无线网络与移动计算概念课件

无线网络与移动计算无线网络与移动计算WirelessNetworksandMobileComputing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无线网络与移动计算周继鹏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：SigCom，Infocom,Globecom、MobiCom、Mobihoc，Mobisys,VLDB、SiGMOD、MobiQuitous、MDM等等移动计算有关杂志、会议以及网站杂志：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一、引言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2.移动应用急剧增加背景：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Adhoc网络结构，融感知、追踪、通信、指挥等于一体的战术互联网。移动计算的应用需求移动计算的军事需求移动计算vs.无线网络n n虽然无线网络和移动式计算功能通常联虽然无线网络和移动式计算功能通常联系在一起，但二者并不完全一样。系在一起，但二者并不完全一样。n n某些无线网的计算机不是便携式的。某些无线网的计算机不是便携式的。（军方或老式建筑物不便于布线的计算（军方或老式建筑物不便于布线的计算机）机）n n也有真正的移动式无线应用。（移动办也有真正的移动式无线应用。（移动办公室）公室）移动计算vs.无线网络虽然无线网络和移动式计算功能通常联便携式计算设备便携式计算设备便携式计算设备WirelessNetworksWirelessNetworks有线网络与无线网络的区别n n在成本和施工难度方面：在成本和施工难度方面：在成本和施工难度方面：在成本和施工难度方面：有线通信的开通需要有线通信的开通需要有线通信的开通需要有线通信的开通需要架设电缆，施工成本高。有些地方由于地势或架设电缆，施工成本高。有些地方由于地势或架设电缆，施工成本高。有些地方由于地势或架设电缆，施工成本高。有些地方由于地势或距离的影响不能铺设。无线相当容易。距离的影响不能铺设。无线相当容易。距离的影响不能铺设。无线相当容易。距离的影响不能铺设。无线相当容易。n n在可扩展性方面在可扩展性方面在可扩展性方面在可扩展性方面：有线通信的质量会随着线路：有线通信的质量会随着线路：有线通信的质量会随着线路：有线通信的质量会随着线路的扩展急剧下降。而无线的扩频方式在可靠性、的扩展急剧下降。而无线的扩频方式在可靠性、的扩展急剧下降。而无线的扩频方式在可靠性、的扩展急剧下降。而无线的扩频方式在可靠性、可用性方面超出有线通信。可用性方面超出有线通信。可用性方面超出有线通信。可用性方面超出有线通信。n n在传输带宽方面在传输带宽方面在传输带宽方面在传输带宽方面：无线网络目前不无有线网络。：无线网络目前不无有线网络。：无线网络目前不无有线网络。：无线网络目前不无有线网络。但无线网络频谱没有完全应用。但无线网络频谱没有完全应用。但无线网络频谱没有完全应用。但无线网络频谱没有完全应用。n n在传输距离方面：在传输距离方面：在传输距离方面：在传输距离方面：有线网络与无线网络都有衰有线网络与无线网络都有衰有线网络与无线网络都有衰有线网络与无线网络都有衰减，但无线网络受天气等因素影响，衰减变化减，但无线网络受天气等因素影响，衰减变化减，但无线网络受天气等因素影响，衰减变化减，但无线网络受天气等因素影响，衰减变化较大、较大、较大、较大、有线网络与无线网络的区别在成本和施工难度方面：有线通信的开通有线网络与无线网络的区别n n在抗干扰能力方面：在抗干扰能力方面：有线网络是通过加有线网络是通过加屏蔽层技术抗干扰，抗干扰能力较强；屏蔽层技术抗干扰，抗干扰能力较强；无线网络没有屏蔽能力，只能通过调节无线网络没有屏蔽能力，只能通过调节自身无线信号发射强度、频率、跳频等自身无线信号发射强度、频率、跳频等技术抗增加抗干扰能力，具有不稳定性，技术抗增加抗干扰能力，具有不稳定性，有许多技术带研究。有许多技术带研究。n n在安全性方面：在安全性方面：无线网络的信号没有边无线网络的信号没有边界，容易截获，安全的成本比有线网络界，容易截获，安全的成本比有线网络高。高。有线网络与无线网络的区别在抗干扰能力方面：有线网络是通过加屏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移动计算的应用需求3.移动计算的国防需求Bps(比特比特/秒秒)GPRS3G4G2G3.5GBpsGPRS3G4G2G3.5G无线网络与移动计算概念课件ad hocUMTS,WLAN,GSM,cdma2000,DAB,.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adhocUMTS,WLAN,PersonalTrav物联网pp物联网概念物联网概念物联网概念物联网概念:把所有物品通过把所有物品通过把所有物品通过把所有物品通过射频识别（射频识别（射频识别（射频识别（RFIDRFIDRFIDRFID）、红外感应红外感应红外感应红外感应器器器器、全球定位系统全球定位系统全球定位系统全球定位系统、激光扫描器激光扫描器激光扫描器激光扫描器等信息传感设备与等信息传感设备与等信息传感设备与等信息传感设备与互联网和互联网和互联网和互联网和移动通信网络移动通信网络移动通信网络移动通信网络连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。