使用 带宽成为无线网络协议设计的重要问题。 移动( 切换) 问题 移动设备在移动过程中，即从一个区域移动到另一个区域时，会产生暂时性 的连接中断。频繁的移动通常会导致丢包或延迟，而t c p 可能错误地解释为网络 的拥塞，从而激活拥塞控制机制，引起吞吐量的降低。 能量限制 无线网络所消耗的能量可以从2 个因素考虑：第一，接收处理能量，即备用 模式下或接收数据时消耗的能量；第二，发送能量，即通过无线链路发送数据的 能量。通常当网络半径超过1 0 0 米时，能量开销主要指传输能量。移动设备通常 使用电池提供有限的能量，从而使其通信时间受到限制。频繁的分组丢失引起的 重传致使t c p 连接的时间较长，能量损耗高。 总之，无线环境的这些特点使得传统t c p 在无线环境下表现出许多不尽人意 的地方，究其原因，最关键的是其缺乏全面的错误控制能力。目前的t c p i p 协议 是为有线网络、固定主机设计的，t c p 的差错控制是以网络拥塞丢包为中心，而 忽略链路传输错误等其它问题，这在有线网络上是成立的，但在无线移动环境下 链路错误b e r 、越区过程中的丢包问题等典型问题，t c p 缺乏处理这些错误类型 的能力。 第三章无线环境下的基于i p 的t c p u d p 协议 1 5 3 3 无线环境下u d p 无连接服务的优势 面向连接的服务功能明显很强大，它能够发挥面向连接传输所具备的特性， 例如流量控制、差错处理、以及顺序交付等等，但是面向无连接的服务更加适