1、 移動計(jì)算技術(shù)張冠華Email：辦公室：數(shù)學(xué)館309 節(jié)點(diǎn)處于移動狀態(tài)下或非預(yù)定狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 移動計(jì)算技術(shù)主要內(nèi)容移 動 計(jì) 算 移動計(jì)算+ 兩方面含義 移 動移動環(huán)境下的計(jì)算移動計(jì)算技術(shù)主要內(nèi)容 移動 無線通信 無線組網(wǎng) 物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層計(jì)算 通用計(jì)算（普適） 無線數(shù)據(jù)管理上下文感知 設(shè)備傳感器物理層鏈路層數(shù)據(jù)采集位置感知主要參考書目 Google、Google、Google預(yù)防Google依賴癥移動計(jì)算技術(shù)，徐明等，清華大學(xué)出版社，2008 Mobile Computing Chander Dhawan 世界圖書出版社Ad Hoc 移動無線網(wǎng)絡(luò)，王金龍等，國防工業(yè)出版社普及計(jì)算

2、， 英春等譯，清華大學(xué)出版社GloMoSim網(wǎng)絡(luò)仿真-從入門到精通 高振國 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社主要參考期刊IEEE Transaction On Mobile Computing中國科學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)Journal of Computer Science and Technology軟件學(xué)報(bào)計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展關(guān)于移動計(jì)算的BuzzwordsMobile UbiquituousNomadicUntethered(無范圍的）PervasiveAny time anywhereComputing移動計(jì)算定義定義1：所謂“移動計(jì)算”是指人們攜帶著便攜信息終端外出無論何時何地都能與公司等處的計(jì)算機(jī)保持聯(lián)系互

3、相交換數(shù)據(jù)或獲取信息。-世界傳真 電子產(chǎn)品世界 1999年 移動計(jì)算定義定義2：移動計(jì)算是指人們可以隨時隨地進(jìn)行“計(jì)算” 。-移動計(jì)算及移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò) 中國計(jì)算機(jī)用戶 2000年 李建新 移動計(jì)算定義定義3：移動計(jì)算是指人們可以隨時、隨地進(jìn)行計(jì)算.這類業(yè)務(wù)的主要特點(diǎn)是對帶寬要求較高,對網(wǎng)絡(luò)時延沒有嚴(yán)格要求 。-移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的無線局域網(wǎng) 電力系統(tǒng)通信 2001年 汪海燕,楊龍祥 移動計(jì)算定義定義4：移動計(jì)算是指用戶使用PDA、掌上電腦、筆記本電腦等移動計(jì)算工具在不固定的場地接入有線或無線網(wǎng)絡(luò),從移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理和決策的過程。-一種移動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 計(jì)

4、算機(jī)研究與發(fā)展 2001年 馮玉才,李東,王元珍,曹忠升 移動計(jì)算定義定義5：移動計(jì)算是一種新型技術(shù)，是當(dāng)前計(jì)算技術(shù)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域，并被認(rèn)為是對未來具有深遠(yuǎn)影響的技術(shù)之一。它使計(jì)算機(jī)或其他信息設(shè)備在沒有與固定的物理連接設(shè)備相連的情況下能將有用、準(zhǔn)確、及時的信息與中央信息系統(tǒng)相互作用，分擔(dān)其計(jì)算壓力，使信息能夠提供給任何時間、任何地點(diǎn)需要它的任何用戶，使得計(jì)算機(jī)或其他信息設(shè)備在無線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸及資源共享。- 淺析移動計(jì)算、移動GIS與移動數(shù)據(jù)庫, 地理空間信息, 2006, 成建國, 任福, 武雪玲 利用移動終端通過無線和固定網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器交換數(shù)據(jù)的分布計(jì)算環(huán)境稱其為移動計(jì)算。 移

5、動計(jì)算是指使人們能夠在任何時間和任何地方進(jìn)行工作的技術(shù)和設(shè)備移動計(jì)算的關(guān)鍵是確保人們不論在任何地方、任何時間都可以工作，能夠?yàn)樗麄兲峁┮粋€無處不在的移動計(jì)算環(huán)境。 移動計(jì)算指“網(wǎng)絡(luò)中在一個節(jié)點(diǎn)開始的計(jì)算可移動到其它節(jié)點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行”的方法。什么是移動計(jì)算？ 移動計(jì)算狹義的定義可認(rèn)為是：使用便攜終端在流動中進(jìn)行信息處理。這里所說的便攜終端通常指體積小、重量輕、集成度高的便攜機(jī)、手持電話、手持AV、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜游戲機(jī)等。 什么是移動計(jì)算？ 問題 對于“移動計(jì)算” 并沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)的定義 存在兩種意義上的移動代碼的移動設(shè)備的移動 共同點(diǎn)在移動環(huán)境訪問數(shù)據(jù)或者進(jìn)行信息處理用戶能夠“在任何時間