识别、定位、跟踪、监控和管理。识别、定位、跟踪、监控和管理。识别、定位、跟踪、监控和管理。pp物联网应用：物联网应用：物联网应用：物联网应用：数字家庭数字家庭数字家庭数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换互连方式进行通信及数据交换互连方式进行通信及数据交换互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产实现家庭网络中各类电子产实现家庭网络中各类电子产实现家庭网络中各类电子产品之间的品之间的品之间的品之间的“互联互通互联互通互联互通互联互通”的的的的一种服务。一种服务。一种服务。一种服务。数字家庭的四大功能：数字家庭的四大功能：数字家庭的四大功能：数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。信息、通信、娱乐和生活。信息、通信、娱乐和生活。信息、通信、娱乐和生活。个人保健个人保健个人保健个人保健:人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。平安城市建设：平安城市建设：平安城市建设：平安城市建设：利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与现图像敏感性智能分析并与现图像敏感性智能分析并与现图像敏感性智能分析并与110110110110、119119119119、112112112112等交互，实现探等交互，实现探等交互，实现探等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。而构建和谐安全的城市生活环境。而构建和谐安全的城市生活环境。而构建和谐安全的城市生活环境。物联网物联网概念:把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感 移动计算商业应用举例：移动计算商业应用举例：n n越来越多的手机都会支持无线网，商场只要在适当地点越来越多的手机都会支持无线网，商场只要在适当地点安装安装APAP，顾客进入商场网络覆盖区域后用手持无线设备，顾客进入商场网络覆盖区域后用手持无线设备便可自动连通商场网页浏览商场信息，超市更可在购物便可自动连通商场网页浏览商场信息，超市更可在购物车上安装车上安装PSA(PSA(个人购物助理个人购物助理)方便顾客购物。方便顾客购物。WAP GatewayMerchant1WAP/Agent ServerMerchant nInternetProviderNetworkWAP TerminalSQLSQLSQL-WML pages-list of merchantsProductsProducts移动计算商业应用举例：WAPGatewayMercha 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,via a computer,without having to be connected to a fixed physical link.WWW：World-WideWebWebWithoutWires?!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？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 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 Computing)移动计算的移动计算的Buzzwords无线计算(WirelessComputing)移动Connectivityconnectedsemi-connected(asymmetric)weaklyconnecteddisconnectedMobileDeviceCapabilityformfactor(电子产品规格)WindowsbasedGUImultimediareal-timemultimediaMobilitystationarynomadic(pedestrianspeed)mobile(vehicularspeed)roaming(mobileacrossnetworks)移动计算的三维认识移动计算的三维认识ConnectivityMobileDeviceCapa什么是移动（mobility）?n nCurrentresearchfocusesonthreeaspectsofdeployingservicesinamobilecomputingenvironment:1、usermobility（personalmobility)2、terminalmobility3、mobileaccesstoresources.