Mobile computing

Indice

1 Mobile Computing, anno 2005/2006
2 Diario del corso

Mobile Computing, anno 2005/2006

Mobile Computing è un corso complementare aperto alle lauree triennali e specialistiche.

=== Docenti === Claudio Bettini e-mail: mailto:bettini@dico.unimi.it

Pagina personale: qui

Orari delle lezioni

Martedì	Venerdì
15:45-17:15 Aula Alfa	09:00-10:30 Aula Alfa

Orario di ricevimento dei docenti

Non è stato chiarito mi pare,quindi mandate una mail per appuntamento.

Sito del corso

Se andate qui trovate il programma del corso e il materiale didattico,per cui si deve disporre della password.

Materiale didattico

Slides sul sito;
Libro: M. Mallick, Mobile and Wireless Design Essentials, Wiley Technology Publishing, 2003.

Modalità d'esame e prerequisiti

E' utile avere almeno seguito i corsi di reti di calcolatori e basi di dati;
Si richiede la verbalizzazione dell'esame di informatica generale e programmazione java e dell'esame di Sistemi operativi: la questione non è burocratica ma atta a disincentivare la frequenza del corso a chi nn possiede certe conoscenze di base;
La penultima lezione ci sarà un compitino e nell'ultima la presentazione di un progetto,che andrebbe risolto e discusso entro un anno dalla presentazione;
- la validità dello scritto è permanente;
- in alternativa al compitino uno può decidere di fare lo scritto e poi portare il progetto,discuterlo e fare l'orale;
I probabili linguaggi di programmazione e mark-up usati saranno:
- XML;
- XSLT;
- HTML;
- C#.NET
- JAVA;
- probabilmente anche SQL o ASP per interazioni server/database;

N.B.: La quasi totalità dei link a pagine esterne al wikiDsy sono stati inseriti dal sottoscritto e NON dal professore. Questo per far si di integrare meglio quanto spiegato a lezione con il vasto materiale disponibile in rete.

Editaggio a cura di: --Voodoo 12:21, Nov 9, 2005 (CET)

Diario del corso

Lezione di Martedì 4-10-05

Un sito che percorrerà molti degli argomenti del corso è questo.

Argomenti trattati nella lezione di oggi:

Abbiamo visto a grandi linee l'evoluzione dell'hardware ,che ha portato a:
- riduzione delle dimensioni delle macchine;
- evoluzione rapporto persona/macchina (molte persone singolarmente lavorano con un calcolatore,per approdare ai PC e infine più macchine al servizio di una sola persona);
Evoluzione di Internet;

Abbiamo definito:

Traditional Computing: capacità di calcolo classico;
Mobile Computing: la mobilità è la caratteristica principale;
Pervasive Computing: implementazione di funzioni di calcolo e comunicazione in oggetti;
Ubiquitous Computing: una combinazione dell'aspetto mobile e pervasive;
Disappearing Computing: l'embeddedness dei dispositivi tende a farli divenire oggetti della vita quotidiana,regiscono ad eventi in relazione all'utente e al suo contesto;

Il Mobile Computing,per sua natura,è e sarà oggetto di forti novità e sviluppo,sia per quanto riguarda sistemi operativi,linguaggi, protocolli, architetture, algoritmi ed interfacce;
Parimenti presenta altresì difficoltà non indifferenti,quali la rapida evoluzione con il conseguente invecchiamento precoce delle tecnologie,notevole competizione,sistemi operativi immaturi e instabili e una grande eterogeneità hardware,software e di protocolli in circolo.

Abbiamo visto le sue applicazioni a livello lavorativo/aziendale/quotidiano e i ruoli professionali coinvolti in questo settore.

Lista degli operatori di reti mobili: qui

Lezione di Venerdì 7-10-05

Abbiamo trattato la classificazione dei dispositivi secondo certe caratteristiche:

I/O: schermo,touchscreen,tastiera,slot di espansione,ecc..
Connettività: globale,locale;
Risorse di calcolo: CPU,RAM,ecc..
Autonomia: batteria;
Supporto applicazioni: JVM,.NET Compact Framework,ecc..
Supporto multimediale: audio,video,ecc...

