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简 介
当前，WWW作为一种比较成熟的技术，被广泛地应用于Internet和企业的内部网络。这种基于客户/服务器机制的信息系统，其成功主要是归功于客户和服务器间的标准化的通信机制。这包括HTTP、HTML和URL三种标准技术。
在无线通信领域，自70年代第一代模拟蜂窝移动通信系统问世以来，蜂窝移动通信在技术和市场两个方面都取得了较大的发展。以800MHz的AMPS和DAMPS标准以及900MHz的TACS和GSM标准为代表的两大体系分别在北美和欧洲取得了巨大的成功。进入90年代，移动通信进入高速发展期，预计2000年全球移动通信用户数可达4亿。GSM和CDMA业务持续发展，而备受关注的第三代移动通信系统，也在为大规模进入市场做着准备工作。
移动通信的高速增长和移动设备的普及使用，带来了一种称为“任何时间，任何地点计算”的新技术。这种技术又被称为“游牧计算”或“移动计算”，主要目标是为移动用户提供访问桌面应用的能力，以及专用的移动应用和基本的通信能力。
在过去的一些年中，人们对如何将无线通信和WWW技术有效地结合起来开展了许多的研究工作。这些研究工作可依据其解决策略分为两类。第一类方式通过引入代理的方法，屏蔽由于无线环境的特点所带来的同固定网的差异，向应用层提供同固定网一致的接口，这样，就无须改动上层的应用，可直接将现有的众多网络应用移植到移动环境中。这种方式被称为“应用透明方式”。另一类方式是将无线特性对上层应用开放，通过修改上层应用软件（如IE，Netscape等），加入缓存、预取等机制以提高系统性能。这种方式被称为“移动感知方式”。
除以上提到的两种方式外，还需要对移动设备的协议栈做一些修改，以适应无线环境的特殊要求。这些修改主要集中于网络层和传输层，如提供对用户漫游的支持，如何保障移动中TCP连接的连续性等。
以下对几种无线WWW应用体系进行分析，然后在这些分析的基础上总结各种优化技术。
无线环境的WWW应用体系
本节对几种现有的WWW应用体系做简要的介绍，并分析其实现的关键技术，包括WebExpress系统、Mowgli体系和无线应用协议（WAP）。
1．WebExpress系统
WebExpress系统主要基于一种“截获”机制来减少通过无线接口的数据量，缩短响应时延。该系统的基本结构如图一所示。
图一 WebExpress的截获体系
客户端截获器（CSI）运行于用户的移动设备中，服务端截获器（SSI）运行于固定网中。CSI截获发自标准WWW浏览器的HTTP请求，和SSI在TCP连接上使用一种简化版本的HTTP协议进行通信，SSI则重构标准的HTTP请求及URL地址，并将请求传送给要访问的Web服务器；在相反方向上，CSI由SSI的响应数据重构标准的HTML数据流，并交于浏览器显示。CSI和SSI都使用了基于LRU算法的缓存机制。当浏览器请求对象时，会首先依次在CSI和SSI的缓存中查找，并依据数字签名比较机制和有效时延的值判定数据是否仍旧有效。有效的数据对象会被立即返回给浏览器，只有已无效的数据才需要重新从Web服务器取得。
图二 应用于动态资源的差分技术
WebExpress系统还使用了一种差分优化技术，这种技术同样适用于固定网络。差分技术主要应用于压缩包含动态信息的响应数据（如由CGI程序自动生成的HTML响应页）。这里我们通过一个具体的实例来说明这种技术。见图二。
在时刻T，浏览器向CSI发送一个CGI脚本请求，CSI检查本地缓存，假设尚未有任何有关内容存于缓存中，请求被传递给SSI并进一步传给Web服务器。然后SSI在缓存Web服务器响应的同时，将响应返回给CSI，CSI同样也缓存该响应，并将响应返回给浏览器显示。这里，CSI和SSI中缓存的响应拷贝被称为公共基对象。在时刻T+DT，CSI截获了一个执行同一CGI脚本的请求，在SSI收到来自Web服务器的响应后，激活一个差分引擎来计算新响应同缓存的基对象间的差量，并生成差量报告（包括一系列的复制、删除、插入命令）通过无线接口传送给CSI，而CSI则激活更新引擎，依据缓存的基对象和收到的差量报告构造新的响应页。这种技术的优势在于，在诸如查询之类的应用中，响应的HTML数据流中包含了大量的不变信息（如图像、页头、页脚等），减少这些重复数据的传输量，对提高系统性能有着重要的意义。