什么是移动（mobility）?Currentresearn n用户移动性用户移动性用户移动性用户移动性：一个用户在包括固定网络和移动网络：一个用户在包括固定网络和移动网络：一个用户在包括固定网络和移动网络：一个用户在包括固定网络和移动网络在内的整个网络系统中，移动到任何地理位置，用在内的整个网络系统中，移动到任何地理位置，用在内的整个网络系统中，移动到任何地理位置，用在内的整个网络系统中，移动到任何地理位置，用唯一唯一唯一唯一IDIDIDID号，使用任何终端接入网络号，使用任何终端接入网络号，使用任何终端接入网络号，使用任何终端接入网络,并得到网络业并得到网络业并得到网络业并得到网络业务服务的能力，该能力包括对其所使用终端的定位务服务的能力，该能力包括对其所使用终端的定位务服务的能力，该能力包括对其所使用终端的定位务服务的能力，该能力包括对其所使用终端的定位及相关路由、计费等。及相关路由、计费等。及相关路由、计费等。及相关路由、计费等。n n终端移动性是终端移动性是终端移动性是终端移动性是指一个终端从不同位置或从移动接入指一个终端从不同位置或从移动接入指一个终端从不同位置或从移动接入指一个终端从不同位置或从移动接入网络识别并定位该终端的能力。如手提电脑访问无网络识别并定位该终端的能力。如手提电脑访问无网络识别并定位该终端的能力。如手提电脑访问无网络识别并定位该终端的能力。如手提电脑访问无线局域网，移动电话通通讯。线局域网，移动电话通通讯。线局域网，移动电话通通讯。线局域网，移动电话通通讯。n n移动访问资源移动访问资源移动访问资源移动访问资源：移动设备能够发现和存取需要的资：移动设备能够发现和存取需要的资：移动设备能够发现和存取需要的资：移动设备能够发现和存取需要的资源。包括服务的发现和管理。如手机上网。源。包括服务的发现和管理。如手机上网。源。包括服务的发现和管理。如手机上网。源。包括服务的发现和管理。如手机上网。用户移动性：一个用户在包括固定网络和移动网络在内的整个网络系n n车载网络车载网络车载网络车载网络移动访问资源InternetVehiclarClusterRoadsidetoVehicularCommunicationsVehiculartoVehicularCommunicationsRoadsidetoVehicularCommunicationsRoadsidetoVehicularCommunicationsBaseStation车载网络移动访问资源InternetVehiclarCluHowdoesitaffectthefollowing?Howdoesitaffectthefollowing?n nHardwareHardware LighterLighter MorerobustMorerobust LowerpowerLowerpowern nWirelesscommunicationWirelesscommunication DisconnectionDisconnection LowbandwidthLowbandwidth HighbandwidthvariabilityHighbandwidthvariability HeterogeneousHeterogeneous CanttuneforstationaryaccessCanttuneforstationaryaccessn nNetworkprotocolsNetworkprotocols NamechangesNamechanges DelaychangesDelaychanges ErrorratechangesErrorratechanges移动意味着变化Howdoesitaffectthefollowin nFidelityFidelity HighfidelitymaynotbepossibleHighfidelitymaynotbepossiblen nDataconsistencyDataconsistency StrongconsistencynolongerpossibleStrongconsistencynolongerpossiblen nLocation/transparencyawarenessLocation/transparencyawareness TransparencynotalwaysdesirableTransparencynotalwaysdesirablen nNames/addressesNames/addresses NamesofendpointsmaychangeNamesofendpointsmaychangen nSecuritySecurity Lighter-weightalgorithmsLighter-weightalgorithms EndpointauthenticationharderEndpointauthenticationharder DevicesmorevulnerableDevicesmorevulnerable移动意味着变化Fidelity移动意味着变化n nPerformancePerformance Network,CPUallconstrainedNetwork,CPUallconstrained DelayanddelayvariabilityDelayanddelayvariabilityn