樊麗杰,楊會麗,張代立

(1.河北經(jīng)貿(mào)大學研究生院河北石家莊 050000;2.河北經(jīng)貿(mào)大學經(jīng)濟管理學院,河北石家莊 050000)

移動計算技術及其應用

樊麗杰1,楊會麗2,張代立2

(1.河北經(jīng)貿(mào)大學研究生院河北石家莊 050000;2.河北經(jīng)貿(mào)大學經(jīng)濟管理學院,河北石家莊 050000)

介紹了移動計算的相關知識,總結分析了移動計算技術的研究熱點及發(fā)展趨勢,并對移動計算在電子商務中的應用做了重點闡述。

移動計算;移動電子商務;綜述

隨著計算機技術和通信技術的迅猛發(fā)展及用戶對網(wǎng)絡應用的更高需求[1],一種新的計算模式——移動計算(Mobile Computing),隨之產(chǎn)生。國外早在20世紀80年代后期就開始了對移動計算模式的研究,我國從20世紀90年代,也展開了這方面的工作[2]。移動計算是分布式計算在移動通信環(huán)境下的擴展與延伸,是計算技術的一個重大進步。隨著3G、4G技術的應用,移動計算在理論、技術、產(chǎn)品、應用、市場等多個層面獲得了飛速發(fā)展,成為當前計算機技術的前沿領域。

移動計算就是應用便攜式計算設備與移動通信技術,使用戶能夠隨時隨地的訪問因特網(wǎng)上的信息或能夠獲取相關計算環(huán)境下的服務[3]。一個移動計算系統(tǒng)由移動終端、無線網(wǎng)絡單元(Mobile Unit,MU)、移動基站(Mobile Support Station, M SS)、固定節(jié)點和固定網(wǎng)絡連接組成。移動計算系統(tǒng)的示意圖如圖1[4]。

圖1 移動計算系統(tǒng)示意圖

其中,固定網(wǎng)絡構成連接固定節(jié)點的主干;固定節(jié)點包含通常的文件服務器和數(shù)據(jù)庫服務器; M SS是一類特殊的固定節(jié)點,它帶有支持無線通信的接口,負責建立一個MU,MU內(nèi)的移動終端通過MU與MSS連接,進而通過M SS和固定網(wǎng)絡與固定節(jié)點(固定主機和服務器)以及其他移動計算機(或移動終端)通信。

1 移動計算模型與關鍵技術

1.1 移動計算模型

計算模型即計算機系統(tǒng)完成計算所必須遵循的基本框架和原則。因為移動性所帶來的設備斷接性、通信與計算的非均衡性等特殊點及節(jié)能性等特殊要求,移動計算模型與分布式計算模型相比有明顯不同,需增加對移動性和弱連接性的支持。移動計算模型要解決的核心問題是確定移動終端與服務器的功能如何分配及根據(jù)需要怎樣進行動態(tài)調(diào)整。

移動計算模型主要分為三類[5]:移動客戶/服務器模型(圖2)、移動P2P模型(圖3)和移動A-gent模型(圖4)。在移動客戶/服務器模型中,資源主要集中在服務器上,客戶端與服務器的信息交換主要通過遠程過程調(diào)用(RPC),這種模型中服務器容易成為瓶頸,可通過在服務器與客戶端之間添加代理來提高系統(tǒng)性能。移動 P2P模型弱化了服務器的概念,系統(tǒng)中的各個節(jié)點不再區(qū)分服務器和客戶端的關系,每個節(jié)點既可以請求服務,也可提供服務,這種模型避免了服務器瓶頸、單點失效等問題,但要求盡快發(fā)現(xiàn)對等體并建立聯(lián)系在移動環(huán)境中難度較大,且在瘦客戶機上難以實現(xiàn)。在移動Agent模型中,移動Agent與移動環(huán)境有天然的匹配性,可遷移到資源主機上執(zhí)行任務,然后把結果帶回到客戶端,使得中間過程的遠程通信與信息交換減少。在減少網(wǎng)絡延遲、支持輕載移動設備、異步信息搜索、數(shù)據(jù)訪問能力方面具有其他移動計算模型不可比擬的優(yōu)勢。

