铁玲应明幼诸鸿文上海交通大学

　　[摘要]：宽带无线系统主要提供宽带多媒体数据业务，其中万维网共享信息的访问将成为无线系统的重要应用。但是无线信道的窄带、高延时、高比特差错率等特性，使得万维网数据访问的性能不能得到保证。本文给出无线环境下的WEB服务器系统结构，引入一无线的WEB代理服务器。在代理服务器中，给出能根据无线信道和客户请求特性处理WEB内容的自适应策略；并且给出了能改善数据传输性能并提供QOS的两种资源调度策略。仿真实验表明，使用代理结构，其文本的响应时间得到改善，访问延时减少。

　　[关键字]：无线；代理服务器；自适应；调度

1、引言

　　因特网和数字移动通信技术的发展为移动通信的发展创造了新的机遇。因特网网中最主要数据业务是万维网，万维网具有快速、便利访问大量的信息的特点，这使得万维网用户数急剧增加。通过万维网来进行信息访问将成为移动客户的重要应用。宽带无线网络提供的数据分组服务可以更好地满足这一应用。

　　CDMA2000和W－CDMA中高速通道的理论速率为2Mbps。然而有效的无线数据连接是很难实现的，其主要原因是受物理和技术的限制。无线信道的特征是窄带(CDMA无线数据服务将能发送9.6～14.4bps的带宽)、高延迟、高比特差错率(10－2)；移动设备例如1aptop计算机、便携机、PDA和蜂窝电话的特点是比台式电脑的资源更加有限，同时在硬件容量、软件以及在连接特征上与有线设备有很大的不同。同时，HTTP协议和万维网文本都是针对有足够的计算功率、大的屏幕、高速的网络连接的台式PC机设计的，所以，WEB文本就很难在多样化的移动设备中使用。为适应无线信道和移动设备的多样化，HTTP和WEB文本设计必须进行改进。

　　为了提高万维网服务在无线网络上的性能，文本提出了两种涉及不同内容的解决方案。第一种是无线网络提供基于WEB文本的自适应策略，即根据不同的无线和移动计算环境来自适应地调整WEB内容；第二种是根据无线通道动态地调度WEB信息流，使得信道利用率提高，客户的访问请求平均延时减少。

2、无线自适应代理结构

　　无线自适应代理结构包括一个代理服务器、一个客户、一个传统的WEB服务器和一个WEB浏览器。当一个移动客户通过无线网络访问因特网时，其系统结构如图1。代理服务器放在MSC和因特网之间，作为无线网络和有线网络的中介，代理服务器能在移动用户和万维网服务器间在请求和发送HTTP请求和响应时对信息流进行干预。

　　本文中讲述的无线代理服务器是现有WEB代理服务器的扩展，其主要功能是减轻无线链路的延时，提高无线信道的利用率，并使得WEB文本能在不同的终端设备上显示。整个代理服务器的结构如图2。客户代理支持用户接口，实现客户标记，说明一些业务特征及多种自适应等级和不同等级的操作。客户代理和服务器代理协作来控制数据处理模块。随着客户设备的容量、WEB浏览器、用户属性、WEB内容类型的不同，可以实现不同的无线自适应等级。代理服务器主要包括以下几个基本的模块：

　　(1)客户标记模块

　　如上所述，浏览WEB文本的各种移动设备的类型在硬件和软件上是非常不同的。不同平台上的WEB浏览器也有不同的容量。为实现自适应性，客户标记模块在接收一个HTTP请求时，修改HTTP请求头字段，标志浏览器的类型、容量和服务等级，并在此模块维护一数据库，记录相应的内容。

　　(2)类型鉴别

　　在WEB服务器发送一HTTP响应时。代理服务器的类型鉴别模块检查响应头字段和WEB内容，抽取相应的信息来指导数据操作过程。

　　(3)管理模块

　　此模块定期地监测信道和代理服务器的各个模块，并且进行维护和故障排除；其存储着详细的客户类型、容量、服务等级及相应的自适应策略。

　　(4)特定类型的数据处理模块

　　此模块根据类型鉴别给出的信息和管理模块给定的自适应策略来实现对WEB文本的处理，实现文本的压缩和重构。

　　(5)请求调度模块

　　按管理模块给定的信道信息和客户类型说明，对信息流进行在线调度。其具体的调度方式将在下文里讲述。

3、WEB文本的无线自适应

　　无线网络的自适应策略将分为两组：第一组是应用层透明的自适应，即在无线系统中引入代理结构来提供自适应，应用层不必了解自适应过程。代理结构对应用层提供一统一的接口。第二组是应用层了解的自适应，即应用层参与自适应过程。本文采用应用层透明的方法来自适应于WEB内容。

