Podstawowe pojcia i definicje Wykład prowadzi: Mikołaj Sobczak 1
System mobilny Komponenty systemu mobilnego Uytkownicy mobilni (bezprzewodowi) Cz stacjonarna w tym serwery Stacje bazowe Podstawowe pojcia i definicje(2) System mobilny w ogólnoci składa si z elementów stałych i ruchomych: elementy ruchome MOBILE UNITS lub MOBILE HOSTS, komputery stacjonarne (FIXED HOSTS) wchodzce w skład systemu mobilnego połczone s tradycyjn sieci przewodow zapewniajc due przepustowoci, stacje bazowe BASE STATIONS (MOBILE SUPPORT STATIONS). Komputery stacjonarne nie mog one bezporednio łczy si z uytkownikami mobilnymi, wobec tego w sie t włczono odpowiedzialne za łczno z nimi stacje bazowe. Stacje bazowe s interfejsem pomidzy komputerami stacjonarnymi (FIXED HOSTS) a uytkownikami w terenie, którzy tworz bezprzewodow sie. 2
Cechy charakterystyczne systemu mobilnego Brak wspólnej pamici Tylko wymiana wiadomoci (message passing) Brak globalnego zegara Asynchronizm przetwarzania Asynchronizm komunikacji Przetwarzanie rozproszone Podstawowe pojcia i definicje(3) System mobilny, jak klasycznym system rozproszonym, złozonym z wzłów na których odbywa si przetwarzanie, połczonych sieci komunikacyjn najczciej bezprzewodow. Róni si tym od tradycyjnego systemu rozproszonego tym, e uytkownik zmienia swoje połoenie, co powoduje cigł zmian topologii sieci. Podobnie jak w klasycznym systemie rozproszonym i tutaj wystpuje całkowity brak wspólnej pamici, kady wzeł dysponuje pamici lokaln. Komunikacja midzy wzłami i przekazywanie informacji odbywa si tylko na zasadzie wymiany wiadomoci. W systemie mobilnym nie istnieje globalny zegar, podejmuje si jedynie próby synchronizacji zegarów kwarcowcyh zainstalowanych na komputerach mobilnych. Przetwarzanie rozproszone, jakie ma miejsce w takim systemie charakteryzuje równie całkowity asynchronizm, podobnie komunikacja midzy wzłami odbywa si w sposób całkowicie asynchroniczny. 3
Połczenia w systemach mobilnych Połczenia midzy wzłami systemu mobilnego moemy podzieli na: Przewodowe Bezprzewodowe Radiowe Podczerowne Ultradwikowe Laserowe Mikrofalowe Podstawowe pojcia i definicje(4) W systemach mobilnych wyróniamy róne rodzaje mediów transmisyjnych, zalenych od wymaganego zasigu i przepustowoci oraz orodka, w którym pracuje sie. Połczenia bezprzewodowe spinaj cz stacjonarn (cho nie tylko), natomiast połczenia bezprzewodowe s przeznaczone głównie do zapewnienia komunikacji uytkownikom mobilnym. Wyróniamy kilka rodzajów stosowanych łczy bezprzewodowych: Radiowe najczciej uywane, uywaj fal elektromagnetycznych do przesyłania informacji midzy dwoma punktami. Laserowe - promiewiatła laserowego słuy do przenoszenia danych w powietrzu. Nadajnik i dobiornik ustawione na siebie, przekazuj dane za jego pomoc na odległoci do kilkuset metrów. Podczerwie połczenia krótkiego zasigu, ograniczone zazwyczaj kubatur danego pomieszczenia. Zwykle wymagana jest widoczno elementu nadawczego i odbiorczego. Przepustowo takich połcze jest coraz wiksza i w przypadku siec InfraLAN siga nawet kilkudziesiciu Mb/s Ultradwiki-uywane głównie w rodowisku wodnym np. przez grupy płetwonurków bojowych i do komunikacji z okrtami i pojazdami podwodnymi. Silnie tłumione pozwalaj na komunikacje z mał przepustowoci w ograniczonym zasigu. Mikrofale - fale o wyszej czstotliwoci ni fale radiowe. Uywane w połczeniach o charakterze radioliniowym w oparciu o skierowane na siebie anteny, co zmniejsza prawdopodobiestwo przechwycenia transmisji. Przenosz wicej danych od sieci radiowych, ale s silnie tłumione przez przeszkody terenowe i metal. 4
