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從固定互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程解析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2010-11-11
- 【搜索關(guān)鍵詞】：互聯(lián)網(wǎng) 研究報告 投資策略 分析預測 市場調(diào)研 發(fā)展前景 決策咨詢 競爭趨勢
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2010-2015年中國網(wǎng)絡電視產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預測 【出版日期】 2010年11月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個 【2010-2015年中國觸摸屏市場調(diào)研及未來前景預測報 【出版日期】 2010年11月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個2010-2013年中國閃存卡市場深度研究與發(fā)展前景預 【出版日期】 2010年11月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個 【2010-2012年中國移動終端天線市場調(diào)研及競爭分析 【出版日期】 2010年11月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個 【移動互聯(lián)網(wǎng)是移動通信網(wǎng)和固定互聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物。移動通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)原來各自在其領(lǐng)域，都取得了巨大的成功，但從商業(yè)模型到技術(shù)架構(gòu)，從終端、網(wǎng)絡到應用都存在很多的差異性。二者不同的文化背景和資源優(yōu)勢，導致以移動電話公司為代表的、以移動話音為主業(yè)的移動通信業(yè)，與以互聯(lián)網(wǎng)和計算機廠家為代表的、以數(shù)據(jù)通信為中心的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)對移動互聯(lián)網(wǎng)的理解在諸多方面有所不同。加之最近兩年，隨著美國蘋果公司以終端為中心在iPhone、iTouch、App Store等商業(yè)和技術(shù)方面創(chuàng)新所取得的巨大成功，使得對移動互聯(lián)網(wǎng)的理解出現(xiàn)了“三足鼎立”的局面。
1 以移動網(wǎng)為中心的定義
采用智能手機/手持數(shù)字助理、筆記本電腦和上網(wǎng)本等移動終端，通過移動網(wǎng)接入開放互聯(lián)網(wǎng)、無線接入?yún)f(xié)議WAP、IP多媒體協(xié)議IMS等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。這個理解主要來自移動通信業(yè)，認為移動互聯(lián)網(wǎng)是“移動網(wǎng)”的發(fā)展，只是所提供的服務從傳統(tǒng)移動通信業(yè)務發(fā)展到了“互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務”，終端從手機發(fā)展到了多種智能終端。這種定義試圖在與3GPP等提出的“移動分組網(wǎng)”加以區(qū)別的同時，引入了兩個含糊不清的概念：“移動網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務”。廣義的講，移動網(wǎng)可以是鏈路層或網(wǎng)絡層，甚至是應用層和內(nèi)容層的，而這里似乎僅指蜂窩移動網(wǎng)。另外，把IMS等也納入到“互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務”，而IMS是對應用實現(xiàn)的技術(shù)性描述，與“互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務”不是一個層面的事情。
2 WEB為中心的定義
通過移動設備如PDA、手機或其他便攜設備如上網(wǎng)本等連接到公眾網(wǎng)絡上，訪問萬維網(wǎng)WWW。這種理解來自互聯(lián)網(wǎng)界，認為移動互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，只突出強調(diào)了手持終端在WEB層面帶來的差異性。當然這里的差異性可以是限制性的如接入速率慢、終端屏幕小等，也可以是優(yōu)勢性的更好的便攜性、具有位置信息等。雖然目前互聯(lián)網(wǎng)上絕大多數(shù)的應用類型是WEB方式的，但也有一些應用不是如需要下載客戶端軟件，因此該定義不能涵蓋一些非WEB方式的移動互聯(lián)網(wǎng)應用如部分短消息，地圖等移動應用。另外，手持終端和無線接入鏈路對移動互聯(lián)網(wǎng)的傳輸層和網(wǎng)絡層的影響也未考慮在內(nèi)。
3 以終端為中心的定義
