移动计算

       移动计算是随着移动通信、互联网、分布式计算等技术的发展而兴起的新技术。移动计算技术将使计算机或其它信息智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享，将信息传递给远程服务器下的一种分布计算环境下的技术，它可以将有用、准确、及时的信息提供给任何时间、任何地点的任何客户，为用户提供一个无处不在的移动计算环境，这将极大地改变人们的生活方式和工作方式。

       利用现代无线通信技术和设备进行数据交互和处理均叫做移动计算。从移动计算的定义来看，移动计算要包含以下要素：

a. 无线通信：主要为移动设备提供基础的数据交互能力，现在的无线通信经过多种复用技术，传输带宽越来越大，速度越来越快。并且更加注重安全性和可靠性；

b. 移动设备；

c. 数据的交互和处理；

   移动计算是在计算机技术和通信技术迅猛发展以及用户对网络应用的更高需求下产生的一种新的计算模式，是分布式计算在移动通信环境下的扩展和延伸，随着3G、4G技术的应用，移动计算在理论、技术、产品、应用、市场等多个层面获得了飞速的发展，成为当前计算机技术的前沿领域。

   移动计算就是应用便携式计算设备与移动通信技术，使用户能够随时随地的访问因特尔网上的信息或能够获取相关计算环境下的服务。一个移动计算系统由移动终端、无线网络单元（MU）、移动基站（MSS）、固定节点和固定网络连接组成。移动计算系统的示意图如下所示：

   其中，固定网络构成连接固定节点的主干；固定节点包含通常的文件服务器和数据库服务器；MSS是一类特殊的固定节点，它带有支持无线通信的接口，负责建立一个MU，MU内的移动终端通过MU与MSS连接，进而通过MSS和固定网络与固定节点（固定主机和服务器）以及其他移动计算机（或移动终端）通信。

      移动计算已经融入我们生活的方方面面，从国防军事、航空航天、交通运输、能源化工、金融保险、教育科研、卫生保健、采矿制造等等无处不在。

  士兵可以通过GPS（全球定位系统）随时了解自己的战斗位置；雷达站可以将敌情通过信息共享数据链发送给任何一架正在执勤的战斗机；森林、海洋、天气以及地震实时监测；酒店服务员使用PDA（掌上电脑）方便的下菜单；你可以随时随地通过手机将自己的照片发布到微博上；记者们可以在新闻现场使用数字DC、DV做到即拍即发；超市的员工使用手持无线设备扫描磁条进行出入库或结账等等。

   移动计算甚至改变了人们的一些生活习惯。Facebook，Twitter等社交网络在年轻人中间风靡。门户网站、谷歌成为年轻人获取新闻的主要途径。博客，微信，You Tub等成为年轻人娱乐和表达自己的地方。

   我们看到，移动计算应用的领域是多么广泛，各种各样开发无线移动计算设备的公司雨后春笋般大量涌现，如GPS导航，On Star系统（美国通用公司推出的车载无线服务系统）、高清晰无线广播（HDR）等。令人眼花缭乱的移动计算设备只有我们想不到，没有用不到的地方来形容。移动计算设备朝着体积更小、更薄，重量更轻，便于携带的方向发展，其运算速度更快，功能器件的集成度更高。特别是智能移动计算设备和计算机技术结合后，行业普遍认为手机将成为“下一个PC”。

1、移动计算模型

   移动计算模型的核心问题是确定移动终端与服务器的功能如何分配及根据需要怎样进行动态调整。主要分为三类：移动客户/服务器模型、移动P2P模型和移动Agent模型。

   在移动客户/服务器模型中，资源主要集中在服务器上，客户端与服务器的信息交换主要通过远程过程调用，这种模型中服务器容易成为瓶颈，可通过在服务器与客户端之间添加代理来提高系统性能。

 

   移动P2P模型弱化了服务器的概念，系统中的各个节点不在区分服务器和客户端的关系，每个节点即可以请求服务，也可以提供服务，这种模型避免了服务器瓶颈、单点失效等问题，但要求尽快发现对等体并建立联系在移动环境中难度较大，且在瘦客户机上难以实现。

   在移动Agent模型中，移动Agent与移动环境有天然的匹配性，可迁移到资源主机上执行任务，然后把结果带回到客户端，使得中间过程的远程通信与信息交换减少。在减少网络延迟、支持轻载移动设备、异步信息搜索、数据访问能力方面具有其他移动计算模型不可比拟的优势。

