Mobile Systeme

Mobile Systeme
Teil 1: Einführung
Sommersemester 2004
Prof. Dr. Thomas Wieland
(C) Siemens AG
Literatur zu Teil I
(Grundlagen)
Jörg Roth: Mobile Computing.
dpunkt.verlag, Heidelberg 2002.
49,00 €
Jochen Schiller: Mobilkommunikation,
2. Aufl., Pearson-Studium, München,
2003, 39,95 €
Weitere Bücher
Christian Lüders: Mobilfunksysteme,
Vogel Verlag, Würzburg, 2001, 32,80 €
Bernhard Walke: Mobilfunknetze und
ihre Protokolle, Teubner-Verlag,
Braunschweig, 108,00 €
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Literatur zu Teil II (Programmierung mobiler Geräte)
Aber: Online-Ressourcen meist aktueller und wertvoller!
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Einführung
Definition "Mobile Computing"
„Leichte, tragbare aber dennoch leistungsfähige Rechner werden drahtlos
vernetzt und transparent in Kommunikations- und Informationsinfrastrukturen
eingebunden.“
[N. Diehl, A. Held: Mobile Computing]
Mobile Computing:
Computing:
portabel + mobil + vernetzt
Nomadic Computing:
Computing:
portabel + mobil | räumlich begrenzt, evtl. vernetzt
Ubiquitious Computing:
Computing:
Nomadic + Mobile Computing
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Ziel des Mobile Computing
Das Ziel des Mobile Computing ist es,
Benutzern an jedem Ort, zu jeder Zeit
rechnergestützte Anwendungen und
Lösungen zur Verfügung zu stellen, die ihre
Aufgaben auch bei unsicheren Verbindungen
und im Zusammenspiel mit einer Vielfalt
anderer Geräte stabil und effizient erfüllen.
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Herausforderungen bei
mobilen Anwendungen
Dienste für mobile Geräte sind eine besondere
Form verteilter Anwendungen.
Sie können mit einem Server zusammenarbeiten,
der sie mit Daten versorgt.
Anwender können sich an beliebigen
internationalen Orten aufhalten.
Verbindungen können unterbrochen werden oder
einen Netz- bzw. Provider-Wechsel erfordern
(session management, roaming).
Sehr heterogene Endgeräte
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Problemfelder bei Endgeräten
Heterogenität
Verschiedene Betriebssysteme
Beschränkte Ressourcen
Rechenleistung
Speicherplatz
Display-Größe, -Auflösung,
-Farbtiefe
Stromversorgung
Herkömmliche Massenspeicher ungeeignet
Unterschiedliches Benutzerverhalten
Andere Benutzererwartungen
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Einfluss der drahtlosen
Kommunikation
Bandbreite gegenüber
Kabelverbindung herabgesetzt
Fehlerrate deutlich höher als in
Kabelnetzen
Funkübertragung nicht räumlich
abgrenzbar
Abdeckung mit Funkkapazität nicht
überall
Hardware für drahtlose
Kommunikation deutlich teurer als
für Kabelverbindungen
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Weitere Probleme für Mobile
Computing
Sicherheit
Kosten
Endgeräte und Übertragungskosten i.A. höher als
drahtgebunden
Gesundheit/Elektro-Smog
Z.B. bei der Übertragung von persönlichen Daten
Bevölkerung tlw. kritisch gegenüber Mobilkommunikation
Marktsituation
TK-Branche derzeit in der Krise
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7000
700%
6000
600%
5000
500%
Zuwachs in %
Verkäufe in 1000 Stück
Verkaufstrends mobiler
Geräte in West-Europa
4000
3000
2000
400%
300%
200%
1000
100%
0
0%
2000 2001 2002 2003
Feature phone
Smart phone
Handheld
Wireless handheld
2001
2002
2003
Feature phone
Smart phone
Handheld
Wireless handheld
Quelle: Canalys.com 2001
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Top-Technologie-Trends
Anwendungen können auf kleine mobile Endgeräte geladen
werden (Java)
Nutzung von Anwendungen über eine Web-Schnittstelle aus
dem Internet (Web Services und SOAP)
Vernetzung mit bestehenden Informationsstrukturen
Daten im Internet werden sicherer (Public Key Infrastruktur)
Vernetzung dehnt sich auf weitere Lebensbereiche aus
Direkter Datenaustausch zwischen Endgeräten (Peer-to-Peer)
Spontane, konfigurationsfreie Vernetzung (Ad-hoc-Netze, z.B.
