移动计算技术-Introduction-2014

1、 移动计算技术移动计算技术张冠华张冠华Email：办公室：数学馆309 节点处于移动状态节点处于移动状态下或非预定状态下下或非预定状态下的网络技术的网络技术 移动计算技术主要内容移动计算技术主要内容n移移 动动 计计 算算 移动移动计算计算+n 两方面含义两方面含义 移移 动动移动环境下的计算移动环境下的计算移动计算技术移动计算技术主要内容主要内容n 移动 无线通信无线通信 无线组网无线组网 物理层物理层链路层链路层网络层网络层传输层传输层n计算 通用计算（普适）通用计算（普适） 无线数据管理无线数据管理上下文感知上下文感知 设备设备传感器传感器物理层物理层链路层链路层数据采集数据采集位置感知

2、位置感知主要参考书目主要参考书目 n Google、Google、Google预防Google依赖症n移动计算技术，徐明等，清华大学出版社，2008n Mobile Computing Chander Dhawan 世界图书出版社nAd Hoc 移动无线网络，王金龙等，国防工业出版社n普及计算， 英春等译，清华大学出版社GloMoSim网络仿真-从入门到精通 高振国 哈尔滨工业大学出版社主要参考期刊主要参考期刊nIEEE Transaction On Mobile Computingn中国科学n计算机学报nJournal of Computer Science and Technologyn软

3、件学报n计算机研究与发展n关于移动计算的BuzzwordsnMobile nUbiquituousnNomadicnUntethered(无范围的）nPervasivenAny time anywhereComputing移动计算定义n定义1：所谓“移动计算”是指人们携带着便携信息终端外出无论何时何地都能与公司等处的计算机保持联系互相交换数据或获取信息。-世界传真 电子产品世界 1999年 移动计算定义n定义2：移动计算是指人们可以随时随地进行“计算” 。-移动计算及移动计算网络 中国计算机用户 2000年 李建新 移动计算定义n定义3：移动计算是指人们可以随时、随地进行计算.这类业务的主要特

4、点是对带宽要求较高,对网络时延没有严格要求 。-移动计算网络中的无线局域网 电力系统通信 2001年 汪海燕,杨龙祥 移动计算定义n定义4：移动计算是指用户使用PDA、掌上电脑、笔记本电脑等移动计算工具在不固定的场地接入有线或无线网络,从移动计算网络环境中获取数据和信息进行相应的计算处理和决策的过程。-一种移动数据库管理系统的体系结构 计算机研究与发展 2001年 冯玉才,李东,王元珍,曹忠升 移动计算定义n定义5：移动计算是一种新型技术，是当前计算技术研究中的热点领域，并被认为是对未来具有深远影响的技术之一。它使计算机或其他信息设备在没有与固定的物理连接设备相连的情况下能将有用、准确、及时的

5、信息与中央信息系统相互作用，分担其计算压力，使信息能够提供给任何时间、任何地点需要它的任何用户，使得计算机或其他信息设备在无线环境下实现数据双向传输及资源共享。- 浅析移动计算、移动GIS与移动数据库, 地理空间信息, 2006, 成建国, 任福, 武雪玲 利用利用移动终端移动终端通过通过无线和固定网络无线和固定网络与远程服务器交换数据的与远程服务器交换数据的分布计算环境分布计算环境称其为移动计算。称其为移动计算。 移动计算是指使人们能够在移动计算是指使人们能够在任何时间和任何地方任何时间和任何地方进行工作进行工作的的技术和设备技术和设备移动计算的关键是确保人们不论在任何地移动计算的关键是确保

