移动计算
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第6章 无线与移动计算 1 无线与移动计算的问题 移动计算包括三个要素，即通信、计算和移动，这三个方面既相互独立又相互联系。移动计算概念提出之前，人们对它们已经研究了很长时间，移动计算则是第一次把它们结合起来进行研究的。 第一，信道可靠性问题和系统配置问题。首先，恶劣的通信环境造成很高的错误传输概率，为此采用的纠错和重传技术又会加剧时延特性的恶化。其次，有限的无线带宽，限制了数据的传输速率。 第二，对宽带业务的支持问题。为了真正实现在移动中进行各种计算，必须要对宽带数据业务进行支持。目前的无线移动蜂窝网络基本只能支持话音和低速的数据业务。为了解决这个问题，除了增加无线信道的带宽外，还必须研究如何在较低数据速率下适应移动特性，以及如何提供预连接服务、智能业务服务和资源的预分配技术等。 第三，在移动计算中，还存在一个移动管理的问题。现有的移动管理主要针对话音业务，如何拓展现有的移动管理技术到宽带数据业务，更好地支持预连接智能业务和预分配资源是一个正在研究的课题。第四，如何把一些在固定计算网络中的成熟技术移植到移动计算网络中的问题。
2 移动计算网络根据支持节点的移动范围的大小，基本上可以分为两种解决方案：广域解决方案和局域解决方案。
1） 无线蜂窝数字通信网络和卫星通信网络 广域方案主要是依靠现有的无线蜂窝数字通信网络和卫星通信网络作为移动计算的物理网。（1） 无线蜂窝数字通信网络 传统的以话音业务为主的无线数字蜂窝系统只能支持低速的数据业务，满足不了日益增长的宽带多媒体业务的需求。为了在现有蜂窝系统的基础上增加对无线数据业务(计算能力)的支持，需要做两方面的工作：一是在物理层上提供更可靠的高比特速率传输，二是在高层上支持数据业务的交换。GPRS(General Packet Radio Service)和CDPD(CellularDigitalPacket Data)就是在这样的背景下提出的。 （2）．卫星通信网络 新一代的宽带卫星进入太空，消除了成本和距离之间的硬性关系，建立了真正的普遍服务。宽带卫星具有如下优点：· 覆盖范围广。· 可以进行多点广播。 · 通讯费用固定。 · 通信速度快。 高速卫星通信系统示意简图如图6.1所示。卫星通信利用卫星上的微波天线来接收地球发送站发出的无线电信号，然后，又将该信号转发回地球接收端，下行链路信号可以被辐射范围内任何地球站接收。同时，用户PC可以通过本地ISP有线连接到传输平台，保证了在无线不能覆盖的区域仍能共享信息。通常经过卫星通信传送的信号可以是声音、数据或图像。
图6.1 高速卫星通信系统示意简图 卫星通信网络系统应当具有很高的安全性。在进行网络设计时，通常
采用如下的各种网络安全方案。 VLAN划分：为了保证卫星主站网络主机不会受到未经授权的访问，根据系统安全控制原则将不同的主机安全级别划分到不同的VLAN，从而将其从物理上隔离开来，保证主机不会受到任何侵犯。 访问控制列表：通过建立访问控制列表，对不同的主机提供基于应用层上的安全访问控制策略(例如根据IP地址、协议类型、TCP端口号、TCP请求建立连接主机等)，保证不同的主机只能获得特定的访问应用。 AAA安全认证：AAA为身份认证、授权、记账的简称，身份认证提供对用户身份鉴别，授权为通过身份认证的用户提供特定的访问权限，记账功能对用户的网络访问行为作出记录。 动态访问列表：动态访问列表可以用来防御伪装IP地址的攻击，在授权给用户获得网络访问权限的访问列表有效之前，用户必须先通过Telnet获得身份认证，然后建立授权用户访问网络的访问控制列表，在用户会话终止以后，动态访问列表自动失效。 TCP拦截技术：TCP拦截技术可以防止主机受到洪水般TCP连接请求的攻击，它能根据指定的连接溢出时间、最大TCP连接数等指标，自动复位未连接成功的TCP连接请求。基于状态过滤：能根据TCP报头的序列号进行报文过滤，即只接收顺序到达的数据包，未经顺序到达的数据包将丢弃，从而保证用户连接中不会出现其他非用户数据包。
