本文講述了WAP網關的一般設計原理和WAP網關的工作過程，通過分析WAP協議簇的發展趨勢，討論了WAP網關的未來發展和應用前景，并對無線通信系統與IP網絡系統的融合趨勢進行了探討。李學春總工程師首信集團IP技術研究所國家通訊標準組成員由于中國工程師對WAP網關的興趣日趨濃厚，因此本刊編輯特約此稿來探討WAP網關的設計原理和WAP網關的工作過程，并通過分析WAP協議簇的發展趨勢，指出了WAP網關的未來發展和應用前景，并介紹了無線通信系統與IP網絡系統的融合趨勢。 WAP網關是移動用戶接入因特網的重要設備之一，在移動客戶端，WAP網關作為服務器，為用戶提供各種各樣的服務；在互聯網端，WAP網關作為客戶機，向信息資源服務器發出服務請求，通過因特網獲取用戶需要的信息。WAP網關負責將WSP請求/應答與HTTP請求/應答相互轉換，其網絡拓撲結構如圖1所示。 WAP應用系統結構非常類似因特網結構，一個典型的WAP應用系統定義了三類實體：1．具有WAP用戶代理功能的移動終端。典型的終端如WAP手機，它相當于因特網中的PC機。在它的顯示屏上運行有微瀏覽器，用戶可以采用簡單的選擇鍵實現WAP服務請求，并以無線方式發送和接收所需的信息。2．WAP代理實現WAP協議棧(WSP、WTP、WTLS和WDP)與因特網協議棧之間的轉換。WAP代理中包含一個信息內容編解碼器，通過把WAP數據壓縮編碼，減少網絡數據流量，來最大限度地利用無線網絡緩慢的數據傳輸速率。同時，WAP還采用了錯誤校正技術，確保網絡瀏覽和數據傳輸過程不會因無線電通信線路質量的變化而受到嚴重影響。3．源數據服務器，如支持WAP的Web服務器等。這些服務器中存有各種WAP應用，這些應用可以根據WAP移動終端的需要而被下載，而且在不需要時從WAP終端中卸除。 圖2描述了兩種典型的WAP應用組網連接方式，第一種是通過在無線網上增加一個WAP代理節點，來實現無線終端對因特網上的Web服務器的訪問；第二種是通過在無線網中直接建立無線電話應用服務器，從而允許無線終端使用各種電話業務，使得WAP可以很好地與目前電信網絡中現存的各種先進電信業務相結合。那么，WAP網關是如何工作的呢？WAP網關可以接受移動終端(例如WAP手機)發送的請求，通過協議轉換和翻譯工作，將特定的信號進行過濾和重新路由，在信息服務公司(如ICP/ISP)的站點進行信息搜索，最后將得到的信息經加密和壓縮后，送到終端，所以，WAP網關必須完成WSP請求的編碼和解碼工作，同時完成應用層和管理層的工作。在WAP網關的設計過程中，一般將網關分解為兩個大部分，WDP層和除WDP層以外的其他協議層(包括WTLS、WTP、WSP和部分WAE協議)部分(我們把該部分稱為WAP層)，其結構如圖3所示， 在該設計結構中我們可以看出，WDP層和WAP層的連接是通過TCP/IP進行的，而WAP層中的WTP、WSP、WTLS和WAE的連接，是通過事件驅動機制進行通訊的，這樣設計對WAP網關的擴容和負載平衡，都有非常大的好處，使用戶在需要的時候，無須更換設備，即可輕松擴容，而且，對WAP的穩定性和冗余備份都將發揮重要作用。在本設計方案中，WAP網關分為WAP網關核心和周邊子系統。WAP網關核心包括：網絡前置安全子系統(WAPGW_FSecSS)、WAP承載網適配子系統(WAPGW_BSASS)、WAP核心服務子系統(WAPGW_KSSS)和WAP核心協議子系統(WAPGW_KPSS)。