Appunti Terminali Mobili e Multimedialità

Appunti di Terminali mobili e multimedialità

Giacomo Gargiulo, per info: giacomo.gargiulo.made4Core@gmail.com. Pag. 1

Lezione 1 – Introduzione al Mobile Computing

1) Definizione e proprietà del Mobile Computing

Il Mobile Computing, o calcolo mobile, designa in modo generico l'insieme di operazioni computazionali che consentono all'utente di accedere e/o elaborare informazioni da dispositivi portatili, come palmari, laptop, cellulari, ecc., senza vincoli sulla posizione fisica dell'utente o delle apparecchiature coinvolte.

Il professore Leonard Kleinrock, California, dice che: "il mobile computing riguarda applicazioni ed aspetti tecnici da considerare quando le persone sono in movimento". L'obiettivo principale del Mobile Computing è quello di consentire agli utenti di operare anche in ambienti fisicamente non connessi.

Quindi l'utilizzo di dispositivi esclusivamente telefonico o di un portatile non connesso a una rete non può essere considerato "mobile computing" in senso stretto.

2) Differenze tra mobile computing e wireless

Applicazioni wireless non mobili o fisse, applicazioni mobili non wireless.

I dispositivi portatili che necessitano di una connessione via cavo, detti wired, propongono dei limiti alla comunicazione in termini di tempo e di spazio. Invece i dispositivi wireless, in particolare quelli che operano via radio, superano le limitazioni precedenti.

In molti casi i termini mobile e wireless sono spesso fonte di confusione, considerando per esempio che le applicazioni wireless possono essere "non mobili" se utilizzano reti wireless fisse, ad esempio: una rete aziendale che fornisce connettività wireless ai portatili e viceversa possiamo trovare applicazioni mobili che non sono wireless.

Di fronte a tutto questo, per il mobile computing non è necessario che i dispositivi portatili necessitino di connessione wireless, dal momento che il sistema di comunicazione wireless è solo un particolare mezzo di comunicazione, in cui il canale è lo spazio.

In modalità non connessa, l'informazione viene elaborata e mantenuta localmente al dispositivo, per poi essere sincronizzata con il sistema centrale. Ad es. la rubrica telefonica su PDA. In modalità connessa, il dispositivo mobile fornisce un meccanismo di connessione ad una rete di informazioni.

3) Differenze tra tipologie di Mobile Computing

• Nomadic Computing: Rappresenta un caso particolare di mobile computing, ossia l'uso in maniera intermittente del collegamento di un dispositivo mobile ad una rete che può essere wired o wireless. Un esempio tipico di questa rete è quello del commesso viaggiatore che si connette alla propria rete aziendale da più luoghi ed è in grado di utilizzare gli stessi servizi indipendentemente dalla locazione in cui si trova.
• Pervasive Computing, o Ubiquitous Computing: Rappresenta il modello di interazione uomo-macchina in cui l'elaborazione dell'informazione è stata integrata nelle attività e negli oggetti della vita quotidiana. A tutt'oggi molteplici dispositivi digitali, che ci circondano, sono detti "embedded", ovvero sono i software integrati scritti per dispositivi elettronici non connessi, quale lo sportello elettronico delle banche. Lo scopo del Pervasive Computing è quello di mettere in comunicazione questi dispositivi, rendendoli identificabili e raggiungibili di solito attraverso onde radio, in modo da creare principalmente una rete di dispositivi intelligenti. Un esempio di Pervasive Computing può essere un frigorifero che può fare l'inventario di ciò che contiene, confrontando la lista che ottiene in questo modo con una lista registrata sul PC, inviando al cellulare dell'utente o direttamente ai fornitori la spesa del giorno.

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• Context Aware Computing: È il tentativo di adattare l'applicazione mobile e la sua elaborazione in base alle informazioni provenienti dal contesto, definito come l'insieme delle condizioni sia fisiche e sociali dove avviene l'elaborazione dell'applicazione stessa. Ad esempio si potrebbe pensare ad un'applicazione mobile che imposta una diversa suoneria o attiva la vibrazione in base alla propria posizione geografica.

