Интернет: как это работает
Часть 9. Мобильный Интернет
Варианты использования технологии GPRS для доступа к Интернету
Эволюция WAP (WAP 1х — WAP 2.0)
Развитие беспроводного Интернета стало возможным в первую очередь благодаря широкому распространению мобильных сотовых телефонов и персональных цифровых помощников PDA, которые составляют сегодня базу для мобильного Интернета.
уществуют
две схемы для выхода в Интернет с сотового телефона. В первом случае вы получаете
Интернет-доступ с мобильного телефона, используя его мини-дисплей и встроенный
мини-браузер, а во втором вы задействуете мобильный телефон в виде модема, подключаете
к нему ноутбук и пользуетесь обычным браузером для просмотра Web-страниц (рис.
1).
Первое решение, опирающееся на терминальные возможности сотового телефона, связано с существенными ограничениями. Мобильный телефон имеет малую мощность, небольшой объем памяти, ограниченные возможности мини-браузера. Для того чтобы задействовать данные ресурсы сотового телефона, был разработан специальный беспроводной протокол Wireless Application Protocol (WAP). Владелец WAP-телефона подключается к базовой станции, происходит авторизация пользователя и через сетевой шлюз устанавливается соединение с Интернетом (рис. 1).
До последнего времени, пользуясь сотовым телефоном с поддержкой WAP-протокола в GSM-сетях, можно было получить доступ в Интернет на очень низкой скорости — не более 9,6 Кбит/c. На такой скорости можно просматривать лишь очень упрощенные текстовые варианты Web-страниц. На базе таких страниц могут быть построены упрощенные, но тем не менее весьма востребованные сервисы: сообщения о курсе валют, сведения о погоде и т.п. Поскольку набрать адрес URL на небольшой клавиатуре мобильного телефона трудно, провайдеры услуг часто дают пользователям настроить WAP-портал в соответствии с их потребностями. При этом доступ становится удобным, поскольку пользователям нужно нажимать минимальное число клавиш, чтобы получить доступ к ограниченному набору избранных WAP-ресурсов.
Одно из современных решений, обеспечивающее более высокую скорость доступа в Интернет с сотового телефона, связано с технологией GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего назначения), позволяющей существенно повысить скорость передачи данных. GPRS стала первой технологией передачи данных, предоставляющей мгновенный мобильный доступ в Интернет. Используя сотовый телефон как GPRS-модем, уже сегодня можно выходить в Интернет с ноутбука и работать при скорости передачи данных, соизмеримой с теми, что обеспечивает обычный модем на десктоп-компьютере.
Прежде чем перейти к рассмотрению технологий доступа в Интернет, представленных на рис. 1, поговорим о развитии стандартов мобильной связи.
1G — 2G — 3G и далее
тандарты
мобильной связи принято делить на поколения. К первому (The 1st Generation,
1G) относятся аналоговые стандарты, которые постепенно ушли в прошлое.
Говоря о втором поколении, прежде всего следует упомянуть стандарт GSM (Global System for Mobile Communications — глобальная система связи с подвижными объектами), являющийся сейчас самым популярным стандартом сотовой связи в мире и, что важно для нас, де-факто беспроводным телефонным стандартом в Европе. Сотовые сети стандарта GSM — это цифровые сети, в которых может передаваться не только оцифрованная речь, но и любые цифровые данные. Большинство операторов GSM-сетей имеют договоры по роумингу. На GSM приходится свыше 60% мирового рынка сетей мобильной связи, а количество абонентов составляет более 700 млн. человек.
Первые сети GSM появились в начале 90-х годов. В то время основной их задачей было обеспечение услуг речевой связи на более высоком уровне по сравнению с существовавшими ранее аналоговыми сотовыми системами. Технология GSM способствовала популяризации сотовой связи в сфере бизнеса за счет предоставления возможности шифрования передаваемой информации и роуминга по всей Европе.
