Transcript Wykład 1
Systemy mobilne Wykład 1: Wprowadzenie – znaczenie systemów mobilnych dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie Plan • Informacje o przedmiocie • Znaczenie systemów mobilnych we współczesnym świecie • Przykładowe obszary zastosowań • Problemy do rozwiązania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 2 Plan • Informacje o przedmiocie • Znaczenie systemów mobilnych we współczesnym świecie • Przykładowe obszary zastosowań • Problemy do rozwiązania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 3 Informacje o przedmiocie • Przedmiot obowiązkowy • Wymiar: – wykład: 30 godzin – laboratorium: 30 godzin • Liczba punktów ECTS: 7 • Forma zaliczenia: – wykład: egzamin – laboratorium: wykonanie ćwiczeń i sprawozdań + ew. sprawdzian sprawdzający stan nabytej wiedzy dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 4 Prowadzący • Wykład: – dr inż. Marek Mika – e-mail: [email protected] – tel. 61 665 3024 (wtorki 13:30-15:00) • Laboratorium: – dr inż. Marek Mika dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 5 Cel nauczania przedmiotu • Zapoznanie z problematyką przetwarzania mobilnego, które umożliwia korzystanie z infrastruktury sieciowej użytkownikom, którzy nie są na stałe do niej podłączeni i mają możliwość przemieszczania się • W ramach tego przedmiotu student zapozna się z najnowszymi technologiami mobilnymi i bezprzewodowymi, a także problemami, jakie w takich systemach się pojawiają oraz metodami ich rozwiązywania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 6 Wymagania • Wiedza: – podstawowa wiedza z zakresu elektroniki, techniki cyfrowej, teorii grafów i baz danych • Umiejętności: – obsługa komputera klasy PC oraz wybranych urządzeń mobilnych takich jak: smartfon, palmtop, tablet, odbiornik GPS itp. – znajomość języka angielskiego na poziomie umożliwiającym czytanie ze zrozumieniem dokumentacji technicznej – umiejętność programowania obiektowego • Kompetencje: – zdolność aktywnego uczestniczenia w zorganizowanych wykładach dla dużej grupy osób – świadomość konieczności poszerzania wiedzy teoretycznej i praktycznej dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 7 Efekty kształcenia • Wiedza na temat: – systemów nawigacji, sieci komórkowych, sieci bezprzewodowych i satelitarnych – problemów występujących w systemach mobilnych oraz sposobów ich rozwiązywania – reprezentacji i sposobu przechowywania danych w systemach mobilnych, przetwarzania mobilnego oraz technik tworzenia oprogramowania działającego na urządzeniach mobilnych • Umiejętności: – konfigurowania i zarządzania urządzeniami mobilnymi i bezprzewodowymi – instalowania oprogramowania dla urządzeń mobilnych – projektowania i wykonywania oprogramowania działającego na urządzeniach mobilnych • Kompetencje: – zrozumienie potrzeby uczenia się przez całe życie – świadomość szybkiego tempa rozwoju systemów mobilnych – znajomość możliwości ciągłego dokształcania się w zakresie nowych technologii i rozwiązań w zakresie systemów mobilnych dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 8 Treści kształcenia • Podstawowe informacje na temat systemów mobilnych i bezprzewodowych, zastosowań, architektur i urządzeń • Pozycjonowanie i nawigacja użytkowników mobilnych • Systemy nawigacji satelitarnej, systemy komórkowe, systemy łączności bezprzewodowej (satelitarne, dyspozytorskie, przywoławcze, telefoniczne, laserowe, podczerwone i ultradźwiękowe) • Bezprzewodowe sieci LAN • Reprezentacje danych przestrzennych, mobilne systemy baz danych, przetwarzanie mobilne, techniki i języki programowania w systemach mobilnych • Konfigurowanie i zarządzanie urządzeniami mobilnymi • Projektowanie i programowanie aplikacji dla urządzeń mobilnych dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 9 Literatura podstawowa • D.P. Agrawal, Q-A. Zeng, Introduction to wireless and mobile systems. Cengage Learning, 2011. • J. Januszewski. System GPS i inne systemy satelitarne w nawigacji morskiej. WSM, 2004. • W.Hołubowicz, P. Płóciennik. GSM cyfrowy system telefonii komórkowej. EFP, 1995 • W.Hołubowicz, P. Płóciennik. Systemy łączności bezprzewodowej. PDN, 1997 • J. Matulewski, B. Turowski. Programowanie aplikacji dla urządzeń mobilnych z systemem Windows Mobile. Helion, 