圖2 移動客戶/服務器模型

圖3 移動P2P模型

圖4 移動Agent模型

1.2 移動計算關鍵技術

用戶對網(wǎng)絡應用的更高需求是移動計算模式出現(xiàn)的必要性,同時,現(xiàn)有通信技術的發(fā)展使移動計算產(chǎn)生并為人類生活帶來方便成為可能。與傳統(tǒng)的及時模式不同,移動計算的計算終端隨用戶處于不斷的移動中,人們希望這樣的移動不會影響正常使用,甚至要求隨地點的不同,移動計算要提供基于位置的服務。但移動計算的計算終端是在無線網(wǎng)絡中為用戶服務,在用戶移動過程中涉及到終端電源能力有限、網(wǎng)絡條件多樣、網(wǎng)絡通信非對稱等問題,因此,移動計算還有很多技術難題要攻克。移動計算的關鍵技術主要有:移動計算通信協(xié)議、情景感知、移動計算環(huán)境、應用任務遷移方法、移動計算軟件支撐平臺及移動過程中的信息安全等[3]。

1.2.1 移動計算通信協(xié)議

移動計算的特殊運行環(huán)境使得它需要有不同于傳統(tǒng)計算模式的通信協(xié)議來支持。下面介紹幾種典型的移動計算通信協(xié)議。

(1)簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)

簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)基于可擴展標記語言、用于在Web上交換結構化和類型信息,包括四個部分:SOAP封裝,定義了一個框架,用于描述消息的內(nèi)容、來源、目的地所要發(fā)生的行為; SOAP編碼規(guī)則,用于表示應用程序需要使用的數(shù)據(jù)類型的實例;SOAP PRC表示,用于表示遠程過程調(diào)用和應答的協(xié)議;SOAP綁定,使用底層協(xié)議交換信息。

SOAP協(xié)議的目的是為了傳輸數(shù)據(jù)。但由于網(wǎng)絡傳輸?shù)膹碗s性及不確定性,信息傳送過程中的安全問題難以保證。為解決這一問題,可以在SOAP協(xié)議中引入相應的安全機制,采用SOAP擴展來實現(xiàn) SOAP消息的加密與解密,保證SOAP消息的安全保密性。

(2)IEEE 802.11協(xié)議

IEEE 802.11協(xié)議是 IEEE 802工作組于1999年8月為無線局域網(wǎng)(W TLS)提出的協(xié)議標準,同年9月又提出了工作于2.4GHz頻段和5GHz頻段的高速率協(xié)議標準IEEE 802.11b和IEEE 802.11a,使無線局域網(wǎng)的傳輸速率由原來的2M b/s分別提高到11M b/s和54M b/s。2003年6月提出的IEEE 802.11g標準,進一步將工作于2.4GHz頻段無線局域網(wǎng)的最高傳輸速率提高到了54M b/s。IEEE 802.11M AC采用虛擬載波檢測機制來提高協(xié)議性能。

該協(xié)議負責信道分配、協(xié)議數(shù)據(jù)單元尋址、組幀、檢錯和分組的分段與重組,支持A d Hoc組網(wǎng)方式,在無線A d Hoc網(wǎng)絡媒體接入控制協(xié)議的研究中受到廣泛關注。

(3)藍牙協(xié)議

藍牙技術規(guī)范是藍牙特殊興趣小組(SIG)制定的。在使用通用無線傳輸模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議的基礎上開發(fā)交互式服務和應用,多用于便攜式通信設備。制定藍牙技術規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種應用之間能夠互通。

(4)無線應用協(xié)議(WAP)

無線應用協(xié)議(WAP)結合移動通信技術和Internet技術,提供了一套開放、統(tǒng)一的技術平臺,從而使用戶利用移動設備很容易訪問和獲取以統(tǒng)一的內(nèi)容格式表示的國際互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)信息和各種服務。

WAP協(xié)議不是只有一個協(xié)議,而是一個協(xié)議棧,它與現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡中的www協(xié)議類似,只是針對無線通信的特殊性做了相應改進。WAP體系結構如圖5所示[6]。

圖5 WAP體系結構示意圖

1.2.2 情景感知

移動計算用戶在移動過程中所處的情景會變動,情景感知技術主要解決移動計算如何為移動的用戶提供基于其所處情景的服務,也就是使用戶處于一個智能空間中,移動計算能根據(jù)用戶所處情景的不同提供不同的服務。

情景感知技術基于人工智能研究中的認知模型,情景包括任何用于表征實體狀態(tài)的信息,情景感知包括利用情景的融合計算向用戶提供適合于當時狀態(tài)的信息或服務,并據(jù)此做出決策和自動提供相應的響應或服務。情景感知系統(tǒng)分為感知、推理和行為三部分:感知部分提供獲取物理世界信息或數(shù)據(jù)(知識),計算機系統(tǒng)使用獲取的知識進行決策并選擇最合適的反應動作;推理部分負責用基于知識的方法表示和處理感知部分捕獲的情景信息;行為是系統(tǒng)基于情景信息推理采取的相應動作。

