移动互联技术及其发展

李玉清 李炜 廖建新

　　近年来，移动通信技术发展突飞猛进，2001年，我国的GSM移动网络用户已经超过1亿，我国的移动通信网络，成为世界最大的GSM网络。另一方面，互联网的网络规模正在以惊人的速度不断扩大，互联网已经深入到人们生活的每一个方面。人们不仅仅满足于通过固定的网络设备接入互联网，随着个人流动性的增强，如何通过移动终端接入到互联网的需求日益变得迫切。因此，如何让人们随时随地方便的接入互联网，成为当前无线通信和互联网技术研究中的一个热点。

　　移动通信和互联网是当前信息产业的两大支柱，而无线互联由于具有将这两大领域结合的能力，引发了设备制造商、电信运营商、软件开发商以及信息提供商等各方面的极大关注。对于移动运营商来说，目前面临的就是要采用新技术，对广大移动用户提供方便的互联网和其他增值业务。在本文中，我们将介绍在无线互联领域中所用到的技术及其发展方向。

　　一、移动IP技术

　　越来越多的移动用户希望能够以更加灵活方便的方式接入到互联网，而不受到时空的限制。移动IP技术正是适应这种需求而产生的一种新的支持移动用户和互联网相连接的互联技术。移动IP允许移动节点在不重新启动和不中断任何正在进行的互联网通信的前提下，同时能够移动自己的位置。

　　在移动IP中定义了三种功能实体：

　　移动节点（MobileNode）：当互联网中的一个节点在链路切换时，能够不改变它的IP地址，仍然进行正常的通信；

　　家乡代理(HomeAgent)：与移动节点本地网络主机相连接的路由器，它保存有移动节点的位置信息，当移动节点不在本地网络时，能够将发往移动节点的数据包传给移动接点；

　　外地代理(ForeignAgent)：移动节点外地链路上的路由器，能够把家乡代理送来的数据包转发给移动节点。

　　移动IP的工作机制：移动代理组播一个代理广播消息，当移动节点收到消息后，检查自己的工作网络，工作在本地网络时象固定节点一样工作，当不在本地网络时，通过外地代理的代理广播消息来得到移动节点的转交地址，向本地节点注册它的转交地址，家乡代理向本地链路中的路由器广播移动节点家乡地址的网络前缀，使发向移动节点的数据包被家乡代理获得，然后通过隧道向转交地址传送，在外地代理处，数据包从隧道中提取出来给移动节点，当移动节点向外发送数据包时，照常处理。

　　在移动IP的工作机制中，使用了几项关键技术来完成其移动性，分别为：隧道技术、代理搜索、注册。

　　随着互联网的迅速发展，对IP地址形成了压力，现行的IPv4版本因为其自身物理数据结构所限，已经不能满足人们如此巨大的地址的需求。IPv6采用128位地址，与32位的IPv4相比，几乎可以无限制地提供新IP地址。与之相对应，移动IPv6技术也与移动IPv4相比有了很大的发展。

　　二、通用分组无线业务（GPRS）

　　GPRS是一种新的GSM数据业务，采用分组交换技术，能够实现公众陆地移动网（PLMN）上的分组模式的传输，并能实现与外部网络的互通，可以给移动用户提供无线分组数据接入业务。根据ETSI的GSMphase2/2+的建议，GPRS在阶段1将支持以下业务：

　　TCP/IP和X.25业务；

　　GPRS附加业务；

　　增强型的短消息业务；

　　GPRS分组数据计费功能。

　　通过支持TCP/IP和X.25功能，GPRS网络可以为用户提供电子邮件、网上浏览、LAN接入等一系列功能；GPRS支持分组数据计费功能，网络支持按照流量计费，使收费更加合理。

　　GPRS由于支持以上业务功能，其特点是：

　　传输速率高；

　　接入速度快，由于GPRS核心网是一个分组型数据网，支持IP协议，因此可以与其他分组数据网络进行无缝、直接连接；

　　永久在线，由于分组传输不占信道，因此用户可以长时间保持与外部数据网的连接，而不用进行频繁的连接和断开操作；

　　计费合理，由于可以按照流量计费，所以可以进行更合理的按流量计费；

　　可以提供丰富的数据业务。

　　GPRS的网络结构是在现有的GSM网络结构上添加了一些节点构成的，如GGSN（网关支持节点）和SGSN（服务支持节点）。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，有两种类型，一种为GGSN，GGSN主要起网关的作用，是GPRS网与外部数据网络的节点，负责与多种不同的数据网络相联接，同时还具有分配地址、计费和防火墙的功能；另一种为SGSN，SGSN主要是对移动台进行鉴权和位置管理，用来记录移动台当前的信息，在移动台和GGSN之间完成数据的发送和接收。