以移動終端為中心注意，不是以手機為中心，通過用戶界面、開發(fā)工具、硬件、分布式處理以及3G+WLAN等無線接入能力，對互聯(lián)網(wǎng)和移動產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行優(yōu)化，提供了全新的用戶體驗和定價方式。1990年微軟針對個人電腦推出Windows 3.0的創(chuàng)新，徹底改變了PC時代;1995年網(wǎng)景瀏覽器及其首次公開募股針對互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新，讓固定互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)了爆炸式增長;蘋果公司從2007年開始的基于移動終端的創(chuàng)新
iPhone 、iTouch和App Store，引領(lǐng)了移動互聯(lián)網(wǎng)的新時代。
本文從固定互聯(lián)網(wǎng)開始，介紹了互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)及所面臨的移動性支持等挑戰(zhàn)，闡述了為應對移動性的挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)目前所做的一些工作以及存在的問題等。文章的最后認為從互聯(lián)網(wǎng)的外部看，移動互聯(lián)網(wǎng)仍然采用的是互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，只是在網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層等增加了一些移動性支持功能而已。而從互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部看，移動互聯(lián)網(wǎng)增加的這些功能，雖然對互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)都是演進性改變，但因為終端的便攜性和網(wǎng)絡的廣覆蓋等，這些變化將對上層應用產(chǎn)生“革命性”的影響，傳導后對整個人類社會將產(chǎn)生重大影響。
1 互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)
與移動通信網(wǎng)集中控制、層次化路由的體系架構(gòu)不同，互聯(lián)網(wǎng)倡導的是一種建立在“自律”基礎(chǔ)之上的“開放”、“平等”和“創(chuàng)新”，讓人人都可以參與建設和發(fā)展的精神理念。在這一精神理念的指導下，互聯(lián)網(wǎng)工程界提出了“端到端透明性”的核心設計理念。RFC3439等所描述的“端到端透明性”是互聯(lián)網(wǎng)少有的、一直堅持的體系架構(gòu)的核心設計原則。所謂“端到端透明性”，就是在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TCP/IP的設計中，將互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中與通信相關(guān)的部分IP網(wǎng)絡與高層應用端點分離，最大限度地簡化網(wǎng)絡的設計，將盡可能多的復雜性和控制放在用戶終端上。有些文獻也稱其為“沙漏”模型，如圖1。今天所看到互聯(lián)網(wǎng)的所有特征包括移動方面外部和內(nèi)部的優(yōu)點及問題，幾乎都與其“端到端透明性”的核心設計理念有關(guān)。
這一核心設計理念后來隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展得到了延伸，被擴展為：TCP/IP協(xié)議設計中應盡可能地將狀態(tài)信息維護在端點上，網(wǎng)絡內(nèi)部不維護與特定應用相關(guān)的任何狀態(tài)信息，因為只有這樣，才可能在網(wǎng)絡中的某部分發(fā)生故障時不會中斷通信，除非通信端點自身出現(xiàn)故障。根據(jù)這一擴展后的理念，出現(xiàn)了下面大家熟知的推論：
1 無連接的分組交換技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡，因為分組交換網(wǎng)絡中不維護狀態(tài)信息，因此只有通信終端發(fā)生故障時才會中斷通信;
2 業(yè)務與承載分離，IP網(wǎng)絡中不保存與業(yè)務和應用相關(guān)的信息，終端智能化而網(wǎng)絡傻瓜化。
互聯(lián)網(wǎng)的這一核心設計思想，很明顯是基于固定網(wǎng)絡的：
1 “端到端透明”，意味著互聯(lián)網(wǎng)認為無論是有線的還是無線的，無論鏈路層屬性差異如何巨大，網(wǎng)絡層都會“盡力而為”地提供服務，即端到端通信的服務能力很可能是受限于最差性能段的那段無線鏈路;
2 希望把復雜性放在終端上，意味著終端必須具有很強的計算和存儲能力，網(wǎng)絡傳輸這種計算任務的能力也要相對較強;
3 網(wǎng)絡中最大限度地不保留狀態(tài)信息，意味著網(wǎng)絡認為移動性支持不是必須的功能，不屬于體系架構(gòu)要考慮的問題，而是“增值”服務。
2 移動性帶來的挑戰(zhàn)