Smartphones

PDA(Personal Digital Assistent):

orientati alla gestione/scambio di dati;
supporta solo connettività locale;

PDA-phones:

supporto UMTS per scambio dati;
risorse di calcolo inferiori ai PDA;

Blackberry:

frequentemente utilizzati in USA;
usato molto e principalmente per e-mail;
ha una tastierina;

PCTablet PC:

più vicini ai laptop che ai dispositivi mobili;
riconoscitore vocale e di scrittura;
costo elevato;
connessione locale integrata;
SO microsoft: il costo elevato e la mancanza di applicazioni utili non ha fatto decollare il loro sviluppo,deludendo Micro$oft;

Esempio di utilizzo di PDA-phones con riconoscimento vocale in aula;

analisi dei dispositivi in termini di vendite sul mercato:
- frammentazione del mercato;
- assenza di un leader dominante;
- frequenti novità;
- convergenza tra PDA e smart-phones;
- supporto navigazione GPS,suite Office,ecc..
- si riduce il numero di Sistemi operativi e di piattaforme di sviluppo;

Introduzione ai sistemi operativi:

differenze tra quelli generici e quelli per mobili;
- molto importante l'aspetto di risparmio delle risorse.
I più usati:
1. PalmOS(il più stabile secondo il prof);
2. SymbianOS (orientato alla telefonia);
3. Windows Mobile(il meno stabile secondo il prof.);
4. OS in java e Linux: percentuali ridotte sul mercato;
  1. Mobilinux

Cosa vuol dire OEM

Lezione di Martedì 11-10-05

Osservazione dell'architettura dei sistemi operativi per mobili,in particolare:
1. Windows Mobile: è un OS per dispositivi mobili(PDA e smart phones),dipendente da componenti di Windows CE,con le seguenti caratteristiche principali:
  1. struttura modulare;
  2. multitasking(supporta sottoinsieme delle Win32 API e .NET)
  3. possibilità di sviluppo attraverso piattaforme di sviluppo comuni anche per i desktop:gli ultimi due punti rendono agibile il compito di sviluppatori che non devono affrontare una lunga curva di apprendimento;
    L'ultima versione è la 5.0,sincronizzazione dei dati pc/dispostivo mobile tramite ActiveSync
2. PalmOS:
  1. ha dominato per molto tempo il mercato dei PDA;
  2. dalla V5 è anche multitasking e multithreading
  3. le applicazioni possono includere Conduits,cioè software di sincronizzazione dati pc/dispositivo simili per funzione al corrispettivo Microsoft ActiveSync
  4. versioni principali: Garnet e Cobalt
  5. supporto telefonia,Wifi,Bluetooth,UI migliorata;
3. Symbian:
  1. OS di riferimento per smart phones
  2. le versioni precedenti si chiamavano EPOC;
  3. supporto svariati protocolli e piattaforme di sviluppo,sicurezza,applicativi vari;
  4. home page e panoramica in flash della versione 9.0
4. Linux:
  1. poco supportato dai produttori ma diffuso sui sistemi embedded fissi;
  2. sfrutta QT Embedded come piattaforma di sviluppo per le GUI e supporta java(come Esmertec);

Pre-lezione: si è speso qualche parola in merito agli scioperi degli insegnanti riguardo la protesta su D.legisl. della Moratti:

Posizione ricercatori DICO,ecc.. qui

Connettività locale

WPAN	WLAN
copertura inferiore ai 10m	copertura inferiore ai 100m
Rimpiazza cavi	estensione o rimpiazzo di una rete locale
throughput fino a 4 Mbps	fino a 54 Mbps
standard IrDA,Bluetooth,802.15	802.11a/b/g,HIPERLAN/2