一般来说，对于每一个HTTP请求和响应都需要一次单独的TCP连接，TCP连接的不断建立和释放无疑加大了传输开销和响应时延。在WebExpress系统中，是通过复用多个HTTP的请求到单一的TCP连接来解决该问题的。它通过一种“虚拟套接字”的技术在单一的TCP连接上提供复用支持。CSI和SSI间预先建立一个TCP连接，对于随后的HTTP请求，CSI会分别分配一个虚拟套接字标识，然后通过已建立的TCP连接发送给SSI，在SSI中，对于每个虚拟套接字标识，SSI都会分别与Web服务器建立一个普通的TCP连接。
另外，在HTTP的消息头中有许多在连续的传送中基本保持不变的域，如浏览器信息等。每次都在无线接口上传输这些域是不必要的。对此，CSI和SSI在第一次请求时就缓存这些域的拷贝，在随后的请求中，如CSI发现这些域保持不变，则只须在CSI端删去这些域而在SSI端再原样插入即可，通过减少HTTP头部信息的传输量来提高系统性能。
2．Mowgli体系
Mowgli体系的主要目的在于提高移动节点（MN）同固定节点间通信的效率、可用性和可靠性。其基本思想是通过引入一个具备存储转发功能的截获器将原有的端到端的控制信道划分成两部份。这个截获器被称为移动连接主机（MCH）。整个系统包括了无线子系统和固定子系统两个部份。如图四所示。
MCH和MN之间通过一种专用的Mowgli数据信道服务（MDCS）进行可靠的通信；在MCH和固定主机之间则可以不加改变的使用TCP/IP协议。WWW客户端和Web服务器间的通信要经过两次截获，一次是在移动节点的本地代理中，一次是在MCH的HTTP代理中。在MN中，Mowgli系统提供了一种同经典BSD套接字相兼容的套接字接口。客户应用程序使用该接口与本地代理相连接。MN的本地代理和MCH的HTTP代理通过在单一的Mowgli数据连接上异步地传输消息实现通信，由于无需分别为每个HTTP请求建立端到端的TCP连接，大大减少了无线链路上的会话量。
图四 Mowgli体系结构图
Mowgli针对包含图像的网页信息提供了专门的优化技术。MCH中的HTTP代理首先分析网页，标识所有的图像连接后立即开始图像的传输过程，无需客户端再次显式的发出请求。这种技术减少了客户服务器间的会话次数，同时可并行的实现多路数据传输，大大提高了访问性能。
Mowgli的预取技术对最终用户来说，提高了系统的表现性能。它利用Mowgli系统的异步特性，在用户浏览信息的同时，通过合理的预测，在后台执行数据的预取工作，从而减少了用户的等待时间。
为了减少MN和MCH间的数据交换量，Mowgli还使用了数据压缩和缓存机制。所采用的其它优化机制还包括，简化无线接口协议的头部，提供对数据进行有损或无损压缩的选择，智能的过滤和替换超过阀值的图像等。
3．无线应用协议（WAP）
无线应用协议最早由Unwired_Planet公司提出，而后得到了Nokia、Motorola、Ericsson等多家公司的广泛支持，目前，已经约有95%的手机厂商宣布支持WAP，因此具有良好的市场前景。WAP的指导思想在于最大限度的利用现有的标准技术，为手机、PDA等移动设备能访问WWW提供一个开放的标准。其体系结构如图五所示。
基本的工作过程是WAE用户代理将编码后的HTTP请求通过无线接口传送给网关，网关解码请求后将标准的HTTP请求提交给源服务器，然后网关再对服务器的响应信息进行编码并返回给移动客户端。WAE用户代理负责解释响应数据。网关可以同源服务器集成在一起，也可以单独设立。编码的主要目的在于减少数据传输量和处理的复杂度。