2012. dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 10 Literatura uzupełniająca • M. Clark. Wireless access networks. Wiley, 2002. • T. Imieliński. Mobile Computing. KLUWER, 1996. • S. Shekhar, S. Chwala, Spatial database A TOUR. Prentice Hall, 1983. • R. Zieliński, Satelitarne sieci teleinformatyczne. WNT, 2011. • Ch. Collins, M. Galpin, M. Kaeppler „Android w praktyce”, Helion, 2011. • V. Nahavandipoor, iOS 5 programowanie, receptury. Helion, 2012. • O. Iliescu, Java ME – tworzenie zaawansowanych aplikacji na smartfony, Helion, 2012. dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 11 Materiały • http://www.cs.put.poznan.pl/mmika/PWSZ/ • http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?titl e=Systemy_mobilne dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 12 Plan • Informacje o przedmiocie • Znaczenie systemów mobilnych we współczesnym świecie • Przykładowe obszary zastosowań • Problemy do rozwiązania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 13 Podstawa idea przetwarzania mobilnego • Ukryta w dwóch angielskich słowach: „anytime” i „anywhere” • Znaczenie postępu technologicznego: – – – – – – – – miniaturyzacja powszechny dostęp przystępne ceny otwartość standardów szybki rozwój rynku aplikacji coraz więcej mobilnych stanowisk pracy niski pobór prądu i wydajniejsze baterie nowoczesne łącza bezprzewodowe dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 14 Interdyscyplinarny charakter • Wiedza z różnych dziedzin: – – – – – – – – – – – Systemy rozproszone Bazy danych Sieci komputerowe Systemy informacji geograficznej Nawigacja i pozycjonowanie Teoria grafów i geometria obliczeniowa Systemy łączności bezprzewodowej Elektronika i technika cyfrowa Elementy automatyki Systemy automatycznej identyfikacji Inne • Interdyscyplinarne spojrzenie na systemy mobilne i ich rozwój przez wykorzystanie wiedzy z innych dyscyplin dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 15 Zakres • Wśród poruszanych zagadnień między innymi: – pozycjonowanie i nawigacja użytkowników ruchomych (w tym satelitarna), predykcja położenia obiektów – obrazowanie terenu w oparciu o systemy baz danych przestrzennych – technologie bezprzewodowe – zastosowanie elementów teorii grafów i programowania rozproszonego w konkretnych problemach przetwarzania mobilnego – mobilne systemy baz danych – zastosowanie najnowszych technologii w zapewnieniu niezależnego od miejsca i czasu dostępu do informacji dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 16 Zalety systemów mobilnych • Dostęp do danych niezależnie od miejsca i czasu • Skrócony czas dostępu do danych (krótszy czas reakcji administratorów systemów i kadry zarządzającej) • Skalowalność – możliwość ciągłego rozwoju systemu w zależności od potrzeb i zadań • Efektywność wykorzystania zasobów – możliwość współdzielenia zasobów niezależnie od fizycznej lokalizacji użytkownika i zasobu • Łatwość w oferowaniu nowych usług, w tym multimedialnych dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 17 Plan • Informacje o przedmiocie • Znaczenie systemów mobilnych we współczesnym świecie • Przykładowe obszary zastosowań • Problemy do rozwiązania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 18 Terenowi przedstawiciele handlowi • • • • • Systemy SFA (Sales Force Automation) • Dostęp do aktualnej bazy danych towarów • Możliwość sporządzenia oferty w trenie u klienta • Dostęp do aktualnych informacji o rynku (np. kursy walut) Wymiana danych z centralą w trybie online Zarządzanie pracownikami z centrali firmy Nawigacja i optymalizacja tras dojazdu Analiza i automatycznie sporządzanie statystyk dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 19 Agenci ubezpieczeniowi • • • • Możliwość przygotowania oferty u klienta Informacje o stanie sprzedanych polis Sporządzenie symulacji i jej wydruk Przyjęcie informacji o szkodzie i sporządzenie odpowiedniej dokumentacji • Sprawdzenie historii klienta • Analizy i statystyki dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 20 Branża budowlana • Ekipy budowlano-remontowe • Pomiary przy użyciu elektronicznych narzędzi • Automatyczna transmisja danych do urządzeń przenośnych (PDA, smartfon, tablet, netbook, notebook itp.) • Automatyczne wyliczenia • Oszacowanie ilości materiałów • Sporządzenie oferty • Sprawdzenie dostępności towarów i terminów • Dane o klientach i dostawcach dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 21 Zarządzanie flotą pojazdów • Pozycjonowanie pojazdów (satelitarne, sieci komórkowe) • Wsparcie dla systemów nawigacji • Zarządzanie pojazdami i ładunkami • Zarządzanie trasami • Rozliczanie kierowców • Bezpieczeństwo dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 22 Wsparcie kierowców – informacje o ruchu • Pozyskiwanie informacji o ruchu: – setki czujników w obszarze miasta i poza nim – dane z systemów monitoringu tras wybranej grupy pojazdów (np. taksówki) – dane od operatorów GSM (map matching) – dane z wizyjnych systemów bezpieczeństwa – dane z systemów sterowania ruchem – dane z innych systemów (systemy nawigacji, viatoll itp.) • Udostępnianie informacji kierowcom: – – – – – radio i RDS Internet SMS dedykowane aplikacje i urządzenia dane w systemach nawigacji dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 23 Wsparcie kierowców - nawigacja • Pozycjonowanie pojazdu w miejskiej sieci ulic • Dynamiczne wyznaczanie optymalnej trasy pojazdu z wykorzystaniem wiedzy na temat ruchu ulicznego, sygnalizacji świetlnej i utrudnień w ruchu • Monitorowanie ruchu i rekalkulacje ścieżek • Równomierny rozkład ruchu – przeniesienie decyzji o ruchu z pojazdu do centrum sterowania ruchem dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 24 Inteligentne budynki • Sterowanie budynkiem (oświetlenie, klimatyzacja, wentylacja itp.) • Systemy alarmowe • Kontrola dostępu • Systemy przeciwpożarowe • Możliwość monitoringu i sterowania za pośrednictwem urządzeń przenośnych dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 25 Sieci domowe • Domowe centrum rozrywki – centrum multimedialne • Urządzenia: – – – – – – – – – – – laptopy komputery PC konsole do gier telewizory drukarki i serwery wydruku systemy monitoringu pomieszczeń kino domowe smartfony i stacje dokujące tablety panele sterujące itp. dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 26 Technologia RFID • Transpondery RFID – – – – mały rozmiar niskie koszty układy aktywne i pasywne wiele zastosowań • Przykłady – – – – – – systemy płatności chipy identyfikujące kontrola dostępu systemy magazynowe systemy automatycznej identyfikacji systemy poboru opłat na płatnych odcinkach dróg – traceability dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 27 Sieci sensorowe • Miniaturowe, komunikujące się ze sobą komputery wyposażone w interfejsy komunikacyjne i sensory • Tworzą sieci ad-hoc – samokonfigurujące się • Węzły zaprojektowane i zarządzane w sposób pozwalający oszczędzać energię • Potrzebne wydajne algorytmy rutingu • Potrzebne efektywne algorytmy odtwarzania po awarii • Przykładowe obszary zastosowań: – wojsko, straż graniczna, leśnictwo, policja, straż pożarna, systemy ostrzegawcze dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 28 Pojazdy autonomiczne • Drony • Szybki rozwój • Zastosowania: – wojsko, obserwacja, monitoring ppoż, • Funkcje: – obserwacja obiektów, które mogą się przemieszczać – autonomiczne procesy startu, lotu i lądowania – możliwość przekazania instrukcji w trakcie lotu – funkcje bojowe – pełna integracja z systemami naziemnymi dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 29 Plan • Informacje o przedmiocie • Znaczenie systemów mobilnych we współczesnym świecie • Przykładowe obszary zastosowań • Problemy do rozwiązania dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 30 Potrzeba integracji systemów • Dużo niezintegrowanych rozwiązań pochodzących od różnych producentów • Konieczność wymiany danych pomiędzy systemami • Niezbędne całościowe spojrzenie • Architektura modułowa dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 31 Bazy danych przestrzennych • Bardzo duże rozmiary • Potrzebne wydajne serwery i duża przestrzeń dyskowa • Zbyt mała pojemność pamięci i za mała moc obliczeniowa procesora w urządzeniach przenośnych • Bardzo długi czas realizacji zapytań zależnych od pozycji – miliony rekordów do przetworzenia • Pytania: – – – – jak podzielić dane przestrzenne jakie mechanizmy wyszukiwania danych zapewnić w jaki sposób zarządzać podzieloną bazą danych kiedy fragmenty bazy danych ładować do pamięci urządzeń mobilnych przez