4) Leggi di Moore

Le leggi di Moore sono due principalmente, per cui:

• Le prestazioni dei processori, e il numero dei transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni circa 18 mesi.
• L'investimento per realizzare una nuova tecnologia di microprocessori cresce in maniera esponenziale con il tempo.

Lezione 2 – Sfide tecnologiche

1) Reti wireless – Problemi

Al giorno d'oggi, attraverso i dispositivi mobili riusciamo a svolgere anche quei lavori che richiederebbero un desktop, ma sottilmente resistono delle limitazioni legate alla mobilità, quali problemi delle infrastrutture di comunicazione, hardware legati ai limiti fisici dei dispositivi, software quali SO ed API legati alle limitazioni hardware.

Problemi comunicazione

Il problema legato alla mobilità o connessione si riferisce alla:

• Copertura di rete: In quanto anche quando un'area possa risultare fisicamente coperta dal segnale, non vi è garanzia che il segnale possa penetrare barriere fisiche come costruzioni, gallerie, ecc.
• Ampiezza di banda: In quanto la velocità di connessione può variare in dipendenza del protocollo utilizzato.
• Latenza: In una connessione wireless o via cavo, la latenza si definisce come il ritardo che intercorre tra l'invio della richiesta di elaborazione e la ricezione dei dati, compresa l'elaborazione degli stessi dati.

Un'elevata latenza, che causa un intervallo di attesa lungo, può essere causata da diversi fattori come ad esempio la diversa tipologia di connessione, dove in termini di codifica, la latenza può essere causata dalla compressione e trattamento dei dati ad ogni estremità; ritardi addizionali possono essere aggiunti se un collegamento si estende su diversi tipi di reti.

La latenza è un fattore che può incidere sulla velocità di connessione dati, anche se differisce dalla larghezza di banda e dal relativo rendimento, definendosi come una misura dell'ampiezza del segnale di trasmissione o ricezione. I costi della connettività sono spesso significativi, in quanto alcuni operatori applicano tariffe basate sul tempo di connessione, mentre altri si basano sulla quantità di dati trasferiti. Ogni operatore utilizza diversi protocolli di connessione ai dispositivi wireless.

Soluzione problemi comunicazione – Capacità Always-On

La capacità Always-On si riferisce alla possibilità data all'utente di accedere ai dati in qualsiasi momento, senza pagare tariffe a tempo e senza stabilire ogni volta una connessione alla rete wireless. Questa possibilità è stata introdotta dalle reti Packet-Switched.

La differenza sostanziale tra le due reti sta nel fatto che mentre le reti Circuit-Switched tariffano le connessioni basandosi sul tempo, le reti Packet-Switched effettuano un calcolo dei costi in base alla quantità di dati scambiata, consentendo all'utente di restare collegato anche durante periodi di inattività.

• Nelle reti Circuit-Switched ho un canale mio al quale nessuno può accedere.
• Nelle reti Packet-Switched si ha la possibilità di ricevere nuovi pacchetti dagli operatori wireless, basati sulla quantità di dati utilizzata piuttosto che sul tempo di attività, condividendo il canale con altri utenti attraverso un meccanismo gestito dalla centrale.

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Problemi hardware

La scelta del dispositivo da utilizzare è determinante per il successo di una applicazione mobile; per scegliere il dispositivo è importante porsi alcune domande quali: Che tipo di applicazione si vuole sviluppare? È una applicazione di client business, email, etc.? Che tipo di accesso ai dati è richiesto? È richiesta la modalità wireless? Se sì, è richiesto un modem integrato o può essere aggiunto un componente esterno? Come deve collegarsi il dispositivo ai server centrali? Via wireless oppure attraverso una base? Quali sistemi operativi si vogliono utilizzare? Che tipo di sicurezza si vuole adottare? Che caratteristiche fisiche deve avere il dispositivo?

Soluzione problemi hardware

La soluzione è data stessa dalla proliferazione sul mercato di diversi tipi di terminali mobili, dove le compagnie installano le componenti in base alle esigenze correnti, quale può essere ad esempio una maggiore quantità di memoria, ecc.

Problemi software

La scelta della piattaforma software da utilizzare è legata alle "interazioni applicative" che il dispositivo dovrà sostenere, con le altre componenti della soluzione da realizzare.