周邊子系統包括網絡管理子系統(WAPGW_NMSS)和網絡計費子系統(WAPGW_NTSS)。網絡前置安全子系統主要是為了防止惡意的無線用戶對WAP網關進行的破壞活動，通過該系統可以保證WAP網關的安全運行。 WAP承載網適配子系統是為了WAP網關能支持不同的承載網絡服務(如CSD、SMS、GPRS等)而設。WAP核心服務子系統根據承載服務的類型而調用不同的適配子系統。將其單獨作為一個模塊的好處有：1.使整個WAP網關結構清晰，該模塊主要是完成WAP協棧的WDP層功能。2.便于WAP網關移植到新的承載服務之上，只要單獨對該子系統進行改造，而不必修改整個WAP網關體系和其它核心組件。例如，添加SMS服務時，所需動作有：1. 邦定一個端口以接收SMSC的數據；2. 啟動一個線程(SMC_THRED)；3.提供SMS消息與WDP數據報的轉換例程(即適配器)。 WAP核心服務子系統和WAP核心協議子系統是WAP網關的最重要的兩個子系統，兩者之間采用基于TCP/IP的C/S分布式體系，即在WAP網關核心的內部，WAPGW_KSSS是服務器，WAPGW_KPSS是客戶；一個WAPGW_KSSS對應多個WAPGW_KPSS，WAPGW_KSSS與WAPGW_KPSS可分布在不同主機上，它們之間采用TCP/IP通信。這是WAP網關設計的關鍵，該設計思想及其優越性源于以下幾點：1. 解決WAP網關的性能瓶頸問題，以獲得高效的多用戶支持。WAPGW_KSSS只實現WAP協議棧中的WDP層，處理量比較大的核心協議(WTLS、WTP、WSP、WSP/HTTP等)在WAPGW_KPSS中實現，且WAPGW_KPSS可以復制多份在不同主機上并行運行，這樣有效地解決了多用戶造成的性能瓶頸問題。2. 使WAP網關具有可擴展、易伸縮等特性，以動態運行WAP網關。WAPGW_KSSS可動態接受新的WAPGW_KPSS連接請求，并在建立連接后，馬上根據負載情況為其分配任務；同時，WAPGW_KSSS也能有效的處理WAPGW_KPSS退出運行的請求，并將已分配在其上的任務合理地轉移到別的WAPGW_KPSS上，以避免用戶的損失。3. 解決WAP網關的容錯、災難恢復、危險分散等問題，以保證WAP網關可靠運行。WAP網關核心是一個分布式系統，WAPGW_KSSS是其中心。某一WAPGW_KPSS的錯誤不會導致整個WAP網關癱瘓，WAPGW_KSSS會自動檢測各個WAPGW_KPSS的運行情況，若某一WAPGW_KPSS出錯(如網絡不可達、主機崩潰、進程崩潰等)，WAPGW_KSSS會將其連接斷開，并自動將分布在其上的任務轉移到別的WAPGW_KPSS上。當出錯的WAPGW_KPSS恢復并重啟時，會重新請求連接并投入運行。該設計同時還獲得了結構清晰，維護方便等許多優點。但在該設計方案中，WAPGW_KSSS可能會成為潛在的性能瓶頸、危險集中點，所以，在系統實際應用過程中，一般將該模塊進行鏡像影射，從而達到安全運行的目的。 WAP網絡管理子系統可采用兩種方法：一是基于Web管理，二是基于Java的跨平臺圖形界面管理。網絡管理的報文格式采用HTTP協議，底層基于TCP的socket接口通訊。 WAP網絡計費子系統與WAP核心采用TCP Socket通信，或采用在互操作上取得極大成功的CORBA技術，并利用其面向對象、組件等優點來構建可重構的計費應用系統。周邊子系統(WAPGW_NMSS和WAPGW_NTSS)與WAP網關核心主要通過數據庫和文件來交換信息。