nOperatingsystemsOperatingsystems Newresourcestotrackandmanage:energyNewresourcestotrackandmanage:energyn nApplicationsApplications NamechangesNamechanges ChangesinconnectivityChangesinconnectivity ChangesinqualityofresourcesChangesinqualityofresourcesn nPeoplePeople Introducesnewcomplexities,failures,devicesIntroducesnewcomplexities,failures,devices移动意味着变化Performance 移动意味着变化移动带来的问题Generally,mobilitystressesallresourcesfurther:Generally,mobilitystressesallresourcesfurther:n nCPUCPUn nPowerPowern nBandwidthBandwidthn nDelaytoleranceDelaytolerancen nRadiospectrumRadiospectrumn nHumanattentionHumanattentionn nPhysicalsizePhysicalsizen nConstraintsonperipheralsandGUIs(modalityofConstraintsonperipheralsandGUIs(modalityofinteraction)interaction)n nLocationsfordeviceplacementLocationsfordeviceplacement移动带来的问题Generally,mobilitystr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-2000144Kbps到到EDGE300Kbps，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安全性安全性移动计算的基本特点有限的带宽蜂窝通信系统波特率9.6Kbpp与位置相关与位置相关应用程序可能与位置相关，移动导致位置的不应用程序可能与位置相关，移动导致位置的不断变换。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，一般通过蓄电池供电，但容量非常有限，一般只能维持只能维持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，而是主动续联网的工作方式，而是主动/被动地间歇性入网、断接和被动地间歇性入网、断接和重接，甚至越区切换。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，移动设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。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络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。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与位置相关应用程序可能与位置相关，移动导致位置的不断变换。移动通信与计算环境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）移动计算系统移动计算系统特征：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。移动计算环境移动计算环境组成移动计算环境的基本特征移动通信基本概念无线通信无线通信:通过电磁波传输数据通过电磁波传输数据。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。移动通信基本概念无线通信:通过电磁波传输数据。无线电波是一种无线通信无线通信:通过电磁波传输数据通过电磁波传输数据无线通信:通过电磁波传输数据无线通信的概念和基本原理pp无无无无线线线线通通通通信信信信是是是是利利利利用用用用电电电电磁磁磁磁波波波波信信信信号号号号在在在在自自自自由由由由空空空空间间间间中中中中的的的的传传传传播播播播特特特特性性性性进进进进行信息交换的一种通信方式。行信息交换的一种通信方式。行信息交换的一种通信方式。行信息交换的一种通信方式。pp 在在在在移移移移动动动动中中中中实实实实现现现现的的的的无无无无线线线线通通通通信信信信又又又又称称称称为为为为移移移移动动动动通通通通信信信信，通通通通常常常常把把把把二二二二者者者者合称为无线移动通信。合称为无线移动通信。合称为无线移动通信。合称为无线移动通信。