Soluzioni software

Nel campo degli strumenti di sviluppo di applicazioni mobili, sono stati introdotti: application server; emulatori, "small mobile" database, tecnologie di sincronizzazione avanzate, sistemi operativi mobili.

Lezione 3 – Reti wireless

1) Tipologia di reti wireless e differenze

A differenza delle reti wired, il segnale radio si attenua mentre attraversa il mezzo che in questo caso è l'aria, riflettendosi su più oggetti può arrivare a destinazione con tempi e percorsi diversi, rischiando di ricevere delle interferenze da altre sorgenti, in quanto le reti wireless usano frequenze standard che possono venire condivise da altri dispositivi.

Le reti vengono differite in: wireless, che sono reti in cui i terminali accedono alla rete tramite canali "senza fili"; radiomobili, che sono reti wireless dove i terminali utenti possono spostarsi sul territorio senza perdere la connettività con la rete; cellulari, sono reti radiomobili la cui copertura geografica è ottenuta con delle celle del territorio.

• Elementi di una rete wireless: Wireless host sono i laptop o cellulari, eseguono applicazioni stazionarie o mobili; stazione di base è tipicamente connessa ad una rete wired, ed è responsabile dello scambio di pacchetti tra rete wired e host wireless nella sua area di access point; link wireless è usato per connettere stazioni wireless alla base station. Accessi multipli differiscono per banda e per distanza di trasmissione; reti ad hoc: non esiste una stazione base, i nodi possono comunicare con altri nodi nel loro raggio, i nodi si auto-organizzano in una rete, esempio Bluetooth.
• Evento di Handoff: L'evento di Handoff è un evento che provoca il passaggio, da parte dell'utente mobile, da una stazione di base a un'altra. La stazione di base connette gli utenti mobili alla rete wired, permettendo quindi lo scambio di pacchetti tra rete wired e host wireless nella sua area definita "access point". L'evento di Handoff, per le sue caratteristiche, è un fenomeno puramente trasparente e si definisce inoltre roaming l'evento di Handoff tra due celle di gestori diversi.

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2) Le reti wireless: categorie e configurazioni

WPAN (Wireless Personal Area Network): Le principali caratteristiche di questa rete sono: raggio limitato di comunicazione, un basso consumo di energia, costi molto bassi o nulli e sono composti da pochi dispositivi connessi.

Il mezzo di comunicazione principale tra dispositivi, quali IrDA (Infrared Data Association), la cui idea di base è di far comunicare 2 dispositivi semplicemente facendoli puntare "l'un l'altro", in questo caso è il Bluetooth, che possiede un indirizzo univoco e fornisce un meccanismo di autodiscovery per la ricerca di altri dispositivi Bluetooth attivi nell'area circostante.

Le specifiche Bluetooth definiscono 3 modalità di discovery:

• Generally: Consente ad un dispositivo Bluetooth di essere individuato da una qualsiasi altro dispositivo Bluetooth nelle vicinanze.
• Limited: Soltanto dispositivi predefiniti possono individuare un altro dispositivo Bluetooth, questa modalità è utilizzata in presenza di diverse periferiche BT collegabili automaticamente.
• Nondiscoverable: Che rende virtualmente invisibile il dispositivo ad altri dispositivi BT.

Quando 2 o più dispositivi sono collegati, essi formano una Piconet ossia una rete ad hoc che è formata al più da 8 dispositivi. Se più reti Piconet si combinano tra loro, qualora vi siano reti con più di 8 dispositivi connessi, si è in presenza di una Scatternet, dove non tutti i dispositivi sono collegati direttamente.

Al momento la tipologia di Bluetooth più avanzato è il 4.0 che rispetto al 3.0 non porta alcun incremento prestazionale, ma comporta un minore consumo data la presenza di una più bassa latenza rispetto alla versione precedente.

Una nuova tecnologia in atto è lo ZigBee che dà il nome ad una specifica per un insieme di protocolli di comunicazione ad alto livello incentrata principalmente a portare questa tecnologia ad un consumo ancora più basso ed economico di altre WPAN ed è utilizzata in scopi quali il controllo industriale, le reti sensori e la domotica che permette di relazionare la robotica all'ambiente domestico.