Systemy mobilne wykład 2 U ytkownik mobilny U ytkownik najcz ciej b d cy w ruchu Korzysta najcz ciej z poł czenia bezprzewodowego Ró norodno u ytkowników Podstawowe poj cia i definicje(5) U ytkownik mobilny korzysta z komputera zdolnego do przył czenia si do tradycyjnej sieci najcze ciej za pomoc poł czenia bezprzewodowego. Zdarza si jednak, e jego poł czenie z systemem jest kablowe. Najcz ciej znajduje si w ruchu, cho mo e równiez mie stałe ustawienie w topologii sieci. Ro norodno u ytkowników w systemach mobilnych jest bardzo du a. Mo e by to w najprostszym przypadku posiadacz telefonu komórkowego lub palmtopa. Czołgi ci b d cy elementem (wraz ze swoim pojazdem) sieciocentrycznego systemu dowodzenia jak i policjanci w radiowozie, wpi ci w policyjn sie s równie dobrym przykładem. Nie ma problemu, by porozumie si z lec cym gdzie nad oceanem samolotem, czy przekaza komunikat, za pomoc radia niskich cz stotliwo ci, na pokład zanurzonego okr tu podwodnego. 5
Bezprzewodowy czy mobilny Bezprzewodowo nie jest tosama z mobilnoci Moliwe s wszystkie cztery przypadki Czy istniej urzdzenia mobilne i przewodowe? Torpeda Mark48 ADCAP Pocisk przeciwpancerny SPIKE Podstawowe pojcia i definicje(6) Czsto pojcie uytkownika mobilnego traktuje si jako synonim uytkownika bezprzewodowego, co jest błdem. Tak naprawd mozliwe s wszystkie cztery przypadki. Uzytkownik moe by: stacjonarny i połczony przewodowo, jest wtedy klasycznym elementem tradycyjnego elementu rozproszonego, stacjonarny i połczony bezprzewodowo element infrastruktury systemu mobilnego, korzystajcy z bezprzewodowego interfejsu, mobilny i bezprzewodowy klasyczny w systemach mobilnych, wyposaony w mały komputer lub telefon z bezprzewodowym interfejsem mobilny i przewodowy (czy to mozliwe?) z pozoru niemoliwy do implementacji, ale choby przykład nurka połczonego rur z mieszank oddechow i przewodem komunikacyjnym wiadczy o tym, e i ten przypadek ma zastosowanie. Istniej te urzdzenia mobilne, posiadajce interfejs przewodowy. Przykładami s torpeda Mark48 i pocisk przeciwpancerny SPIKE, które rozwijaj za sobawiatłowód, słucy do sterowania jak i przekazu obrazu bd danych z sonaru do operatora broni. 6
Cienki klient Aplikacja zainstalowana na komputerze uytkownika mobilnego Brak lokalnego przetwarzania i lokalnie zapisanych danych Tylko interfejs uytkownika Wymaga cigłej interakcji z serwerem Przykłady aplikacji cienkich klientów Definicja sprztowa- uboga platforma Podstawowe pojcia i definicje(7) Aplikacja cienki klient (ang. thin client) jest zainstalowana na komputerze klienta mobilnego. Tak naprawd stanowi tylko interfejs uytkownika słucy do wprowadzania i prezentacji danych. Charakteryzuje si brakiem lokalnego przetwarzania, adne dane nie s równie przechowywane lokalnie. Z tego te powodu pracuje wyłcznie w trybie połczeniowym i wymaga permanentnej wpółpracy z serwerem, co moe powodowa zwikszone koszty komunikacyjne i finansowe. Przykładem cienkiego klienta moe by przegldarka WWW, zainstalowana na komputerze przenonym. Cienkim klientem moe by take aplikacja na telefonie komórkowym. Inna definicja cienkiego klienta mówi o nim, jako o słabo wyposaonej platformie, pozbawionej twardego dysku lub duej pamici FLASH, o małej pamici RAM i o ograniczonej liczbie interfejsów, wyposaonej jednak w moduł radiowy, umoliwiajcy jego interakcj z serwerem. 7
