WAP: Protocolo multiservicio para Comunicaciones Móviles

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1 WAP: Protocolo multiservicio para Comunicaciones Móviles Tomás Sanjuan Director General División Radio España Co-authors: Eugenio López Almansa, Rafael Burriel Alcatel España Ramirez de Prado 5, Madrid España Tel. : Fax : tsf@alcatel.es

2 WAP: Protocolo multiservicio Comunicaciones Móviles Abstract: Esta ponencia describe las características principales del protocolo WAP (Wireless Application Protocol), el cual es una especificación apoyada por la mayoría de la industria y los operadores, con la intención de fusionar la funcionalidad del ordenador y del teléfono móvil en un único dispositivo. En la ponencia se describe a grandes rasgos su arquitectura, así como los componentes que lo forman. Al final, se muestra un ejemplo práctico del protocolo, aplicado a la gestión de los mensajes almacenados en un buzón de voz. 1

3 1. Introducción El protocolo de aplicaciones inalámbricas WAP (Wireless Application Protocol), surge como resultado del interés de la industria y los operadores de telecomunicaciones, por combinar las dos tecnologías con más amplio desarrollo, presente y futuro, Internet y las Comunicaciones Móviles Digitales, en sus diferentes variantes tecnológicas (GSM, GPRS, DECT, UMTS, etc.). El objetivo de esta tecnología es dotar a los terminales móviles de servicios avanzados de datos, así como la de servir de plataforma abierta de comunicaciones, para el desarrollo de aplicaciones que puedan ser utilizadas por el usuario desde su terminal móvil. Un ejemplo de estos servicios avanzados sería la posibilidad de acceso a los contenidos de Internet desde el terminal móvil. No obstante, WAP mejora además los servicios tradicionales de las redes móviles (desvíos de llamada, llamada en espera, etc.), dotando al terminal móvil de interfaces de usuario que le permiten controlar el funcionamiento del servicio. De manera similar a como funcionan los navegadores convencionales que manejan páginas HTML, los terminales móviles que soportan WAP incorporan un micronavegador que permite acceder a la información deseada utilizando el lenguaje, adaptado a las limitaciones que suponen un teclado y pantalla reducidos y una red inalámbrica. 2. WAP como estándar de-facto En Diciembre de 1997 se promovió un "WAP Forum" por varios fabricantes de terminales móviles, al que se han ido incorporando hasta 120 socios. El primer conjunto de estándares de WAP fue publicado en Abril de 1998, con terminales actualmente en funcionamiento, (WAP1.0). Las siguientes especificaciones (WAP 1.1) fueron publicadas en abril-99, y se están anunciando actualmente tanto terminales como servidores. El último conjunto de especificaciones está disponible actualmente (WAP 1.2) y todavía no hay equipamiento. WAP se ha convertido en un estándar de facto para el desarrollo de servicios en sistemas de comunicaciones móviles digitales, al estar apoyado y promovido por la mayoría de los fabricantes de infraestructura de telecomunicaciones e informática presentes en el mundo (Alcatel, Motorola, Nokia, Siemens, Intel, IBM, entre otros) y las más importantes compañías operadoras de telefonía móvil (Telefónica Móviles, ATT, France Telecom, etc.), las cuales, en su conjunto, controlan el 90% del trafico de voz y datos generado en el mundo. No es un estándar en el completo sentido de la palabra, puesto que la asociación de industrias que lo apoya (Forum WAP), no es ningún organismo internacional de estandarización. No obstante, este foro mantiene estrechas relaciones con diferentes organismos, tales como: World Wide Web Consortium (W3C) European Telecommunication Standards Institute (ETSI) Telecommunications Industry Association (TIA), Internet Engineering Task Force (IETF) European Computer Manufacturers' Association (ECMA). lo cual hace prever, que en un futuro no muy lejano, y a medida que vaya siendo adoptado por los fabricantes de infraestructura móvil y por los operadores, se convertirá en estándar en el más amplio sentido de la palabra. 3. WAP EN LA 3G de Móviles El servicio de acceso a Internet desde un usuario móvil, en condiciones de empezar a competir con el acceso fijo, no es factible sin superar la limitación de velocidad de la red móvil. 2

