Лекция: Мобильный Интернет и технология PUSH

Под мобильным Интернетом понимают прежде всего прием Интернет-сообщений на обычный радиотелефон. В MS дисплей не превышает размеров самой станции, поэтому мобильный Интернет имеет свою специфику.

Сейчас Интернет ассоциирован с WWW. Тем не менее, даже в современной форме Web есть сложности:

— работа с Web требует элементарного знания компьютера,

— необходимое аппаратное и программное обеспечение дорого, начальные затраты велики.

При реализации мобильного Интернета появляются дополнительные ограничения:

— малые размеры дисплея не позволяют использовать существующие в проводном Интернете браузеры;

— MS имеет клавиатуру с весьма ограниченными возможностями;

— скорость передачи данных по радиоканалам и память MS ограничены;

— энергоемкость батарей ограничена.

Поэтому мобильный Интернет требует специфического представления информации. Информацию хранят на серверах и передают на MS в виде колоды карт (Deck of Cards), которые отображают с помощью микробраузера на дисплее MS. Действия абонента состоят в просмотре карт колоды или файла и выборе дополнительных операций путем перемещения по дисплею горизонтальной засветки. Если абонент не находит желаемого выбора в данной колоде карт, он запрашивает следующую колоду. В зависимости от типа MS колоды и карты можно заносить в кэш MS для дальнейшего использования.

Сейчас в мире действуют 2 технологии мобильного Интернета: японская i-mode и интернациональная (американо-европейская) WAP (Wireless Application Protocol). В принципах организации мобильного Интернета у этих систем много общего, но протоколы передачи информации и языки программирования у них разные. Технология i-mode основана на использовании стандартных Интернет-протоколов и языка Интернет-программирования HTML (Hypertext Markup Language), в то время как для WAP разработан стек новых протоколов и специальные языки программирования.

Технология WAP находится в постоянном развитии. Сейчас оно происходит в рамках OMA (Open Mobile Alliance). OMA: ведущий форум производителей аппаратуры мобильной связи, был организован в 2000г. Сейчас он включает ведущих операторов мобильной связи, производителей и поставщиков оборудования, разработчиков информационных технологий и специализированного контента (услуг). Задача ОМА состоит в создании универсальных технологических и пользовательских продуктов, которые можно использовать в различных сетях подвижной связи независимо от конкретных стандартов.

ОМА занимается разработкой спецификаций, архитектур и открытых интерфейсов для организации сквозных (end-to-end) пользовательских услуг, не привязанных к определенным стандартам и производителям аппаратуры. В задачу ОМА также входит тестирование и мониторинг производимого продукта.

Одной из задач ОМА является разработка встраиваемого в MS программного обеспечения, поддерживающего разнообразные, прежде всего. новые на рынке связи услуги.

ОМА объединяет такие организации, как WAP Forum, Location Interoperability Forum (LIF), SyncML Initiative, MMS-IOP (Multimedia Messaging Interoperability Process), Wireless Village, Mobile Gaming Interoperability Forum (MGIF), Mobile Wireless Internet Forum (MWIF). Поэтому новые спецификации и рекомендации, касающиеся WAP, часто идут под эгидой OMA.

Основными объектами, определенными в WAP, являются:

— микробраузеры,

— WAP шлюзы,

— приложения прикладной телефонии и интерфейс WTA (Wireless Telephone Application).

Технология WAP описана в виде спецификаций. Спецификации WAP включают документы, относящиеся к следующим разделам:

— общие технологии WAP: документы, где изложены цели WAP и различные сопутствующие технологии;

— стек WAP протоколов и программное обеспечение WAP шлюзов: средства, с помощью которых происходит обмен информацией с Интернетом;

— спецификации языков WAP, на которых создают конкретные приложения (сценарии поиска информации и колоды информационных карт);

— WAP PUSH спецификации, где описан обмен информацией, инициируемый сервером (технология передачи информации на MS в режиме отложенной услуги).