　　GPRS允许业务用户在不使用电路交换网络资源的情况下，以端到端分组传输模式发送和接收数据。GPRS能使分组模式的数据高效地，高性能价格比地使用网络资源，这些应用可以具有以下特征：间歇、非周期的（突发）数据传输；

　　少量数据的频繁传输；

　　大量数据以很长时间间隔传输。

　　GPRS能够提供点对点（PTP）业务。点到点业务（PTP）可以实现两个用户之间的多分组的传输。PTP有两种类型：

　　无连接的PTP网络业务（PTP-CLNS）——采用数据报方式，可应付突发性业务，在无线接口采用应答传输方式实现可靠传输。它能支持基于IP协议的应用；

　　面向连接的PTP网络业务（PTP-CONS）——在无线接口采用应答传输方式实现可靠传输。它能支持基于ConnectionOrientatedNetwork协议（CONP）的应用。在一个公众陆地移动网（PLMN）内，GPRS应提供保持基于信元交换的面向连接虚电路的能力，但在跨PLMN传输时不要求这种能力。在无线数据连接发生不可恢复的失败时应能释放相应的交换虚电路。

　　GPRS还能提供点对多点数据业务以及GPRS补充业务、GSM短消息业务、匿名接入业务和各种GPRS电信业务。

　　四、WAP技术

　　20世纪90年代以来，移动电话迅猛发展，Internet的迅速普及及应用，极大的改变了人类的生活方式。移动互联网就是将两者结合起来，使人们可以通过移动终端随时随地的接入互联网，享受其带来的丰富信息。WAP（无线应用协议）是开发移动网络上类似互联网应用的一系列规范的组合。WAP协议与现在的互联网协议非常相似，但它结合移动通信网络的特点，专门为窄带宽、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制的。在WAP业务中，移动终端作为微型浏览器，来完成类似web浏览器的功能。为实现移动终端与网络服务器之间的通信，WAP定义了一套机制，包括：标准命名模型、内容类型、标准内容格式、标准通信协议。

　　WAP的结构与互联网的结构非常相像，通过在Internet模型中的客户端和服务器端增加一个WAP网关把Internet和无线领域连接起来。WAP网关的典型功能如下：

　　协议转换，把来自WAP协议栈的请求转化为WWW协议栈的请求；

　　消息编解码，把WAP内容转化成紧缩的二进制编码格式，以减少在网络上传输的数据量，提高网络的传输效率。

　　这种构造使得移动用户可以浏览大量的WAP内容和应用程序，并且方便应用程序开发者建立移动终端上的服务内容以及应用程序。

　　WAP体系结构协议栈各组成部分从上而下描述如下：

　　无线应用环境（WAE）是建立在移动技术与WWW结合基础之上的应用环境。它的目标是在不同的无线应用平台上建立一个兼容的环境；

　　无线会话协议（WSP）提供面向连接和面向无连接的两种会话服务，提供了一致的接口；

　　无线事务协议（WTP）运行在数据报服务之上，提供了一个适用于瘦客户（移动终端）的面向传输的轻量级的协议；

　　无线传输层安全（WTLS）是一种基于工业标准的传输层安全协议；

　　无线数据报协议（WDP）是建立在各种类型网络之上的，为WAP的上层协议提供统一的接口，并对承载的业务提供透明的通信能力。

　　在WAP的承载网络中，可以包括GSM、SMS、GPRS、CDMA、USSD（无结构的附加业务数据）等。WAP业务在个性化服务、小金额付费、及时提供最新信息、隐私保护等广泛的服务范围内有着无可比拟的优越性。从WAP设计和实现方面来看，它具有以下优势：

　　独立于网络标准（可以在GSM、GPRS、CDMA上运行）；

　　适用于无线数据的传输机制；

　　开放的标准，独立于生产厂商；

　　WAP可以从服务器上下载应用，能快速提供新的服务；

　　移动互联网可以通过掌上服务，把每个用户个体与互联网紧密的结合在一起，使用户能够得到比传统的互联网高得多的个性化服务。

　　现在我国开通的WAP是基于GSM电路交换的基础之上的，由于GSM的传输速率为9.6kbit/s，和现阶段互联网内容提供商（ICP）所提供的信息不够丰富，所以WAP的应用没有人们所预期的那样发展迅速，但是随着中国移动GPRS网络工程的启动，由于GPRS是建立在分组交换基础之上，传输速率可达164kbit/s，接续时间短，建立在GPRS之上的WAP将会蓬勃发展。

　　四、3G技术

　　第三代无线移动通信网（3G），将提供多种服务，尤其是多媒体通信以及高速分组数据交换业务。3G的目标是，能够提供全球统一覆盖、支持多媒体功能、高服务质量、具有全球漫游能力等。

