移动计算悄然兴起

  移动计算是一个新的概念，至今对它的内容、定义均未见专门的解释，但是也正像十几年前多媒体名词出现和流行之前一样，虽然没有明确的定义，但也都明白其意义。因此本文也只能就有关“移动计算”出现的背景、内容含意、有关技术和其广泛应用前景作一初浅介绍。

    任何新名词概念的出现都是新技术发展和新应用需求的产生所引起的。移动计算也是一样。９０年代初移动通信领域出现了个人通信的浪潮，它提出任何个人可以在任何时间、任何地点实现与其他任何人之间的通信，所谓３个Ｗ（Ｗｈｅｎｅｖｅｒ，Ｗｈｅｒｅｖｅｒ，Ｗｈｏｍｅｖｅｒ）。信息高速公路的提出，在世界上引起了巨大的浪潮，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ风靡全球，出现了随时随地，人们不仅要实现通信，而且要获取信息的迫切要求。正是在这一段时间内又出现了ＰＣ和ＮＣ之争，但不论是ＰＣ还是ＮＣ，计算机的能力及规模已经发生了根本性的改变，内存储器容量从几兆级进入了几百兆级，外存储器从百兆级进入千兆级，速度从几十兆赫到几百兆赫，体积从桌面、膝上、笔记本直到掌上。掌上计算机的出现为移动计算提出了更为诱人的实现可能。在这段时间内，移动通信手机发展最为引人注目，语音、数据、图像以至活动视频的传输相继出现。从应用方面来说，Ｅ－ｍａｉｌ、网页访问、股市信息和电子商务都要求能实现移动接入，因此移动计算的名词也随之提出。移动计算的研究目标是企图解决在移动条件下实现人们不论在家庭、办公室与各种信息供应服务商的信息设备进行访问、交互运行及管理等有关的技术应用。正是由于这一种可能及需求，使通信和计算机界科技人员产生了极大兴趣，促进了这方面厂商企业的蓬勃发展。

      移动计算的科技内涵反映了上述应用及需求，所以涉及的技术非常广泛。从网站上关于移动计算的文章内容来看，它包括了网络、膝上机、个人数字助理（ＰＤＡ），也包括掌上机、Ｗｅａｒａｂｌｅ计算机、分组无线及无线通信等，可见其分类主要是从产品的角度来说的。从行业来看，实际上涉及电信、计算机及家电，这是因为家电也在走向信息系统和网络化，形成新的体系。本文主要从技术方面来说明移动计算的内涵。根据前面给出的移动计算的解释，移动计算的核心技术应该是移动终端（包括移动手机及掌上计算机等）与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的接入、移动网络通信协议、移动信息存取及移动用户管理。这些技术的顺利解决，将决定移动计算体系的能力及应用。下面就以上的几个问题分别加以叙述。

１ 移动Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入问题

     为了适应与满足无线Ｅ－ｍａｉｌ、Ｗｅｂ浏览访问及协同局域网接入，甚至视频会议、电子商务和多媒体的需要，国际电信联盟（ＩＴＵ）和国际移动电信提出关于第三代无线传输技术建议，并对第三代移动通信提出了基本需求：通信质量达到ＰＳＴＮ的水平；大面积高速车辆的移动数据速率为１４４ｋｂｉｔ／ｓ；小面积低速车辆及行人的数据率为３８４ｋｂｉｔ／ｓ；办公室条件下可支持２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ速率；可提供分组交换和电路交换的数据服务；具有大参数Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信的非对称自适应无线电接口，即下行带宽要大大宽于上行带宽；可用频带利用率更高；可以支持多类移动设备；可灵活地引入新业务。从而实现三代机要求提供无隙的任意时间任意地点的个人通信。