Важным шагом развития GSM было введение услуг пересылки коротких сообщений (Short Message Service, SMS) и передачи данных. С середины 90-х годов начали бурно развиваться услуги передачи данных, и прежде всего SMS-служба. Сегодня пользователи систем GSM могут посылать друг другу короткие сообщения непосредственно с телефона или через компьютерные сети. Абоненты сетей GSM могут посредством мобильного модема получать доступ к компьютерным системам своих офисов и могут посылать и принимать сообщения электронной почты. Одним из основных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM для передачи данных является низкая скорость передачи и тот факт, что биллинг осуществляется исходя из времени соединения по тарифам, мало отличающимся от речевых.
Физические свойства каналов GSM не позволяют обмениваться данными со скоростью свыше 9,6 Кбит/с. Для передачи речи и текстовых сообщений такой скорости вполне достаточно, а для качественной графики — нет.
Возможности мобильного доступа в Интернет были существенно расширены с переходом на использование технологии GPRS (General Packet Radio Service) и будут кардинально увеличены в высокопроизводительных сотовых сетях следующего, третьего поколения (3G), к которому относится стандарт UMTS (рис. 2).
Европейская технология мобильной связи третьего поколения UMTS предлагает надежную передачу голоса, текста и потокового видео. В рамках этой технологии связь может быть организована и с обязательным установлением соединения, и с коммутацией пакетов, как в сетях GPRS.
UMTS предоставляет скорость передачи данных 2 Мбит/с для неподвижных пользователей, 384 Кбит/с для пешеходов и 144 Кбит/с для пользователей, находящихся в движущемся транспорте.
Поскольку функциональные возможности сети GPRS скромнее, чем у полноценной сети третьего поколения, данный стандарт получил название 2,5G, отражающее ее переходное состояние от второго поколения к третьему.
Необходимо отметить, что по мере внедрения сетей поколения 2,5G-3G происходит интеграция устройств, передающих голос и данные. Персональные коммуникаторы интегрируют в себе возможности сотового телефона и мобильного ПК (рис. 3).
Достоинством технологии GPRS является возможность создания высокоскоростной передачи данных на базе имеющихся сетей GSM. Для этого достаточно дооснастить оборудование оператора дополнительными функциональными блоками, что намного дешевле, чем создавать новую сеть базовых станций. При этом следует отметить, что внедрение GPRS требует новых терминалов, поддерживающих более высокую скорость передачи данных. В отличие от GPRS, развертывание сетей UMTS возможно только на собственной базе; использовать установленное оборудование стандартов GSM не удастся.
Рассмотрим технологию GPRS несколько подробнее (GPRS — протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM). Она реализуется в существующих сотовых сетях GSM в виде дополнительного сетевого уровня. В 2001 году сервис GPRS имелся в наличии в большинстве европейских сетей GSM.
Сеть GSM c поддержкой GPRS
Сеть GSM c поддержкой GPRS является сетью с коммутацией пакетов. Как известно, в сетях с пакетной коммутацией передаваемая информация разбивается на отдельные пакеты, которые могут передаваться по разным каналам; при этом неверно принятые пакеты запрашиваются повторно. На стороне получателя из пакетов конструируется исходное сообщение. Технология GPRS гарантирует постоянную связь с Интернетом.
Благодаря принципу совместного применения каналов в GPRS-технологии достигается более высокая скорость передачи данных, чем в сетях GSM (основанных на коммутации каналов), когда канал полностью блокируется независимо от того, ведется в данный момент передача данных или нет. В технологии GPRS необходимый канальный ресурс выделяется лишь на время передачи соответствующих информационных пакетов. GPRS позволяет использовать короткие временные интервалы каналов, выделенных для передачи голосовых данных. Каналы, применяемые для передачи речи, могут одновременно использоваться и для передачи пакетов данных протокола IP.
В принципе, большое количество абонентов, одновременно получающих данные из Интернета на высокой скорости, могут исчерпать запас свободных каналов в соте, поэтому сети GPRS в основном пригодны для режима чтения Web-страниц по схеме «быстрая загрузка — длительное чтение» с освобождением каналов на втором этапе. Использование Интернет-услуг в режиме вещания будет приводить к перегрузке сети.