　　3G应该能提供的业务有：对基本和增强语音服务的支持；低速率的数据业务如电子邮件等消息；中速率的数据业务，如能支持文件传输和因特网接入等；高速率传输如高速分组交换和基于电路交换网络的接入和高质量的视频图像的传播。为了实现上述目标，各国提出了多种的解决方案，ITU最终确定了3G无线传输技术（RTT）标准为三种CDMA标准。因为频率资源是有限的，随着移动通信的飞速发展，频率资源紧张成为各国普遍面临的一个问题，如何使有限的频率能分配给更多用户使用，已成为当前发展移动通信的首要课题，而CDMA技术能够更加合理的分配频率资源，成为解决这一问题的首选技术。这三种标准分别是：

　　IMT-2000CDMA－DS（直接扩频），即欧洲和日本共同提出的WCDMA技术；

　　IMT-2000CDMA-MC（多载波），即美国提出的CDMA2000技术；

　　IMT-2000CDMATDD，包括我国提出的TD-SCDMA和欧洲提出的UTRA TDD。

　　前两种工作方式是基于FDD的，后一种是基于TDD的，FDD必须在上下行线路通信中都采用5MHz的载波器，这就是说运营商在双向的线路中需要2×5MHz的频率，因为频率段在各国的分配是不同的，也许不能遵守这一要求，这样就不能够建立一个全球可以漫游的统一的网络；而TD-SCDMA几乎能够在所有现存的GSM频段内或者由UMTS和IMT-2000预留的频段内运行。在高密度用户地区、城市及近郊区，TD-SCDMA有着良好的覆盖率，适合对称及不对称的数据业务。

　　中国联通的800MHzCDMA网络，可采取的过渡策略是：IS95A―CDMA1X―CDMA2000，CDMA2000是从CDMA1X演进而来的一种第三代移动通信技术,CDMA2000在无线接口性能上较IS95系统有了很大的增强,CDMA2000系统的话音业务容量是IS95系统的２倍，而数据业务容量是IS95的3.2倍。

　　从传输速率来看，IS95标准的速率集是CDMA2000速率集的一个子集,同时，CDMA2000提供增强速率集，从而在满足第三代移动通信高速分组数据业务的同时实现了从IS95的平滑过渡。

　　CDMA2000能实现对IS95系统的完全兼容，技术延续性好，可靠性较高。同时也使CDMA2000成为从第二代向第三代移动通信过渡最平滑的选择。由于所采用的基本技术始终为CDMA，单个载波信道占用的带宽始终为1.25MHz，因此IS95A―CDMA1X―CDMA2000的演进路线是清晰的。无论移动终端还是基站均能够前、后向兼容，是一种真正意义的平滑过渡。CDMA2000与IS95A标准上的兼容性使其基站的升级十分容易.

　　在第一代模拟和第二代移动通信系统中，主要的业务是话音业务，自然形成了以交换机MSC为中心的核心网络，在第三代通信系统中，由于对数据业务提出了很高的要求，其核心网是建立在全IP的基础之上的，其基本概念是将各种标准和接入手段的信号接入IP网关。对任何标准，此接入的信号也只是如下三类：业务数据、信令、网络管理数据。我们将它们分IP方式打包，并传输至目的地：业务数据送至通信对方；信令送至信令处理器；网络管理数据送至网管服务器。由于光接入网具有比无线网络大得多的带宽，超大容量的路由器具有高速路由功能，网络就是交换，且具有比交换机更短的时延和更大的容量。所以在移动通信的核心网技术发展中，全IP网络技术无疑是最重要的发展方向。

　　3G向人们描述了一幅美好的蓝图，在我国目前拥有世界上最大的GSM网络的前提下，在由GSM向3G的平滑过渡过程中，一定要慎重选择方案，最大限度保护运营商和用户的已有投资。

　　目前世界各国3G的建设进程中，日本NTTDoCoMo公司的iMode取得了巨大的成功。，DoCoMo建立了iMode手机业务，并且拥有了众多的用户。iMode电话使用19.2kbit/s速率来接入网络以获得各种服务。iMode手机不仅可以给用户提供话音功能，还可以给用户提供丰富的数据功能，如：永远在线，HTML浏览器，EMAIL软件，并且具有端到端的安全协议等。

　　目前3G已经开始在一些国家试运行，第四代无线通信系统也开始被人们所关注。4G要达到的要求是：高数据率传输、大容量低比特率成本、大区域覆盖，与3G、无线LAN（W-LAN）和固定网络之间无缝隙漫游，实现真正意义上的全球漫游、支持下一代的移动互联网。

　　移动互联网实现了人们随时随地传输信息的梦想，是对传统固定互联网的一次革命性超越。我们相信，随着各种无线互联技术的应用，随着无线通信3G、4G时代的到来，无线互联网必将运用得越来越普及。

----《通信世界》