    蜂窝系统从概念上可分为５个部分：即无线电、交换系统、数据库、处理中心和外部网。这５个部分整体组成了实现第三代通信的各种服务功能。但从物理上看，可能多个部分在一个系统中实现，正如数据库往往与交换是在一起的。蜂窝用户与固定电信网的移动连接由无线电部分实现，其中移动台与基站收发站由基站控制器进行控制。交换功能由移动交换中心实现。数据库由网络进行检索并提供给移动用户，实现位置登记管理网络的移动性，并对某网络是统一的。处理中心包括提供用户身份验证及一些语音公告等。

     在下一代异种网络服务（Ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｒ-ｖｉｃｅｓ）方面，ＩＴＵ的ＩＭＴ２０００提出一种层次蜂窝结构（ＨＣＳ）与全球漫游的建议。ＨＣＳ将覆盖所有移动用户的运行环境，将Ｐｉｃｏｃｅｌｌ，Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ，Ｍａｃｒｏｃｅｌｌ直到卫星蜂窝都覆盖在内。移动用户将利用所谓移动终端（ＭＴ）来对无线网络接入。这些终端通过无线电信道实现基站与公众陆地移动网（ＰＬＭＮ）、ＡＴＭ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络的连接，卫星通信通过固定地面站连接。下一代无线网络将开始实现终端的可移性、个人的可移性、服务商的可移性。终端可移性指不论ＭＴ在网络的任何接入点均保证其路由的呼叫；个人可移性是指个人服务不论其所在地址及所用终端均能保证接入的能力。ＩＴＵ将给用户以一个通用个人通信号码（ＵＰＴ），用以区别用户和终端本身；服务商可移性允许用户和／或ＭＴ迁出区域移动网络，用户仍能获得个人化的终端到终端服务，也就是说某地的有移动 ＩＰ的个人旅行到任何别的地方仍可得到信息服务。

２ 无线应用协议（ＷＡＰ）

    为了使移动用户便利地访问Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ，需要一种同时适合于移动用户特点和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ标准的开放协议规范，为此无线应用协议（ＷＡＰ）论坛和相应的ＷＡＰ标准亦应运而生。

    １９９７年６月Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、Ｍｏｔｏｒｏ-ｌａ、Ｎｏｋｉａ、Ｕｎｗｉｒｅｄ Ｐｌａｎｅｔ世界四大无线手机制造商联合成立了ＷＡＰ论坛，其目的是为移动电话获取Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ各种服务提供世界标准，同年９月初拟了标准结构。１９９８年１月４家公司建立了ＷＡＰ Ｆｏｒｕｍ Ｌｔｄ．公司来管理ＷＡＰ标准建立过程。同时作为开放机构，吸收了全球绝大多数的手机制造商参与了ＷＡＰ Ｆｏｒｕｍ的工作，１９９８年２月公布了第１份草案，同年５月ＷＡＰ论坛发布了ＷＡＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ１．０，并将有关技术文件放在ＷＡＰ论坛的网站上供直接下载。１９９８年９月，ＷＡＰ论坛进行了领导改选，原Ｐｈｏｍｅ．ｃｏｍ公司副总裁Ｃｈｕｃｋ Ｐａｒｒｉｓｈ当选理事长。

     ＷＡＰ使无线移动用户能更容易地访问交互信息服务和应用，包括Ｅ－ｍａｉｌ、Ｃｕｓｔｏｍｅｒ、Ｃａｒｅ、呼叫管理、统一消息、气象、交通警报新闻、体育、信息服务、电子商务甚至协同内部网应用。ＷＡＰ利用ＨＴＴＰ１．１ Ｗｅｂ服务提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或Ｉｎｔｒａｎｅｔ的内容，从而允许使用现有的应用开发方法和开发技能，如ＣＧＩ、ＡＳＰ、ＮＳＡＰＩ、Ｊａｖａ等。ＷＡＰ定义了一种ＸＭＬ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）称为ＷＭＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）。所有ＷＭＬ的内容均可以在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上由标准ＨＴＴＰ１．１访问。