łącze bezprzewodowe stanowiące „wąskie gardło” dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 32 Strategie SEARCH i INFORM • Strategia INFORM charakteryzuje się tym, że użytkownik mobilny zobowiązany jest do bieżącego informowania systemu lub innych użytkowników o aktualnej swej pozycji. Cechy wyróżniające tę strategię to: – użytkownik musi posiadać wiedzę pozycyjną, informacje o lokalizacji pozyskuje dowolną metodą – wymagana jest transmisja z komputera mobilnego za każdym razem, gdy nastąpi zmiana pozycji • Strategia SEARCH charakteryzuje się tym, że użytkownik mobilny nie informuje systemu lub innych użytkowników o aktualnej swej pozycji. Cechy wyróżniające tę strategię to: – – • użytkownik nie generuje żadnych komunikatów związanych ze zmianą pozycji, nie ma żadnej sygnalizacji w sieci system przed wysłaniem komunikatu do użytkownika musi wysłać komunikaty lokalizujące Która strategia jest lepsza? A może trzeba użyć obu naraz? dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 33 Niepewność pozycji • Wiedza o własnym położeniu ma bardzo często charakter lokalny i użytkownik musi poinformować system lub innych użytkowników o swojej pozycji. Robi to w sposób okresowy, używając łączy bezprzewodowych. Rodzi się pytanie, jak często powinien on wysyłać komunikaty pozycyjne i jak określić niepewną pozycję użytkownika pomiędzy kolejnymi komunikatami. Pozycję, która zawsze rośnie z czasem i zmienia swą geometrię. • Wiedza pozycyjna jest udostępniana okresowo, co powoduje niepewność pozycji w czasie pomiędzy kolejnymi komunikatami pozycyjnymi. • Wyzwanie stanowi opracowanie algorytmów do wyznaczania takiej pozycji niepewnej, które uwzględniałyby topologię terenu i warunki ruchu, jakie panują. dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 34 Oszczędzanie energii • Ciągła praca i wykorzystywanie zasobów komputera mobilnego powoduje duże zużycie zasilania, gdy wszystkie podzespoły są pod napięciem, a nadawanie jest bardzo energochłonne. Być może warto wyłączać się jak najczęściej? A czy odbiorę wówczas • oczekujący na mnie komunikat? Czy system go przechowa i będzie czekał na moje włączenie? • Nadawanie jest bardzo energochłonne, pojawia się potrzeba konstrukcji takich algorytmów, by liczba wysyłanych komunikatów była jak najmniejsza. Rodzi si też pytanie, czy mogę otrzymać jakieś dane bez wysyłania zapytania do serwera? Czy to jest w ogóle możliwe? • Prace nad bardziej wydajnymi ogniwami i energooszczędną elektroniką. dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 35 Zarządzanie pasmem • Wymiana danych między serwerem a komputerem mobilnym odbywa się zwykle radiowo, co powoduje duży ruch w łączach bezprzewodowych, charakteryzujących się wąskim pasmem (mimo stosowanych metod kompresji). • Rodzące się pytania: • czy można przenieść część ruchu na łącza szerokopasmowe komponentu stacjonarnego systemu? • w jaki sposób ograniczyć liczbę komunikatów wysyłanych w kanale bezprzewodowym, głownie w kanale „dół góra”? • może stosować bardziej wydajne protokoły, niż na przykład używany niekiedy algorytm ALOHA? dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 36 Migracja danych • Wiadomo, że serwer lokalny będzie mógł najlepiej świadczyć usługi dla mobilnego klienta. • Potrzeba zapewnienia efektywnego dostępu powoduje ciągłą replikację danych. W połączeniu z ruchem użytkownika mobilnego następuje niespotykane w systemie klasycznym zjawisko migracji danych. Dane po prostu "wędrują„ za użytkownikiem, a mówiąc ściślej są replikowane między serwerami na trasie ruchu użytkownika. • Pytania: – Jakie mechanizmy replikacji zapewnić? – W jaki sposób zaprojektować i zaimplementować efektywne algorytmy odpowiadające za migrację danych? – Jaką architekturę zaproponować dla takiego systemu? dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 37 Podsumowanie • Mnogość rozwiązań sprzętowych, • Coraz bogatsza oferta oprogramowania, • Rozwiązania dla małych i średnich podmiotów oraz osób fizycznych, nie tylko dla gigantów, • Amniejszenie kosztów, usprawnienie i przyspieszenie działań, • Praca wszędzie i zawsze możliwa • Ciągły i szybki rozwój dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 38 Dziękuję za uwagę! dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie © 2014 39