目前市场上很多移动终端已经具备了很强的计算功能,终端上可以运行Office、Realplayer等文字处理和多媒体软件,文字处理和媒体播放功能轻而易举地在终端通过软件实现,并能实现媒体共享,Java游戏也可以通过Internet或者OTA等方式自由下载到终端上,运营商发布的智能卡不仅能存储用户信息,还可以携带业务……配合终端外部硬件接口的标准化,终端之间的互通以及终端与计算机之间的互通也变得轻而易举。这些强大而相互兼容的功能之所以能有今日,是多年以来终端和业务发展的积累结果。在前面两讲中已经提到终端的发展在趋向于开放和软件化,而通信业务的发展对终端软件提出了更高的要求,终端功能的扩展主要是多种软件在统一平台上的加载与运用,只有这种统一平台上的操作才可能实现业务的互通,所以终端的发展归结为通信业务的发展。

本文与前两讲“无线移动终端的历史及其硬件结构演进”、“无线移动终端的现状和软件结构”结合一起,将对我国无线移动终端的过去、现状和未来以及无线移动终端上的主要技术有一个较详细的介绍。

开放移动终端结构

移动数据业务的开展正如Internet业务的推广,它需要用具备相当计算能力的终端来取代原来的单纯话音通信终端(手机),这也就导致了终端体系结构的变革,正如OMA组织将业务从垂直模型编程开放模型一样,终端生产也由原来的少数厂商封闭生产,逐渐开放,结构分成不同层次,各个层次出现多种相似功能的技术和产品。国际上,除了一些公司提供开放的终端硬件平台和开放操作系统之外,许多标准化组织(如3GPP和3GPP2等)都有终端组,主要负责终端结构、终端接口、终端性能、移动终端执行环境(MExE)、SAT/USAT及其对业务的支持能力等的研究和规范。此外,2004年6月几家全球重要的移动网络运营商成立了开放移动终端平台(Open Mobile Terminal Platform,OMTP)组织,以推出开放的手机设计参考建议,对手机的开发和生产带来了较大的影响。

对于终端而言,其技术在向着开放的方向发展,图1是一种开放移动终端的应用构架:

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开放移动终端业务平台包括在操作系统之上的一组业务引擎和应用客户端,该平台可以分为业务支撑和业务代理两部分。业务代理包括所有使用不同终端支撑能力的应用客户端程序,它通常是指人机接口(界面),如用户通过短信(SMS)客户端编写新信息,浏览接收的信息,并能下达发送SMS的指令,但客户端应用程序通常相互是嵌套的,即不同客户端可相互调用以保证用户的体验,如Email客户端可以集成电话本或WAP浏览器等客户端程序;业务支撑包括所有提供特定功能集的引擎,业务引擎通常表现出多种功能,其功能除了被应用程序使用外,还可以被其它引擎使用。业务代理的功能通过应用业务接口(ASI)使用业务支撑中的引擎功能,这些接口可以API的方式开放,以便于应用的开发。业务引擎可能需要依赖于远端服务器提供的功能,因此,业务引擎需要考虑与远端服务器之间的互操作。此外,应用构架采用一套安全规则用于这些功能。

终端上的业务引擎可能包括终端管理(DM)、浏览(Browsing)、短距离通信(Bluetooth、IrDA等)、下载、数据同步、个人信息管理(PIM)等,当然这些引擎通常需要网络端服务器的支持。

移动终端业务生成和运行环境

3GPP中定义了多种业务生成机制和运行环境,例如基于网络的OSA 和用户化应用移动网络增强逻辑(Customised Application for Mobile Network Enhanced Logic,CAMEL)、基于终端的移动执行环境(Mobile Execution Environment,MExE)和USAT(USIM Application Toolkit,USIM 应用工具箱)等。这些机制都着眼于能使运营商方便快速地提供业务,并本着业务的提供和基础网络相分离的原则,使得业务可以由运营商以外的第三方提供,在业务和网络之间采用开放的标准接口,业务的开发主要由IT 开发人员来完成,运营商负责网络的运营和对众多的业务提供商的组织和管理。以下从终端角度对SAT/USAT相关智能卡业务环境和MExE作介绍。

1. 智能卡业务环境

SIM卡是一种带微处理器的智能IC卡,它由微处理器(MPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、数据存储用的电可擦写ROM(EEPROM)和串行通信单元五部分组成,它是GSM系统中不可缺少的一部分,是用户进入GSM网络的登记凭证。到目前为止,SIM卡的微处理器大都是一个8位的控制器,通常是Intel 8051或者Motorola 6805。SIM卡的内存数量一直在增长,最初只是由256字节的RAM和3k字节的EPROM组成,现在RAM大都已经增长到了128k字节,EPROM也增长到了32k字节以上。USIM(Universal SIM)是应用于3G系统的用户识别模块,其基本构成与SIM卡类似。

到目前为止,SIM卡可分为3代,第一代SIM卡只包含简单的用户身份信息,执行网络认证和通用的电话服务功能;第二代的SIM卡仅是一种单应用卡,它仅遵循GSM11.11规范,该规范中定义SIM卡上只能有一个应用,即GSM应用,因此,它不能直接添加额外的应用,而用户平时使用的移动炒股、移动银行等应用都是通过STK(SIM卡应用工具包)来实现的;第三代USIM卡则不存在这种问题,它实现了平台和应用的分离,3GPP组织专门制定了UICC多应用平台规范,USIM应用只是UICC平台上的一个应用,非电信应用或电信增值应用,可以完全建立在这个平台上,而且每个应用都可以遵循各自的行业规范。