mit UPnP)
Vernetzung aller Gegenstände (Ubiquitous Computing)
Verbesserte Quality-of-Service-Konzepte (vgl. IPv4 -> IPv6)
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Top Technologie-Trends (2)
Neuartige Endgeräte ermöglichen innovative Anwendungen
Benutzungsschnittstellen werden unabhängig von
Texteingaben
Displays: Autostereoskopische LCDs, Mini-Beamer, Holographie
Multimedia-Download, z.B. DAB/DVB
integrierte Positionsbestimmung mit GPS
Biometrie und Spracherkennung (Voice Browsing)
Dienste werden preiswerter, aber auch dynamisch
abgerechnet
Anwendungen passen sich ihrer Umgebung und der Situation
ihrer Benutzer an ("context awareness")
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Anforderungen an Mobile
Computing
Ein Laptop ohne Vernetzung ist noch kein Mobile
Computing!
Voraussetzung: Tragbarer Rechner, der überall
einsetzbar ist und mit anderen kommuniziert
Optional: Infrastruktur
Zugang zu weiteren Netzen
Höhere Dienste (Adressvergabe, Dienstauffindung,
Nachrichtenweiterleitung etc.)
Zwingend: Software-Systeme, die diese
Kommunikation unterstützen
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Begriffe aus Netzsicht
Ad-hoc-Netze: Spontane Vernetzung ohne Vorkonfiguration
Meist als Direktverbindung zwischen Endgeräten (mobile ad hoc
networks, MANETs)
Manchmal auch als Sofortzugriff auf umgebende Infrastruktur
(Anbindung an lokale Netze und Internet)
Embedded Networking: Haushalts-, Unterhaltungs- und
industrielle Feldgeräte werden vernetzt
Sensornetze: Drahtlos verbundene Sensoren sammeln
Umgebungsdaten und tauschen diese aus
Mobilkommunikation: Bewegen eines Geräts zwischen
verschiedenen Netzen (Netzübergang: "Roaming")
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Begriffe aus Benutzersicht
Context awareness: Fähigkeit von Anwendungen, den Kontext
(Ort, Zeitpunkt, Rolle, Endgerät etc.) des Benutzers zu
berücksichtigen
Location-based Services: Dienste, die vom Ort des Benutzers
abhängen (Beispiel: Tankstellensuche); Form der Context
awareness
Pervasive Computing (auch "Ubiquitous Computing"):
Alltagsgegenstände erhalten Rechenkapazitäten und werden
drahtlos vernetzt
Wearable Computing: Endgeräte werden in Kleidung integriert
Augmented Reality: Tragbare Endgeräte "reichern" Realität des
Benutzers (meist: Sichtfeld) durch zusätzliche Daten an
(Beispiel: Route als Linie auf Straßenbild)
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Arten der Mobilität
Endgerätemobilität
Benutzermobilität
Dienstmobilität
Mobiles Gerät
bleibt mit Netz
verbunden
Feste Zuordnung
Benutzer ↔ Gerät
Beispiel: GSMMobiltelefon
Benutzer verwendet mehrere
Endgeräte, identifiziert sich dort
Beispiel: Verschiedene GSM-Mobiltelefone mit einer
SIM-Karte
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Benutzer kann
von jedem Ort auf
einen Dienst
zugreifen
Beispiel: Web-Mail
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Anwendungsbeispiele
Fahrzeuge
Empfang von Nachrichten: Straßenzustand, Staus, Wetter
persönliche Kommunikation über GSM, UMTS, ... (E-Mail, SMS)
Positionsbestimmung über GPS
lokales Netz (ad-hoc Netz) mit anderen Fahrzeugen, z.B. zur
Staumeldung oder -vermeidung
Vorabübermittlung von Fahrzeugdaten (z.B. bei Linienbussen)
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Anwendungsbeispiele (2)
Notfälle
Übermittlung von Patientendaten aus Krankenwagen oder
von Rettungsstelle, aktueller Stand der Behandlung,
Diagnose
Ersatz der festen Infrastruktur bei Katastorphenfällen
(Erdbeben, Überschwemmungen, etc.)