Микробраузер по назначению аналогичен браузеру в стандартном Интернете с той разницей, что он представлен на дисплее MS, а программный продукт написан на специальных языках. С 1999г., когда появилась первая коммерческая версия WAP 1.1, до конца 2002г. были разработаны новые версии WAP 1.2 и 2.0. Версия 2.0 поддерживает все предыдущие версии WAP, позволяет использовать при передаче как WAP протоколы, так и стандартные Интернет-протоколы TCP/IP, HTTP, что позволяет MS напрямую, минуя сервер оператора, запрашивать данные с сетевых ресурсов. WAP 2.0 предусматривает передачу мультимедиа контента.

Для версии 2.0 разработан новый язык XHTMLMP (extensible Hyper Text Markup Language Mobile Profile), который заменил языки WML (Wireless Markup Language) и XML (eXtensible Markup Language) предыдущих версий. При передаче посредством WAP обычных Интернет файлов их содержание (контент) HTML может быть преобразовано посредством фильтрации (конвертации) на языки WAP, хотя спецификации WAP не регламентируют это преобразование. Фильтрацию HTML контента в WML производят в шлюзах WAP.

Версия WAP 2.0 позволяет производить загрузку файлов при низких скоростях соединений и соответственно длинных сессиях. Теперь даже при долгом отсутствии ответа сайта соединение не будет разорвано. Версия поддерживает возобновление соединения с прерванного места и докачку файлов с использованием технологии PUSH.

Структура сети с использованием WAP и подключение абонента к WAP услугам показаны на рис. 11.3. Шлюз WAP является посредником, преобразующим протоколы передачи информации. Информацию в виде колод карт на языках WAP хранят либо на специальных, либо на общих серверах Интернета, и при ее передаче по сети Интернета используют IP протоколы. В шлюзе WAP происходит преобразование Интернет-протокола передачи гипертекста (HTTP) в протоколы WAP. Далее, шлюз WAP ведет непосредственный диалог с клиентом, отрабатывая его запросы. Шлюз WAP осуществляет компиляцию WML текстов, защиту сообщений и может фильтровать (конвертировать) HTML тексты.

Рис. 11.3. Подключение мобильного абонента к услугам WAP

Процедуру организации WAP услуг поясняет рис. 11.3. Каждый абонент, подключенный к GPRS, имеет активизированный PDP и, следовательно, адрес. Запрос на WAP услуги начинается с того, что от MS на WAP шлюз через специальную точку доступа в GGSN поступает обращение на диспетчер WAP шлюза (1). WAP-шлюз выделяет для обслуживания абонента агента (определенное программное обеспечение), сообщает абоненту адрес и порт агента и сбрасывает начальную карту услуг (2). Абонент выбирает услугу и посылает заявку на начало сессии и на предоставление услуги (3). Эту заявку из WAP-шлюза направляют на соответствующий сервер WAP контента (4), откуда по каналам Интернета на WAP-шлюз поступает затребованный файл, представленный на одном из языков, применяемых в WAP (колода карт) (5). Используя протоколы WAP, затребованный файл c WAP шлюза пересылают на MS абоненту (6).

Примеры возможных приложений мобильного Интернета.

— Все виды новостей (политические, финансовые, спортивные, погода и т.д.)

— Все виды услуг и справок по месту нахождения абонента (локальные услуги, как, например, бронирование мест в гостинице, выбор меню в ресторане, информация о местонахождении абонента, телефонный справочник и др.).

— Мобильная электронная коммерция и банковские операции.

— Игры, ставки, развлекательные приложения 1.

— Обслуживание телефонных вызовов.

— Приложения для извещений клиента (см. технологию PUSH).

— Поиск информации в Интернете, с учетом тех ограничений, которые накладывают WAP браузеры.

— Работа с корпоративной базой данных (ведение финансовой, отчетной и другой документации).

— Телевизионный сервис (в перспективе с вводом в эксплуатацию сетей 3-го поколения).

Особенностью мобильного Интернета является предоставление адресно-ориентированных услуг, когда абонент получает информацию, привязанную к его местонахождению, т.е. по координатам соты, где он находится. Обеспечение адресно-ориентированных услуг качественно меняет работу операторов сетей подвижной связи, превращая их из “проводников” информации в поставщиков услуг.