pp无线通信系统组成无线通信系统组成无线通信系统组成无线通信系统组成:发送设备、接收设备和无线信道发送设备、接收设备和无线信道发送设备、接收设备和无线信道发送设备、接收设备和无线信道.pp无无无无线线线线信信信信道道道道是是是是无无无无线线线线通通通通信信信信的的的的传传传传输输输输媒媒媒媒介介介介，信信信信道道道道性性性性能能能能的的的的好好好好坏坏坏坏直直直直接接接接决定着通信的质量。决定着通信的质量。决定着通信的质量。决定着通信的质量。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无线通信的概念和基本原理无线通信是利用电磁波信号在自由空间中通信复用技术 频分多址（频份多路复用）频分多址（频份多路复用）频分多址（频份多路复用）频分多址（频份多路复用）频分多址（频分多址（频分多址（频分多址（FDMA,FrequencyDivisionFDMA,FrequencyDivisionMultipleAccessMultipleAccess）是使用较早也是使用较多的是使用较早也是使用较多的是使用较早也是使用较多的是使用较早也是使用较多的一种多址接入方式，被广泛应用于卫星通信、一种多址接入方式，被广泛应用于卫星通信、一种多址接入方式，被广泛应用于卫星通信、一种多址接入方式，被广泛应用于卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统中。移动通信、一点多址微波通信系统中。移动通信、一点多址微波通信系统中。移动通信、一点多址微波通信系统中。FDMAFDMA的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不重叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个重叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个重叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个重叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个独立的子频带中；独立的子频带中；独立的子频带中；独立的子频带中；各用户采用滤波器，分别按各用户采用滤波器，分别按各用户采用滤波器，分别按各用户采用滤波器，分别按分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通信。信。信。信。通信复用技术频分多址（频份多路复用）通信复用技术 频分多址频分多址频分多址频分多址CH2CH1CH3CH1CH2CH3MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器通信复用技术频分多址CH2CH1CH3CH1CH2CH3通信复用技术时分多址（分多址（时分多路复用分多路复用）时分多址（时分多址（TDMA,Time Division TDMA,Time Division Multiple AccessMultiple Access）是在给定频带的最高是在给定频带的最高数据传输速率的条件下，把传递时间划数据传输速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙，各用户按照分配的分为若干时间间隙，各用户按照分配的时隙，以突发脉冲序列方式接受和发送时隙，以突发脉冲序列方式接受和发送信号。信号。通信复用技术时分多址（时分多路复用）通信复用技术时时分多址分多址分多址分多址 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t通信复用技术时分多址A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信通信复用技术波分复用（波分多路复用）波分复用（波分多路复用）波分复用（波分多路复用）波分复用（波分多路复用）整整整整个个个个波波波波长长长长频频频频带带带带被被被被划划划划分分分分为为为为若若若若干干干干个个个个波波波波长长长长范范范范围围围围，每每每每路路路路信信信信号号号号占占占占用一个波长范围来进行传输。用一个波长范围来进行传输。用一个波长范围来进行传输。用一个波长范围来进行传输。F2F1F3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 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅通信复用技术波分复用（波分多路复用）F2F1F3光谱F1F2主要通信技术码分多址（码分多路复用）码分多址（码分多路复用）码分多址（码分多址（CDMA,CodeDivisionMultipleCDMA,CodeDivisionMultipleAccessAccess）也称扩频多址（也称扩频多址（SSMA,SpreadSSMA,SpreadSpectrumMultipleAccessSpectrumMultipleAccess）。将原信号的频带）。将原信号的频带扩宽，再经调制发送出去；接收端接收到经扩扩宽，再经调制发送出去；接收端接收到经扩频的宽带信号后，作相关处理，再将其解扩为频的宽带信号后，作相关处理，再将其解扩为原始数据信号。原始数据信号。