6、人们不论在任何地方、任何时间都可以工作，能够为他们提供一个无处不在的方、任何时间都可以工作，能够为他们提供一个无处不在的移动计算环境。移动计算环境。 移动计算指移动计算指“网络中在一个节点开始的计算可移动到其它网络中在一个节点开始的计算可移动到其它节点继续执行节点继续执行”的方法。的方法。什么是移动计算？ 移动计算狭义的定义可认为是：使用便携终端在流动中进行信息处理。这里所说的便携终端通常指体积小、重量轻、集成度高的便携机、手持电话、手持AV、数字摄像机、数码相机、便携游戏机等。 什么是移动计算？n 问题 对于对于“移动计算移动计算” ” 并没有公认的标准的定义并没有公认的标准的定义 存在两种

7、意义上的移动存在两种意义上的移动n代码的移动代码的移动n设备的移动设备的移动 共同点共同点n在移动环境访问数据或者进行信息处理在移动环境访问数据或者进行信息处理n用户能够用户能够“在任何时间和任何地点在任何时间和任何地点” ” 进行信息访问或进行信息访问或/ /和处理和处理什么是移动计算？SQL Server 2005Windows XPSocket 通讯通讯Symbian/S60什么是移动计算？n 我们的定义我们的定义 所谓移动计算所谓移动计算, ,是指是指移动终端移动终端通过通过无线通信无线通信与其他移动终端或者与其他移动终端或者固定计算设备进行有目的的固定计算设备进行有目的的信息交互信息

8、交互. . n 移动计算的三个要素 移动终端移动终端 无线通信无线通信 信息交互信息交互什么是移动计算？什么是移动计算？n 移动终端的多样性移动终端的多样性 庞大庞大: : 轮船、飞机、汽车、坦克等轮船、飞机、汽车、坦克等 微小：手表、手机等微小：手表、手机等 明显的：手机、笔记本电脑明显的：手机、笔记本电脑 不明显的：嵌入式传感器不明显的：嵌入式传感器 什么是移动计算? 电电 磁磁 波波 通通 信信声声波波通通信信 无无线线接接入入网网络络 红红外外线线通通信信 射射频频无无线线电电通通信信 局局域域网网 广广域域网网 u 水声通信网络水声通信网络u 红外线通信网络红外线通信网络u Blue

9、tooth Bluetoothu UMB UMBu Zigbee Zigbee u IEEE802.11x IEEE802.11xu HomeRF HomeRFu HiperLAN HiperLAN 蜂蜂 窝窝 网网 络络 非非 蜂蜂 窝窝 网网 络络 u GSM/GPRS/UMTS GSM/GPRS/UMTSu CDMA1X/CDMA2000 CDMA1X/CDMA2000u TD-SCDMA TD-SCDMA u Wimax Wimaxu Mesh Mesh个个域域网网 n 信息交互 移动计算总是针对特定的应用移动计算总是针对特定的应用 利用移动通信所进行的数据传输是为特定的应利用移动通信

10、所进行的数据传输是为特定的应 用服务用服务 什么是移动计算?n 再谈“移动计算” 移动计算是构建在一个系统之上的 移动终端往往只是这个系统的表象 基于无线通信的信息交互是移动计算的关键n 更重要的是 不去关心到底什么是“移动计算”， 而是致力于 研究和利用与移动相关的技术。什么是移动计算?移动计算的历史发展n 计算模型的四个阶段 集中计算集中计算 （Centralized computing） 分布式计算分布式计算 （Distributed computing） 移动计算移动计算 （Mobile computing） 普适计算普适计算 （Ubiquitous/Pervasive Computi

11、ng）移动计算的历史发展前台客户端前台客户端移动计算的历史发展n 集中计算 始于上个世纪始于上个世纪6070年代年代 主机主机/终端模式终端模式 集中存储、集中计算集中存储、集中计算 移动计算的历史发展n 分布式计算 始于上个世纪始于上个世纪8090年代年代 主机性能提高缓慢、计算机网络的推动主机性能提高缓慢、计算机网络的推动 Web, C/S, P2P, Grid 分布式计算无处不在分布式计算无处不在 移动计算的历史发展远程通信远程通信l 分层协议的设分层协议的设 计计l 远程过程调用远程过程调用l 端到端参数配端到端参数配 置置面临的问题面临的问题容错与高可用容错与高可用性性l 分布式及嵌

