第一章-移动计算基础

移动计算基础课程目标及内容目标：了解无线网络和移动计算系统的特点及面临的挑战，掌握其基本原理及协议体系，通过上机实践加深对特定技术的理解。内容：无线网络（WMAN、WLAN、WPAN）移动通信协议（移动IP，无线传输控制协议）无线网络的新进展（adhoc网络）参考书目《移动计算技术》，徐明、曹建农、彭伟著，清华大学出版社《无线移动因特网：体系结构、协议、及业务》，AbbasJamalipour著，罗涛郝建军等译，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。《无线通信与网络》，WilliamStallings著，何军译，清华大学出版社第一讲绪论提纲

计算机网络简要回顾无线通信的基本概念无线网络体系架构移动计算的基本概念移动计算与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（networkarchitecture）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

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节点之间建立、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；为数据在节点之间传输创建逻辑链路；实现网络互连等功能。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：负责维护两个节点之间的传输链接，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OSI环境中的数据流TCP/IP协议栈TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系

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

无线通信的基本概念无线网络体系架构移动计算的基本概念移动计算与无线网络应用现状无线通信:通过电磁波传输数据调制解调调制无线通信:通过电磁波传输数据频谱复用FDMA–FrequencyDivisionMultipleAccessTDMA–TimeDivisionMultipleAccessCDMA–CodeDivisionMultipleAccessThetotalsystembandwidthisdividedintochannelswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.030-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyFDMATimeisdividedintoslotswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.031-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyTDMATimeandbandwidthareusedsimultaneouslybydifferentusers,modulatedbyorthogonalorsemi-orthogonalcodes(e.g.spreadspectrum).7C29822.032-Cimini-9/97CodeSpaceTimeFrequencyCDMA蜂窝的概念连接点提纲计算机网络简要回顾无线通信的基本概念

无线网络体系架构移动计算的基本概念无线网络应用现状OSI模型与无线通信无线通信通常影响OSI中的三层物理层、数据链路层和网络层物理层无线系统中关键资源是无线频谱，物理层重点是设计如何有效利用频谱资源的调制、信源编码、信道编码、信号检测等技术链路层重点是如何在时间上、频率上或空间上共享频谱，其中MAC层协议的设计尤为重要路由层重点是路由和服务质量无线通信的MAC层在无线通信系统中，如蜂窝移动通信系统，通常做法是将不同的MAC层功能分配给不同的逻辑信道同步和广播信道协助移动终端接入无线网络通常基站发送参考信号，移动终端通过监听找到本地基站并与之同步系统时间、基站ID、帧定时信息等寻呼和接入信道为基站和移动终端之间提供信息交换，以便快速建立一个电话呼叫信息登陆、寻呼、接入控制信道为控制信息提供一个通信链路公共控制信道或专用控制信道功率控制、切换业务信道提供最终用户之间交换信息的逻辑信道网络层无线通信影响网络层的原因链路纠错的可靠性低于预期诸如语音通信等应用的实时性要求终端的移动导致网络呈现动态性跨层通信（cross-layer）OSI模型缺乏灵活性，不能适应条件的变化，必然会降低频谱和功率的效率不断发展的无线网络要求支持多种业务类型以及服务质量要求，并且要支持网络拓扑结构的复杂变化在研究网络性能优化的同时，更要关注物理层、数据链路层或网络层以及上层之间的互相协调配合对网络性能的影响，将分散在网络各个子层的特性参数协调融合，以提升整体网络的性能。跨层设计的思想就是使任意两层之间能够互相提供和利用有用信息应用层传输层网络层数据链路层（MAC）物理层自适应是跨层设计的核心思想，所谓自适应就是指协议栈能够分析和提取所需信息，并根据这些信息做出正确反应的机制，它既包括协议栈的上层对下层变化的自适应，也包括下层对上层要求的自适应无线网络中可能的跨层通信方式提纲计算机网络简要回顾无线通信的基本概念无线网络体系架构

移动计算的基本概念移动计算与无线网络应用现状移动计算的概念MobileComputingisanumbrellatermusedtodescribetechnologiesthatenablepeopletoaccessnetworkservices

anywhere,anytime,andanywayMobileComputing:

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”;nomobilitywhileconnectedUbiquitouscomputing:computingeverywhere…ORcomputerseverywhere…mostoftheminvisible

Mobilecomputing:“on-the-go”,e.g.,whilesittingonatrain;possibilityofnetworkconnectionsremainingopen移动计算的形式游牧计算:人们在不同的地点要求连续同样的工作.

工作地点,家里,其它地方.

这些地方是固定的工作场所,在移动过程中

不要求工作.工作环境:计算机

+互联网互联网工作地点固定地点出差固定地点家里固定地点移动计算的形式移动计算:在移动过程中,不间断完成计算工作,需要随时随

地访问所需的信息和服务.互联网工作地点固定地点出差固定地点家里固定地点理解计算（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HardwareLighterMorerobustLowerpowerWirelesscommunicationDisconnectionLowbandwidthHighbandwidthvariabilityHeterogeneousNetworkprotocolsDelaychangesErrorratechangesLocation/transparencyawarenessTransparencynotalwaysdesirable移动意味着改变（续）Names/addressesNamesofendpointsmaychangeSecurityLighter-weightalgorithmsEndpointauthenticationharderDevicesmorevulnerableOperatingsystemsNewresour