Bluetooth:
- non richiede linea diretta(cioè senza ostacoli nel mezzo)per la comunicazione;
- copertura fino a 10m,amplificabile fino a 100m;
- usa lo spettro 2.4GHz con il frequency hopping; vedere anche qui
- scopre automaticamente altri dispositivi nel raggio di portata;
- possibilità di crittare la comunicazione,più è grande la chiave più lenta sarà la comunicazione;alcune tecniche d'attacco sono:
  BlueJacking e Bluesnarfing
- permette connessioni simultanee;
- la tecnologia bluetooth permette il formarsi di alcuni tipi di rete:
  - piconet:rete wireless di 2 o più dispositivi connessi(fino ad 8);rapporto master/slave fra i dispositivi comunicanti;
  - rete ad hoc: costituita da al massimo 8 dispositivi,òa quale non necessita di amministrazione e preconfigurazione,in cui c'è una comunicazione diretta di un dispositivo con gli altri;Vedere http://en.wikipedia.org/wiki/Ad-hoc_network
  - scatternet: connessione di più piconet con più di 8 dispositivi,dove la comunicazione diretta avviene all'interno delle piconet;
IrDA:
- standard per trasmissione di dati tramite connessione ad infrarossi;
- serve linea diretta di comunicazione;
- raggio di portata ridotto(1-2m);
- basso costo;
- supporto comunicazione bidirezionale;
- thoughput da 9.3 Kbps fino a 4 Mbps;
802.15:
- specifica dell'IEEE per creare un ostandard per WPAN;
- simile al BLuetooth;
- è ancora in progress;
WLAN:
- configurazione ad hoc(la più semplice,non richiede amministrazione o preconfigurazione,non richiedono Access Point,poichè gli adattatori comunicano direttamente fra loro);
- può essere ampliata dagli Access Point,che possono anche eventualmente fornire il collegamento alla rete cablata;
- standard:
  - 802.11:
    - 802.11/b(WiFi):usa lo spettro dei 2.4GHz con la tecnica DSSS;è la più popolare. Throughput massimo di 11 Mbps,scende con l'allontanarsi dall'AP. Può penetrare barriere anche spesse,più facilmente rispetto alle alte frequenze. Lo svantaggio è che usa una frequenza molto usata e può portare a congestioni/interferenze nella comunicazione. L'implementazione del roaming fra gli AP stessi,è a carico degli AP. Schemi di sicurezza tramite WEP
    - 802.11a usa l'OFDM e la frequenza 5GHz,frequenza limitata in alcuni paesi. Throughput fino a 54 Mbps,buono per scambio di grossi file,accesso veloce ad internet e per applicazioni multimediali. Ha un raggio di copertura ridotto,per mantenerlo largo servono molti più AP rispetto alla 802.11b. Non è compatibile con la versione b.
    - 802.11g: compatibile con la versione b,comunica sulla sua stessa frequenza con il DSSS,ma è in grado di raggiungere tassi di trasmissione fino a 54 Mbps usando l'OFDM sempre all'interno della banda a 2.4 GHz. Quindi gli AP dei due tipi saranno i ngrado di comunicare. Per raggiungere il tasso di 54 Mbps entrambe le reti devono essere di tipo g.
WiMAX:estensione del WiFi a raggio chilometrico per la realizzazione di WMAN
- WiMAX forum
UWB:tecnologia a corto raggio ma a banda larga,con precedenti militari;

Differenza tra FHSS,DSSS e OFDM

La tecnica FHSS usa una banda portante stretta che cicla rapidamente le frequenze. Sia il mittente sia il destinatario conoscono il modello di cambio di frequenza usato. L'idea è avere sempre a disposizione una frequenza su cui scambiarsi i dati,altrimenti i dati vengono rispediti. Quindi attraverso una gusta sincronizzazione si ottiene un canale unico attraverso il quale l'informazione viene veicolata. Al resto del mondo,non essendo sincronizzato con la loro modalità di collegamento e scambio di frequenze,tutto ciò appare come raffiche di rumori. Si ha un throughput massimo di 1 Mbps.
La tecnica DSSS sparge il segnale lungo una banda larga di frequenze radio simultaneamente. Ogni bit trasmesso ha un bit di modello ridondante chiamato chip,il quale più è lungo è più è affidabile il reperimento dei dati. La maggiore lunghezza dei bit richiede però più banda. Chi non si aspetta i lsegnale lo riceve come un rumore a banda larga di debole potenza e viene rifiutato. E' una tecnica quindi che richiede più potenza dell'FHSS ma incrementa il tasso di trasmissione dei dati fino a 2 Mbps.
OFDM trasmette i dati in parallelo,al contrario delle tecniche precedenti,proteggendo meglio i segnali dalle interferenze. Ha un'altissima efficienza di spettro,cioè più dati di quanti ce ne possano stare possono essere trasmessi su una porzione ridotta di banda. Di contro la sua implementazione è più difficile e consuma grandi quantità di potenza.