2、移动计算关键技术

      移动计算的计算终端随用户处于不断的移动中，人们希望这样的移动不会影响正常使用，甚至要求随地点的不同，移动计算要提供基于位置的服务。但移动计算的计算终端是在无线网络中为用户服务，在用户移动过程中涉及到终端电源能力有限、网络条件多样、网络通信非对称等问题，因此，移动计算有很多技术难题要攻克。移动计算的关键技术有：移动计算的通信协议、情景感知、移动计算环境、应用任务迁移方法、移动计算软件支撑平台及移动过程中的信息安全等。

   移动计算的通信协议有简单对象访问协议（SOAP）、IEEE 802.11协议、蓝牙协议、无线应用协议（WAP）。IEEE 802.11协议是IEEE 802工作组于1999年8月为无线局域网（WTLS）提出的协议标准，同年9月又提出了工作于2.4GHz频段和5GHz频段的高速率协议标准IEEE 802.11b和IEEE 802.11a，使无线局域网的传输速率由原来的2Mb/s分别提高到11Mb/s和54Mb/s。2003年6月提出的IEEE 802.11g标准，进一步将工作于2.4GHz频段无线局域网的最高传输速率提高到54Mb/s。IEEE 802.11MAC采用虚拟载波检测机制来提高协议性能，该协议支持Ad Hoc组网方式。

       移动计算用户在移动过程中所处的情景会变动，情景感知技术主要解决移动计算如何为移动的用户提供基于其所处情景的服务，也就是使用户处于一个智能空间中，移动计算能够根据用户所处的情景的不同提供不同的服务。情景感知系统分为感知、推理和行为三部分：感知部分提供获取物理世界信息或数据（知识），计算机系统使用获取的知识进行决策并选择最合适的反应动作；推理部分负责用基于知识的方法表示和处理感知部分捕获的情景信息；行为是系统基于情景信息推理采取的相应动作。

  移动计算环境是一个由物理空间和信息空间共同组成的复杂环境，是为用户提供服务的基础，该环境主要包括移动终端、无线网络、嵌入式构件、应用于移动计算设备的操作系统、中间件、移动IP技术等。

      无缝迁移技术是随着用户的移动，用户的多媒体任务可以在多个移动终端上或不同软件环境中自由迁移，但不影响或很少影响用户的使用。其本质就是要求用户任务在移动过程中，与该任务相关的历史信息、上下文信息也随着移动，并且用户周围可用的计算环境和软件资源也动态地发生着适应性的变化。无缝迁移的功能需求主要体现在连续性上，连续性指无缝迁移可以暂停，也可以继续，但不能丢失程序的历史信息。

3、移动计算的发展

   移动计算主要通过各种无线电射频（RF）技术或移动蜂窝通信技术，使用户的智能终端和其它电讯设备进行自由通信。移动计算机在2010年销售量第一次超过了台式机。在这些移动设备中，使用的最广泛的是移动电话，截止2016年我国移动电话用户规模达到12.8亿。其中移动带宽用户（即3G和4G用户）总数达到7.59亿户。随着智能终端销量的不断增加，促使移动计算形成一个新型市场。

 

        移动计算将向更智能、更方便、更快捷、功能更丰富的技术与数据云、人工智能等技术融合方面发展，使世界变化得越来越移动。对应用具有更高的透明性和信息的时效性，让计算机服务于人，让更多的人感知到计算机的消失。这些需求将影响着移动计算技术从标准到技术、从硬件到软件的不断进步。

4、移动计算的应用

        面向普适服务的移动计算技术的目标是使任何人可以随时随地的访问感兴趣的信息或得到任何所需要的服务。移动计算的应用多种多样。

4.1 移动电子商务

   移动电子商务就是利用手机、PDA及掌上电脑等无线终端进行的B2B、B2C或C2C的电子商务。移动电子商务将因特网、移动通信技术、短距离通信技术及其它相关技术结合，使轻便、功能强大的移动终端可以作为用户的电子钱包、信息库、电子信用卡等而存在，极大的方便了用户的生活和工作。移动电子商务交易简图如下所示。移动电子商务在给用户带来方便的同时，其安全问题的解决也面临更严峻的挑战。

 