为了实现USIM卡对多应用的支持,除了定义UICC平台外,USIM卡的相关规范中还定义了其它一些变化。比如,在传输协议和平台特性、应用和文件结构、PIN管理模式以及各命令参数、状态字的变化等。这些变化使USIM卡更加符合智能卡ISO 7816规范,从而使多种应用添加在UICC平台上成为可能。因此,在手机上实现电子钱包、电子信用卡、电子票据等其它应用已是顺理成章的事了。这一特点使USIM卡成为了不同行业跨领域合作、相互渗透经营的媒介,如银行可以参与电信的经营,反之亦然。

SIM/USIM应用工具包(SAT/USAT)技术是一种主要的增值服务技术。它为储存在SIM或USIM上的应用提供标准的交互机制和执行环境,遵循SAT规范(GSM11.14)的开发工具为应用开发者提供便捷的应用开发环境。通过SAT/USAT技术,与特定终端无关的业务和应用可以被下载到终端和SIM/USIM卡上并在那里执行。SAT技术可以利用现有网络和手机提供安全、灵活和友好的增值服务。支持SAT的SIM卡不再是通常使用的16KB内存容量的SIM卡,而是基于Java或C语言编程具有32KB以上内存容量的SIM卡。由于内存容量的扩大,使得在SIM卡中可以存储相应的业务与应用信息。

2. 移动终端执行环境(MExE)

MExE规定了移动终端可下载并执行运营者或业务提供者规定的应用,并接入Internet的能力。在执行业务过程中,MExE作为移动终端上的应用执行环境,它将充分利用移动终端和SIM卡的资源。MExE主要定义了终端侧的统一应用执行环境,这对于实现业务互通是十分重要的。

MExE业务非常类似于PC中的软件,你在自己的PC中安装了各种软件,把PC变成不同的虚拟装置,这就是通用性,它具有事实上的标准平台,这个标准平台允许所有的软件设计者不仅为PC创建业务,而且允许支持多样性业务。移动电话中的MExE环境使用WAP和(或)Java等技术遵循一个非常类似的基本原理。例如,从Internet上下载一个MP3播放器到你的MExE移动台中,然后下载MP3文件,你可以用MExE移动电话欣赏你最喜欢的音乐;同样,下载一个电子邮件客户端软件,你不仅可以与其它的移动用户通信,还可以通过它连接到Internet,与办公室和家庭PC交换传真、电子邮件和多媒体消息;下载游戏客户端或游戏软件,那么你的MExE移动电话就成为一个在线的交互式游戏机;下载一个Internet浏览器到你的MExE移动电话上,那么Internet网就真正的移动了。

MExE移动电话将把简单的通话和短信设备变成了多媒体Internet网移动通信设备,这些设备可以如PC机虚拟设备一样等同于随身听、游戏机、PDA等无线装置。

MExE围绕着WAP和Java标准化了3个基本平台,它们称为MExE的分类标志:

1) MExE分类标志1支持WAP;

2) MExE分类标志2支持Personal Java;

3) MExE分类标志3支持J2ME。

此外,MExE已规定了用户和网络的保密和防护,提供一个授权和共享软件服务的安全平台,在移动电话中或与服务器和Internet交互作用时执行。3个MExE分类标志能够使软件编程者创建各种业务,而无需太多的有关移动通信方面的认识,但却能为移动电话产业带来全新的业务系列。

本讲小结

无线移动终端的上述结构和功能的进步,为在无线移动终端上实现越来越多的新业务提供可能性和便利性。由于3G和WiMAX的到来,它们把语音、数据和图像通信融为一体,使用户能享受到的新服务新业务更加丰富。我们可以采用前面讨论的这些平台(在某种意义上说是通用平台)和丰富的客户端软件为用户提供全面的服务。然而,分析用户需求可以发现不同的行业/消费用户群对终端的功能需求是不同的,同时考虑到无线移动终端也是一种需要个性化的消费类电子产品,所以终端上的客户端软件甚至平台支持能力也可不尽相同,但需要保证已存在业务的互通,因此在未来很长一段时间内,运营商与终端制造商可能继续在保证应用互通的基础上,商定一些针对不同用户群、具备不同功能的终端规范。这种做法被称为“终端定制”,它的好处是可简化一些终端上的软硬件,也可让用户使用起来方便、简单。

终端的发展逐渐趋于开放,这是技术发展和社会分工细化的结果,这不仅有利于单个技术和终端整体结构的发展,同时,终端的开放也是移动通信业务发展的需求,开放的终端结构便于第三方应用和业务的开发,加快业务投入市场的时间,降低业务开发成本。随着电子通信等技术的发展,以及业务市场需求的推动,开放的终端结构日益明朗,本讲中对终端的开放结构以及统一的开放运行平台做了介绍,这些技术已经在ETSI、3GPP、OMA和OMTP等国际组织中进行研究和标准化,并逐渐产品化。随着这些统一平台产品的出现,终端的发展逐渐演变为业务对终端上支撑技术和应用客户端程序的驱动。