WAP может предоставлять абоненту отложенные услуги. Например, брокер может получать уведомление о достижении заданного уровня цены на определенные акции, болельщик получает информацию об изменении счета в футбольном матче, абонента оперативно уведомляют о поступлении сообщений на электронную или голосовую почту. Для этого используют специфическую для WAP технологию PUSH. «Проталкивание» (push) информации начинает отслеживающий сообщения сервер, в результате чего абонент получает затребованную им информацию.

Следует отметить, что технология PUSH вышла за рамки WAP, приобретя самостоятельное значение, прежде всего при доставке абонентам мультимедийной информации (MMS). Мультимедийное сообщение ММ абоненту можно отсылать по его вызывному номеру MSISDN или номеру электронной почты. Доставку ММ осуществляют в пакетном режиме, для чего должен быть активизирован соответствующий PDP контекст.

Алгоритм процедуры PUSH состоит из трех ступеней:

— уведомление (notification) абонентской станции о поступившем сообщении,

— активизация PDP контекста (при передаче с использованием GPRS),

— доставка информации в пакетном режиме.

Варианты реализации процедуры PUSH представлены в рекомендациях [44]. На рис. 11.4 показано взаимодействие основных узлов, участвующих в процедуре. Push Initiator – это сервер поставщик данных для передачи конкретному абоненту. Сформированные в виде файла данные Push Initiator направляет на Push Function, устройство, обеспечивающее доставку файла абоненту. В ряде случаев Push Initiator и Push Function могут быть совмещены в одном блоке. Доставку информации, как показано на рис. 11.4, можно производить различным образом: используя SMS, потоки данных с коммутацией каналов (CS Domain), с помощью IMS (IP Multimedia Subsystem), мультимедийного вещания (MBMS) и беспроводного доступа (WLAN). Основным способом все же является пакетная передача данных с использованием GPRS (PS Domain) с установкой PDP контекста.

Для доставки уведомлений обычно применяют SMS. Для этого Push Function должен иметь выход на SMS центр (SMSC) своего оператора (рис. 11.5). Интерфейс между SMSC и Push Function пока в 3GPP не стандартизирован. Кроме традиционного ОКС-7 возможно использование IP стека протоколов, поскольку сейчас многие SMSC поддерживают IP соединения.

После получения уведомления UE запускает процедуру активизации PDP контекста, создается сквозной канал UE – UTRAN – SGSN – GGSN — Push Function и по Gi интерфейсу происходит сброс пакетной информации на абонентскую станцию.

Рис. 11.4. Варианты реализации процедуры PUSH

Рис. 11.5. Структура реализации процедуры PUSH

Один из вариантов реализации PUSH услуг с присваиванием абоненту получателю динамического адреса представлен на рис. 11.6 [46]. Пользователь запросил PUSH услугу, запрос был передан через определенную точку доступа (AP) на определенном GGSN (на рис. 11.6 шлюз находится в домашней сети абонента). В предлагаемом сценарии сброс информации происходит через шлюз и точку доступа запроса услуги.

Рис. 11.6. Алгоритм процедуры PUSH

После сброса информации с сервера контента (Push Initiator) на Push Function (PF) последний направляет запрос на GGSN домашней сети абонента (Push Request). Домашняя сеть содержит специальный адресный сервер (AR — Address Resolver), по своим функциям аналогичный серверу имен доменов. Каждому абоненту присваивают символический идентификатор User-ID в формате user@realm, а AR содержит таблицы, связывающие User-ID с системным номером IMSI абонента и его активизированным IP адресом. В запросах (2) и (3) абонента именуют по его User-ID. Если PDP контекст активизирован, AR сообщает GGSN IP адрес абонента, тот передает его на PF (3a) и алгоритм переходит к завершающему шагу (13): PF сбрасывает информацию на UE.