     ＷＡＰ包括无线应用环境和无线通信协议两大块内容：

     无线应用环境确定无线标志语言（ＷＭＬ）、脚本语言（Ｓｃｒｉｐｔ Ｌａｎ-ｇｕａｇｅ）及无线电话应用接口（ＷＴＡＩ）。ＷＭＬ中包括ＷＭＬ微浏览器、ＷＭＬ脚本虚拟机、ＷＭＬ脚本标准库。

     无线通信协议（ＷＴＰ）包括一个支持Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ和Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ的传输层，之外还有一个Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，它的特征可用于有连接和无连接的服务。

     ＷＡＰ将Ｉｎｔｅｒｎｅｔ内容和先进的服务用于数字蜂窝电话和其它无线终端。它是一种全球化无线协议标准，可用于下列各种无线网络技术类型（如ＧＳＭ（９００、１８００和１９００ＭＨｚ）、ＰＤＣ、ＣＤＭＡ（ＩＳ９５和／或ＩＳ－７０７）、ＵＳ－ＣＤＭＡ（ＩＳ－１３６）、ｉＤＥＮ（ＥＳＭＲ）、ＤａｔａＴＡＣ等）。ＷＡＰ具有对各种传输外设和类型的可伸缩性。它的公共标准为其他设备制造商进一步投资发展兼容产品提供条件。

     ＷＭＬ继承了超文本构造语言（ＨＴＭＬ）和手机装置构造语言（ＨＤＭＬ）技术，它是基于标记的浏览语言，支持屏幕管理（文本、图像）、数据输入（文本、选择等）、超服务连接和导航等。它的脚本构造语言类似于ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ，但可节省许多不必要功能，降低了对ＣＰＵ的要求。微浏览器要求资源较少，允许在最基本的手机上安装。

     ＷＡＰ应用的基本网络结构有两种：即客户机（手机）通过ＷＡＰ应用服务器和客户机（手机）通过ＷＳＰ／ＷＴＰ连接ＷＡＰ关口站，再由关口站通过ＨＴＴＰ访问Ｗｅｂ服务器。

    目前使用ＷＡＰ１．１的产品已有诺基亚７１１０ＧＳＭ双模手机，阿尔卡特的Ｏｎｅ Ｔｏｕｃｈ ＰＯＣＫＥＴ，爱立信内置有ＰＤＡ的Ｒ３８０移动电话，西门子的Ｓ２５，摩托罗拉的ｉ１０００Ｐｌｕｓ。１９９９年２月ＣＮＮ亦宣布提供无线ＣＮＮ漫游服务，包括头条新闻、世界及地区性新闻、天气预报、世界商业报导等。

３ 移动多媒体及移动数据库

     在第三代移动通信（ＩＭＴ２０００）的计划中，移动多媒体业务量将远远超过传统的业务量。作为多媒体业务的主要成分，视频通信是必不可少的。因而研究实现面向无线通信的视频编码和传输技术将是移动通信的新热点。作为移动用户使用的终端可以有两种形式，一种是便携机和掌上机，另一种是直接使用手机接收多媒体信息。鉴于前一种的带宽和处理能力资源要求均高于后者，因此我们关心的是手机的多媒体化。按三代机的要求，可以有３种速率，即１４４ｋｂｉｔ／ｓ（给车辆通信）、３８４ｋｂｉｔ／ｓ（供行人通信）以及２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ（供办公室用户使用）。这些速率都是为视频通信设计的。正如我们知道ＩＴＵ标准中Ｈ．２６１面向２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ信道以及ｐ×６４ｋｂｉｔ／ｓ信道，适于１４４ｋｂｉｔ／ｓ或３８４ｋｂｉｔ／ｓ的应用。Ｈ．２６３是面向甚低码率的，可以在１６ｋｂｉｔ／ｓ条件下传输ＱＣＩＦ格式的视频图像。但是Ｈ．２６３运算量大和解码图像的方块效应大，影响了它的发展。即将由国际ＩＴＵ－Ｔ开会通过的ＭＰＥＧ－４建议，是一种基于模块和虚拟数据库的技术，它允许以更低的速率传送可供编辑的视频通信。