虽然WAP提出了自己的协议栈模型，但还是尽可能的重用现有的标准协议或是对现有协议针对无线环境的特点作相应的修改。WAP的协议基本集中于无线接口上。其中，移动设备和网关间使用WSP协议通信；这是一种二进制版本的HTTP1.1协议，为减少通过无线接口的数据量作了一定的简化。向应用层提供两种会话服务，即基于WTP的面向连接的服务和基于WDP的无连接服务。网关和Web服务器间仍使用HTTP协议，基本无需改动固定网。WDP运行于支持数据业务的各类承载服务之上，通过封装各类移动网的底层差异，向上层提供一致的数据报服务。
图五 WAP体系结构图
由于手机、PDA等移动设备普遍存在着显示屏小，计算能力低，输入方式简单等诸多限制，所以WAP在HTML的基础上提出了一种WML语言，专门用于描述适用于移动设备的信息。WML是一种标签式的文档语言，以XML为基本语法类型，并专门针对在手机、移动终端上的用户交互和信息表示进行了优化。其特点包括支持文本和图像、支持用户输入、导航和历史记录、国际化支持、人机界面的独立性、窄带优化、状态和上下文管理等。
另外，WAP还引入了一种类似于JavaScript的轻量级过程脚本语言，WMLScript。它通过提供简单的行为能力增强了WML语言，包括高级的用户界面支持，终端智能化，方便用户对设备及其功能的访问，减少信息到Web服务器的往返等。
方案比较
无线环境同有线环境相比，存在着网络和设备两方面的差异。相比较有线环境而言——
无线网络：
* 带宽窄
* 时延长
* 连接稳定性弱
* 预测性差
无线设备：
* CPU速度慢
* 内存少
* 输入输出功能有限
* 限制功耗
通过对以上几种方案的分析，可以看出，各方案都针对这些无线特性提出了一些解决办法和优化策略。
总 结
以上分析比较了几种无线WWW应用体系。这些设计大多基于压缩、协议简化、缓存、预取等应用层解决方案，然而，为更好地解决长时延、低连接可靠性等问题，对网络层和传输层的协议进行优化也是必不可少的，需要进一步的研究。
当前，WWW作为一种比较成熟的技术，被广泛地应用于Internet和企业的内部网络。这种基于客户/服务器机制的信息系统，其成功主要是归功于客户和服务器间的标准化的通信机制。这包括HTTP、HTML和URL三种标准技术。
在无线通信领域，自70年代第一代模拟蜂窝移动通信系统问世以来，蜂窝移动通信在技术和市场两个方面都取得了较大的发展。以800MHz的AMPS和DAMPS标准以及900MHz的TACS和GSM标准为代表的两大体系分别在北美和欧洲取得了巨大的成功。进入90年代，移动通信进入高速发展期，预计2000年全球移动通信用户数可达4亿。GSM和CDMA业务持续发展，而备受关注的第三代移动通信系统，也在为大规模进入市场做着准备工作。
移动通信的高速增长和移动设备的普及使用，带来了一种称为“任何时间，任何地点计算”的新技术。这种技术又被称为“游牧计算”或“移动计算”，主要目标是为移动用户提供访问桌面应用的能力，以及专用的移动应用和基本的通信能力。
在过去的一些年中，人们对如何将无线通信和WWW技术有效地结合起来开展了许多的研究工作。这些研究工作可依据其解决策略分为两类。第一类方式通过引入代理的方法，屏蔽由于无线环境的特点所带来的同固定网的差异，向应用层提供同固定网一致的接口，这样，就无须改动上层的应用，可直接将现有的众多网络应用移植到移动环境中。这种方式被称为“应用透明方式”。另一类方式是将无线特性对上层应用开放，通过修改上层应用软件（如IE，Netscape等），加入缓存、预取等机制以提高系统性能。这种方式被称为“移动感知方式”。
除以上提到的两种方式外，还需要对移动设备的协议栈做一些修改，以适应无线环境的特殊要求。这些修改主要集中于网络层和传输层，如提供对用户漫游的支持，如何保障移动中TCP连接的连续性等。
以下对几种无线WWW应用体系进行分析，然后在这些分析的基础上总结各种优化技术。