Gruby klient Aplikacja zainstalowana na komputerze uytkownika mobilnego Definicja sprztowa- bogata platforma Lokalne przetwarzanie i lokalnie zapisywane dane Nie wymaga cigłej interakcji z serwerem Przykłady aplikacji grubego klienta Podstawowe pojcia i definicje(8) Aplikacja gruby klient (ang. fat client) jest zainstalowana na komputerze klienta mobilnego. Potrafi przetwarza dane, które mog by lokalnie składowane na dysku twardym lub pamici Flash. Nie wymaga pracy wyłcznie w trybie połczeniowym i permanentnej wpółpracy z serwerem. Przykładem grubego klienta moe by aplikacja CRM, zainstalowana na komputerze przenonym. Korzysta ona z lokalnej bazy danych, która synchronizuje si ze zdalnym serwerem, bd korzysta bezporednio z danych zdalnych, przetwarzajc je lokalnie. Inna definicja grunego klienta mówi o nim, jako o bogato wyposaonej platformie, wyposaonej w twardy dysk, du pami FLASH i mnog liczb interfejsów. Posiada równie zainstalowany system operacyjny i pakiet apliakcji uytkowych. 8
ANSWER PRESENTATION Mały ekran- trudna prezentacja wyników przetwarzania Potrzeba innego podejcia do problemu Inne interfejsy z uytkownikiem (brak myszki, klawiatury) Inne warunki pracy (las, pole bitwy, bocznica kolejowa) Podstawowe pojcia i definicje(9) Problemem w komputerach mobilnych jest rozmiar wywietlacza, a co za tym idzie niemono wywietlenia duej iloci informacji w jednej chwili (ang. answer presentation). Nie jest to trywialny problem, gdy wymusza inne podejcie do zobrazowania danych uytkownikowi. Kilka podstawowych zasad projektowania i budowy poprawnego interfejsu: Wywietlanie tytułu aplikacji na pasku tytułowym do kilkunastu znaków Wykorzystanie kadego wolnego piksela na ekranie urzdzenia. Wywietlanie standardowych elementów systemowych w ogólnie przyjty sposób Unikanie zmuszania uytkownika do rcznego wpisywania danych (listy rozwijane, pola wyboru, pola radio) Nalezy pamita, e np. PocketPC nie zamyka aplikacji, tylko j ukrywa. Uytkownik nie posiada myszki i pełnej klawiatury, lecz jedynie kilkanacie klawiszy na telefonie komórkowym lub kilka klawiszy i piórko styllus w PDA.. Nowoczesne urzdzenia bardzo rzadko posiadaj pełn, miniaturow klawiatur lub urzdzenie współpracujce na podczerwie. Interfejs musi by tak zaprojektowany, by umoliwiał sprawn obsług aplikacji w oparciu o te włanie moliwoci. Innym aspektem s trudne warunki pracy urzdze mobilnych i obsługujcych ich uytkowników. Prosz sobie wyobrazi pdzcy przez pole bitwy czołg PT-91A Twardy, w którego wiey, w smrodzie spalin i prochu, w huku wystrzałów armaty 125mm, dowódca czołgu, który nie jest zawodowym informatykiem, musi na małym komputerku błyskawicznie oceni sytuacj taktyczn, rozpozna połoenie przeciwnika i podjc odpowiednie kroki. Interfejs musi by jasny i prosty, obsługiwany maksymalnie tylko kilkunastoma klawiszami, a samo urzdzenie odporne na wstrzsy, pył, kurz i inne czynniki zewntrzne. 9
Urzdzenia przenone Parametry sprztu, Interfejsy Porty rozszerze Bezprzewodowe Peryferia Podstawowe pojcia i definicje(10) Głównymi wymaganiami stawianymi przed urzdzeniami mobilnymi tego typu jest niewielka waga, wygoda i prostota uytkowania oraz w miar długi czas pracy na zasilaniu bateryjnym. Obecnie wszystkie dostpne urzdzenia wyposaone s w dotykowy ekran ciekłokrystaliczny o rozdzielczoci najczciej 320x240 punktów, coraz wiksz popularno zdobywaj modele oferujce rozdzielczo VGA (640x480 punktów). W zalenoci od modelu do dyspozycji