4 Para solucionar este problema GSM ha desarrollado el standard GPRS (General Packet Radio Services). Éste básicamente introduce la capacidad de conmutación de datos en modo paquete, en todo el ámbito de la red móvil (que incluye el tramo "terminal"---"interfaz aire"---"estación radio base"). La velocidad de transferencia máxima que se puede conseguir en la red es de 160 Kbps GPRS en la red no sólo soluciona la limitación de velocidad de transferencia, sino que ofrece dos nuevas características muy atractivas para el usuario final y para el operador: 1) asignación dinámica de recursos radio de la red y 2) posibilidad de tarificar en función del "volumen de datos transferidos", y no únicamente basándose en la "duración de la comunicación". datos hasta 384 Kbps nominales por transceptor y finalmente UMTS-IMT2000 ofrecerá una velocidad de transferencia hasta 2Mbps, que competirá directamente con las prestaciones del acceso a través de redes fijas. Como ejemplo, el GSM actual emplea hasta 7 minutos para enviar un correo electrónico con documento adjunto de 10 páginas; GPRS emplearía 28 segundos y EDGE 10 segundos (todos a sus velocidades nominales). El SMS con su limitación de 160 caracteres y su poca fiabilidad no es un candidato estable. 4. Arquitectura WAP En la figura siguiente, podemos observar, el entorno de funcionamiento del sistema. EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) mejora la velocidad de transferencia en Filtro Internet HTML/XML Proxy WAP HTML/XML Red Inalámbrica Móvil Servidor Web PSTN Servidor WTA Figura 1. WAP: configuración de referencia El terminal móvil posee una aplicación similar a un navegador de internet (llamado micro-browser o micro-navegador), que le permite visualizar páginas en la pantalla escritas en un lenguaje similar al HTML pero optimizado para su uso en terminales móviles. Este lenguaje se denomina (Wireless Markup Language). Cuando el terminal lanza una petición WAP, el proxy WAP se encarga de traducir su petición a una del tipo HTTP y de enrutarla a través de la red Internet, de 3

5 forma que el cliente WAP pueda realizar peticiones de información al servidor Web. Cuando el servidor Web contesta, el proxy WAP realiza el proceso inverso, es decir, traduce la pagina Web recibida por el protocolo HTTP, de formato HTML a y la enruta al terminal móvil a través de la red inalámbrica mediante el protocolo WAP. Adicionalmente, este proxy codifica las respuestas del servidor Web en un formato binario compacto, que es interpretado por el cliente. El servidor WTA (Wireless Telephony Application) da acceso WAP a las facilidades proporcionadas por la infraestructura de telecomunicaciones del proveedor de acceso a la red, permitiendo el control de los servicios de red, mediante funciones de telefonía que pueden ser accedidas desde el terminal móvil, vía. 4.1 Componentes de la arquitectura WAP La pila de protocolos WAP comparte muchas características similares a Internet. WAP divide el conjunto de funciones necesarias para asegurar el funcionamiento del sistema, en subconjuntos o capas funcionales basadas en criterios de homogeneidad de las funciones dentro de una misma capa. Estas capas son: Capa de Aplicación (WAE o Wireless Application Environment) Capa de Sesión (WSP o Wireless Session Protocol) Capa de Transacciones (WTP o Wireless Transaction Protocol) Capa de Seguridad en Transporte (WTLS o Wireless Transport Layer Security) Capa de Transporte (WDP o Wireless Datagram Protocol) Internet HTML JavaScript HTTP WAP CAPA DE APLICACIÓN (WAE) CAPA DE SESIÓN (WSP) CAPA DE TRANSACCIONES (WTP) OTROS SERVICIOS Y APLICACIONES TLS-SSL CAPA DE SEGURIDAD (WTLS) TCPIP UDP/IP media CAPA DE TRANSPORTE (WDP) Protocolos portadores: PCS1900 IS-136 CDMA CDPD PDC-P iden etc. Figura 2. Modelo de capas WAP e Internet Como podemos observar en la figura, estas capas de protocolo irán por encima de las diferentes tecnologías utilizadas para dar el servicio. Se trata por tanto de una tecnología global y abierta, independiente de los protocolos portadores utilizados para proveer el servicio (GSM, DECT, CDMA, PHS, etc.). 2