數據庫有網絡管理信息庫(MIB)和計費信息庫，文件主要有日志文件和運行配置文件。核心對數據庫和文件主要進行寫入操作，只包含少量的讀取操作(如系統啟動時讀運行配置文件)；周邊子系統對數據庫和文件則主要進行讀取操作，只包含少量的寫入操作(如更改運行配置文件)。 WAPGW_KSSS是WAP網關的靈魂，它的正確運行是整個系統運行的先決條件，同時它又是最可能成為性能瓶頸的部件，因此，WAPGW_KSSS的設計遵循一條最基本的原則：采用最簡單可靠的技術完成最低限度的處理功能。 WAPGW_KSSS完成的功能主要是：1. 完成WAP協議棧的WDP層功能，以支持不同的承載服務。2. 充當WAPGW_KPSS和周邊子系統的服務器。 WAPGW_KSSS包括下列模塊：1. 初始化模塊：主要完成建立和初始化監聽端口、全局隊列、全局路由表、全局線程結構表等全局數據結構，讀取配置文件及其它全局信息。它還啟動CSP-WDP模塊，以接收CSD的數據。2. CSD-WDP模塊：是CSD的WDP適配層，完成WDP的功能。由于CSD是基于IP的，IP上采用UDP，因此，CSD的適配層可以認為不存在，只需完成從CSD接收數據并插入請求隊列；從響應隊列中取出數據并發送給CSD。若WAP網關需要支持多種承載服務，如支持SMS、GPRS，只需加入相應的WDP適配層，而不必對整個WAP核心體系作結構的改動，即可支持新的承載服務類型。3. 連接管理模塊：主要處理各監聽套接口上的連接請求，并啟動相應服務模塊。服務模塊有:WAPGW_NMSS服務模塊和WAPGW_KPSS服務模塊。4. 全局檢測模塊：主要完成對隊列中的垃圾數據、各個線程的活躍狀態、路由表的垃圾數據、死亡線程的處理。5. 結束處理模塊：主要完成系統結束時對全局內存釋放，關閉套接口、文件、清理線程等。6. WAPGW_KPSS服務模塊：建立與WAP核心協議子系統(WAPGW_KPSS)的連接；正確地從請求隊列中將數據轉發給WAPGW_KPSS，從WAPGW_KPSS接收數據，插入響應隊列；維護模塊自身的活躍狀態。6. WAPGW_NMSS服務模塊：建立與WAPGW_NMSS的連接；針對管理請求(http格式)進行相應的操作(如殺死某子線程)，并返回HTTP響應給WAPGW_NMSS。7. 路由模塊：主要完成無線網數據中心來的數據的路由和WAPGW_KPSS來的數據包的路由，以保證從同一個無線數據中心來的路由到同一個WAPGW_KPSS上，同時保證WAPGW_KPSS發送的數據正確地發送到無線數據中心。8.隊列管程模塊：主要完成對兩個全局消息隊列(請求和響應隊列)的操作，如添加、刪除數據包。9. 線程管理模塊：主要完成線程創建、殺死、刪除等功能。 WAPGW_KPSS的子系統的設計嚴格遵照WAP協議棧的分層思想，將該層劃分為WTLS、WTP、WSP和部分WAE功能。 WAPGW_KPSS的主要功能是:1. 完成WAP協議棧的核心處理協議(如WTP、WSP等)的功能；2.提供安全服務(如WTLS、SSL等)功能；3. 作為應用網關完成與因特網協議棧的轉換功能；4. 向源服務器發出請求并取回響應。 WTP層主要完成與事務相關的功能，如可靠的傳輸數據等。WTP層主要分為以下幾個模塊：1. WTP網絡輸入模塊；2. WTP網絡輸出模塊；3. WTP狀態機模塊；4. WTP事件處理模塊；5. WTP定時器模塊；6. TID校驗模塊；7. WTP事件隊列模塊；8. WTP事件操作例程。 