     ＭＰＥＧ－４是一种多媒体交互的新标准，在ＭＰＥＧ－４出现之前，人们只能收视视频信息，但不能对视频中所包含的对象进行操作，因此不具有交互性。而ＭＰＥＧ－４则允许观看者参与控制节目，实现真正的交互。ＭＰＥＧ－４支持的速率为小于６４ｋｂｉｔ／ｓ、６４～３８４ｋｂｉｔ／ｓ和３８４ｋｂｉｔ／ｓ～４Ｍｂｉｔ／ｓ这３种。它的编码方式称为基于对象的编码。它将视频场景分为若干个视频对象平面（ＶＯＰ），然后对个别ＶＯＰ实行单独的编码，在接收端再通过多个ＶＯＰ的合成，复原原始视频图像。例如运动场上的球员可以分为运动场和球员两个ＶＯＰ，由于运动场是近似固定的场景，因此不必逐帧传输，可以用很低的码率，而球员可以用运动补偿方法获得球员的运动信息，解码复原的球员可以叠加到运动场的场景上达到原始视频的恢复目的。有些几何静物，可以在接收端用图形学方法由参数合成来产生，所以只要由收视人将有关参数进行重新编辑，即可达到交互的目的。ＭＰＥＧ－４将是今后移动多媒体计算的优选方案。

    基于小波变换亦可实现无线视频传输。由于小波变换具有多尺度和分层特点，因而便于实现图像的渐进式传输，也即可随时间的积累，图像的分辨率逐步改善。这些特点特别适合于窄带信道中传输高质量的图像。

欧洲先进通信技术和服务计划（ＡＣＴＳ）的将来无线电宽带多址系统（ＦＲＡＭＥＳ）曾于１９９８年对其系统作过一次演示。其中会议电视视频音频编码器（３８４ｋｂｉｔ／ｓ和１６ｋｂｉｔ／ｓ）是通过连接到ＡＴＴ的ＡＡＬ５，由ＡＴＭ进入无线传输与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器通信。

     移动数据库也是实现移动计算中的重要环节。这是因为最近一年多来，移动计算和嵌入计算市场的走红；到２００２年全球有１．８亿名以上员工的日常工作将远离传统的办公室环境；到２０００年，７５％的商业用户将要求拥有远程／移动计算环境，移动市场将以近两倍于桌面系统的增长率不断攀升；手持设备和嵌入式数据库设备将由近一两年内的数百万台增加到５年后的几千万台。移动数据库和嵌入工作方式特别适合于便携电脑及掌上电脑，因为它占用的存储空间小，复制、设计和管理工具齐全。随着家庭信息设备的推广，非办公室条件下的电子商务、电子银行、智能电话等应用必然被充分利用，人们可以在移动的情况下完成交易、信贷以及购物。在中国，汉化的数据库系统更是重要，因为电子信息活动最终必须由汉字方式完成。

４ 移动性管理问题

    随着移动用户的迅猛增长，以及各种话音、数据、多媒体业务的广泛使用，出现了如何在下一代移动网中对现有的公众陆地移动网（ＰＬＭＮ）、移动ＩＰ网、无线ＡＴＭ网和卫星网进行集成，并能保证完善的移动性管理的问题。目前ＥＴＳＩ、ＩＴＵ－Ｔ，ＩＥＴＦ和ＡＴＭ论坛都正在致力于制定相应的标准。

