1、周继鹏周继鹏暨南大学计算机科学系暨南大学计算机科学系杂志：杂志：IEEE Transactions on Wireless CommunicationsIEEE Transactions on Mobile ComputingJournal on Wireless Communications and Networking ACM/Kluwer Journal of Wireless Networks IEEE Transactions on Vehicular Technology ACM Mobile Computing and Communications Review会议：会议：Sig
2、Com，Infocom,Globecom、MobiCom、Mobihoc，Mobisys,VLDB、SiGMOD、MobiQuitous、MDM等等移动计算有关杂志、会议以及网站一、引言二、移动计算应用需求三、什么是移动计算？四、无线通信的发展五、移动计算基本特点六、移动计算系统组成七、移动计算研究的基本问题八、移动计算模型移动计算技术概述移动计算技术概述移动计算的应用需求移动计算的应用需求2.移动应用急剧增加移动应用急剧增加 无处不在的工作范围。在金融、移动办公、通讯、公共交通、远程医疗、公共信息分布,现场数据采集等领域,移动计算或数据处理的作用已经变得日趋重要。1.背景：背景：无线通讯网络
3、技术的飞速发展 和PDA、笔记本电脑、手持电话等移动计算和通讯设备迅速普及；移动计算的应用需求移动计算的应用需求移动计算的军事需求移动计算的军事需求 数字化移动通信与指挥未来战场关键技术。基于Ad hoc网络结构，融感知、追踪、通信、指挥等于一体的战术互联网。便携式计算设备便携式计算设备Wireless Networks移动计算的应用需求移动计算的应用需求3.移动计算的国防需求移动计算的国防需求 数字化战场移动指挥未来美国DOD关键基础技术 MANET 网 单兵计算机 数字化部队Bps(比特比特/秒秒)GPRS3G4G2G3.5Gad hocUMTS,WLAN,GSM,cdma2000,DAB
4、,.Personal Travel Assistant,DAB,PDA,laptop,GSM,UMTS,WLAN,Bluetooth,.移动计算的应用需求移动计算的应用需求WAP GatewayMerchant 1WAP/Agent ServerMerchant nInternetProviderNetworkWAP TerminalSQLSQLSQL-WML pages-list of merchantsProductsProducts 移动计算是基于无线通信技术和便携式移动计算设备的分布式计算模式。A technology that allows transmission of data,
5、via a computer,without having to be connected to a fixed physical link.WWW：World-Wide Web Web Without Wires?!移动计算 分布计算技术移动通信数据库技术什么是移动计算什么是移动计算？无线计算(Wireless Computing)无限计算(Always on Computing)漫游计算(Nomadic Computing）泛化计算(Pervasive Computing Ubiquitous Computing Untethered(无范围的)嵌入计算(Embedded Computin
6、g)移动计算的移动计算的BuzzwordsConnectivity connected semi-connected (asymmetric)weakly connected disconnectedMobile Device Capability form factor(电子产品规格)Windows based GUI multimedia real-time multimediaMobility stationary nomadic(pedestrian speed)mobile(vehicular speed)roaming(mobile across networks)移动计算的三维认
7、识移动计算的三维认识InternetVehiclar ClusterRoadside to Vehicular CommunicationsVehicular to Vehicular CommunicationsRoadside to Vehicular CommunicationsRoadside to Vehicular CommunicationsBase Station移动计算的基本特点p 有限的带宽有限的带宽蜂窝通信系统波特率蜂窝通信系统波特率9.6Kbps，IMT-2000 144 Kbps到到EDGE 300Kbps，远远低于固定网络中的铜，远远低于固定网络中的铜缆或光纤通信的
