移動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)

移動(dòng)計(jì)算根底課程目標(biāo)及內(nèi)容目標(biāo)：了解無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)的特點(diǎn)及面臨的挑戰(zhàn)，掌握其根本原理及協(xié)議體系，通過上機(jī)實(shí)踐加深對(duì)特定技術(shù)的理解。內(nèi)容：無線網(wǎng)絡(luò)〔WMAN、WLAN、WPAN〕移動(dòng)通信協(xié)議〔移動(dòng)IP，無線傳輸控制協(xié)議〕無線網(wǎng)絡(luò)的新進(jìn)展〔adhoc網(wǎng)絡(luò)〕參考書目《移動(dòng)計(jì)算技術(shù)》，徐明、曹建農(nóng)、彭偉著，清華大學(xué)出版社《無線移動(dòng)因特網(wǎng)：體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、及業(yè)務(wù)》，AbbasJamalipour著，羅濤郝建軍等譯，機(jī)械工業(yè)出版社“Introductiontowirelessandmobilesystems〞《無線與移動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)論》，DharmaPrakash,Agrawal,Qing-AnZeng,高教出版社影印版?！稛o線通信與網(wǎng)絡(luò)》，WilliamStallings著，何軍譯，清華大學(xué)出版社第一講緒論提綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡要回憶無線通信的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)移動(dòng)計(jì)算的根本概念移動(dòng)計(jì)算與無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀信息時(shí)代的主體：信息信息處理的主體：計(jì)算機(jī)〔信息經(jīng)處理后升值〕信息傳輸?shù)闹黧w：網(wǎng)絡(luò)〔信息的價(jià)值在于流通，并在流動(dòng)中升值〕通信網(wǎng)絡(luò)形成龐大規(guī)模，為計(jì)算機(jī)應(yīng)用提供了大舞臺(tái)。通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合-〉網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)〔networkarchitecture〕一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集;網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是按層次結(jié)構(gòu)來組織的；網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了精確的定義；體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)是指能夠運(yùn)行的一些硬件和軟件。

OSI參考模型的結(jié)構(gòu)

OSI參考模型各層的功能

物理層的主要功能：利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間建立、管理和釋放物理連接；實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸效勞；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：在物理層提供的效勞根底上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接；傳輸以“幀〞為單位的數(shù)據(jù)包；采用過失控制與流量控制方法，使有過失的物理線路變成無過失的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能：通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?；為?shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)立邏輯鏈路；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連等功能。傳輸層的主要功能：向用戶提供可靠端到端〔end-to-end〕效勞；處理數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題；傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。會(huì)話層的主要功能：負(fù)責(zé)維護(hù)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)-點(diǎn)傳輸不中斷；管理數(shù)據(jù)交換。表示層的主要功能：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；數(shù)據(jù)格式變換；數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。應(yīng)用層的主要功能:為應(yīng)用程序提供了網(wǎng)絡(luò)效勞;應(yīng)用層需要識(shí)別并保證通信對(duì)方的可用性，使得協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間的同步;建立傳輸錯(cuò)誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機(jī)制。表OSI/RM七層協(xié)議模型總結(jié)OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP參考模型與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系

OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較對(duì)OSI參考模型的評(píng)價(jià)層次數(shù)量與內(nèi)容選擇不是很好，會(huì)話層很少用到，表示層幾乎是空的，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層有很多的子層插入；OSI參考模型將“效勞〞與“協(xié)議〞的定義結(jié)合起來，使得參考模型變得格外復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難；尋址、流控與過失控制在每一層里都重復(fù)出現(xiàn)，降低系統(tǒng)效率；數(shù)據(jù)平安性、加密與網(wǎng)絡(luò)管理在參考模型的設(shè)計(jì)初期被忽略了；參考模型的設(shè)計(jì)更多是被通信的思想所支配，不適合于計(jì)算機(jī)與軟件的工作方式；嚴(yán)格按照層次模型編程的軟件效率較低。對(duì)TCP/IP參考模型評(píng)價(jià)在效勞、接口與協(xié)議的區(qū)別上不很清楚，一個(gè)好的軟件工程應(yīng)該將功能與實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開，參考模型不適合于其它非TCP/IP協(xié)議族；TCP/IP參考模型的主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層本身并不是實(shí)際的一層；物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理的，但是TCP/IP參考模型卻沒有做到這點(diǎn)。提綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡要回憶無線通信的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)移動(dòng)計(jì)算的根本概念移動(dòng)計(jì)算與無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀無線通信:通過電磁波傳輸數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)調(diào)制無線通信:通過電磁波傳輸數(shù)據(jù)頻譜復(fù)用FDMA–FrequencyDivisionMultipleAccessTDMA–TimeDivisionMultipleAccessCDMA–CodeDivisionMultipleAccessThetotalsystembandwidthisdividedintochannelswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.030-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyFDMATimeisdividedintoslotswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.031-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyTDMATimeandbandwidthareusedsimultaneouslybydifferentusers,modulatedbyorthogonalorsemi-orthogonalcodes(e.g.spreadspectrum).7C29822.032-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyCDMA蜂窩的概念連接點(diǎn)提綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡要回憶無線通信的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)移動(dòng)計(jì)算的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀OSI模型與無線通信無線通信通常影響OSI中的三層物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層物理層無線系統(tǒng)中關(guān)鍵資源是無線頻譜，物理層重點(diǎn)是設(shè)計(jì)如何有效利用頻譜資源的調(diào)制、信源編碼、信道編碼、信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)鏈路層重點(diǎn)是如何在時(shí)間上、頻率上或空間上共享頻譜，其中MAC層協(xié)議的設(shè)計(jì)尤為重要路由層重點(diǎn)是路由和效勞質(zhì)量無線通信的MAC層在無線通信系統(tǒng)中，如蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，通常做法是將不同的MAC層功能分配給不同的邏輯信道同步和播送信道協(xié)助移動(dòng)終端接入無線網(wǎng)絡(luò)通常基站發(fā)送參考信號(hào)，移動(dòng)終端通過監(jiān)聽找到本地基站并與之同步系統(tǒng)時(shí)間、基站ID、幀定時(shí)信息等尋呼和接入信道為基站和移動(dòng)終端之間提供信息交換，以便快速建立一個(gè)呼叫信息登陸、尋呼、接入控制信道為控制信息提供一個(gè)通信鏈路公共控制信道或?qū)Ｓ每刂菩诺拦β士刂?、切換業(yè)務(wù)信道提供最終用戶之間交換信息的邏輯信道網(wǎng)絡(luò)層無線通信影響網(wǎng)絡(luò)層的原因鏈路糾錯(cuò)的可靠性低于預(yù)期諸如語音通信等應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求終端的移動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)性跨層通信〔cross-layer〕OSI模型缺乏靈活性，不能適應(yīng)條件的變化，必然會(huì)降低頻譜和功率的效率不斷開展的無線網(wǎng)絡(luò)要求支持多種業(yè)務(wù)類型以及效勞質(zhì)量要求，并且要支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化在研究網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的同時(shí)，更要關(guān)注物理層、數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)層以及上層之間的互相協(xié)調(diào)配合對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，將分散在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)子層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合，以提升整體網(wǎng)絡(luò)的性能?？鐚釉O(shè)計(jì)的思想就是使任意兩層之間能夠互相提供和利用有用信息應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）物理層自適應(yīng)是跨層設(shè)計(jì)的核心思想，所謂自適應(yīng)就是指協(xié)議棧能夠分析和提取所需信息，并根據(jù)這些信息做出正確反響的機(jī)制，它既包括協(xié)議棧的上層對(duì)下層變化的自適應(yīng)，也包括下層對(duì)上層要求的自適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)中可能的跨層通信方式提綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡要回憶無線通信的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)移動(dòng)計(jì)算的根本概念移動(dòng)計(jì)算與無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀移動(dòng)計(jì)算的概念MobileComputingisanumbrellatermusedtodescribetechnologiesthatenablepeopletoaccessnetworkservices

anywhere,anytime,andanywayMobileComputing:

Atechnologythatallowstransmissionofdata,viaacomputer,withouthavingtobeconnectedtoafixedphysicallink.是一種在任何時(shí)間、任何地方、在運(yùn)動(dòng)過程中所具有的不間斷訪問數(shù)據(jù)的能力。類似的術(shù)語Nomadiccomputing:“portable〞;nomobilitywhileconnectedUbiquitouscomputing:computingeverywhere…ORcomputerseverywhere…mostoftheminvisibleMobilecomputing:“on-the-go〞,e.g.,whilesittingonatrain;possibilityofnetworkconnectionsremainingopen移動(dòng)計(jì)算的形式游牧計(jì)算:人們?cè)诓煌牡攸c(diǎn)要求連續(xù)同樣的工作.

工作地點(diǎn),家里,其它地方.