6、和任何地點(diǎn)” 進(jìn)行信息訪問或/和處理什么是移動計(jì)算？SQL Server 2005Windows XPSocket 通訊Symbian/S60什么是移動計(jì)算？ 我們的定義 所謂移動計(jì)算,是指移動終端通過無線通信與其他移動終端或者固定計(jì)算設(shè)備進(jìn)行有目的的信息交互. 移動計(jì)算的三個要素 移動終端 無線通信 信息交互什么是移動計(jì)算？什么是移動計(jì)算？ 移動終端的多樣性 龐大: 輪船、飛機(jī)、汽車、坦克等 微?。菏直怼⑹謾C(jī)等 明顯的：手機(jī)、筆記本電腦 不明顯的：嵌入式傳感器 什么是移動計(jì)算? 電 磁 波 通 信聲波通信 無線接入網(wǎng)絡(luò) 紅外線通信 射頻無線電通信 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 水聲通信網(wǎng)絡(luò) 紅外線通信網(wǎng)絡(luò)

7、 Bluetooth UMB Zigbee IEEE802.11x HomeRF HiperLAN 蜂 窩 網(wǎng) 絡(luò) 非 蜂 窩 網(wǎng) 絡(luò) GSM/GPRS/UMTS CDMA1X/CDMA2000 TD-SCDMA Wimax Mesh個域網(wǎng) 信息交互 移動計(jì)算總是針對特定的應(yīng)用 利用移動通信所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸是為特定的應(yīng) 用服務(wù) 什么是移動計(jì)算? 再談“移動計(jì)算” 移動計(jì)算是構(gòu)建在一個系統(tǒng)之上的 移動終端往往只是這個系統(tǒng)的表象 基于無線通信的信息交互是移動計(jì)算的關(guān)鍵 更重要的是 不去關(guān)心到底什么是“移動計(jì)算”， 而是致力于 研究和利用與移動相關(guān)的技術(shù)。什么是移動計(jì)算?移動計(jì)算的歷史發(fā)展 計(jì)算模型

8、的四個階段 集中計(jì)算 （Centralized computing） 分布式計(jì)算 （Distributed computing） 移動計(jì)算 （Mobile computing） 普適計(jì)算 （Ubiquitous/Pervasive Computing）移動計(jì)算的歷史發(fā)展前臺客戶端移動計(jì)算的歷史發(fā)展 集中計(jì)算 始于上個世紀(jì)6070年代 主機(jī)/終端模式 集中存儲、集中計(jì)算 移動計(jì)算的歷史發(fā)展 分布式計(jì)算 始于上個世紀(jì)8090年代 主機(jī)性能提高緩慢、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的推動 Web, C/S, P2P, Grid 分布式計(jì)算無處不在 移動計(jì)算的歷史發(fā)展遠(yuǎn)程通信 分層協(xié)議的設(shè) 計(jì) 遠(yuǎn)程過程調(diào)用 端到端參數(shù)配

9、置面臨的問題容錯與高可用性 分布式及嵌套事務(wù) 兩階段提交 樂觀和悲觀副本控 制 執(zhí)行鏡像 樂觀恢復(fù) 負(fù)載均衡管理問題 管理策略 狀態(tài)監(jiān)控安全問題 基于密碼學(xué)的雙向認(rèn)證 隱私保護(hù)遠(yuǎn)程信息訪問 緩存 函數(shù)移交 分布式文件系統(tǒng) 分布式數(shù)據(jù)庫移動計(jì)算的歷史發(fā)展 移動計(jì)算 始于上世紀(jì)90年代 受到無線通信技術(shù)的推動 辦公、娛樂、軍事移動網(wǎng)絡(luò) 移動IP 無線組網(wǎng) Ad hoc協(xié)議 無線TCP性能 優(yōu)化面臨的問題移動計(jì)算的歷史發(fā)展移動信息訪問 斷接操作 對帶寬適應(yīng)的 無線訪問 數(shù)據(jù)一致性的 選擇性控制適應(yīng)性應(yīng)用 轉(zhuǎn)碼 代理技術(shù) 適應(yīng)性資源管 理移動計(jì)算的歷史發(fā)展 普適計(jì)算 始于上世紀(jì)末，興于本世紀(jì)初 追求的

10、是一種“消失的技術(shù)” 依賴于智能技術(shù)的發(fā)展 智能空間“移動計(jì)算”概念回顧 三個要素 系統(tǒng)的觀點(diǎn) 移動計(jì)算是一個系統(tǒng)的功能 移動終端無線通信有目的的信息交互移動計(jì)算“移動計(jì)算”概念回顧 發(fā)展的觀點(diǎn) 集中式計(jì)算分布式計(jì)算移動計(jì)算應(yīng) 用 前 景移 動 辦 公移動電子商務(wù)移 動 教 育移動休閑與娛樂軍 事 應(yīng) 用其 他 應(yīng) 用應(yīng) 用 前 景 移動辦公 交警查詢違章車輛記錄并進(jìn)行處罰 巡警核對網(wǎng)上追逃信息 公司老板隨時批閱文件 警力定位與合理調(diào)度應(yīng) 用 前 景 移動電子商務(wù) 手機(jī)支付 手機(jī)測量 手機(jī)門票應(yīng) 用 前 景 移動教育 移動學(xué)習(xí) 移動課堂 移動(匿名) 提問應(yīng) 用 前 景 移動休閑與娛樂 移動手