Lezione di Venerdì 14-10-05

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Connettività geografica

WWAN:
- l'accesso a queste reti comporta un contratto con delle compagnie,al contrario delle WLAN e WPAN;
- non operano su frequenze libere,bisogna pagare lo spettro per usarlo;
- provvedono copertura wireless nazionale e spesso internazionale per comunicazione voce/dati;

Tipi di reti

1G:
- Costruite alla fine degli anni '70(USA) e ai primi degli '80(Europa);
- reti analogiche per trasmissione vocale;
- soffrivano di alti livelli d'interferenza,handoff scadenti,capacità ridotte e assenza di sicurezza;
- dispotivi abbastanza larghi da permettere l'integrazione dei ricevitori radio per captare il segnale analogico.
2G:
- reti digitali a commutazione di circuito,sviluppate nei primi anni '90;
- qualità servizi vocali migliorata,aggiunta servizi di base per la trasmissione di dati( ad un tasso variabile tra 9.6 e 19.2 Kbps);
- servizi voicemail,attesa di chiamata,identificazione del chiamante,comunicazione a 3;
- capacità maggiorate,permettendo a più utenti di comunicare sullo stesso spettro;
- Sicurezza notevolmente irrobustita ;
- sistemi che ne fanno parte: TDMA,CDMA,GSM,PDC(incompatibili fra loro,a volte anche fra lo stesso tipo di rete a causa di differenti frequenze. Per questo sono disponibili dispositivi dual-tri band,che permettono lo switch di frequenza,quindi anche il roaming);
2.5G:
- sistemi a commutazione di pacchetto;
- trasferimento dati innalzato fino a 144 Kbps(in realtà fino a 56 Kbps);
- l'upgrade dalla 2G richiede solo un aggiornamento software,non hardware,perchè si sfruttano ancora le reti cellulari esistenti e si gettando le basi per la 3G;
- le applicazioni WAP possono disporre di grafica e qualche funzionalità multimediale,ed essendo le reti GPRS simili alle LAN,permettono di costruire applicazioni alloo stesso modo di come le farebbero per una rete Ip-based,tenendo conto delle limitazioni del dispositivo;
- GPRS,CDMA2000 1x appartengono a questa generazione;
- maggiore efficienza nell'uso dello spettro nella condivisione di connessioni fra più utenti sia per scambio dati sia per la comunicazione vocale;
- capacità always on che permettono all'utente di rimanere collegato alla rete senza pagare a tempo il collegamento,permettendo anche il servizio di push dei dati;
3G:
- Vi appartengono WCDMA/UMTS,CDMA2000,EDGE;
- tasso di spedizione dei dati maggiore,è tanto più alto quanto più si è fermi,e decrescere con la velocità che prendiamo(tipicamente 384 Kbps);esso comunque dipende molto anche dalla distanza dalla Base Station,tanto più si è distanti tanto più difficilmente si ottengono velocità di trasferimento dati veloci;
- i dispositivi 3G hanno il supporto per contenuti multimediali,schermi ad alta risoluzione,OS mobili per sofisticate applicazioni client-side;
- QoS aumentata;

