第一章-移动计算基础

移动计算基础王海鹏西北工业大学计算机学院课程目标及内容„目标：了解无线网络和移动计算系统的基本原理、体系结构以及面临的挑战，并通过上机实践加深对某种特定技术的理解。„内容：„无线网络（无线蜂窝数据网络、WLAN、PAN）„移动通信协议（移动IP，无线传输控制协议）„移动计算应用参考书目„移动计算技术，徐明、曹建农等，清华大学出版社，2008参考书目„《无线移动因特网：体系结构、协议、及业务》，AbbasJamalipour著，罗涛等译，机械工业出版社„“Introductiontowirelessandmobilesystems”《无线与移动系统导论》，DharmaPrakash,Agrawal,Qing-AnZeng,高教出版社影印版。„《移动商务与无线计算系统》，GeoffreyElliott,NigelPhillips著，陈宗斌译，高教出版社„《移动计算原理——基于UML和XML的移动应用设计与开发》，RezaB’Far著，顾国昌、刘海波等译，电子工业出版社成绩考核„平时成绩、上机实习、期末考试„比例„平时成绩—20%„上机实习—20%„期末考试—60%课程提纲„第一章绪论„第二章无线通信基础„第三章蜂窝移动网络„第四章无线局域网„第五章无线个域网„第六章移动IP„第七章移动AdHoc网络„第八章移动计算模型„第九章移动计算平台第一讲绪论提纲)计算机网络简要回顾„移动计算的基本概念„移动通信的基本概念„无线网络应用现状„信息时代的主体：信息„信息处理的主体：计算机（信息经处理后升值）„信息传输的主体：网络（信息的价值在于流通，并在流动中升值）„通信网络形成庞大规模，为计算机应用提供了大舞台。通信技术与计算机技术的融合-〉网络就是计算机网络体系结构„一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集;„网络协议是按层次结构来组织的；„网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；„网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；„体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。OSI参考模型的结构„应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质传输介质主机CCP网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层主机CCP网络层数据链路层物理层OSI参考模型各层的功能„物理层的主要功能：„利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；„实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；„物理层的数据传输单元是比特。„数据链路层的主要功能：„在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；„传输以“帧”为单位的数据包；„采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。„网络层的主要功能：„通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；„为数据在结点之间传输创建逻辑链路；„实现拥塞控制、网络互连等功能。„传输层的主要功能：„向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；„处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；„传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。„会话层的主要功能：„负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传输不中断；„管理数据交换。„表示层的主要功能：„用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；„数据格式变换；„数据加密与解密；„数据压缩与恢复。„应用层的主要功能:„为应用程序提供了网络服务;„应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;„建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。表OSI/RM七层协议模型总结OSI环境中的数据传输过程数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质传输介质CCP网络层应用进程AOSI环境应用进程B主机A主机BA数据链路层物理层CCP网络层AOSI环境中的数据流应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机A主机BTCP/IP协议栈应用层传输层互联层主机-网络层EthernetTokenRing其他协议ARPRARPIPTCPUDPTelnetFTPSMTPDNS其他协议TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层OSI参考模型TCP/IP参考模型传输层互联层主机-网络层OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较„对OSI参考模型的评价„层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；„OSI参考模型将“服务”与“协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难；„寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；„数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；„参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；„严格按照层次模型编程的软件效率较低。„对TCP/IP参考模型评价„在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其它非TCP/IP协议族；„TCP/IP参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层；„物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，但是TCP/IP参考模型却没有做到这点。提纲„计算机网络简要回顾)移动计算的基本概念„移动通信的基本概念„无线网络应用现状移动计算历史算盘公元前500年19世纪20世纪中叶1960~19701970~19801980~20001990~至今电计算机网络卫星通信蜂窝技术Adhoc移动计算的概念MobileComputingisanumbrellatermusedtodescribetechnologiesthatenablepeopletoaccessnetworkservicesanywhere,anytime,andanywayUbiquitousmobilecomputing,includinganywhere,anytimeaccesstoasubscriber’sdata,computingenvironment,andcommunicationsnetwork------FromIEEEComputersonMobileComputing什么是移动计算?MobileComputing:Atechnologythatallowstransmissionofdata,viaacomputer,withouthavingtobeconnectedtoafixedphysicallink.是一种在任何时间、任何地方、在运动过程中所具有的不间断访问数据的能力。类似的术语„Nomadiccomputing:“portable”;nomobilitywhileconnected„Ubiquitouscomputing:„computingeverywhere…OR„computerseverywhere…mostoftheminvisible„Mobilecomputing:“on-the-go”,e.g.,whilesittingonatrain;possibilityofnetworkconnectionsremainingopen移动计算的形式游牧游牧计算计算::人们在不同的地点要求连续同样的工作人们在不同的地点要求连续同样的工作..工作地点工作地点,,家里家里,,其它地方其它地方..这些地方是固定的工作场所这些地方是固定的工作场所,,在移动过程中在移动过程中不要求工作不要求工作..工作环境工作环境::计算机计算机++互联网互联网互联网互联网工作地点工作地点固定地点固定地点出差出差固定地点固定地点家里家里固定地点固定地点移动计算的形式移动计算移动计算::在移动过程中在移动过程中,,不间断完成计算工作不间断完成计算工作,,需要随时随需要随时随地访问所需的信息和服务地访问所需的信息和服务..互联网互联网工作地点工作地点固定地点固定地点出差出差固定地点固定地点家里家里固定地点固定地点理解计算（computation）„所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g„计算类型：„数值计算„符号推导„计算的其它方面„信息存储„信息交换理解移动（Moblility）„移动问题的四个方面„移动用户„移动终端„移动网络„移动应用移动意味着改变„Hardware„Lighter„Morerobust„Lowerpower„Wirelesscommunication„Disconnection„Lowbandwidth„Highbandwidthvariability„Heterogeneous„Networkprotocols„Delaychanges„Errorratechanges„Location/transparencyawareness„Transparencynotalwaysdesirable移动意味着改变（续）„Names/addresses„Namesofendpointsmaychange„Security„Lighter-weightalgorithms„Endpointauthenticationharder„Devicesmorevulnerable„Operatingsystems„Newresourcestotrackandmanage:energy„Applications„Changesinconnectivity„Changesinqualityofresources„Adaptivetoterminal移动vs.无线„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。„移动计算设备不一定是无线的。„无线通信是通信系统的一种„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机„随着计算机网络的飞速发展，移动计算系统越来越多采用无线通信提纲„计算机网络简要回顾„移动计算的基本概念)移动通信的基本概念„无线网络应用现状无线通信:通过电磁波传输数据无线通信:通过电磁波传输数据频谱复用FDMAFDMA––FrequencyDivisionMultipleAccessFrequencyDivisionMultipleAccessTDMATDMA––TimeDivisionMultipleAccessTimeDivisionMultipleAccessCDMACDMA––CodeDivisionMultipleAccessCodeDivisionMultipleAccessThetotalsystembandwidthisdividedintochannelswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.030-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyFDMATimeisdividedintoslotswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.031-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyTDMATimeandbandwidthareusedsimultaneouslybydifferentusers,modulatedbyorthogonalorsemi-orthogonalcodes(e.g.spreadspectrum).7C29822.032-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyCDMA蜂窝的概念连接点连接点提纲„计算机网络简要回顾„移动计算的基本概念„移动通信的基本概念)无线网络应用现状无线通信网络的发展无线通信架构无线通信技术无线个域网（WPAN）无线局域网（WLAN）无线城域网（WMAN）无线网络的应用无线网络的应