端到端透明性具有很多優(yōu)點，為后來互聯(lián)網(wǎng)從實驗室走向社會，商用化的蓬勃發(fā)展起到了決定性的作用。但這種設計有兩個基本假設：第一，互聯(lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛好的技術(shù)專家設計開發(fā)的，他們之間相互信任;第二，互聯(lián)網(wǎng)是由科研團體或政府研究機構(gòu)管理下的非商用網(wǎng)絡。這兩個假設滲透到了互聯(lián)網(wǎng)初期的設計中，尤其是用戶之間的相互信任機制�；ヂ�(lián)網(wǎng)由教育科研的應用環(huán)境向社會化應用場景的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了很多與體系架構(gòu)密切相關(guān)的問題，使得原來理想化的“端到端透明性”的互聯(lián)網(wǎng)核心設計思想遇到了極大的挑戰(zhàn)。
商用化時代的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)遇到的第一個嚴峻挑戰(zhàn)是商業(yè)模型的問題，這直接導致了互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”遭到嚴重破壞。上世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)服務提供商ISP的出現(xiàn)，標志著互聯(lián)網(wǎng)商用化的開始。但是互聯(lián)網(wǎng)的開放接口只是IP包轉(zhuǎn)發(fā)服務，而不是高層業(yè)務和應用的接口，因此ISP只能提供所謂的“比特管道”業(yè)務，很難提供可盈利的高層業(yè)務和應用。因此，最近幾年導致大量ISP的倒閉、破產(chǎn)和兼并，沒有一個純粹意義上的ISP能夠活下來，因為只提供單一的“比特管道”服務是無法生存的。于是，一些ISP開始想辦法利用自己的“比特管道”提供一些增值服務，把他們的IP網(wǎng)絡圈起來，增加一些邊界節(jié)點Middlebox，中間結(jié)點，即所謂的“圍墻花園”模式，但這些邊界節(jié)點的應用明顯違反了互聯(lián)網(wǎng)端到端透明性的理念。典型的“中間體”包括緩存、防火墻和網(wǎng)絡地址翻譯NAT等設備類型。
第二個挑戰(zhàn)是用戶群的變化�；ヂ�(lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛好的彼此信任的技術(shù)專家設計開發(fā)的，只是為了在一個關(guān)系密切的“小城鎮(zhèn)”內(nèi)多臺電腦之間的相互通信設計的，因此互聯(lián)網(wǎng)的用戶彼此之間相互信任是其非常重要的一個設計假設。如今隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模和用戶的日益增加，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)演變成了在一個開放的社區(qū)中任何人相互之間的通信方式，這個社區(qū)從地域上說是全球化的，不存在什么管制規(guī)則，用戶彼此之間不再相互信任。另外，用戶之間的利益也不再是相互一致的了，但假設用戶相互信任的互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”設計原則方便了安全攻擊、病毒和其他有害信息的傳播。最后，現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)用戶已經(jīng)從原來的技術(shù)人員發(fā)展到了可能不懂技術(shù)，用戶希望互聯(lián)網(wǎng)終端像電話終端那么“傻”和容易使用，導致智能性被迫從終端向網(wǎng)絡中遷移。
第三個挑戰(zhàn)是移動性支持�；ヂ�(lián)網(wǎng)的設計是基于固定有線方式的接入、終端是計算機的環(huán)境考慮的，未能考慮移動應用環(huán)境中的無線網(wǎng)絡和小型終端可能帶來的問題，這直接體現(xiàn)在WWW/TCP/IP等協(xié)議的設計上：
1 IP技術(shù)。在設計任何通信網(wǎng)絡時，必須首先回答的三個核心問題是：WHO身份，對通信中的網(wǎng)絡和終端節(jié)點做明確的標識;WHERE在哪里，標識一個通信節(jié)點在網(wǎng)絡中的位置;HOW，如何把一個通信節(jié)點的信息傳遞到指定的地方去。為了簡化網(wǎng)絡架構(gòu)和設計，在互聯(lián)網(wǎng)中IP地址同時具有定位Locator和身份標識Identity的作用。而在移動互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，一個實體連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡附著點發(fā)生變化時，意味著位置信息已經(jīng)改變了路由也就同時需要改變，但身份信息卻沒法改變，于是IP地址的雙重作用出現(xiàn)了沖突，導致互聯(lián)網(wǎng)無法直接支持移動性。
2 TCP技術(shù)。TCP是一種端到端協(xié)議，其設計也沒有考慮到移動性的支持問題，尤其是無線環(huán)境和有線環(huán)境的巨大差異性。比如，TCP假設會話建立時兩點之間的帶寬是固定的，流量控制只是由于多個應用共享資源時流量變化引起的，這在移動環(huán)境下顯然存在問題，因為這時兩點之間的寬帶不一定是固定的。另外，TCP假設丟包是由于“擁塞””引起的，但在無線環(huán)境下兩個TCP端點之間的帶寬可能是變化的，信號強弱和距離都會影響到帶寬資源，丟包很可能不是網(wǎng)絡擁塞而是電磁干擾造成的比特錯誤引起的。