Protocolli

GSM:
- la tecnologia 2G più usata al mondo;
- tecnologia a commutazione di circuito basata su TDMA;
- alta qualità della voce,capacità di roaming internazionale;
- frequenze europee su cui opera: 900/1800 MHz,1900 MHz Nord America;
- trasferimento dati fino a 9.6 Kbps(abbastanza per sms e WAP browsing,inadeguato per applicazioni di altro tipo); per ovviare a ciò è stata introdotta la tecnologia HSCSD(che è sempre circuit switched),che permette di usare in una singola connessione segmenti di tempo multipli per il trasferimento di dati fino a 28.8 Kbps(secondo il libro di riferimento per il corso,fino a 57.6 Kbps) ;
- tre componenti principali:
1. Mobile station(telefonino e SIM);
2. BSS(Base Station Subsystem): responsabile di gestire il traffico fra il dispotivio mobile e il Network Switching Subsystem. Le sue componenti sono il BTS e il BSC.
3. Network Subsystem: realizza la comunicazione fra stazioni-mobili o fra mobili-mobili,gestendone le autenticazioni;le sue componenti sono l'HLR,VLR,l'AUC ,l'EIR e l'MSC.
- servizi
- Canali di controllo:
  - BCCH ( Broadcast Control Channel ): canali che trasportano informazioni di interesse generale. Sono trasmessi in modo monodirezionale downlink (da BTS a MS) punto-multipunto. Per ciascuna cella il canale BCCH trasporta informazioni a tutti gli utenti serviti da quella BTS. Trasmesso in continuazione e in modo downlink. E' costituito da 184 byte che trasportano numerosi parametri, tra i quali: l'identità della cella (Cell Identity), dell'area di localizzazione (Local Area Code) dell'operatore di rete (MCC e MNC), oltre ai parametri richiesti dall'algoritmo di Frequency-Hopping.
  - CCCH: canale logico trasmesso in entrambe le direzioni, il quale viene utilizzato quando l'utente non ha ancora allocato le proprie risorse sulla cella (es. in fase di primo accesso alla rete o in fase di riselezione di cella).

L'evoluzione porta ad aumentare la banda di trasferimento dei dati,poichè GSM assolve il suo dovere per quanto riguarda la voce ma non per i dati(lentezza,costo);

GPRS:
- tecnologia 2.5G;
- introduce capacità di commutazione di pacchetto alle reti wireless;
- è un upgrade della tecnologia GSM e TDMA,permette quindi il roaming fra reti GPRS e GSM/TDMA;
- bit rates di trasferimento dati più alti(fino a 115 Kbps teorici,40 Kbps reali);
- capacità always on;
- opera sulle stesse frequenze delle reti GSM;
- tariffazione a pacchetto invece che a tempo,paghi per quel che richiedi,per dati trasferiti.
- il traffico inviato da una stazione mobile viene inviato ad un Base Station Subsystem,il quale smista i pacchetti IP verso l'SGSN(analogo all'MSC/VLR per GSM). Una stazione mobile attiva un PDP context con il suo SGSN.Quest'ultimo gli fornisce indirizzo IP,un QoS,un indirizzo di GGSN. La Mobile station specifica il GGSN da usare,che verrà specificato come APN. L'SGSN risolve l'APN nel corrispondente indirizzo IP,e incapsula i pacchetti IP tramite il protocollo GTP. Il GTP instrada i pacchetti fino ad un gateway GGSN. Questo consulta l'HLR per stabilire la posizione della mobile station,riconverte i pacchetti in IP instradandoli in Internet o Intranet. Nel caso di roaming il gateway comunica con un altro GGSN di un altro operatore

vedi architettura in ampio dettaglio;