每个用户把发送信号用接收方的地址码序列进行编码每个用户把发送信号用接收方的地址码序列进行编码主要通信技术码分多址（码分多路复用）多路复用技术FDMAFDMA、TDMATDMA和和CDMACDMA对对比比 CDMACDMA与与TDMATDMA和和FDMAFDMA的区别的区别，就好像一个国，就好像一个国际会议上，际会议上，TDMATDMA是任何时间只有一个人讲话，是任何时间只有一个人讲话，其他人轮流发言；其他人轮流发言；FDMAFDMA则是把与会的人员分则是把与会的人员分成几个小组，分别进行讨论；而成几个小组，分别进行讨论；而CDMACDMA就像大就像大家在一起，每个人使用自己国家的语言进行家在一起，每个人使用自己国家的语言进行讨论讨论 多路复用技术FDMA、TDMA和CDMA对比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。Nokia9110Nokia3GvisionSierraPCMCIACDPDModemThenewEricssonR380phone,whichfeatureswirelessdatafunctions移动计算的硬件环境Nokia9110NokiaSierra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移动通信系统掌上电脑、智能手机进入发展新阶段n n芯片种类更多，速度更快。芯片种类更多，速度更快。CPUCPU是是INTELINTEL、TITI、MotorolaMotorola三足鼎立。主频三足鼎立。主频533533100MHZ100MHZ。基于。基于StrongARMStrongARM架构的芯片为中低端产品采架构的芯片为中低端产品采用，将陆续退出市场，基于用，将陆续退出市场，基于XscaleXscale机构的机构的PXA250PXA250PXA255,PXA260PXA255,PXA260系列将逐渐成为主流。产品如系列将逐渐成为主流。产品如DellDellAximX5AximX5、iPAQ3970iPAQ3970，联想，联想XP618XP618、SONYNX73VSONYNX73V、NX80VNX80V。SONY03SONY03年年9 9月推出自己月推出自己CPUCPU（SONYHandheldSONYHandheldEngineEngine）的）的ClieUX40ClieUX40和和UX50UX50。n n屏幕配置更高。屏幕配置更高。屏幕已完成从屏幕已完成从40964096色到色到6553665536色（色（TFTLCDTFTLCD）分辨率：分辨率：240320240320或或320320320320。掌上电脑、智能手机进入发展新阶段n n操作系统更强、应用软件更全面。操作系统更强、应用软件更全面。预装微软预装微软POCKETPC2003POCKETPC2003操作系统，采用新的系统内核操作系统，采用新的系统内核（新的（新的GUIGUI界面、工具软件、帮助软件和应用软件等），界面、工具软件、帮助软件和应用软件等），较较PPC2002PPC2002在在Wi-FiWi-Fi和多媒体功能上有加强。和多媒体功能上有加强。PalmPalm与与ClieClieUX40UX40等采用等采用Palm5.0Palm5.0操作系统。在操作系统。在智能手机智能手机方面，除常见方面，除常见的掌上电脑操作系统之外，还有诺基亚的的掌上电脑操作系统之外，还有诺基亚的SymbianSymbian（塞班）（塞班）、微软、微软SmartphoneSmartphone和和GoogleGoogle的的AndroidAndroid等操作系统，它们将等操作系统，它们将手机功能、无线互连功能和娱乐功能有机结合起来。手机功能、无线互连功能和娱乐功能有机结合起来。外设外设接口更全。接口更全。目前采用较多的是目前采用较多的是MMS/SDMMS/SD或者或者CFCF接口。接口。SONYSONY系列掌上系列掌上电脑则采用了电脑则采用了MemoryStickMemoryStick。有的机型如有的机型如ASUSA620ASUSA620则采则采用了用了SD/CFSD/CF双接口。新的接口也层出不穷，如存储卡、双接口。新的接口也层出不穷，如存储卡、USBUSB、IEEE1394a/bIEEE1394a/b、键盘、键盘、GPRSGPRS、GPSGPS等。等。操作系统更强、应用软件更全面。2.Modem/无线网卡或其他数字网络接口设备交换网络Modem，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2.Modem/无线网卡或其他数字网络接口设备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或者广域网中的私用线路完成。4.通信服务器和无线交换机（网关）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：在在笔笔记记本本计计算算机机燃燃料料电电池池开开发发方方面面，日日本本和和德德国国厂厂商商领领先先。2003年年3约约东东芝芝公公司司醇醇燃燃料料电电池池，平平均均输输出出功功率率为为12瓦瓦，最最大大输输出出功功率率可可达达20瓦瓦，可可以以连连续续工工作作5个个小小时时以以上上，计计划划于于2004年年投投产产。