1.2.3 移動計算環(huán)境

移動計算環(huán)境是一個由物理空間和信息空間共同組成的復雜環(huán)境,該環(huán)境的搭建是移動計算為用戶提供服務的基礎。簡單的說,該環(huán)境主要包括移動終端(手機、PDA及便攜電腦等)、無線網(wǎng)絡、嵌入式構件(嵌入式微處理器等)、應用于移動計算設備的操作系統(tǒng)(嵌入式Linux、W indow s CE、Symbian等)、中間件(位于操作系統(tǒng)與應用程序之間,通過提供應用程序接口屏蔽系統(tǒng)中硬件、網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)等方面的差異,為應用程序提供統(tǒng)一的運行平臺[7])、移動IP技術(移動 IPv4、移動IPv6)等。

1.2.4 無縫遷移技術

無縫遷移技術的研究目的是隨著用戶的移動,用戶的多媒體任務可以在多個移動終端上或不同軟件環(huán)境中自由遷移,但不影響或很少影響用戶的使用。

無縫遷移本質(zhì)上就是要求用戶任務在移動過程中,與該任務相關的歷史信息、上下文信息也隨著移動,并且用戶周圍可用的計算環(huán)境和軟件資源也動態(tài)地發(fā)生著適應性的變化。無縫遷移的功能需求主要體現(xiàn)在連續(xù)性上,連續(xù)性指無縫遷移可以暫停,也可以繼續(xù),但不能丟失程序的歷史信息。張德干等敘述了Mobile Agent在無縫遷移技術中應用[8];劉敏等分析總結了異構無線網(wǎng)絡中水平切換和垂直切換算法[9]。迄今為止,無縫遷移研究中最有影響的兩個計劃是美國麻省理工學院的Oxygen研究計劃和卡耐基梅隆大學的Aura研究計劃。

1.2.5 移動計算平臺

移動計算環(huán)境中網(wǎng)絡和終端的異構、人的移動、大量無線設備的應用等問題,對移動計算平臺提出了更高的要求,目前移動計算平臺的主流平臺有無縫遷移支持平臺、軍用移動計算平臺、移動游戲平臺及M IT的M etaglue/Rascal/Hyperglue等相關平臺。

1.2.6 移動計算的信息安全

移動計算技術使得用戶可以隨時隨地發(fā)送和接收數(shù)據(jù),但是,其環(huán)境的開放性和用戶的移動性使得其對安全的要求更高。此外,用戶終端的存儲能力相對較小,解決方案需要在功能和所占內(nèi)存容量方面要有一個更好的權衡。

為建立開放環(huán)境下移動計算系統(tǒng)的安全體系,要從數(shù)據(jù)機密性、數(shù)據(jù)完整性、節(jié)點認證、安全路由和訪問控制等多個角度對移動計算系統(tǒng)進行深入研究,確保在保護移動計算信息安全的同時,也要保證服務質(zhì)量(QoS)[10]。目前移動計算的安全策略主要有以下幾種:基于共享密鑰認證體制的移動計算安全方案:實現(xiàn)雙向認證、區(qū)域隱藏及數(shù)據(jù)加密,具有較高的實現(xiàn)效率,能夠在保證QoS的前提下實現(xiàn)安全認證[11];基于移動代碼的安全策略:從移動代碼的角度解決移動計算系統(tǒng)的安全問題[12];基于信任管理模型的移動計算的安全策略:可以評估移動節(jié)點的信任值并負責其移動性的管理,對簡單惡意節(jié)點和合謀欺詐有很好的抵抗作用,是移動計算環(huán)境下一種比較有效的安全策略[10]。

2 移動計算的應用

面向普適服務的移動計算技術的目標是使任何人可以隨時隨地的訪問感興趣的信息或得到任何所需要的服務。移動應用多種多樣,下面對幾種典型的應用做詳細闡述。

2.1 移動電子商務

2.1.1 移動電子商務的定義

移動電子商務就是利用手機、PDA及掌上電腦等無線終端進行的B2B、B2C或C2C的電子商務。移動電子商務將因特網(wǎng)、移動通信技術、短距離通信技術及其它相關技術結合,使輕便、功能強大的移動終端可以作為用戶的電子錢包、信息庫、電子信用卡等而存在,極大的方便了用戶的生活和工作[13],移動電子商務交易簡圖可參照圖6所示。移動電子商務在給用戶帶來方便的同時,其安全問題的解決也面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)。