WTP網絡輸入模塊完成將UDP報文解析成WTP的PDU格式，并生成相應WTP事件的功能。WTP網絡輸出模塊完成組裝WTP報文、并調用socket接口發送報文的功能。WTP狀態機模塊完成在全局狀態機隊列中查找或創建狀態機的功能，以及對狀態機進行操作維護(如狀態機的創建、屬性獲取、刪除等)。 WTP事件處理模塊是WTP層的核心，其完成的功能有：1.針對目前狀態，參考所處條件，進行事件處理；2. 在事件處理過程中，必要時啟動定時器；3.在事件處理的條件判斷時，調用TID校驗模塊以驗證對方報文的TID有效性；4. 在需要與WSP層交互時，產生WSP事件并調用WSP事件處理模塊；5. 調用網絡輸出模塊封裝并發送網絡報文。注意，有三個情況會激發WTP事件處理模塊，它們是：1.下層網絡數據到達；2. 定時器超時；3. WSP層的原語調用。 WTP定時器模塊是為了處理超時事件而設,有三類超時事件，它們是：網絡應答超時，網絡數據重傳超時，用戶應答超時。該模塊的功能有：1. 維護定時器(定時器的創建、啟動、刪除、超時事件的產生等)；2. 若定時器超時，產生超時事件并調用WTP事件處理模塊。 TID校驗模塊對客戶方發送報文的TID進行校驗，以判斷報文的有效性；當TID不合法時，服務端向客戶發出TID驗證請求。 WTP事件操作例程的功能是主要有創建事件，獲取事件屬性，刪除事件等。WTP事件隊列模塊對狀態機所指的代處理事件隊列進行操作。 WSP層主要完成請求/響應過程的WSP狀態維護功能。WSP層主要分為以下幾個模塊：1. WSP事件處理模塊；2. WSP狀態機模塊；3. WSP報文解析/封裝模塊；4. WSP事件隊列模塊；5. WSP事件操作例程。 WSP事件處理模塊是WSP層的核心，其完成的功能有：1. 調用WSP解析/封裝模塊對報文進行封裝和解析；2. 需要與WTP層交互時，產生WTP事件并調用WTP事件處理模塊；3.調用WSP-HTTP網關模塊，發送HTTP請求并接收響應。 WSP狀態機模塊完成在全局狀態機隊列中查找或創建狀態機的功能，以及對狀態機進行操作維護(如狀態機的創建、屬性獲取、刪除等)。 WSP報文解析/封裝模塊完成從WTP報文解析和將應用網關報文封裝成WSP報文的功能。 WSP事件隊列模塊對狀態機所指的代處理事件隊列進行操作。 WSP事件操作例程的功能主要有創建事件,獲取事件屬性，刪除事件等。應用網關層主要完成WAP協議棧和因特網協議棧的轉換，以及從源服務器獲取客戶所請求內容的功能。該層分為以下幾個模塊：1. WSP-HTTP協議轉換模塊；2. 內容壓縮/解壓模塊；3. WSP頭壓縮/解壓模塊；4. HTTP請求/響應模塊。 WSP-HTTP協議轉換模塊主要完成WSP協議與HTTP協議的轉換功能，具體為：1.應用協議網關；2. 調用內容壓縮/解壓，頭壓縮/解壓模塊；3. 調用http模塊，以獲取請求內容。內容壓縮/解壓模塊完成對WML、Wmlscript等內容的壓縮與解壓縮功能。WSP頭壓縮/解壓模塊完成對WSP頭與HTTP頭轉換功能。HTTP請求/響應模塊發出HTTP請求并獲得響應給WSP層







    WAP   無連接會話業務9200   協議：WSP/數據報   
  WAP   會話業務9201   協議：WSP/WTP/數據報   
  WAP   無連接安全會話業務9202   協議：WSP/WTLS/數據報   
  WAP   安全會話業務9203   協議：WSP/WTP/WTLS/數據報