這些地方是固定的工作場(chǎng)所,在移動(dòng)過程中

不要求工作.工作環(huán)境:計(jì)算機(jī)

+互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)工作地點(diǎn)固定地點(diǎn)出差固定地點(diǎn)家里固定地點(diǎn)移動(dòng)計(jì)算的形式移動(dòng)計(jì)算:在移動(dòng)過程中,不間斷完成計(jì)算工作,需要隨時(shí)隨地訪問所需的信息和效勞.互聯(lián)網(wǎng)工作地點(diǎn)固定地點(diǎn)出差固定地點(diǎn)家里固定地點(diǎn)理解計(jì)算〔computation〕所謂計(jì)算，就是從一個(gè)符號(hào)串f變換成另一個(gè)符號(hào)串g計(jì)算類型：數(shù)值計(jì)算符號(hào)推導(dǎo)計(jì)算的其它方面信息存儲(chǔ)信息交換理解移動(dòng)〔Moblility〕移動(dòng)問題的四個(gè)方面移動(dòng)用戶移動(dòng)終端移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)應(yīng)用移動(dòng)意味著改變HardwareLighterMorerobustLowerpowerWirelesscommunicationDisconnectionLowbandwidthHighbandwidthvariabilityHeterogeneousNetworkprotocolsDelaychangesErrorratechangesLocation/transparencyawarenessTransparencynotalwaysdesirable移動(dòng)意味著改變〔續(xù)〕Names/addressesNamesofendpointsmaychangeSecurityLighter-weightalgorithmsEndpointauthenticationharderDevicesmorevulnerableOperatingsystemsNewresourcestotrackandmanage:energyApplicationsChangesinconnectivityChangesinqualityofresourcesAdaptivetoterminal移動(dòng)vs.無線雖然無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)式計(jì)算功能通常聯(lián)系在一起，但二者并不完全一樣。移動(dòng)計(jì)算設(shè)備不一定是無線的。無線通信是通信系統(tǒng)的一種某些無線網(wǎng)的計(jì)算機(jī)不是便攜式的。軍方或老式建筑物不便于布線的計(jì)算機(jī)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速開展，移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)越來越多采用無線通信移動(dòng)計(jì)算的開展分布式系統(tǒng)移動(dòng)計(jì)算普適計(jì)算移動(dòng)與無線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)信息訪問自適應(yīng)應(yīng)用情境感知AdHoc網(wǎng)絡(luò)智能傳感設(shè)備移動(dòng)計(jì)算框架移動(dòng)計(jì)算涉及無線網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算平臺(tái)、應(yīng)用、管理平安提綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡要回憶無線通信的根本概念無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)移動(dòng)計(jì)算的根本概念移動(dòng)計(jì)算與無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀無線通信網(wǎng)絡(luò)的開展無線通信架構(gòu)無線通信技術(shù)無線個(gè)域網(wǎng)〔WPAN〕無線局域網(wǎng)〔WLAN〕無線城域網(wǎng)〔WMAN〕無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀I(lǐng)DC預(yù)測(cè)WLAN市場(chǎng)預(yù)計(jì)每年將增長29%2007年，在專業(yè)移動(dòng)PC中安裝WLAN系統(tǒng)的普及率從2002年的9%飆升到90%。Analysys公司報(bào)告美國和西歐公共無線局域網(wǎng)〔P-WLAN〕市場(chǎng)將從2002年的3340萬美元增長到55億美元美國：2250萬-〉28億西歐：1090萬-〉26.4億無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀無線熱點(diǎn)〔hot-spot〕機(jī)場(chǎng)、飯店、會(huì)議設(shè)施、咖啡廳、火車站Analysys公司報(bào)告2002年無線熱點(diǎn)4800-〉2007年5.7萬歐洲1400-〉3萬美國3400-〉2.7萬Gartner集團(tuán)報(bào)告全球熱點(diǎn)數(shù)2002年14752用戶數(shù)250萬2005年達(dá)151768用戶數(shù)930萬美國的無線部署B(yǎng)oingoWireless預(yù)測(cè)未來美國外鄉(xiāng)的潛在熱點(diǎn)達(dá)200萬個(gè)212conferencecenters3032trainstations5352airports53500hotels72727businesscenters202600gasstations480298restaurants,barsandcafes1111300retailstores美國——Starbucks連鎖店2001年參加MobileStar，成為第一個(gè)提供Wi-FiInternet接入效勞的零售業(yè)主歐洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀移動(dòng)用戶數(shù)2003年74.9million2007年86.8millionWLAN熱點(diǎn)數(shù)2002年10002003年70002023年70000Hom