Мобильные телефоны с поддержкой GPRS разделяются на классы в зависимости от возможностей по одновременной передаче голоса в стандарте GSM и данных в стандарте GPRS:
• класс А — устройства этого класса могут одновременно передавать голос и данные;
• класс B — аппараты автоматически переключаются в режим передачи голоса или данных (например, при поступлении звонка);
• класс C — переключение таких телефонов между голосовым режимом и режимом передачи данных осуществляется вручную.
Важной особенностью GPRS является отказ от поминутной тарификации. Оплата за передачу данных в сети GPRS взимается не за время, в течение которого абонент был на связи с базовой станцией, а за объем переданной информации. Именно поэтому многие онлайновые ресурсы, доступ к которым связан с передачей небольших объемов данных (новостные сайты, чаты и т.д.), выгодно использовать с GPRS-терминалов, а услуги вещания, например потоковое аудио, окажутся неоправданно дорогими.
Варианты использования технологии GPRS для доступа к Интернету
Существуют два способа применения технологии GPRS для доступа к Интернету (рис. 4). При одном из них GPRS-устройство выполняет функции модема, с помощью которого пользователь портативного компьютера может просматривать Web-страницы HTML. При этом может использоваться как кабельное соединение телефона с ПК, так и беспроводное — инфракрасный порт или Bluetoth. Другой способ — это подключение к Интернету напрямую с мобильного устройства, поддерживающего технологию GPRS, что дает возможность просматривать Web-страницы в формате WAP при помощи встроенного микробраузера. Информация в формате WAP представляется в облегченном виде, поэтому для ее передачи требуется гораздо меньшая пропускная способность.
Следует отметить, что возможности доступа в Интернет с мобильного телефона на базе WAP-протокола, меняются по мере развития самого стандарта. Для того чтобы рассказать об эволюции WAP-протокола потребуется рассмотреть принцип его работы.
 |
|
WAP
Принцип работы WAP
WAP — это средство доставки Интернет-контента на мобильные телефоны, смартфоны и коммуникаторы, разработанное с учетом ограниченности ресурсов данных мобильных устройств, и встроенный микробраузер — клиентское ПО, созданное для мобильных устройств, имеющих доступ к Интернет-сервисам.
По меткому замечанию представителя Phone.com (бывшей Unwired Planet) на заседании WAP-форума, «основная идея WAP — использовать минимальные ресурсы мобильного устройства и компенсировать ограниченность данных возможностей расширением спектра сетевых устройств». WAP создан для работы в любом стандарте сотовой связи и поддерживается большинством мировых лидеров сотовой связи, совместим с различными устройствами (с любой клавиатурой, кнопками, стилусом и т.д.). Важность протокола заключается в том, что он открыл эволюционный путь разработчикам приложений и сетевым операторам для предложения их услуг в сетях различного типа, с разными носителями.
WAP изначально разрабатывался с учетом малой скорости передачи данных и ограниченных возможностей мобильных устройств по объему памяти, размерам экранов и средствам навигации. Если обычные Web-страницы подразумевают разрешение как минимум 640Ѕ480 пикселов, то телефонный экран обычно предоставляет всего лишь 150Ѕ150 пикселов и монохромный режим. При работе на ПК мы привыкли осуществлять навигацию в Web, подводя курсор к ссылкам и кликая их, однако в телефоне и PDA аналогичного устройства просто нет.
В связи с этим, как мы отмечали, для мобильных устройств и были разработаны собственные протоколы передачи данных (Wireless Access Protocol, WAP) и соответствующие языки разметки, в частности WML (Wireless Markup Language).
Для передачи данных на мобильное устройство в соответствующем формате разрабатываются либо специальные сайты, либо происходит идентификация типа устройства в момент его обращения к серверу и преобразование исходного документа в формат, необходимый данному мобильному устройству.
Рассмотрим подробнее, что происходит, когда вы обращаетесь на Web-сайт, используя WAP-телефон (рис. 5).