2.1.2 移動電子商務的安全問題

(1)安全分析

移動電子商務的不安全因素主要來自移動移動終端、無線接口和移動網(wǎng)絡三方面:移動終端的不安全因素主要表現(xiàn)在用戶身份、賬戶信息和認證密鑰等方面;無線接口中的不安全因素主要表現(xiàn)在任何具有適當無線設備的人都有機會通過竊聽開放的無線信道獲得其中傳輸?shù)男畔?網(wǎng)絡端的不安全因素主要表現(xiàn)在無線網(wǎng)絡中的信息傳輸、網(wǎng)關對信息的轉(zhuǎn)換及有線網(wǎng)絡中的信息傳輸均有可能將消息暴露,對移動電子商務的安全交易造成威脅。

(2)解決方案

現(xiàn)有的移動電子商務絕大多數(shù)是基于WAP規(guī)范和WPKI體系的。WAP協(xié)議的體系結構在1.2.1節(jié)有相應介紹。WPKI技術即無線公開密鑰體系,是基于有線網(wǎng)絡的公開密鑰體系發(fā)展而來的,此體系能有效建立安全和值得信賴的無線網(wǎng)絡環(huán)境。

以移動終端向內(nèi)容服務器發(fā)送信息流為例,一個安全的WAP交易由兩部分組成(如圖6所示)。單獨的 W PKI/PKI體系、W TLS協(xié)議和TLS/SSL協(xié)議的安全性都是很高的,但是由圖6可知移動終端給內(nèi)容服務器傳送的數(shù)據(jù)有一段時間完全暴露在第三方的WAP網(wǎng)關下,對交易中的敏感數(shù)據(jù)產(chǎn)生威脅。

圖6 移動電子商務安全會話機制簡圖

解決進行移動電子商務交易過程中WAP網(wǎng)關產(chǎn)生的威脅,一種理想解決方案是開發(fā)端到端的安全模型,該模型保護移動電子商務的每個薄弱環(huán)節(jié),確保數(shù)據(jù)從傳輸點到最后目的地之間完全的安全性。如WAP服務器模型、透明網(wǎng)關模型、雙加密模型等[14]。

2.2 移動醫(yī)療急救

人們對提高健康水平的要求日益迫切,傳統(tǒng)的遠程醫(yī)療己遠遠不能滿足人們的需要,移動醫(yī)療(Mobile M edical)提供了一種通過對遠地移動對象生理參數(shù)的檢測來研究其生理功能的方法,并提供向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)的功能,為監(jiān)控中心的醫(yī)護人員有效贏得急救時間,已成為遠程醫(yī)療領域內(nèi)一個新的研究熱點。

移動醫(yī)療系統(tǒng)由移動單元、數(shù)字蜂窩網(wǎng)和監(jiān)護中心組成:移動單元由數(shù)據(jù)采集模塊、移動模塊組成,由用戶隨身攜帶,隨時檢測用戶生理數(shù)據(jù)并在必要時“告知”監(jiān)控臺;監(jiān)護中心由監(jiān)控臺(包括監(jiān)控計算機、移動模塊)、信息管理系統(tǒng)以及聯(lián)系兩者之間的局域網(wǎng)組成,用于接收移動單元發(fā)來的信號,為醫(yī)護人員的救援工作提供信息[15-16]。

2.3 移動辦公

移動辦公利用移動設備的移動信息化軟件,建立移動設備與電腦互聯(lián)互通的企業(yè)軟件應用系統(tǒng),擺脫時間和場所局限,隨時進行隨身化的公司管理和溝通,有效提高管理效率,推動政府和企業(yè)效益增長。

此外,移動計算在制造、零售及軍事等領域也有廣泛應用。

3 發(fā)展趨勢

在不久的將來,無論何時何地,用戶如何移動,都可以通過智能信息設備與有線無線網(wǎng)絡訪問到所需要的資源或信息,獲得所需要的服務。這種根據(jù)用戶位置,在情景適配機制下提供與之相適應的、經(jīng)過裁剪的服務的移動計算模式被稱之為普適計算(pervasive computing),普適計算將會帶來徹底的移動享受,給人們的生活和工作帶來了極大的便利。

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Summary of mobile com puting technology and application

FAN Li-jie1,YANGHui-li2,ZHANGDai-li2

(1.Graduate Faculty of Hebei University of Econom ics&Business,Shijiazhuang Hebei050000,China;2.College of Econom ics and M anagement,Hebei University of Economics&Business,Shijiazhuang Hebei050000,China)

This paper introduces the mobile computing know ledge,summarizes and analyzes research hotspot and development tendency of mobile computing technology.The app licationsof mobile computing in e-commerce are emphasized.

Mobile computing;Mobile e-commerce;Summary

TP311

:A

1001-9383(2010)04-0021-05

2010-08-12

樊麗杰(1986-),女,河北大城人,碩士研究生,研究方向:移動計算與移動電子商務.