3 WWW技術(shù)。WWW相關(guān)技術(shù)和應用的設計，都假設終端是PC方式的，因此在設計時對終端的信息輸入能力、顯示能力、計算能力、存儲能力和能耗等沒有考慮在內(nèi)，導致目前多數(shù)移動終端無法直接訪問互聯(lián)網(wǎng)上上千億的、豐富的網(wǎng)頁和內(nèi)容。另外，移動終端新帶來的位置和身份信息等有價值的信息，目前的WWW技術(shù)和很多移動應用也還沒能夠充分加以利用，也缺乏有效保護。
3 移動性支持方法
互聯(lián)網(wǎng)對移動性的支持方案，都是后來打補丁實現(xiàn)的，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層。
3.1 網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層對移動性支持的工作，直接體現(xiàn)在移動IP技術(shù)上，間接反映在身份與位置分離等技術(shù)上。移動IP是一種在互聯(lián)網(wǎng)中提供移動性支持的特殊路由協(xié)議，可以將IP包路由到不斷改變位置的移動節(jié)點去，并且上層TCP連接不會感知到IP地址的改變。相比而言，移動IPv6更具有一些優(yōu)勢，克服了移動IPv4的三角路由和源地址過濾等問題。但自1996年推出移動IP技術(shù)以來，一直沒能得到成功應用，原因不僅是技術(shù)方面的比如切換速度慢，更重要的是缺乏明確清晰的應用需求和商業(yè)模式。
另外一個對移動性支持有明顯好處的就是身份與位置技術(shù)，包括基于網(wǎng)絡的和基于終端的兩種。比如IETF剛開始標準化的基于網(wǎng)絡的位置身份分離協(xié)議LISP，邏輯上是把企業(yè)通過其邊緣路由器向全球互聯(lián)網(wǎng)播出的IP地址塊分為兩部分，分別用于識別使用的IP地址和這些系統(tǒng)在什么地方連接到互聯(lián)網(wǎng)，旨在減少保存在ISP核心路由器的路由表項，也可以改善互聯(lián)網(wǎng)對移動性的支持。而基于終端的主機身份協(xié)議HIP，在協(xié)議棧中增加了“名字”層，也可以改善移動性支持。但目前無論是LISP和HIP，還都停留在理論和實驗階段。
3.2 傳輸層
業(yè)界針對無線網(wǎng)絡環(huán)境，對TCP技術(shù)也已經(jīng)做了一些改進，大致可以分為三類。第一類是利用本地無線鏈路層的重傳機制做一些性能優(yōu)化，如基站參與探測TCP包、引入時間戳和利用IP頭中的信息等。這種方式容易出現(xiàn)單點故障，并且要求IP/TCP載荷是直接封裝在鏈路層幀中的，并且不能加密。第二種技術(shù)通過設置中間代理結(jié)點，將性能差異巨大的無線和有線部分分開處理，如Indirect-TCP。這種方法的缺點是破壞了TCP端到端的屬性，基站等中間代理結(jié)點必須保留TCP通信中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，移動終端中的相關(guān)應用也必須二次建立連接。第三種方式是增加和利用TCP協(xié)議等的一些消息字段，顯式通知真正的丟包原因。如利用網(wǎng)際差錯消息協(xié)議ICMP，顯式丟包通知和局部通知等。
3.3 應用層
除了通過無線接入?yún)f(xié)議WAP和.mobi等方式，為移動終端設計專門的網(wǎng)頁和內(nèi)容的方法外，另外一種典型做法是把固定互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)頁和內(nèi)容適配到移動終端上。移動適配技術(shù)通過在網(wǎng)絡上的不同位置服務器、網(wǎng)關(guān)和終端三種部署專門的網(wǎng)關(guān)或代理服務器，對網(wǎng)頁和多媒體資源進行轉(zhuǎn)換以適應移動終端的特征，確保正常使用并改善用戶體驗。
從內(nèi)容上來看，移動內(nèi)容適配涉及WEB頁面內(nèi)容和音視頻內(nèi)容兩大類。WEB頁面內(nèi)容適配技術(shù)目前已經(jīng)有一些實際案例，如與Opera公司提供的與Opera Mini瀏覽器配合的Web適配系統(tǒng)，Bytemobile公司提供由運營商部署的Web Fidelity系統(tǒng)等。W3C正在制定更長期的WEB內(nèi)容適配的相關(guān)標準，包括WEB內(nèi)容適配需求Content Transformation Landscape 1.0、WEB內(nèi)容轉(zhuǎn)換代理指南Guidelines for Web Content Transformation Proxies以及設備描述容器APIDevice Description Repository Simple API等。
音視頻內(nèi)容的適配技術(shù)則復雜得多，目前還沒有成熟的技術(shù)和標準。音視頻內(nèi)容適配需要解決編解碼格式兼容問題，需要進行分辨率適配。同時，音視頻內(nèi)容視頻的實時性、服務質(zhì)量要求很高。這些都增加了適配技術(shù)的難度。
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