Сначала реализуется обращение к службе (рис. 5, пункт 1) — пользователь должен связаться с ближайшей сотовой станцией. Далее устанавливается связь с сервис-провайдером (пункт 2) и осуществляется выбор Web-сайта (пункт 3). Затем пользователь посылает запрос, который направляется на шлюзовой сервер (пункт 4). Шлюзовой сервер, в свою очередь, запрашивает информацию в виде HTTP-запроса с Web-сервера (пункт 5). Получив ответ от Web-сервера, шлюзовой сервер переводит HTTP-данные в WML-данные (пункт 6). WML-данные отсылаются на мобильное устройство (пункт 7).
После того как информация получена WAP-клиентом, она отправляется на мини-браузер, который предлагает базовые средства навигации, и на дисплее мобильного устройства отображается версия Web-странички с упрощенной графикой (пункт 8).
Беспроводной Интернет пока еще весьма слабая альтернатива обычному Интернету. Сегодня это средство для ограниченного круга людей, которым важно подключаться к Сети в условиях мобильного доступа. Однако ситуация быстро меняется: Ericsson, Motorola, Nokia и другие компании уже выпустили десятки миллионов WAP-совместимых сотовых телефонов; растет популярность и других беспроводных карманных устройств.
Быстро появляются новые услуги и информационное наполнение для подобных устройств. Такие порталы, как Amazon.com, Yahoo! и ZDNet, активно предоставляют услуги и информацию беспроводным способом. Ряд компаний предлагает разработчикам пакеты инструментальных средств для проектирования беспроводных программ и служб. Таким образом, в самом ближайшем будущем ситуация изменится и выход в Web можно будет осуществлять в любом месте и в любое время, используя самые разные мобильные устройства, которые будут предоставлять выход в Интернет на высокой скорости.
Стек протоколов WAP
Архитектурная модель WAP является производной от модели WWW с учетом текущих ограничений беспроводных сетей и мобильных терминалов. WAP — это стек протоколов, которые охватывают весь процесс доставки информации — от определения языка для создания и оформления содержимого, спецификации мер безопасности до нижних уровней стека, отвечающих непосредственно за транспортировку данных. WAP разрабатывался как максимально независимая от протоколов нижележащего сетевого уровня технология и служит глобальной платформой разработки приложений для предоставления услуг независимо от того, кто является производителем терминала и какая используется сеть беспроводной связи.
Рассмотрим структуру стека (рис. 6).
WAE (Wireless Application Environment) — определяет инструменты, которыми пользуются разработчики контента: это программная среда для WAP-приложений. К ним относятся WML и WMLScript (скриптовый язык, имеющий много общего с JavaScript) — инструменты, которые позволяют создавать приложения для WAP.
WSP (Wireless Session Protocol) — протокол сессионного уровня. Его основная задача — поддерживать сеанс связи. WSP предусматривает использование push-технологий (доставку «незапрошенного» контента). В этом случае соединение инициируется не клиентом, а сервером, что применяется для распространения новостей, рекламы и т.д.
WTP (Wireless Transaction Protocol) — уровень транзакций, который обрабатывает отдельные пакеты соединения. WSP и WTP соответствуют протоколу http в стеке TCP/IP.
WTLS (Wireless Transport Layer Security) — предоставляет многие функции, аналогичные тем, что реализованы в уровне Transport Layer Security (TLS), который является частью TCP/IP. Он проверяет целостность данных, обеспечивает шифрование и аутентификацию клиента и сервера.
WDP (Wireless Datagram Protocol) — предоставляет общий интерфейс между верхними уровнями и физическим уровнем, производя адаптацию под конкретные свойства протокола физического уровня.
Network carrier method — физический уровень, который характеризует способ передачи данных в эфире. Протоколами этого уровня являются, в частности, уже упоминавшиеся нами протоколы SMS и GPRS.