11、機(jī)電視 移動圖書館 移動在線游戲 應(yīng) 用 前 景 軍事應(yīng)用 數(shù)字士兵 移動戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò) 協(xié)同攻擊系統(tǒng) 應(yīng) 用 前 景 其他應(yīng)用 搶險(xiǎn)救災(zāi) 野外探險(xiǎn) 位置查詢 移動計(jì)算系統(tǒng)模型 移動終端 無線通信 基站、交換機(jī)、接入點(diǎn)、光纜 后臺服務(wù)系統(tǒng) 應(yīng)用服務(wù)器 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 移動計(jì)算系統(tǒng)模型移動計(jì)算系統(tǒng)模型問題與挑戰(zhàn) 移動計(jì)算問題與挑戰(zhàn)的來源 無線通信 移動性 便攜性 頻 繁 斷 接 斷接是指無線通信 鏈路的中斷 出現(xiàn)原因多種多樣 信號干擾 信號覆蓋 信號屏蔽無線通信引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)頻繁斷接帶來的問題解決頻繁斷接的問題 服務(wù)中斷 想象一下你在銀行取 款時“網(wǎng)絡(luò)中斷” 的 情景 性能下降 TCP協(xié)議的窗口調(diào) 整

12、 追求斷接的透明性 技術(shù)手段包括緩 沖、協(xié)議改造 無線通信引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)低 帶 寬 相對于有線通信而言 802.11: 54Mbps GPRS:171.2Kbps LAN: 100M1000M低帶寬帶來的問題解決低帶寬的問題 服務(wù)類型的限制 (Streaming) 通信協(xié)議的限制 提高帶寬的利用率 使用壓縮、請求合 并、數(shù)據(jù)預(yù)取、緩 存回寫等技術(shù)手段 更高層次上的方法 是改善通信調(diào)度算 法 無線通信引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)帶寬波動 帶寬不穩(wěn)定（可能相 差幾個數(shù)量級） 跟無線信號易受到干 擾或者信號強(qiáng)弱變化 有關(guān) 誤碼率的變化直接導(dǎo) 致了帶寬的波動帶寬波動帶來的問題解決帶寬波動的問題 服務(wù)質(zhì)量(QoS

13、)無 法保證 限制了服務(wù)類型 （如VoIP、移動電 視） 降低帶寬波動對應(yīng) 用的影響 使用自適應(yīng)QoS等 技術(shù)手段 無線通信引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) GSM/CDMA, WiFi, IrDA, Bluetooth LAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶來的問題解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的問題 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的選擇 網(wǎng)絡(luò)切換 網(wǎng)絡(luò)連接的中斷 屏蔽網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性 軟件技術(shù) 移動計(jì) 算中間件& 硬 件技術(shù) 基礎(chǔ)設(shè)施解決 & 端 系統(tǒng)解決 開放介質(zhì) 信號易于 截獲、竊聽安 全威 脅 使用調(diào)頻、加 密技術(shù) 通信專家的職 責(zé)解 決方 法無線通信引發(fā)的問題與挑戰(zhàn) 移動性引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)地址遷移 不同網(wǎng)絡(luò)IP地址切換 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不同地址類 型切換地址遷移

14、帶來的問題解決地址遷移問題 連接中斷 移動IP 移動性引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)位置依賴 網(wǎng)絡(luò)中一些信息是與 之相關(guān)的，如路由 器地址、所在地區(qū)等位置依賴帶來的問題解決位置依賴問題 位置依賴信任的 配置問題 手動配置 impossible 動態(tài)配置 “位置相關(guān)”服務(wù) 移動性引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)移動透明與隱私保護(hù) 移動性應(yīng)該對用戶透 明 這需要軟件系統(tǒng)對用 戶的位置等情況完全 掌握 而這些信息涉及到個 人隱私帶來的問題問題解決 兩種要求的相互制 約 魚與熊掌不可兼得 利與權(quán)的平衡 應(yīng)用相關(guān) 合理的策略 法律的規(guī)定 移動透明與隱私保護(hù)移動透明與隱私保護(hù)便攜式引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)電池供電 重量 vs. 電量電池供電帶來的問題解決電池供電的問題 不能持續(xù)工作 可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失 軟硬件節(jié)能設(shè)計(jì) 改進(jìn)電池 無線充電 用戶接口受限 屏幕小( 如Nokia 60系列 ) 輸入方式受限( 數(shù)字 鍵盤、手寫筆、觸摸 屏)用戶接口受限帶來的問題解決用戶接口受限問題 展示度不夠 交互不方便 合理的程序設(shè)計(jì) 更高級的人機(jī)交互 方式 更高級的顯示方式 便攜式引發(fā)的問題與挑戰(zhàn)計(jì)算