8、速率。缆或光纤通信的速率。p 移动性移动性必须适应不同地点的连接请求，并且经常在移必须适应不同地点的连接请求，并且经常在移动时要求保持连接；在不同服务器覆盖范围之间移动，动时要求保持连接；在不同服务器覆盖范围之间移动，越区切换比较常见。越区切换比较常见。p 可靠性可靠性由于其便携性和工作环境，可靠性更低，更容由于其便携性和工作环境，可靠性更低，更容易受到干扰而出现网络故障。可能长时间地域网络断接，易受到干扰而出现网络故障。可能长时间地域网络断接，一些假设条件不同于传统的分布系统。移动计算装置也一些假设条件不同于传统的分布系统。移动计算装置也有一些潜在的不安全因素，如碰撞、磁场干扰、易于遗有一些
9、潜在的不安全因素，如碰撞、磁场干扰、易于遗失和失窃等。失和失窃等。p 安全性安全性p 与位置相关与位置相关应用程序可能与位置相关，移动导致位置的应用程序可能与位置相关，移动导致位置的不断变换。不断变换。p 有限的电源能力有限的电源能力通过蓄电池供电，但容量非常有限，一通过蓄电池供电，但容量非常有限，一般只能维持般只能维持25个小时，而计算密集型程序能源耗更大。个小时，而计算密集型程序能源耗更大。p 频繁断接性频繁断接性移动计算机在移动过程中，一般不采用保持移动计算机在移动过程中，一般不采用保持持续联网的工作方式，而是主动持续联网的工作方式，而是主动/被动地间歇性入网、断接被动地间歇性入网、断接
10、和重接，甚至越区切换。和重接，甚至越区切换。p 非对称性非对称性包括通信与资源安全乃至包括通信与资源安全乃至QoS的非对称性，访问的非对称性，访问的是地理上分布的异构节点。由于电源能力的限制，移动的是地理上分布的异构节点。由于电源能力的限制，移动设备上的资源与功能有限。设备上的资源与功能有限。p 复杂性复杂性为支持移动性必须加入更多的功能并最终达到网为支持移动性必须加入更多的功能并最终达到网络负载均衡；移动性也必然要求跨软硬件平台的兼容性。络负载均衡；移动性也必然要求跨软硬件平台的兼容性。移动计算的基本特点移动通信与计算环境移动通信与计算环境移动计算系统 移动计算系统特征：1.移动性：不同地点
11、的连接请求,移动时保持连接;2.主动与被动的断接与重接;3.网络条件的多样性;4.能源限制;5.通信的非对称性（用户规模，安全鉴别）移动计算环境移动计算环境p 移动计算环境组成移动计算环境组成 由固定网络、移动网络、无线通信、笔记本电脑、PDA、手持电话以及移动着的用户构成。它是传统的固定网络分布计算环境利用了先进无线通信技术后的扩充。p 移动计算环境的基本特征移动计算环境的基本特征 1.大多数移动终端设备相对便宜，便携，并且易于使用大多数移动终端设备相对便宜，便携，并且易于使用;2.移动计算的解决方案应该包括有线和无线两个方面移动计算的解决方案应该包括有线和无线两个方面;3.通信服务器和后台
12、服务器要在同一硬件平台上。通信服务器和后台服务器要在同一硬件平台上。无线电波无线电波是一种波长较长、频率较低的电磁波。是一种波长较长、频率较低的电磁波。变换器变换器发射机发射机天线天线接收天线接收天线接收机接收机变换器变换器CH2CH1CH3CH1CH2CH3MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器tF2F1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤
13、 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅移动计算的硬件环境1.移动终端 便携笔记本电脑、基于笔输入的计算机、掌上电脑、PDA、寻呼机、PDA/寻呼机、PDA/电话机、移动打印机、移动传真机、移动扫描仪等。Nokia 9110Nokia3G visionSierra PCMCIACDPD ModemThe new Ericsson R380 phone,which features wireless data functions 移动通信系统移动通信系统 包括:低功率通信系统 移动卫星系统 无线LAN/WAN 专用移动通信系统 寻呼系统 数字蜂窝系统2.Modem/无线网卡或其他数字网络接口设备 交换网络M
14、odem，蜂窝拨号适配器或ISDN拨号适配器，或特殊的无线网络接口，如ARDIS，RAM，CDPD目前，能适应所有无线连接形式的统一Modem还没有产品。3.E-mail 服务器服务器 4.通信服务器和无线交换机（网关）通信服务器和无线交换机（网关）如Shiva 的NetRover 用于异步网络传输，TEKnique 的TX-5000用于无线网关。它们的功能包括：异步有线会话，连接与断接服务，话路路由管理，移动标志，网络安全管理，异步无线网络连接与断接服务，协议转换（网关功能）5.应用和应用和/或数据服务器或数据服务器 通常通信服务器与应用/数据服务器之间以局域网相连，这种连接也可以用高速总线