pozostaje od 32 128 MB pamici RAM, która słuy zarówno do przechowywania zainstalowanych aplikacji oraz danych, jak równie spełnia rol pamici operacyjnej. Dodatkowo kade urzdzenie wyposaone jest w nieulotn, programowaln pami ROM, w której zapisany jest system operacyjny oraz fabrycznie zapisane aplikacje. Wikszo obecnie spotykanych urzdze tej klasy umoliwia wykorzystanie kart pamici CF, SD i innych. Wymogiem stawianym przez wielu uytkowników stało si równie posiadanie portu podczerwieni IrDA, modułu BlueTooth, wbudowanego interefejsu Wi-Fi czy modułu GPRS. Komputery kieszonkowe s równie czsto wyposaone w aparaty cyfrowe, mini kamery, odbiorniki GPS, gniazda słuchawkowe, głoniki czy mikrofon. 10
Urzdzenia przenone Stosowane sytemy operacyjne, Instalowane oprogramowanie, Niska cena. Podstawowe pojcia i definicje(11) Niezalenie od zastosowanego systemu operacyjnego, kade z urzdze zapewnia pewne podstawowe funkcjonalnoci, do których nale meneder kontaktów, kalendarz, lista zada, proste oprogramowanie biurowe (mini edytor tekstu oraz arkusz kalkulacyjny), przegldarka internetowa i odtwarzacz multimedialny. Dodatkowo, coraz wicej modeli posiada wbudowane porty rozszerze, które umoliwiaj podłczenie oraz obsług wielu urzdze peryferyjnych. Mog to by np. modemy, karty sieciowe, miniaturowe drukarki, a take czytniki kodów kreskowych, odbiorniki GPS i inne. Mnóstwo dostpnego oprogramowania, urzdze peryferyjnych oraz co mona uzna za bardzo du zalet moliwo współpracy z komputerami PC i laptopami czyni z urzdze typu PDA oraz Smartphone niezwykle przydatne narzdzia zarówno dla prywatnych uytkowników, jak i dla zastosowa profesjonalnych i biznesowych. 11
Komunikacja bezprzewodowa HSCD, GPRS, EDGE, UMTS, WLAN. Podstawowe pojcia i definicje(12) Obecnie w powszechnym uyciu jest kilka technologii pozwalajcych na przesyłanie danych drog bezprzewodow w sieciach telefonii komórkowej: s to standardy HSCSD, GPRS, EDGE oraz wchodzcy na rynek UMTS. Urzdzenie mobilne, wyposaone w taki interfejs komunikacyjny, staje si cennym narzdziem pracy, pozwalajcym na cigł prac niezalen od lokalizacji uytkownika. Bezprzewodowe sieci lokalne to coraz bardziej popularne, alternatywne rozwizanie dla tradycyjnej sieci przewodowej. Maj one struktur komórkow, rozumian w sensie podziału na obszary wytyczone przez punkty dostpowe. Sieci takie znajduj zastosowanie w domach, budynkach firmowych oraz miejscach publicznych takich jak porty lotnicze, lokale gastronomiczne, centra handlowe i budynki uniwersyteckie. Rozpowszechnion i ustandaryzowan technologi sieci bezprzewodowych jest Wi-Fi. 12
Pozycjonowanie uytkowników systemy satelitarne (GPS, GLONAS, GALILEO), nawigacja zliczeniowa, pozycjonowanie w sieciach GSM, nawigacja w budynkach, inne metody. Podstawowe pojcia i definicje(13) Jednym z powaniejszych problemów w systemach mobilnych jest dokładne pozycjonowanie uytkownika, a take jego nawigacja w oparciu o dane przestrzenne zapisane w odpowiednich formatach. Obecny rozwój technologiczny pozwala na wyposaenie rónego rodzaju pojazdów w nowoczesne systemy nawigacyjne, bazujce głównie na konstelacji satelitów GPS, a w przyszłoci GALILEO. Uytkownik mobilny, wyposaony w niedrogi odbiornik satelitarny, moe okreli sw pozycj z dokładnoci do kilkunastu metrów. Systemy satelitarne maj jednak pewne ograniczenia, zwłaszcza, jeli stanowi jedyne ródło informacji pozycyjnej. Jednym z wystpujcych zjawisk jest zanik sygnału z satelitów midzy wysokimi budynkami, co w literaturze nosi miano problemu kanionów miejskich (ang. urban canyons). Jadc samochodem, czy wdrujc pieszo wskimi uliczkami czsto moemy traci sygnał z satelitów Navstar, co powoduje zanik informacji pozycyjnej. Stało si to przyczyn prac nad zintegrowanymi systemami nawigacyjnymi, gdzie połczono odbiornik satelitarny z innymi urzdzeniami, np. systemami inercyjnymi, zliczeniowymi bd korzystajcymi z technologii GSM. 13