Glossario

circuit switching(abbreviato qui con CS) Vs packet switching(PS): in breve,CS lavora bene per la comunicazione vocale dove c'è un flusso costante di dati trasferiti,richiedono connessioni dedicate. I dati devon oseguire una rotta precisa.;PS sono efficienti per la comunicazione di dati,dove avviene spesso a raffiche,non richiedono connessioni dedicate,permettendo a più utenti di condividere una singola connessione per massimizzare lo spettro. I pacchetti non devono seguire una rotta precisa, scegliendo il path ottimale.
cella: area geografica che ottiene copertura wireless da una base station. L'area di copertura dipende dal protocollo di rete,dalla potenza del segnale e ostacoli. Più ci si allontana dalla base station più il segnale s'indebolisce. Il suo raggio vara da 1 a 40 Km. Per le WWAN celle multiple si uniscono in un sistema cellulare. Nelle aree densamente popolate si necessitano microcelle8tipicamente dal raggio di un centinaio di metri) e più base station vicine fra loro per servire un gran numero d'utenti.
GPS: vedere anche qui
Cos'è l'handover o handoff: passaggio della connessione da una cella ad un'altra,tipicamente quando stiamo parlando al cell. e ci muoviamo,sconfinando dalla cella in cui è iniziata la conversazione. Permette che la connessione rimanga attiva altrimenti se fallisce,cade la linea.Ciò è specialmente vero nelle reti a commutazione di circuito dove si deve ristabilire al connessione prima di continuare.
Cos'è il roaming: spostamento fra celle possedute da diversi operatori wireless. Tipicamente quando andate all'estero e vi compare sul cell. il nome dell'operatore straniero(Es. Swiss GSM,Orange,ecc..).
Cos'è il QoS: grado di affidabilità di una rete. Vedere anche su wikipedia.
Tecniche di multiplexing: tecnica per dividere un segnale fra più utenti. Questa condivisione dello spettro permette agli operatori wireless di massimizzare l'uso dei loro spettri per accomodare un gran numero d'utenti su canali minori.
- TDM: numerosi segnali sono combinati su un solo canale,ma ognuno di essi viene separato attraverso slot di tempo. I segmenti di tempo vengono assegnati ad un individuo e ruotati ad intervalli regolari,perchè tutti possano disporne. Il ricevente interpreta l'appropriato slot per riceve le informazioni. L'intervallo di tempo viene aggiornato continuamente per permettere un uso ottimale della larghezza di banda.
- FDM: anche qui numerosi segnali vengono combinati su un unico canale e a ciasuno di essi viene assegnata una frequenza per la comunicazione. Per comunicare chiamante e ricevente si sintonizzano sulla stessa frequenza(funzionamento simile alle stazioni radio).
- CDM: in questo caso ad ogni segnale viene affibiato un codice e li spedisce lungo tutto lo spettro. Ciò offre una grande efficienza nello sfruttamento dello spettro e abbassa molto il livello d'interferenza fra segnali. Un ricevente infatti accetterà solo i segnali con il codice appropriato.
CSD

Lezione di Martedì 18-10-05

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Descrizione dello stack di protocolli WAP,con raffronto al TCP/IP per la sua comprensione;

Lezione di Venerdì 21-10-05 SOSPESA

Lezione sospesa

Lezione di Martedì 25-10-05

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confronto fra architetture thin client e smart client;

N.B.: la lezione di venerdì tratterà la programmazione lato server per queste architetture

Lezione di Venerdì 28-10-05

Meccanismi di richiesta dati da client a server,e sua risposta tramite due metodi principali:

Uso di CGI e simili: viene eseguito un processo separato per : ogni richiesta, l'output del programma viene rispedito in rete al client; N.B.:CGI non è nè un protocollo di comunicazione nè tanto meno un linguaggio, ma un sistema per definire delle variabili d'ambiente utilizzate dai processi; posso utilizzare i linguaggi che voglio, fra i più utilizzati troviamo perl;
Uso di server API: si usano librerie dinamiche linkate al codice del server ed eseguito come un tutt'uno. Abbiamo vere e proprie applicazioni client e server. Il server non è iterativo ma multiconcorrente, più thread (processi leggeri) vengono lanciati per ogni richiesta;

Abbiamo visto cosa sono:
- Java Servlet: sono qualcosa di simile alle applet ma eseguite server-side;
- JSP (Java Server Page): le richieste di questi file producono la loro compilazione in una servlet; vedi forum della sun per chiarimenti;
- PHP 5.0.5: può essere usato per:
  - Server-side scripting
  - scripting a linea di comando
  - applicazioni grafiche client-side

Tutorial su Java Servlet e JSP: qui
Sito Apache: qui
Guida su Apache: HTML.it
Installazione modulo PHP su Apache: qui (anche se consiglio di leggersi le istruzioni di installazione nel file zip);
Guida ad IIS: qui
PHP: download Zip package (non l'installer msi,per i sistemi Windows,perchè ha limitate funzionalità rispetto al pacchetto zip)