WLAN (Wireless Local Area Network): La più semplice rete è costituita da una configurazione Peer-to-Peer, rete ad hoc, senza amministrazione o Access Point (AP) centrale, caso di WPAN. Le reti ad hoc possono essere estese utilizzando un wireless AP che funziona come un "ripetitore" tra i dispositivi, fornendo connettività ad una rete wired.

In uno scenario tipico diversi AP possono fornire insieme copertura wireless ad un'ampia area. Ogni area coperta da un AP è una microcella. Il movimento tra grappoli, cluster, di AP è chiamato handoff. L'Handoff è reso possibile dallo scambio automatico delle informazioni del Client, è un elaboratore che riceve servizi da un altro Computer chiamato Server, Computer dedicato esclusivamente al controllo della rete, progettato per condividere i dati con applicazioni Client, tra i diversi AP.

Nella specifica di sicurezza delle reti WLAN è stata implementata una funzionalità chiamata Wired Equivalent Privacy, che fornisce meccanismi base di autenticazione e crittografia. Per l'autenticazione, un AP, WEP enable, manderà un testo al client per verificare l'identità. Il client utilizza una chiave privata per cifrare il testo, algoritmo RC4, successivamente restituisce il testo cifrato all'AP che decifra il testo utilizzando la sua chiave; se il testo decifrato corrisponde a quello iniziale viene data l'autorizzazione al client, ma non fornisce una sicurezza di tipo end to end, ma deve essere integrato con altri meccanismi.

WWAN (Wireless Wide Area Network): L'accesso a questa rete richiede la sottoscrizione di un abbonamento con una compagnia, Wind, Tim, ecc., con l'applicazione di tariffe tempo o a traffico.

Inizialmente le prime reti erano analogiche, ma con l'introduzione del digitale, è stata migliorata principalmente l'efficienza del trasferimento di dati, la sicurezza nella cifratura dei segnali, la qualità del segnale con la presenza di filtri che puliscono il segnale dopo la sua trasmissione ed infine la funzionalità, che consente l'uso di informazioni fornendo le basi per applicazioni m-business.

Reti WWAN – Packet Switched vs Circuit Switched

Esistono 2 meccanismi di switching nell'ambito delle WWAN per il trasferimento dati:

• Circuit-Switched (CS).
• Packet-Switched (PS).

Le reti CS stabiliscono una connessione fisica tra le parti, questa connessione non può essere utilizzata da altri, mantenendo la connessione per tutta la durata, ma sono inefficienti dove non esiste un continuo flusso di dati, richiedendo per ogni connessione una linea dedicata.

Le reti PS non richiedono connessioni dedicate, ma più utenti condividono un'unica connessione, dove i pacchetti che viaggiano sulla rete possono condividere gli stessi percorsi tariffandone quindi l'effettiva quantità di dati trasmessa.

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3) Reti cellulari e roaming

In una rete cellulare la copertura geografica è ottenuta con una tassellatura di aree adiacenti e/o sovrapposte dette celle, che ottiene copertura wireless da una base station fissa. L'utente che possiede il terminale mobile si può muovere attraverso la rete passando da una cella all'altra senza interrompere la comunicazione.

In aree densamente popolate vengono usate le microcelle, ovvero aree generate da un AP, e il processo con cui un utente si sposta da una cella ad un'altra si chiama Handoff o Handover. Quando un utente si sposta su di una cella gestita da un diverso operatore si verifica il Roaming.

4) Gateway WAP

Il WAP (Wireless Application Protocol) è nato nel 1997 ed è costituito da una serie di protocolli che permettono una navigazione simile a quella web, ma senza l'ausilio del PC e ricorrendo a specifici software per adattare il linguaggio del Web alle esigenze delle limitate potenzialità di un cellulare.

Il linguaggio di programmazione che c'è dietro alle pagine WAP è il WML (Wireless Markup Language): questo linguaggio deriva dall'XML ed è stato progettato per terminali con le seguenti caratteristiche:

• Display di bassa risoluzione.
• Limitate capacità di input.
• Limitate capacità di elaborazione.
• Banda ristretta e con tempi di attesa lunghi.

La pagina WML è detta deck, mazzo di carte, poiché è composto da più carte, card, che rappresentano le singole unità di navigazione visualizzate dal browser sul display del cellulare. Poiché un web server opportunamente