15、或者广域网中的私用线路完成。移动计算设备的电池问题 锂电池连续工作时间仍然是有限的，目前大约是锂电池连续工作时间仍然是有限的，目前大约是35小小 时。而且未来时。而且未来5年这种情况将不会有大的改善。年这种情况将不会有大的改善。燃料电池：燃料电池：在笔记本计算机燃料电池开发方面，日本和德国厂商领在笔记本计算机燃料电池开发方面，日本和德国厂商领先。先。2003年年3约东芝公司醇燃料电池，平均输出功率为约东芝公司醇燃料电池，平均输出功率为12瓦，瓦，最大输出功率可达最大输出功率可达20瓦，可以连续工作瓦，可以连续工作5个小时以上，计划个小时以上，计划于于2004年投产。年投产。NEC公司公司200
16、3年年6月也推出醇燃料电池，平月也推出醇燃料电池，平均功率为均功率为14瓦，最大达瓦，最大达34瓦，可驱动平均耗电量为瓦，可驱动平均耗电量为12瓦的瓦的笔记本连续工作笔记本连续工作5小时，小时，即将推出可连续工作即将推出可连续工作40小时的醇燃小时的醇燃料电池。料电池。德国德国Masterflex与与Smartfuel Cell公司也计划于公司也计划于2004年推出氢燃料电池与醇燃料电池。年推出氢燃料电池与醇燃料电池。移动计算软件移动计算软件 （1）移动客户软件 （2）移动通信服务器/交换机 （3）软件应用和/或数据服务器软件 操作系统、网络软件和各种移动终端驱动程序 (如:WinCE,Pal
17、mOS,Nokia等开发的无线操作系统EPOC）用户界面 通信服务器软件的客户机部分 传输层软件，如TCP/IP 传输层与应用层之间的中间件 特殊的无线网络的驱动程序 手写体与声音识别软件移动客户软件移动客户软件 远程用户的连接确认 通信端口管理 安全验证 单一逻辑信道：为了提供高速的带宽服务，通常把几个物理信道绑定来创建一条逻辑信道,形成多信道的通信。多物理连接的多线程管理 通信协议管理 与后台应用服务器或数据库系统的逻辑连接 移动通信服务器移动通信服务器/交换机软件交换机软件 基于局域网的数据库服务，如Windows、UNIX下的SYBASE、ORACLE、SQL数据库。基于小型机的服务，
18、如AS/400 基于大型机的服务 应用和应用和/或数据库服务器软件或数据库服务器软件移动计算的前沿课题移动计算的前沿课题 无线通信网络无线通信网络无线接入模型与方法（无缝漫游）无线接入模型与方法（无缝漫游）服务质量保证（服务质量保证（QoS）多网集成多网集成 基于位置的计算基于位置的计算定位与移动性管理定位与移动性管理位置服务位置服务 能源供应能源供应便携式电池便携式电池显示、处理、通信等处的节能措施显示、处理、通信等处的节能措施 环境感知环境感知（Context-Aware)计算计算移动数据管理与移动数据库移动数据管理与移动数据库移动中间件移动中间件 移动安全移动安全（Wireless Cy
19、berspace Security)resourcesserverClient process 1Client process 2Client process 3Service request 代理为代理为移动用户服务，当用户激活代理后，由代理完成移移动用户服务，当用户激活代理后，由代理完成移动用户要求的服务，用户可以继续移动甚至断接，当代理完动用户要求的服务，用户可以继续移动甚至断接，当代理完成任务并且重新建立连接后，代理再把结果报告给用户。成任务并且重新建立连接后，代理再把结果报告给用户。（1）使得自动通信成为可能，可以在任意时间提供信息）使得自动通信成为可能，可以在任意时间提供信息（2）
20、降低了开销，因为代理工作时，用户可以关机）降低了开销，因为代理工作时，用户可以关机（3）提高了用户的工作效率）提高了用户的工作效率（4）利用了）利用了C/S和存储和存储-转发的优点转发的优点（5）控制分解）控制分解 移动代理移动代理是一种能够在异构的计算机或移动网络上的结点是一种能够在异构的计算机或移动网络上的结点之间自主迁移的程序。它能够自主选择何时迁往何地；在执行之间自主迁移的程序。它能够自主选择何时迁往何地；在执行的任意一点将自己挂起，然后自主迁移到另一节点上，并在到的任意一点将自己挂起，然后自主迁移到另一节点上，并在到达新地点之后唤醒自己继续执行；达新地点之后唤醒自己继续执行；还可以通
21、过克隆自己或者产生子代理散布到多个节点上，还可以通过克隆自己或者产生子代理散布到多个节点上，每个代理均以自治，必要时以相互合作的方式共同完成更为复每个代理均以自治，必要时以相互合作的方式共同完成更为复杂的任务。支持断接性与互操作性是其主要的优点，即使断接杂的任务。支持断接性与互操作性是其主要的优点，即使断接时，其他节点就可以从移动代理处访问到原节点的数据。时，其他节点就可以从移动代理处访问到原节点的数据。其他好处还包括减少网络延迟，支持轻载移动设备；代理其他好处还包括减少网络延迟，支持轻载移动设备；代理执行可以独立于发送节点，其异步信息搜索与数据访问能力是执行可以独立于发送节点，其异步信息搜索与数据访问能力是其他模型所不具备的。其他模型所不具备的。传统代理模型中的传统代理模型中的AgentAgent可视作一个静态代理，因为它不可视作一个静态代理，因为它不能动态迁移到其他服务器上去。能动态迁移到其他服务器上去。