6 La arquitectura modular de WAP, además, habilita que otras aplicaciones y servicios puedan utilizar la pila de protocolos a través de interfaces bien definidas. De esta forma, aplicaciones externas pueden acceder a las capas de sesión, transacción, seguridad y transporte directamente, sin pasar por las capas superiores. En la siguiente figura, se puede observar la pila de protocolos WAP para diferentes tipos de aplicaciones externas. El primer ejemplo corresponde a una típica aplicación WAP. El segundo se correspondería con aplicaciones y servicios que requirieran solo servicios de transacciones, con o sin seguridad. El tercer ejemplo sería utilizado por aplicaciones que solo requirieran transporte de datagramas, con o sin seguridad. Figura 3. Ejemplos de pilas de protocolos WAP Cada capa es responsable de una determinada funcionalidad y dialoga con su homóloga en la otra parte, mediante mensajes o unidades de protocolo completamente formalizados (PDUs o Protocol Data Units), que viajan como campos de datos en mensajes intercambiados por la capa inferior. Cada capa solicita servicios a la inferior o recibe contestaciones de ella a través de diálogos mediante la utilización de primitivas, también formalizadas. Estas primitivas son utilizadas por el cliente o el servidor para enviar y recibir PDU s de una forma normalizada. Cada una de ellas puede ser de cuatro tipos: Petición, Indicación, Respuesta y Confirmación. Las primitivas del tipo Petición son realizadas por el cliente y se utilizan cuando una capa superior solicita un servicio de la capa inmediatamente inferior. Las primitivas del tipo Indicación sirven para notificar a la capa inmediatamente superior del servidor de las actividades solicitadas por el cliente. Las primitivas del tipo Respuesta se utilizan como acuse de recibo de la recepción de una primitiva de tipo Indicación procedente de la capa inmediatamente inferior. La capa que proporciona el servicio requerido en el cliente, utiliza el tipo de 2

7 primitiva Confirmación, para notificar que la actividad ha sido completada. En solicitudes de servicios con confirmación, los cuatro tipos de primitivas son enviados y recibidos. Por el contrario, para servicios no confirmados, solo la petición del servicio es enviada por el cliente, y la indicación de la petición recibida por el servidor. Estos diálogos se realizan a través de los llamados puntos de acceso al servicio (SAPs), los cuales identifican las interfaces entre capas adyacentes dentro del equipo Capa de aplicación (WAE) El Entorno Inalámbrico de Aplicación (WAE) es un entorno de aplicación que permite a los proveedores de servicios, construir aplicaciones para una amplia variedad de plataformas (JavaOs, Windows CE, etc.) de una forma sencilla y eficiente. Incluye un micro navegador, que posee la siguiente funcionalidad: Un lenguaje denominado similar al HTML, pero optimizado para su uso en terminales móviles. Un lenguaje denominado Script, similar al JavaScript Aplicaciones de telefonía inalámbrica (WTA), incluyendo interfaces de programación (WTAI) y servicios de telefonía Formatos de contenido (imágenes, registros en agenda de teléfonos, información de calendario, etc.) Capa de Sesión (WSP) El Protocolo Inalámbrico de Sesión (WSP) proporciona a la Capa de Aplicación de WAP, un interfaz con dos tipos de servicios de sesión: Un servicio orientado a conexión que funciona por encima de la Capa de Transacciones (WTP), y un servicio no orientado a conexión que funciona por encima del servicio de datagramas (WDP) seguro o no. Actualmente, esta capa esta compuesta de servicios adaptados para aplicaciones basadas en navegación Web, proporcionando la siguiente funcionalidad: Semántica y funcionalidad del HTTP/1.1 en una codificación compacta adaptada al interfaz aire. Negociación de las características del Protocolo. Suspensión de la sesión y reanudación de la misma con cambio de sesión Capa de transacciones (WTP) El Protocolo Inalámbrico de Transacción (WTP) funciona por encima del servicio de datagramas, tanto seguro como no seguro, proporcionando las siguientes funciones: Tres clases de servicio de transacciones: Peticiones inseguras unidireccionales. Peticiones seguras unidireccionales. Transacciones seguras bidireccionales (petición-respuesta) Seguridad usuario-a-usuario opcional. Concatenación de PDUs y retraso de acuses de recibo para reducir el numero de mensajes enviados Transacciones asíncronas Capa de seguridad (WTLS) La Capa Inalámbrica de Seguridad de Transporte (WTLS) es un protocolo basado en el estándar SSL, utilizado en el entorno Web para proporcionar seguridad en la realización de transferencias de datos. Este protocolo ha sido especialmente diseñado para los protocolos de transporte de WAP y optimizado para ser utilizado en canales de comunicación de banda estrecha. Para 5