NEC公公司司2003年年6月月也也推推出出醇醇燃燃料料电电池池，平平均均功功率率为为14瓦瓦，最最大大达达34瓦瓦，可可驱驱动动平平均均耗耗电电量量为为12瓦瓦的的笔笔记记本本连连续续工工作作5小小时时，即即将将推推出出可可连连续续工工作作40小小时时的的醇醇燃燃料料电电池池。德德国国Masterflex与与SmartfuelCell公公司司也也计计划划于于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。移动计算设备的电池问题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/或数据服务器软件移动计算软件（1）移动客户软件操作系统、网络软件和各种移动终端驱动程序(如:WinCE,PalmOS,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操作系统、网络软件和各种移动终端驱动程序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远程用户的连接确认移动通信服务器/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，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基于局域网的数据库服务，如Windows、应用和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（WirelessCyberspaceSecurity)移动计算的前沿课题无线通信网络移动计算模型移动计算模型n nThefollowingmodelsofcomputingintheThefollowingmodelsofcomputinginthemobileenvironmentarecurrentlybeingmobileenvironmentarecurrentlybeingresearchedandinvestigated:researchedandinvestigated:Client/ServerModelClient/ServerModelClient/Proxy(Agent)/ServerModelClient/Proxy(Agent)/ServerModelClient/Intercept/ServerModelClient/Intercept/ServerModelMobileAgentModelMobileAgentModelPeer-to-PeerModelPeer-to-PeerModel移动计算模型Thefollowingmodelsof 传统分布式传统分布式Client/Server 模型模型n nThreemajorproblemsofClient/ServerModelThreemajorproblemsofClient/ServerModel：ControlofindividualresourcesiscentralizedinaControlofindividualresourcesiscentralizedinaserverserverEachsingleserverisapotentialbottleneckEachsingleserverisapotentialbottleneckToimprovetheperformance,multipleToimprovetheperformance,multipleimplementationofsimilarfunctionsmustbeneededimplementationofsimilarfunctionsmustbeneededresourcesserverClientprocess1Clientprocess2Clientprocess3Servicerequest传统分布式Client/Server 移动环境移动环境 Client/Server Modeln n经典经典Client/ServerModelsClient/ServerModels必须扩充以支持断接必须扩充以支持断接操作，适应移动网络的弱连接性。操作，适应移动网络的弱连接性。服务器（功能）在固定网络多处复制以备不时之需；服务器（功能）在固定网络多处复制以备不时之需；服务器（功能）在固定网络多处复制以备不时之需；服务器（功能）在固定网络多处复制以备不时之需；断接时，移动节点机可能需要模拟服务器的功能；断接时，移动节点机可能需要模拟服务器的功能；断接时，移动节点机可能需要模拟服务器的功能；断接时，移动节点机可能需要模拟服务器的功能；ClientClient与与与与ServerServer的信息交换：的信息交换：的信息交换：的信息交换：远程过程调用（远程过程调用（远程过程调用（远程过程调用（RPCRPC）含异步）含异步）含异步）含异步RPCRPC 其他优化（过滤、压缩等）技术其他优化（过滤、压缩等）技术其他优化（过滤、压缩等）技术其他优化（过滤、压缩等）技术 对于轻载应用或对于轻载应用或对于轻载应用或对于轻载应用或ClientClient不可靠情形，可转移部分功能不可靠情形，可转移部分功能不可靠情形，可转移部分功能不可靠情形，可转移部分功能到固定网络。