Architektury systemów bezprzewodowych Sieci PAN Podstawowe pojcia i definicje(14) Sie PAN (ang. Personal Area Network) to komputerowa sie krótkiego zasigu, ograniczona zasigiem do jednej lub kilku osób. Obecnie jest najczciej oparta na technologii Bluetooth. W jej skład mog wchodzi bardzo róne urzdzenia posiadajce ten interfejs, np. telefony komórkowe, PDA, laptopy, a take drukarki i słuchawki bezprzewodowe. W ramach sieci PAN niektóre urzdzenia mog by połaczone z sieci lokaln, rozległ lub inn sieci PAN. Telefon wyposaony w moduł BT moe poprzez połczenie GPRS/EDGE/UMTS współdzieli to połczenie z PDA lub laptopem, które dostpu do sieci wprost nie posiadaj. Punkt dostpowy BT moe wiadczy dostp do Internetu wszystkim urzdzeni sieci PAN. W przypadku patrolu policyjnego, zarówno radiowóz jak i stojcy prze dnim policjant mog współdzieli jeden bdcy na stanie odbiornik GPS (wyposaony w interfejs BT). 14
Architektury systemów bezprzewodowych Lokalne sieci bezprzewodowe WLAN Podstawowe pojcia i definicje(15) Bezprzewodowe sieci lokalne to coraz bardziej popularne, alternatywne rozwizanie dla tradycyjnej sieci przewodowej. Maj one struktur komórkow, rozumian w sensie podziału na obszary wytyczone przez punkty dostpowe. Sieci takie znajduj zastosowanie w domach, budynkach firmowych oraz miejscach publicznych takich jak porty lotnicze, lokale gastronomiczne, centra handlowe i budynki uniwersyteckie. Rozpowszechnion i ustandaryzowan technologi sieci bezprzewodowych jest WiFi. Sieci bezprzewodowe posiadaj wiele zalet, s wygodniejsze i tasze w eksploatacji. Nie ma potrzeby instalowania czy przenoszenia struktury kablowej, a koszty s jeszcze mniejsze, kiedy mamy do czynienia z czstymi zmianami w topologii sieci i ustawieniu maszyn Coraz wiksz popularnoci ciesz si tzw. hot-spot-y, które oferuj publiczny dostp do sieci na znacznie szerszym obszarze. Hot-spot-y mona znale na wikszoci lotnisk, hotelach, restauracjach oraz w innych publicznych miejscach gdzie przebywa znaczna ilo osób. Dostp do nich jest czsto darmowy, czasami istnieje potrzeba wykupienia okrelonego czasu pracy poprzez dedykowan stron internetow lub zakupion kart pre-paid. 15
Architektury systemów bezprzewodowych Systemy satelitarne Podstawowe pojcia i definicje(16) Systemy satelitarne stanowi obecnie jeden z najwaniejszych dla człowieka komunikowania si na due odległoci. Korzystajc z przenonych lub przewonych terminali mog si komunikowa z wielu miejsc na wiecie. Powszechna dostpno jest limitowana tym, e nie wszystkie systemy pokrywaj swym zasigiem choby tereny podbiegunowe. Nie wszystkie te udostpniaj zasoby w sposób permanentny, działajc jedynie przez kilka godzin satelitarnego okna. Tradycyjnie systemy satelitarne posiadaj trzy podstawowe komonenty: naziemny, kosmiczny (satelitarny) oraz uytkownika, czyli terminale satelitarne (najczciej przenone). Satelity komunikuj si z czsci naziemn i uytkownikami w terenie za pomoc łczy bezprzewodowych (najczsciej radiowych), pełni równie rol translatorów. 16