　　由于移动终端的容量和体积有限，数据传输率将是非常重要的，必须减少信息在无线网络上的传输数目。一个最基本的方法是根据移动设备的特点和信道情况，在服务器按照特定的质量对特定的HTML数据重构，移走一些HTML标记和内容，并在客户方解压缩。我们实现的策略如图3，其性能如图4。

4、WEB请求调度模型

　　为了提高WEB请求的性能，我们在代理服务器中引入WEB请求调度，其功能是按即时网络的情况，调整请求的顺序。使得无线信道带宽能更加有效地应用。本文提出了两种调度模型。

4.1.系统模型

　　多媒体应用需要更高带宽信道传输，由于无线网络的信道带宽窄，因而必须高效地使用这些高速链路。图7给出了WEB文本传输模型，在分组呼叫间隔时间和分组内间隔时间内，无高速传输，即在此间隔内，通道可以被使用或由其他用户使用。调度算法正是要完成这样的对进入通道的万维网请求进行排序。本文给出了有两种策略来实现一高速无线通道的服务调度。

　　(1)资源预留方式

　　本方案采用类似于因特网RSVP资源预留的方法来进行WEB请求资源预留和服务质量保证。我们采用无线信道中的导频信道来传输信令消息。在连接建立阶段，通过信令的协商，来进行录入控制，按即时信道的特点决定是否接纳用户请求。为了更好地利用资源，我们可以根据用户提供的服务质量，将整个信道划分为多个有不同服务质量的逻辑信道，各种WEB请求可以按一定的服务质量要求，在不同的逻辑信道上传输。对于多个逻辑通道，我们采用在同一信道统计复接WEB请求的方法。有些逻辑信道空闲时可以按一定的调度算法选择要发送的数据。如果无空闲的信道，分组按一定的算法缓存在队列中。这样做提高了信道利用率。其排队模型如图5。服务器按一定的基于不同服务等级的调度策略读取数据，接收者将执行错误检查，并且请求重传错误的分组。只有当所有的数据分组被正确接收，高速分组才开始传送新的分组。

　　(2)区分服务方式

　　虽然资源预留方式能够很好地保证服务质量，但实现困难，并且扩展性不好，为此我们考虑简化的设计。我们采用类似因特网网中区分服务的提供QOS的方法，在WEB请求到达代理边界时，为每个WEB请求分组建立标记，其包括这一分组的接收器的标志号和一些有关服务质量的控制信息，同时我们可以修改WEB请求的报文头，并建立服务协商协议。这样，WEB请求按统计复接的方法放入信道，信道中的调度算法将根据包头信息决定服务质量等级，并按服务等级决定调度顺序。在接收方，接收器将根据标记和接收方缓存的情况从信道中抽取信息。其队列模型如图6。4.2.仿真结果

　　通过对WEB信息流的测量，万维网流有自相似性能。典型的万维网流片段可以包括多个分组呼叫。呼叫的具体模型如图7。

　　可以发现每一分组呼叫的分组的数目Nip，或者分组的尺寸ip，被认为是重尾统计属性。这样古典的队列理论将不能很容易地实现一系统的性能评价以提供这种服务。

　　为了进行仿真，其流量模型中的两个参数为：

　　　　系统性能可以用平均延迟时间和平均队列长度来表示。图8、图9显示了在传输速率为1.024Mbps和384kbps的传输信道上的平均延迟时间。

　　可见区分服务比预留服务有更好的性能，主要表现在：平均延迟很小、队列长度短、所需的缓存尺寸

小。但是，拿分组的间隔时间和传输所需要的时间相比时，预留服务的性能将比区分服务好。

　　如果再将WEB文本的适应策略的性能考虑进去，则代理结构的性能将通过计算客户方获得的请求和响应之间的时间间隔来测量。其性能比较如图4

5、结论

　　本文主要讨论如何在无线环境中提供更好的万维网服务。本文引入了代理服务器，主要功能是在不需要修改目前的客户服务器应用的前提下，来实现自适应性能。提出了基于无线信道特征和服务等级的自适应WEB文本策略，并给出了两种不同的WEB请求调度策略。仿真表明，WEB代理服务器结构，将能很显著地降低延时，提高信道利用率。