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Anwendungsbeispiele (3)
M-Commerce
Bankgeschäfte, Wertpapierhandel
Bezahlen per Mobiltelefon (Micropayment)
Mobile Ticketing
Mehrbenutzerspiele
Download von Spielen und Spiellevels
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Peer-to-Peer Computing
P2P ist eine Methode zur direkten, dezentralen Kommunikation
zwischen Personen, Geräten oder Anwendungen
Dynamische, selbst-organisierende P2P-Netze sind ideal für mobile
Ad-hoc-Umgebungen geeignet
P2P ermöglicht gemeinsame Nutzung von Ressourcen (Dateien,
Rechenzeit), verteilte Suchen, Zusammenarbeit in Echtzeit, Instant
Messaging u.v.a.m.
Vorteile sind reduzierte Netzlasten (Download vom Kollegen statt
vom Server), dynamische Vernetzung von Benutzergruppen und
Applikationen, Stärkung der Zusammenarbeit, einfacher Zugriff auf
verteilte (verstreute) Informationen
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Ubiquitous Computing
Nächste Innovationswelle nach E-Business: Vernetzung aller
Gegenstände
Gegenstände können eindeutig identifiziert, über die
Lebensdauer verfolgt werden
Echtheitsgarantie, Schutz vor Plagiaten
Automatische Identifikation bei Bauteilaustausch, Medikamenten,
etc.
Objects
People
RF-ID Tags
Devices
Wireless
Communication
Tracking
Sensors
Network Access
Smart Places
Filtering
Distribution
Aggregation
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Intelligent Services
User goals aware
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Context-aware
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Mobile Endgeräte
Mobiltelefone
Notebooks
Palmtops
Pager
PocketPCs
Tablet-PCs
Sensoren
Leistungsfähigkeit
Leistungsfähigkeit
Stromverbrauch/Mobilität
Stromverbrauch/Mobilität
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Die Kommunikationswelt
Voice
E-Mail
Online-Dienste
WAP
ADSL
downstream 2-8 Mbps
upstream 640 kbps
POTS
ISDN
56 kbps
GSM
2x 64 kbps
DECT
- 115 kbps
50-300m
IrDA
2m
9,6 kbps
HSCSD 64 kbps
GPRS -115 kbps
Wireless LAN
HomeRF / IEEE802.11b
1.6 -11 Mbps
30-100m
Seriell
V.24, USB, etc.
Feldbusse
EIB, VME, Profibus, etc.
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Data
UMTS
384 kbps...2 mbps
Cable / Satellite
downstream 10 Mbps
Quelle: Werner Pawelczyk / 08,2001
Internet
Internet
Unified
Messaging
Bluetooth
720 kbps
10-100m
Parallel
PCI, PCMCIA, etc.
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Datenraten und Reichweiten
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Vision einer Vernetzung
Anwendungen können bei Bedarf das jeweils optimale
Netzwerk nutzen.
Dabei werden unterschiedliche drahtlose IP-Netze
miteinander integriert und ermöglichen so weitreichende
Interoperabilität.
County
GSM /GPRS
UMTS
Area
Building
Wireless LANs
Beliebige heterogene mobile Endgeräte werden nahtlos ins
Internet integriert.
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Der mobile Konsument
Quelle: networkworld
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