12、套事务分布式及嵌套事务l 两阶段提交两阶段提交l 乐观和悲观副本控乐观和悲观副本控 制制l 执行镜像执行镜像l 乐观恢复乐观恢复l 负载均衡负载均衡管理问题管理问题l 管理策略管理策略l 状态监控状态监控安全问题安全问题l 基于密码学的基于密码学的双向认证双向认证l 隐私保护隐私保护远程信息访问远程信息访问l 缓存缓存l 函数移交函数移交l 分布式文件系统分布式文件系统l 分布式数据库分布式数据库移动计算的历史发展n 移动计算 始于上世纪始于上世纪9090年代年代 受到无线通信技术的推动受到无线通信技术的推动 办公、娱乐、军事办公、娱乐、军事移动网络移动网络l 移动移动IPl 无线组网无线组网

13、l Ad hoc协议协议l 无线无线TCP性能性能 优化优化面临的问题面临的问题移动计算的历史发展移动信息访移动信息访问问l 断接操作断接操作l 对带宽适应的对带宽适应的 无线访问无线访问 l 数据一致性的数据一致性的 选择性控制选择性控制适应性应用适应性应用l 转码转码l 代理技术代理技术l 适应性资源管适应性资源管 理理移动计算的历史发展n 普适计算 始于上世纪末，兴于本世纪初始于上世纪末，兴于本世纪初 追求的是一种追求的是一种“消失的技术消失的技术” 依赖于智能技术的发展依赖于智能技术的发展 智能空间智能空间“移动计算”概念回顾n 三个要素n 系统的观点 移动计算是一个系统的功能移动计算

14、是一个系统的功能 移动终端移动终端无线通信无线通信有目的的信息交有目的的信息交互互移移动动计计算算“移动计算”概念回顾n 发展的观点 集中式计集中式计算算分布式计分布式计算算移动计算移动计算应 用 前 景移移 动动 办办 公公移动电子商务移动电子商务移移 动动 教教 育育移动休闲与娱乐移动休闲与娱乐军军 事事 应应 用用其其 他他 应应 用用应 用 前 景n 移动办公 交警查询违章车辆记录并进行处罚交警查询违章车辆记录并进行处罚 巡警核对网上追逃信息巡警核对网上追逃信息 公司老板随时批阅文件公司老板随时批阅文件 警力定位与合理调度警力定位与合理调度应 用 前 景n 移动电子商务 手机支付手机支

15、付 手机测量手机测量 手机门票手机门票应 用 前 景n 移动教育 移动学习移动学习 移动课堂移动课堂 移动移动(匿名匿名) 提问提问应 用 前 景n 移动休闲与娱乐 移动手机电视移动手机电视 移动图书馆移动图书馆 移动在线游戏移动在线游戏 应 用 前 景n 军事应用 数字士兵数字士兵 移动战术网络移动战术网络 协同攻击系统协同攻击系统 应 用 前 景n 其他应用 抢险救灾抢险救灾 野外探险野外探险 位置查询位置查询 移动计算系统模型n 移动终端n 无线通信 基站、交换机、接入点、光缆 n 后台服务系统 应用服务器 数据库服务器 移动计算系统模型移动计算系统模型问题与挑战n 移动计算问题与挑战的

16、来源 无线通信 移动性 便携性 频频 繁繁 断断 接接 断接是指无线通信断接是指无线通信 链路的中断链路的中断 出现原因多种多样出现原因多种多样 信号干扰信号干扰 信号覆盖信号覆盖 信号屏蔽信号屏蔽无线通信引发的问题与挑战频繁断接带来的问题频繁断接带来的问题解决频繁断接的问题解决频繁断接的问题 服务中断服务中断 想象一下你在银行取想象一下你在银行取 款时款时“网络中断网络中断” 的的 情景情景 性能下降性能下降 TCP协议的窗口调协议的窗口调 整整 追求断接的透明性追求断接的透明性 技术手段包括缓技术手段包括缓 冲、协议改造冲、协议改造 无线通信引发的问题与挑战低低 带带 宽宽 相对于有线通信