8 este protocolo se han definido las siguientes características: Móvil / WAP Proxy WAP Proxy / Móvil SAP - Aplicación Petición Confirmación WAE PDUs WAE Petición Confirmación Respuesta Indicación SAP - XXX W-XXX PDUs W-XXX Petición Confirmación Respuesta Indicación SAP - Transporte WDP PDUs WDP Figura 4. Arquitectura del protocolo WAP (W-XXX: Genérica entre Aplicación y Transporte y Seguridad) Integridad de los datos. Este protocolo asegura que los datos intercambiados entre el terminal y un servidor de aplicaciones, no han sido modificados y no es información corrupta. Privacidad de los datos. Este protocolo asegura que la información intercambiada entre el terminal y un servidor de aplicaciones no puede ser entendida por terceras partes que puedan interceptar el flujo de datos. Autentificación. Este protocolo contiene servicios para establecer la autenticidad del terminal y del servidor de aplicaciones. Denegación de servicio para datos que no han sido suficientemente verificados. Adicionalmente, el WTLS puede ser utilizado para la realización de comunicación segura entre terminales, por ejemplo para operaciones de comercio electrónico entre terminales móviles Capa de Transporte (WDP) El Protocolo Inalámbrico de Datagramas (WDP) proporciona un servicio fiable a los protocolos de las capas superiores de WAP y permite una comunicación transparente sobre los protocolos portadores existentes. Dado que este protocolo proporciona un interfaz común a los protocolos de las capas superiores, las capas de Seguridad, Sesión y Aplicación pueden trabajar independientemente de la red inalámbrica sobre la que esté trabajando el sistema (GSM, CDMA, PHS, etc.). 6

9 5. Ejemplo de aplicación WAP: Gestión de mensajes en buzón de voz En este apartado, veremos un ejemplo de aplicación WAP aplicado a la gestión de los mensajes almacenados en un buzón de voz, aprovechando el acceso a la funcionalidad de la infraestructura de telecomunicaciones que proporciona el servidor WTA. La siguiente figura muestra el intercambio de mensajes entre las diferentes entidades. El buzón de voz del operador informa al servidor WTA de que tiene mensajes almacenados no escuchados por el abonado (NewMessages). Como resultado de esta acción, el servidor WTA crea una página en forma de menú, con una cabecera que identifica cada uno de estos mensajes, y la envía a la pantalla del terminal móvil del abonado (DisplayMenu). El usuario selecciona del menú el mensaje que desea escuchar, enviándose una petición con dicha selección al servidor WTA (request(mensaje1)), el cual la retransmite al buzón de voz (Play(Mensaje1)). El sistema del buzón de voz, como resultado de esta petición, hace una llamada al terminal móvil del usuario (MakeCall), establece la conexión, y transmite el mensaje solicitado. 6. Aplicaciones Con el micro-navegador se puede acceder de forma bidireccional a Noticias, deportes Bancos, saldos, transferencias Bolsa, órdenes compra-venta valores Estado del tráfico, congestión alternativas Tiempo: parte meteorológico Correos electrónicos, fax Agenda personal, bases de datos... El lenguaje también está soportado por un protocolo de transacciones "pull " y "push", El primero consiste en la tradicional petición y retirada de información y la segunda (previa programación por el usuario) permite recibir "alertas" de forma asíncrona consistente en notificaciones cuando alguna condición (cotización de un valor de bolsa, condición atmosférica, tráfico etc...) alcance un umbral preestablecido, evitando de esta manera consultas repetitivas. 7. Conclusiones La convergencia entre telefonía móvil e Internet es lo que marca la diferencia entre la evolución de los sistemas de segunda generación, como GSM, y los sistemas móviles de tercera generación. Y la tecnología que hará posible dicha convergencia tiene ya un nombre propio: WAP. Actualmente hay abiertas varias líneas de investigación, a fin de aumentar la funcionalidad del protocolo. Entre la funciones que se esperan para un futuro se encuentran: transporte de datos orientado a conexión, calidad de servicio APIs para voz, integración de SIM s con WAP, telecarga de aplicaciones, etc. 7

10 Cliente WAP Server WTA Red Móvil Buzón de voz New Messages(.) Buzón de voz 1.- Mensaje1 2.-.Mensaje2 3.- Mensaje 3 Display Menu OK EXIT Request (Mensaje1) Play (Mensaje1) Call Indication Make Call Accept Call Connection Established Figura 5. Ejemplo de aplicación WAP. Buzón de voz 8. Enlaces Forum WAP. PortalWAP: 9. Acrónimos EDGE GPRS GSM HTML HTTP PDU SSL WAE WAP WDP WSP WTA Enhanced Data for GSM Evolution General Packet Radio Services Global System for Mobile Communication HyperText Markup Language HyperText Transfer Protocol Protocol Data Unit Secure Socket Layer Wireless Application Environment Wireless Application Protocol Wireless Datagram Protocol WAP Markup Language Wireless Session Protocol Wireless Telephony Appl. WTAI WTLS WTP Wireless Telephony App. Interface Wireless Transport Security Layer Wireless Transaction Protoc. 2