研究内容之一：移动计算中移动电子商务的安全问题。

        移动电子商务的不安全因素主要来自移动终端、无线接口和移动网络三方面：移动终端的不安全因素主要表现在用户身份、账户信息和认证密钥等方面；无线接口中的不安全因素主要变现在任何具有适当无线设备的人都有机会通过窃听开放的无线信道获得其中传输的信息；网络端的不安全因素主要表现在无线网络中的信息传输、网关对信息的转换及有线网络中的信息传输均有可能将消息暴露，对移动电子商务的安全交易造成威胁。

4.2 移动医疗急救

       人们对提高健康水平的要求日益迫切，传统的远程医疗已远远不能满足人们的需要，移动医疗提供了一种通过对远地移动对象生理参数的检测来研究其生理功能的方法，并提供向监控中心发送数据的功能，为监控中心的医护人员有效赢得急救时间，已成为远程医疗领域内的一个新的研究热点。

   移动医疗系统由移动单元、数字蜂窝网和监护中心组成：移动单元由数据采集模块、移动模块组成，由用户随身携带，随时检测用户生理数据并在必要时“告知”监控台；监护中心由监控台（包括监控计算机、移动模块）、信息管理系统以及联系两者之间的局域网组成，用于接收移动单元发来的信号，为医护人员的救援工作提供信息。

4.3 移动办公

      移动办公利用移动设备的移动信息化软件，建立移动设备与电脑互联互通的企业软件应用系统，摆脱时间和场所局限，随时进行随身化的公司管理和沟通，有效提高管理效率，推动政府和企业效益增长。

      此外，移动计算在制造、零售及军事等领域也有广泛应用。

5、移动计算的未来

  手机设计之初仅仅是为了人们打电话，但是当摄像头、陀螺仪、水平仪、GPS，收音机，高保真的音频播放，强大的图形处理功能等成为手机的标配时，谁还会觉得这些尝试是多余的呢？

移动智能设备的即将实现的功能和未来热点研究方向：

1）5G通信；

2）对HTML 5标准的支持。HTML 5因移动多媒体应用而生，其标准正在紧锣密鼓的准备出台，但目前还存在一些问题，HTML 5的成熟还需假以时日；

3）移动云计算。移动云计算非常适合物联网方面的应用。将来的移动设备会提供更加强大的云计算平台以及更丰富的云计算应用；

4）更多的电子商务应用。已经有很多手机支付的成功案例，移动智能设备会越来越多的应用到需要身份识别和安全认证的场合；

5）对IPV6的支持。移动设备全面拥抱计算机网络和互联网；

6）更高的安全性。目前移动设备的安全形势不容乐观，许多人还没有认识到这一点，未来的移动计算设备需要提供令人放心的安全使用环境；

7）更人性化的人机交互（HCI）。苹果的成功告诉大家，用户体验很重要。

8）移动智能设备更“智能”。人工智能有望在移动设备中大展身手；

9）应用的多少决定客户的选择。如果在平台层面决不出胜负的话，那么移动应用的丰富程度则决定了用户的多少。对个人用户而言，娱乐应用远比办公应用重要；

10）更多接入方式。支持卫星、红外线等通信方式，目标是在任何场合下都能满足人们信息交互的需要；

11）更多传感元器件的集成。用手机遥控家里的电视机，调整空调温度，启动汽车等。人们将来要问，手机还有什么不能做？

      移动计算是新兴的、蓬勃发展的信息技术，移动计算的普及将极大促进相关信息技术的发展，而技术的发展又促进移动计算的普及。虽然移动计算还存在诸如安全、潜在的健康等亟待解决的问题，但移动计算已经对我们的生活产生巨大的影响，它照亮了人类活动的各个角落，让我们一起憧憬移动计算美好的未来。

6、展望

       随着移动计算的发展，智慧城市的提出不再是一个口号，智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。

       智慧城市建设要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。数字城市是数字地球的重要组成部分，是传统城市的数字化形态。数字城市是应用计算机、互联网、多媒体等技术将城市地理信息和城市其他信息相结合，数字化并存储于计算机网络上所形成的城市虚拟空间。新一代移动计算技术的发展使得城市形态在数字化基础上进一步实现智能化成为现实。依托物联网可实现智能化感知、识别、定位、跟踪和监管；借助云计算及智能分析技术可实现海量信息的处理和决策支持。

        在不久的将来，无论何时何地，用户如何移动，都可以通过智能信息设备与有线无线网络访问到所需要的资源或信息，获得所需要的服务。这种根据用户位置，在情景适配机制下提供与之相适应的、经过裁剪的服务的移动计算模式被称为普适计算，普适计算将会带来彻底的移动享受，给人们的生活和工作带来了极大的便利。