Если PDP контекст не активизирован, то, используя системный номер абонента IMSI, GGSN посылает запрос на HLR, получая в ответ адрес SGSN, который в данный момент обслуживает абонента (3b). На SGSN отправляют уведомление (4). Сообщение PDU (Protocol Data Unit) Notification Request включает в себя IMSI, идентификатор туннеля в плоскости управления, имя точки доступа (APN), адрес GGSN в плоскости управления и нулевой IP адрес абонента. Отправив подтверждение о получении уведомления (5), SGSN инициирует запуск процедуры активизации PDP контекста (6), (7); далее следует сама процедура в соответствии с рис. 1.3. Абоненту выделяют динамический IP адрес, о чем уведомляют AR (11) и PF (12), после чего происходит сброс информации на UE (13).

Структура протоколов WAP в сопоставлении со стеком Интернет протоколов показана на рис. 11.7. Процедура передачи WAP файлов в протокольном плане приведена на рис. 11.8 [43]. Организация передачи WAP файлов включает в себя активизацию PDP контекста, установление соединения с WAP шлюзом на сессионном уровне, а затем обмен информацией с сервером-провайдером услуг с преобразованием соответствующих протоколов в WAP шлюзе.

Структура программного обеспечения в мобильном терминале представлена на рис. 11.9. Управление аппаратными средствами в WAP терминале поделено между тремя основными компонентами: WAE, WTA и EFI. WAE – WAP Application Environment, организует среду исполнения приложений WAP в микробраузере. WTA — WAP Telephony Applications, компонент, обеспечивающий управление телефонной связью, мечта, которая пока не стала реальностью. EFI – External Functionality Interface, состоит из EF units, организующих обслуживание различных дополнительных устройств (блоков памяти, Bluetooth чипов, фотокамер и т.п.).

Возможности каждого устройства (терминала) описывает UAProf (User Agent Profile). Для записи формата выбран продвигаемый консорциумом W3C формат Composite Capabilities/Preferences Profile (CC/PP), а в качестве “языка” – Resource Description Framework (RDF). При подключении к сети терминал может передать свой профиль WAP- и Push- шлюзам провайдера контента, которые будут хранить его не только в течение текущей сессии, но и в случае ее приостановки. В этом случае при новом обращении пользователя к услугам WAP будет не нужно заново передавать профиль терминала. В задачу шлюзов входит преобразование поступающей информации в нужный формат (Profile Marching).

Остановимся кратко на технологии i-mode. i-mode™ был запущен в феврале 1999 года компанией NTT DoCoMo. Сейчас им пользуются более 45 миллионов абонентов в Японии, а также более 10 миллионов подписчиков в других странах. Абоненты i-mode используют мобильный телефон для доступа к большому числу сайтов, информационных порталов сети Интернет и on-line услуг. С технической точки зрения i-mode™ – это возможность доступа к сети Интернет с мобильного телефона через специальный портал. Сервис позволяет абоненту посещать интернет-сайты, оптимизированные для просмотра на мобильном телефоне, быть в курсе последних событий, совершать всевозможные покупки, искать работу, получать информацию о пробках на дорогах, и т.д. i-mode также предлагает пользователям доступ к персональному электронному почтовому ящику, адрес которого совпадает с номером мобильного телефона. Основное отличие телефона, поддерживающего i-mode, заключается в том, что связь с Интернетом у трубки постоянная (через портал NTT DoCoMo), а не сеансовая, как у телефона, поддерживающего WAP.

Рис. 11.8. Процедура передачи WAP файлов.

Рис. 11.9. Распределение контроля над аппаратными средствами в мобильном терминале WAP.

11.4.Передача мультимедийной информации

Под передачей мультимедийной информации понимают доставку с последующим (обычно синхронным) воспроизведением различных типов данных, таких, как изображения (анимация), тексты и звук (голос, музыка). Услуги доставки мультимедийной информации (MMS – Multimedia Messages Service) описаны в спецификациях [47] и [48]. Одно ММ сообщение состоит из некоторого числа разнотипных элементов (сообщений), доставляемых пользователю не в реальном времени (интерактивный или фоновый классы трафика). При этом передача отдельных элементов сообщения может быть произведена различным образом с уведомлением UE получателя о поступившем на его адрес (или номер) MM с последующим подтверждением его доставки. В процессе доставки ММ должны быть учтены возможности мобильной станции (терминала) и сети. В табл. 11.2 приведены форматы данных, поддерживаемых в MMS[1].