Эволюция WAP (WAP 1х — WAP 2.0)
Технология WAP развивается с 1997 года. 7 января 1998 года для разработки стандарта WAP компании Nokia, Ericsson, Motorola и Phone.com создали некоммерческую организацию WAP Forum, в которую сегодня входят более 500 компаний. Первая версия протокола WAP 1.0 (она оказалась тестовой и практически не использовалась) вышла в мае 1998 года. Годом позже появилась версия WAP 1.1, а в 2000 году — WAP 1.2 и 1.21 (наиболее распространенная на сегодня). В целом можно констатировать, что возможности протокола WAP 1.x оказались приспособлены лишь для небольших информационных заметок, таких как данные о курсе валют, погоде, сеансах в кинотеатрах и т.п., которые достаточно быстро появились и мало изменились с тех пор (рис. 7).
Кардинальные изменения связаны с появлением версии WAP 2.0, которая была объявлена в августе 2001 года на WAP-форуме. Основная причина разработки формата WAP 2.0 заключалась в том, что формат WAP 1.x имел целый ряд недостатков:
• платформенную несовместимость;
• узкую полосу пропускания;
• неудобный интерфейс и большое время ожидания;
• ненадежные коммуникации;
• высокую стоимость разработки информационного наполнения в силу различия приложений для PК- и WAP-клиентов.
Главные усовершенствования WAP 2.0:
• поддержка стандартных протоколов Интернета (TCP/IP, HTTP), позволившая Web-разработчикам создавать приложения как для ПК, так и для WAP-клиентов, что существенно снижает стоимость разработки;
• усовершенствованная безопасность коммуникаций и возможности по проведению финансовых транзакций;
• отсутствие необходимости в WAP proxy;
• взаимодействие клиента и сервера на базе протокола HTTP/1.1.
В WAP 2.0, в отличие от версии 1.0, поддерживаются протоколы TCP/IP и http, что позволяет мобильному устройству запрашивать данные с сетевых ресурсов напрямую, минуя сервер оператора (рис. 8).
Начиная с версии WAP 2.0 протокол допускает использование XHTML и Cascade Style Sheet (CSS). Адаптация страниц для мобильного устройства может производиться любым поддерживающим XHTML сервером в Сети. Сервер может запросить данные об устройстве и, получив их, преобразовать страницы под необходимое разрешение (User Agent Profile).
WAP proxy (рис. 9) при применении протокола WAP 2.0 может использоваться (опционно) в целях оптимизации коммуникаций и обеспечивать новые службы, такие как привязка сервисов к месторасположению пользователя, конфиденциальность. WAP proxy также необходим для обеспечения WAP push-функций.
Push-технология оптимизирует организацию некоторых служб. Например, если раньше телефоны пользователей, работающих по протоколу WAP 1.x и подписанных на обновляемую информацию, должны были периодически запрашивать данные с сервера, чтобы узнать, было ли обновление, то при Push-технологии сервер сам отправляет обновление и в этом случае данные идут в одном направлении. Подчеркнем, что для использования технологии Push требуется, чтобы на стороне оператора или компании, предоставляющей информационное наполнение, был установлен wap proxy-сервер.
Перспективы WAP в сетях 3G
Сохранится ли необходимость в WAP с внедрением сетей 3G? По мере увеличения скорости пропускных каналов стоимость широкополосного беспроводного доступа не упадет до нуля. Цена услуги будет складываться из стоимости более мощных терминалов, более высокой стоимости радиооборудования, больших нагрузок на сеть и т.д. Не следует также забывать, что WAP был разработан для работы с маленькими экранами, низким энергопотреблением, широкой настраиваемостью под разные типы устройств для навигации одной рукой. Подобный сервис останется актуален и с появлением сетей стандарта 3G. Конечно, мы будем наблюдать постоянное увеличение ширины пропускного канала наряду с усложнением приложений. Помимо этого возрастет потребность в минимизации устройств и в разработке сетевых ресурсов для беспроводных приложений. Поэтому можно ожидать, что WAP будет иметь оптимизированную поддержку мультимедийных приложений. Если WAP будет пользоваться успехом на массовом рынке в сетях стандарта 2,5G, то вероятно, и в сетях 3G он окажется экономичным и востребованным решением.