到固定网络。到固定网络。到固定网络。移动环境Client/ServerMClient/Agent/Server Modeln n该模型为三层模型，将移动客户机部分功能转至固定网络该模型为三层模型，将移动客户机部分功能转至固定网络该模型为三层模型，将移动客户机部分功能转至固定网络该模型为三层模型，将移动客户机部分功能转至固定网络的代理的代理的代理的代理Agent(Agent(Agent(Agent(亦称亦称亦称亦称Proxy)Proxy)Proxy)Proxy)。代理将移动终端与网络服务。代理将移动终端与网络服务。代理将移动终端与网络服务。代理将移动终端与网络服务器的相互作用一分为二。客户机提出要求之后，可进入睡器的相互作用一分为二。客户机提出要求之后，可进入睡器的相互作用一分为二。客户机提出要求之后，可进入睡器的相互作用一分为二。客户机提出要求之后，可进入睡眠状态，甚至断接状态。眠状态，甚至断接状态。眠状态，甚至断接状态。眠状态，甚至断接状态。AgentAgentAgentAgent的基本功能的基本功能的基本功能的基本功能是消息的管理，是消息的管理，是消息的管理，是消息的管理，在此基础上增加与应用相关的功能在此基础上增加与应用相关的功能在此基础上增加与应用相关的功能在此基础上增加与应用相关的功能 ，例如，例如，例如，例如，压缩、调整压缩、调整压缩、调整压缩、调整发送次序、打包等。发送次序、打包等。发送次序、打包等。发送次序、打包等。n n对于轻载移动客户机比较合适；对于轻载移动客户机比较合适；对于轻载移动客户机比较合适；对于轻载移动客户机比较合适；n n代理可作为多个移动终端的全权代表代理可作为多个移动终端的全权代表代理可作为多个移动终端的全权代表代理可作为多个移动终端的全权代表(Surrogate);(Surrogate);(Surrogate);(Surrogate);n n代理既可以作为服务器的全权代表，也可以只具备部分特代理既可以作为服务器的全权代表，也可以只具备部分特代理既可以作为服务器的全权代表，也可以只具备部分特代理既可以作为服务器的全权代表，也可以只具备部分特定功能，这样客户机可以连接到具有连接到具有特定功能定功能，这样客户机可以连接到具有连接到具有特定功能定功能，这样客户机可以连接到具有连接到具有特定功能定功能，这样客户机可以连接到具有连接到具有特定功能的代理，如数据库代理、的代理，如数据库代理、的代理，如数据库代理、的代理，如数据库代理、Web Web Web Web 浏览器代理。浏览器代理。浏览器代理。浏览器代理。Client/Agent/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）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 Client/Agent/Server Model(续续)代理为移动用户服务，当用户激活代理后，由代理完成移n n该模型为该模型为该模型为该模型为双代理模型双代理模型双代理模型双代理模型，即，即，即，即代理成对出现代理成对出现代理成对出现代理成对出现。客户端代理。客户端代理。客户端代理。客户端代理(CSI)(CSI)作为本地服务器代理运行在移动终端；而服务器端代理作作为本地服务器代理运行在移动终端；而服务器端代理作作为本地服务器代理运行在移动终端；而服务器端代理作作为本地服务器代理运行在移动终端；而服务器端代理作为移动终端代理运行在服务器为移动终端代理运行在服务器为移动终端代理运行在服务器为移动终端代理运行在服务器(SSI)(SSI)。n nC/I/SC/I/S模型对于移动客户机和服务器均透明；模型对于移动客户机和服务器均透明；模型对于移动客户机和服务器均透明；模型对于移动客户机和服务器均透明；n n代理主要作为代理主要作为代理主要作为代理主要作为CacheCache起作用，提供了断接处理的灵活性。起作用，提供了断接处理的灵活性。起作用，提供了断接处理的灵活性。起作用，提供了断接处理的灵活性。n n对于重载对于重载对于重载对于重载客户客户客户客户（特别是计算功能强且有（特别是计算功能强且有（特别是计算功能强且有（特别是计算功能强且有CacheCache）比较合适；）比较合适；）比较合适；）比较合适；n n用于克服用于克服用于克服用于克服C/A/SC/A/S模型不足，模型不足，模型不足，模型不足，比较适合于弱连接性场合比较适合于弱连接性场合比较适合于弱连接性场合比较适合于弱连接性场合；n n主要不足：每一类移动网络应用都需要修改主要不足：每一类移动网络应用都需要修改主要不足：每一类移动网络应用都需要修改主要不足：每一类移动网络应用都需要修改客户和服务器。客户和服务器。客户和服务器。客户和服务器。Client/Intercept/Server Model该模型为双代理模型，即代理成对出现。客户端代理(CSI)作为P2P Modeln n客户、服务器并不清晰区分客户、服务器并不清晰区分客户、服务器并不清晰区分客户、服务器并不清晰区分,在环境中地位相同在环境中地位相同在环境中地位相同在环境中地位相同。服务器。服务器。服务器。服务器在移动状态下，亦需要经常性关机以节省能源；在移动状态下，亦需要经常性关机以节省能源；在移动状