Таблица 11.2

* MIME – Multipurpose Internet Mail Extensions.

Структура сотовой сети с поддержкой MMS представлена на рис. 11.10.

Рис.11.10. Сотовые сети с поддержкой MMS

Структура окружения MMS (MMS Environment – MMSE) включает в себя MMS и транзитные серверы. Сервер MMS отвечает за хранение и пересылку в нужном направлении входящих и исходящих сообщений. Транзитный сервер, связанный с сервером MMS, отвечает за обмен данными между различными системами обмена сообщениями. Сервер MMS и транзитный сервер могут быть:

— разделенными;

— комбинированными (как, например, центр обмена мультимедийными сообщениями MMS-C производства компаний Ericsson и Nokia);

— распределёнными на несколько зон обслуживания.

MS сервер/транзитный сервер устанавливают непосредственно в сети оператора мобильной связи.

Транзитный сервер записывает информацию, неоходимую для составления учетных записей, когда он получает MM, доставляет их пользователю, либо когда пересылает сообщения в другое окружение MMS. Также транзитный сервер отвечает за конвертирование сообщений, т.е. за адаптацию сообщений к возможностям приёмного устройства.

Для доставки MM широко используют протокол WAP. Сеть MMS строят на основе архитектуры WAP, и стандартный шлюз WAP обеспечивает доступ к таким возможностям WAP, как работа с протоколом передачи гипертекста (HTTP), функционирование службы автоматической отправки сообщений и безопасность установления соединений.

База данных пользователей может хранить в себе одну или несколько записей о каждом пользователе, содержащих персональную информацию, например, личную конфигурацию сервиса MMS.

Инструментарий пользователя (MMS User Agent) – это программное обеспечение, установленное в мобильном телефоне или каком-либо внешнем устройстве, позволяющее просматривать, создавать и обрабатывать (отправлять, принимать, удалять) мобильные сообщения MMS. В процессе доставки ММ мобильная станция информирует сервер доставки о своих возможностях, указывая, в частности:

o допустимую длину ММ,

o максимальную разрешающую способность при воспроизведении изображения,

o список поддерживаемых видов сообщений и их форматов (MIME) (см. Табл. 11.2),

o список поддерживаемых шрифтов,

o список предпочтительных языков,

o глубину цвета.

Соединительные линии между разными сетями на рис.11.10 выполняют на основе протокола Интернет (IP), и это даёт возможность службам обмена сообщений в беспроводных сетях быть полностью совместимыми с подобными службами в сети Интернет. Также следует отметить то, что взаимодействие между различными окружениями MMSE базируется на протоколе доставки электронной почты SMTP.

Рамочный стек протоколов доставки ММ приведен на рис. 11.11 [48].

Рис.11.11. Стек протоколов доставки MM

В мобильную станцию загружают MMS User Agent (инструментарий пользователя), а между транзитным сервером MMS Relay и UE(MS) организуют интерфейс MM1 на основе протокола, разработанного и стандартизированного WAP/OMA специально для MMS. Интерфейс ММ3 связывает MMS сервер/транзитный сервер с внешними серверами через сеть Интернет. Он может быть реализован различным образом с использованием стандартных протоколов SMTP, POP и IMAP. Сведения об остальных интерфейсах между функциональными элементами MMSE (рис. 11.10) приведены в [48]. Заметим, что на рис. 11.11 MMS сервер и транзитный сервер объединены в единый блок, что соответствует практике большинства производителей аппаратуры.

Для передачи MMS используют различные протоколы: WAP, HTTP, SIP (Session Initiation Protocol). Сейчас наиболее часто используют WAP. Процесс доставки MM пояснен рис. 11.12.