无线环境的WWW应用体系
本节对几种现有的WWW应用体系做简要的介绍，并分析其实现的关键技术，包括WebExpress系统、Mowgli体系和无线应用协议（WAP）。
1．WebExpress系统
WebExpress系统主要基于一种“截获”机制来减少通过无线接口的数据量，缩短响应时延。该系统的基本结构如图一所示。
图一 WebExpress的截获体系
客户端截获器（CSI）运行于用户的移动设备中，服务端截获器（SSI）运行于固定网中。CSI截获发自标准WWW浏览器的HTTP请求，和SSI在TCP连接上使用一种简化版本的HTTP协议进行通信，SSI则重构标准的HTTP请求及URL地址，并将请求传送给要访问的Web服务器；在相反方向上，CSI由SSI的响应数据重构标准的HTML数据流，并交于浏览器显示。CSI和SSI都使用了基于LRU算法的缓存机制。当浏览器请求对象时，会首先依次在CSI和SSI的缓存中查找，并依据数字签名比较机制和有效时延的值判定数据是否仍旧有效。有效的数据对象会被立即返回给浏览器，只有已无效的数据才需要重新从Web服务器取得。
图二 应用于动态资源的差分技术
WebExpress系统还使用了一种差分优化技术，这种技术同样适用于固定网络。差分技术主要应用于压缩包含动态信息的响应数据（如由CGI程序自动生成的HTML响应页）。这里我们通过一个具体的实例来说明这种技术。见图二。
在时刻T，浏览器向CSI发送一个CGI脚本请求，CSI检查本地缓存，假设尚未有任何有关内容存于缓存中，请求被传递给SSI并进一步传给Web服务器。然后SSI在缓存Web服务器响应的同时，将响应返回给CSI，CSI同样也缓存该响应，并将响应返回给浏览器显示。这里，CSI和SSI中缓存的响应拷贝被称为公共基对象。在时刻T+DT，CSI截获了一个执行同一CGI脚本的请求，在SSI收到来自Web服务器的响应后，激活一个差分引擎来计算新响应同缓存的基对象间的差量，并生成差量报告（包括一系列的复制、删除、插入命令）通过无线接口传送给CSI，而CSI则激活更新引擎，依据缓存的基对象和收到的差量报告构造新的响应页。这种技术的优势在于，在诸如查询之类的应用中，响应的HTML数据流中包含了大量的不变信息（如图像、页头、页脚等），减少这些重复数据的传输量，对提高系统性能有着重要的意义。
一般来说，对于每一个HTTP请求和响应都需要一次单独的TCP连接，TCP连接的不断建立和释放无疑加大了传输开销和响应时延。在WebExpress系统中，是通过复用多个HTTP的请求到单一的TCP连接来解决该问题的。它通过一种“虚拟套接字”的技术在单一的TCP连接上提供复用支持。CSI和SSI间预先建立一个TCP连接，对于随后的HTTP请求，CSI会分别分配一个虚拟套接字标识，然后通过已建立的TCP连接发送给SSI，在SSI中，对于每个虚拟套接字标识，SSI都会分别与Web服务器建立一个普通的TCP连接。
另外，在HTTP的消息头中有许多在连续的传送中基本保持不变的域，如浏览器信息等。每次都在无线接口上传输这些域是不必要的。对此，CSI和SSI在第一次请求时就缓存这些域的拷贝，在随后的请求中，如CSI发现这些域保持不变，则只须在CSI端删去这些域而在SSI端再原样插入即可，通过减少HTTP头部信息的传输量来提高系统性能。
2．Mowgli体系
Mowgli体系的主要目的在于提高移动节点（MN）同固定节点间通信的效率、可用性和可靠性。其基本思想是通过引入一个具备存储转发功能的截获器将原有的端到端的控制信道划分成两部份。这个截获器被称为移动连接主机（MCH）。整个系统包括了无线子系统和固定子系统两个部份。如图四所示。