17、而言相对于有线通信而言 802.11: 54Mbps GPRS:171.2Kbps LAN: 100M1000M低带宽带来的问题低带宽带来的问题解决低带宽的问题解决低带宽的问题 服务类型的限制服务类型的限制 (Streaming) 通信协议的限制通信协议的限制 提高带宽的利用率提高带宽的利用率 使用压缩、请求合使用压缩、请求合 并、数据预取、缓并、数据预取、缓 存回写等技术手段存回写等技术手段 更高层次上的方法更高层次上的方法 是改善通信调度算是改善通信调度算 法法 无线通信引发的问题与挑战带宽波动带宽波动 带宽不稳定（可能相带宽不稳定（可能相 差几个数量级）差几个数量级） 跟无线信号易受到干

18、跟无线信号易受到干 扰或者信号强弱变化扰或者信号强弱变化 有关有关 误码率的变化直接导误码率的变化直接导 致了带宽的波动致了带宽的波动带宽波动带来的问题带宽波动带来的问题解决带宽波动的问题解决带宽波动的问题 服务质量服务质量(QoS)无无 法保证法保证 限制了服务类型限制了服务类型 （如（如VoIP、移动电、移动电 视视） 降低带宽波动对应降低带宽波动对应 用的影响用的影响 使用自适应使用自适应QoS等等 技术手段技术手段 无线通信引发的问题与挑战异构网络异构网络 GSM/CDMA, WiFi, IrDA, Bluetooth LAN异构网络带来的问题异构网络带来的问题解决异构网络的问题解决异

19、构网络的问题 网络服务的选择网络服务的选择 网络切换网络切换 网络连接的中断网络连接的中断 屏蔽网络的异构性屏蔽网络的异构性 软件技术软件技术 移动计移动计 算中间件算中间件& 硬硬 件技术件技术 基础设施解决基础设施解决 & 端端 系统解决系统解决 l 开放介质开放介质l 信号易于信号易于 截获、窃听截获、窃听安安 全全威威 胁胁l 使用调频、使用调频、加加 密技术密技术l 通信专家的通信专家的职职 责责解解 决决方方 法法无线通信引发的问题与挑战 移动性引发的问题与挑战地址迁移地址迁移 不同网络不同网络IP地址切换地址切换 异构网络不同地址类异构网络不同地址类 型切换型切换

20、地址迁移带来的问题地址迁移带来的问题解决地址迁移问题解决地址迁移问题 连接中断连接中断 移动移动IP 移动性引发的问题与挑战位置依赖位置依赖 网络中一些信息是与网络中一些信息是与 之相关的，如路由之相关的，如路由 器地址、所在地区等器地址、所在地区等位置依赖带来的问题位置依赖带来的问题解决位置依赖问题解决位置依赖问题 位置依赖信任的位置依赖信任的 配置问题配置问题 手动配置手动配置 impossible 动态配置动态配置 “位置相关位置相关”服务服务 移动性引发的问题与挑战移动透明与移动透明与隐私保护隐私保护 移动性应该对用户透移动性应该对用户透 明明 这需要软件系统对用这需要软件系统对用 户的位置等情况完全户的位置等情况完全 掌握掌握 而这些信息涉及到个而这些信息涉及到个 人隐私人隐私带来的问题带来的问题问题解决问题解决 两种要求的相互制两种要求的相互制 约约 鱼与熊掌不可兼得鱼与熊掌不可兼得 利与权的平衡利与权的平衡 应用相关应用相关 合理的策略合理的策略 法律的规定法律的规定 移动透明与移动透明与隐私保护隐私保护移动透明与移动透明与隐私保护隐私保护便携式引发的问题与挑战电池供电电池供电