所谓移动性管理包括两个方面：即位置管理及切换（Ｈａｎｄ ｏｆｆ）管理。位置管理实际包含两个步骤，即位置登记（更新）及呼叫提供（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ）。前者要求用户的移动终端周期地向网络提交新的接入点，让网络对用户进行验证及数据库位置更新，后者应完成数据库检索及终端的寻呼。切换管理分三个阶段：第一阶段在移动终端接入点发生变化前，由网络根据条件确认切换的必要性，这是初始化阶段。第二阶段由移动终端找到一个新的接入源，并得到网络的认可。第三阶段是数据流的控制，这时数据将由原接入路径转入新的接入路径，完成接入的切换。切换可能是蜂窝内切换，也可能是蜂窝间的切换。切换管理研究中心关心的有：包处理的效率及方便性；网络信号负荷最小；每一连接路由的最优化；频带再分配的有效性；对现有标准化方法的评价；改善无线服务质量。ＩＭＴ２０００为下一代面向个人通信服务提出了相应的结构及系统性能，如层次蜂窝结构（ＨＣＳ），全球漫游和扩展无线电频谱。

     对于移动计算，这里我们关心的是移动ＩＰ的移动性管理。ＩＥＴＦ开发了终端的移动性标准，发表在ＲＦＣ＇ｓ２００２～２００６中。移动 ＩＰ协议允许移动终端从某一子网移动至另一子网时包传输不受中断。

移动节点（ＭＮ）是某主机或路由器，它可以在不改变自己ＩＰ地址情况下，从一个子网接入转移至另一个子网接入。ＭＮ访问Ｉｎｔｅｒｎｅｔ要通过一个归属代理（ＨＡ）或一个外方代理（ＦＡ）。ＨＡ是ＭＮ所归属的子网的路由器（包括ＭＴ），而ＦＡ是在访问子网中的路由器（包括ＭＴ）。通信对方的节点称为ＣＮ。

     移动 ＩＰ定义了新的位置管理和切换管理操作过程，即：发现——ＭＮ从一个地方移动到另一个地方时，如何发现一个新的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入；登记——如何在ＭＮ的归属子网中在移动节点进行登记；确定路由及通道——如何在一个ＭＮ移出归属子网后能接收数据流。在以上过程中位置管理实际上包括了位置登记（更新）和呼叫传输两部分。

     切换管理是为了保证移动用户ＱｏＳ所必要的，其中包括平稳切换和路由优化的建立。这部分可以有多种路由计算的方法，为此需要研究移动 ＩＰ的路由优化和通道建立协议。

    总之，移动性管理是保证移动终端在全球范围内实现接近和保证ＱｏＳ的重要因素，也是移动计算中的一个研究课题。

５ 结束语

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的普及推广，电子商务、电子政务以及远程教育等的广泛实施，第三代移动通信的开发研究，促使了移动计算和嵌入技术的悄然兴起，成为通信界和计算机界研究发展的新热点。本文就其涉及的若干问题，如Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的接入，无线应用协议，移动数据库以及移动性管理等作了初浅的介绍，以便引起相关工作人员的关注。相信，再经过几年的发展，移动计算的有关市场将迅速增长，空中移动、陆地固定的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ将对全球事务的数字化和信息化产生更为深远的影响。

参考文献

１ Ｍａｌｃｏｌｍ Ｗ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｍｅｅｔｓ Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｕｇｕｓｔ １９９９

２ 白春霞．移动Ｉｎｔｅｒｎｅｔ有了ＷＡＰ标准．现代电信科技，１９９９，（８）：３４～３８

３ ＩＡＮ Ｆ，Ａｋｙｉｌｄｉｚ，ｅｔ ａｌ．Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｎｅｘｔ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ．ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，１９９９ ，８７（８）

（收稿日期：１９９９－１１－０１）

[摘要] 移动计算是一个新的概念。文章介绍了移动计算的发展背景和它涉及的几个基本技术问题，包括无线移动Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入、无线应用协议、移动多媒体、移动数据库和移动性管理。

[关键词] 移动计算 无线接入 无线应用协议 移动性

[Abstract] Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｒｎｓ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｃｃｅｓｓ ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｍｏ-ｂｉｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ，ｍｏｂｉｌｅ ｄａｔａｂａｓｅ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．

[Keywords] Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏ-ｔｏｃｏｌ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