Architektury systemów bezprzewodowych Systemy komórkowe Podstawowe pojcia i definicje(17) Rozwizanie polega na podziale obszaru na mniejsze czci, czyli komórki, kad z nadajnikiem małej mocy. Na tym samym obszarze geograficznym, ale w innych komórkach, wykorzystujc to samo pasmo mona zapewni jednoczesne połczenia wikszej liczbie abonentów. Sie komórkowa, ze wzgldu na swoj rozbudowan infrastruktur jest bardzo kosztowna, kosztowne jest równie jej utrzymanie. Architektura komórkowa implikuje pewne zjawiska, które nie wystpuj w systemach omówionych na wstpie. Odpowiedniego podejcia wymaga na przykład rozwizanie problemu mobilnoci uytkowników i to na rónych płaszczyznach. Zapewni trzeba mechanizmy uaktualniania informacji pozycyjnej o uytkownikach co wie si z implementacj odpowiednich strategii. Implikuje to z kolei czsto sygnalizacji w sieci zwizanej z ruchem uytkowników, du zwłaszcza w przypadku małych komórek w centrach miast i szybko przemieszczajcych si uytkowników. Wane jest równie zapewnienie mechanizmów pozwalajcych na zachowanie cigłoci połczenia przy zmianie komórek, co jest ju zaimplementowane w systemach telefonii komórkowej. 17
Systemy sieciocentryczne - MINUTEMAN centrum systemu jest sie komunikacyjna rónorodno uytkowników heterogeniczna platforma wymiany informacji skalowalno mnogo zastosowa Podstawowe pojcia i definicje(18) W dobie ery informacyjnej coraz wiksze znaczenie zyskuj systemy sieciocentryczne, w których centralnym elementem, swoist jego osnow, jest rozproszone rodowisko komunikacyjne, najczciej heterogeniczne. Uytkownicy takiego systemu mog by bardzo rónorodni, poczwszy od ludzi, pojazdów, statków powietrznych i morskich a na sensorach skoczywszy. Systemy takie s w pełni skalowalne i znakomicie dostosowuj si do rosncych wymaga. Znajduj coraz wiksze zastosowanie w wojsku, systemach dla słub miejskich, gospodarce lenej i wielu innych dziedzinach ycia. 18
Program DEEPWATER system sieciocentryczny uytkownicy najnowsze technologie wane zastosowania wielomiliardowy budet Podstawowe pojcia i definicje(19) Sieciocentryczny system dla Stray Wybrzea Stanów Zjednoczonych, majcy na celu ochron wybrzey amerykaskich. Jest to najnowoczeniejszy program w historii US Coast Guard, majcy na celu integracj wszelkich sił i rodków w jednolity system, wspomagajcy wyszukiwanie, ledzenie i ewentualn neutralizacj niebezpieczestw na podejciach do granic morskich USA. Wielomiliardowy budet przeznaczony jest na budow infrasktruktury (równie informatycznej i komunikacyjnej) oraz jednostek pływajcych, samolotow, migłowców i rodków bezpilotowych. 19
Land Warrior nowoczesny, mobilny system sieciocentryczny integracja urzdze i systemów system na etapie wdroenia nawizanie do innych programów Podstawowe pojcia i definicje(20) Sieciocentryczny system majcy znacznie podnie efektywno działa amerykaskich ołnierzy. Zakłada si zastosowanie nowoczesnego wyposaenia osobistego i uzbrojenia oraz włczenie ołnierzy w jednolity system informatyczny. W jego skład wchodzi nowoczesne uzbrojenie, które stanowi karabinek 5,56 mm z wielostrzałowym granatnikiem. Integralne czci broni stanowi kamera, kompas, dalmierz laserowy oraz system identyfikacji celu. Innym elementem jest system przetwarzajcokomunikacyjny, składajcy si z 2 komputerów, odbiornika GPS, radia, wywietlacza nahełmowego i ródeł zasilania. Inne elementy to zintegrowane wyposaenie hełmu oraz ubiór ochronny. 20
Dzikuj za uwag Podstawowe pojcia i definicje(21) 21