2） 无线局域网（1）．IEEE 802.11bIEEE 802.11b只规定了开放式系统互联参考模型(OSI/RM)的物理层和MAC层，它的主要特点如下： 支持较高的数据速率，1～11 Mb/s；能够支持有中心和无中心两种拓扑结构； 能够支持多优先级；能支持时间受限业务和数据业务；具有节能管理和安全认证；可采用无线电或红外线传输介质；在世界范围的ISM频段使用，可采用直扩或跳频两种扩频技术。 无线的接入协议采用载波检听/碰撞避免(CSMA/CA)协议。为了避免碰撞或其他原因造成的传输失败，采用ACK应答机制。为了支持多优先级引入多个不同的(IFS、SIFS、PIFS、DIFS)帧间隔。为了支持实时业务又引入超帧结构。电气和电子工程师协会(IEEE)在1999年批准了802.11b标准，它可以提供最高每秒11B位(Mb/s)的数据传输速率--近似于很多以太网工作小组所使用的10 Mb/s连接。（2）．IEEE 802.11a IEEE于1999年批准了802.11a标准，但是直到2001年12月市场上才出现第一款兼容802.11a的产品。802.11a标准最高可以提供54 Mb/s的数据传输速率和8个不重叠的频率通道，从而可以增加网络容量，提高可扩展性，并能够在不干扰相邻单元的情况下创建微型单元式结构。802.11a工作在5 GHz频段，因而不会受到来自于工作在2.4 GHz频段的设备的干扰，例如微波炉、无绳电话和蓝牙(一种短距离、低速、点对点、个人局域网无线标准)设备。 但是，802.11a标准并不能与现有的支持802.11b的设备兼容。已经采用了802.11b设备，并希望获得802.11a技术所提供的更高通道数和网络速度的企业，必须安装一整套全新的802.11a基础设施，以及802.11a接入点和客户端适配器。需要指出的是，2.4 GHz和5 GHz设备可以在互不干扰的情况下在同一个物理环境下工作。 (3)．IEEE 802.11g 802.11g标准是从2001年11月就开始草拟的，802.11g可以提供与802.11a相同的54 Mb/s的数据传输速率，但是它还可以提供一种重要的优势，就是对802.11b设备向后兼容。这意味着802.11b客户端卡可以与802.11g接入点配合使用，而802.11g客户端卡也可以与802.11b接入点配合使用。因为802.11g和802.11b都工作在不需许可的2.4 GHz频段，所以对于那些已经采用了802.11b无线基础设施的企业来说，移植到802.11g将是一种合理的选择。 需要指出的是，802.11b产品无法“软件升级”到802.11g，这是因为802.11g无线收发装置采用了一种与802.11b不同的芯片组，以提供更高的数据传输速率。但是，就像以太网和快速以太网的关系一样，802.11g产品可以在同一个网络中与802.11b产品结合使用。由于802.11g与802.11b工作在同一个无需申请的频段，所以它需要共享三个相同的频段，这将会限制无线容量和可扩展性。 (4)．HIPERLAN 关于无线局域网的另一标准是欧洲的HIPERLAN，它由ETSI(European Telecom Standards Institute)的RES10工作组提出。HIPERLAN的特点如下：它是高性能的无线局域网；工作频段在5.12～5.30 GHz和17.1～17.3 GHz，采用窄带GMSK调制，支持的物理层传输速率为23.5 Mb/s/23.5 MHz带宽。HIPERLAN采用CSMA/C接入协议A，主要支持点到点传输，同时还具有节能管理等功能。
3) 移动互联网的接入 移动终端接入Internet大致有以下几种方式：无线局域网接入方式、数字蜂窝电话接入方式、点对点的专用微波链路接入方式、无线本地回路方式、同步卫星链路方式等。但目前发展最快、用户数量最多的主要是前两种方式。 有三种通过插入无线局域网卡接入Internet的情况。第一种是移动计算设备如笔记本、PDA等通过无线接入点接入的情况；第二种是在台式机插槽中插入无线局域网卡通过接入点接入Internet的情况，这样可免去常规网线的连接；第三种是有线局域网通过无线链路接入互联网的情况，这种情况适合于不存在有限接入网络设施和不方便连接的情况。
4) 基于Internet的移动计算网络的构成 移动计算网络支持主机在网中自由移动，并且这种移动对用户应该是透明的。图6.2给出了基于Internet的移动计算机网络的构成。
图6.2 基于Internet的移动网络构成 如图所示，除了主机，无线接入站及漫游管理路由器外，其他功能均
为现有的Internet上的设备，也可以说移动计算机网络是在Internet上又追加了“主机可移动性”功能。主机MH在同一IP子网间的移动称为散步，在不同子网间的移动称为漫游，移动计算网络必须支持散步和漫游。 移动计算网络对散步的处理是由AP负责完成的，主要涉及链路层的功能，IEEE 802.11 MAC协议处理这一问题。实现移动计算网络的关键是如何实现对漫游的处理，这一工作由网络层(如Internet的IP层)来实现。实现漫游的方法很多，例如，Internet学会IETE(Internet EngineeringTask Force)的“Mobile IP”工作组研究制订的在Internet上支持主机漫游的