MCH和MN之间通过一种专用的Mowgli数据信道服务（MDCS）进行可靠的通信；在MCH和固定主机之间则可以不加改变的使用TCP/IP协议。WWW客户端和Web服务器间的通信要经过两次截获，一次是在移动节点的本地代理中，一次是在MCH的HTTP代理中。在MN中，Mowgli系统提供了一种同经典BSD套接字相兼容的套接字接口。客户应用程序使用该接口与本地代理相连接。MN的本地代理和MCH的HTTP代理通过在单一的Mowgli数据连接上异步地传输消息实现通信，由于无需分别为每个HTTP请求建立端到端的TCP连接，大大减少了无线链路上的会话量。
图四 Mowgli体系结构图
Mowgli针对包含图像的网页信息提供了专门的优化技术。MCH中的HTTP代理首先分析网页，标识所有的图像连接后立即开始图像的传输过程，无需客户端再次显式的发出请求。这种技术减少了客户服务器间的会话次数，同时可并行的实现多路数据传输，大大提高了访问性能。
Mowgli的预取技术对最终用户来说，提高了系统的表现性能。它利用Mowgli系统的异步特性，在用户浏览信息的同时，通过合理的预测，在后台执行数据的预取工作，从而减少了用户的等待时间。
为了减少MN和MCH间的数据交换量，Mowgli还使用了数据压缩和缓存机制。所采用的其它优化机制还包括，简化无线接口协议的头部，提供对数据进行有损或无损压缩的选择，智能的过滤和替换超过阀值的图像等。
3．无线应用协议（WAP）
无线应用协议最早由Unwired_Planet公司提出，而后得到了Nokia、Motorola、Ericsson等多家公司的广泛支持，目前，已经约有95%的手机厂商宣布支持WAP，因此具有良好的市场前景。WAP的指导思想在于最大限度的利用现有的标准技术，为手机、PDA等移动设备能访问WWW提供一个开放的标准。其体系结构如图五所示。
基本的工作过程是WAE用户代理将编码后的HTTP请求通过无线接口传送给网关，网关解码请求后将标准的HTTP请求提交给源服务器，然后网关再对服务器的响应信息进行编码并返回给移动客户端。WAE用户代理负责解释响应数据。网关可以同源服务器集成在一起，也可以单独设立。编码的主要目的在于减少数据传输量和处理的复杂度。
虽然WAP提出了自己的协议栈模型，但还是尽可能的重用现有的标准协议或是对现有协议针对无线环境的特点作相应的修改。WAP的协议基本集中于无线接口上。其中，移动设备和网关间使用WSP协议通信；这是一种二进制版本的HTTP1.1协议，为减少通过无线接口的数据量作了一定的简化。向应用层提供两种会话服务，即基于WTP的面向连接的服务和基于WDP的无连接服务。网关和Web服务器间仍使用HTTP协议，基本无需改动固定网。WDP运行于支持数据业务的各类承载服务之上，通过封装各类移动网的底层差异，向上层提供一致的数据报服务。
图五 WAP体系结构图
由于手机、PDA等移动设备普遍存在着显示屏小，计算能力低，输入方式简单等诸多限制，所以WAP在HTML的基础上提出了一种WML语言，专门用于描述适用于移动设备的信息。WML是一种标签式的文档语言，以XML为基本语法类型，并专门针对在手机、移动终端上的用户交互和信息表示进行了优化。其特点包括支持文本和图像、支持用户输入、导航和历史记录、国际化支持、人机界面的独立性、窄带优化、状态和上下文管理等。
另外，WAP还引入了一种类似于JavaScript的轻量级过程脚本语言，WMLScript。它通过提供简单的行为能力增强了WML语言，包括高级的用户界面支持，终端智能化，方便用户对设备及其功能的访问，减少信息到Web服务器的往返等。
方案比较
无线环境同有线环境相比，存在着网络和设备两方面的差异。相比较有线环境而言——
无线网络：
* 带宽窄
* 时延长
* 连接稳定性弱
* 预测性差
无线设备：
* CPU速度慢
* 内存少
* 输入输出功能有限
* 限制功耗
通过对以上几种方案的分析，可以看出，各方案都针对这些无线特性提出了一些解决办法和优化策略。
总 结
以上分析比较了几种无线WWW应用体系。这些设计大多基于压缩、协议简化、缓存、预取等应用层解决方案，然而，为更好地解决长时延、低连接可靠性等问题，对网络层和传输层的协议进行优化也是必不可少的，需要进一步的研究。