Eigenschaften und Einschränkungen mobiler Systeme

Dieser Definition von Handhelds als mobilen Geräte folgend sollen die Un-terschiede zwischen typischen mobilen und stationären Geräten aus dem Jahr 2013 aufgezeigt werden. Anhand der Auflistung werden in Tabelle 2.2 dazu der

aktuelle Stand und die Entwicklung mobiler Geräte sowie ihre spezifischen Ei-genschaften und Restriktionen aufgezeigt. Obwohl die verfügbaren Ressourcen bei der Nutzung von Cloud-Diensten prinzipiell deutlich höher liegen, wurde, um eine möglichst hohe Vergleichbarkeit für die Ausführung typischer Anwen-dungen (für mobile Geräte) sicherzustellen, hier exemplarisch eine einzelne Server-Instanz ausgewählt.

Jahr Modell CPU Speicher RAM Display

Datenüber-tragung

Max. Übertra-gungsrate Akku

mobil

2014 Samsung Galaxy S5

Krait 400

(2,5 GHz, 4 Kerne) 32 GB 2 GB 5" 1920 x

1080 LTE 150 Mbit 2600 mAh

stationär

2014

Dell Precision T7600 Workstation

Intel® Xeon® E5-2630 Prozessor (Six

Core, 2,3 GHz)

1 TB 16 GB 24" 1920 x

1080 Ethernet 1 Gbit/s

-Cloud 2014 Amazon EC2

cr1.8xlarge

2 x Intel Xeon

E5-2670, (Eight-Core) unlimitiert 244 GB - Ethernet 10 Gbit/s

-Tabelle 2.2.:Ausgewählte mobile und stationäre Geräte [Ama13,Wik13,Del16]

Rechenleistung und Speicherkapazität In Bezug auf die Rechenleistung lie-gen die Geräteklassen noch deutlich auseinander, es gilt im Hinblick auf die abrufbare Leistung mobiler Geräte dabei zusätzlich, deren begrenzten Energievorrat zu berücksichtigen, der die tatsächlich zur Verfügung ste-hende Rechenleistung weitaus stärker limitiert. Wie noch gezeigt wird, kann dies einen der wesentlichen Gründe für die verteilte Ausführung mobiler Anwendungen im Rahmen des mobilen Cloud Computings dar-stellen.

Der Arbeitsspeicher mobiler Geräte umfasst aktuell durchschnittlich zwei Gigabyte. Hiervon wird jedoch ein nicht unwesentlicher Teil durch das mobile Betriebssystem belegt, was den für mobile Anwendungen zur Verfügung stehenden Arbeitsspeicher weiter beschränkt. Der zur Verfü-gung stehende nichtflüchtige Speicher mobiler Geräte umfasst hingegen bis zu 32 Gigabyte, hier ist allerdings zu berücksichtigen, dass dieses Merkmal hauptsächlich im Sinne einer vertikalen Preis- und Produktdif-ferenzierung Verwendung findet und nur bedingt die technischen Mög-lichkeiten widerspiegelt. Im Vergleich hierzu finden sich bei den statio-nären Geräten weitaus höhere Speicherkapazitäten, welche zusätzlich erweiterbar sind und damit nicht die Obergrenze darstellen.

Akkuleistung Die Energiedichte der in mobilen Geräten verwendeten Batte-rien steigt jährlich um fünf bis zehn Prozent [ZN10,Rob13]. Zusammen mit einer gesteigerten Effizienz der jeweils verwendeten übrigen Kom-ponenten geht jedoch nicht die zu erwartende Verbesserung der Laufzeit mobiler Geräte im Batteriebetrieb einher. Ein wesentlicher Grund hier-für ist der in gleichem Maße zunehmende Funktionsumfang mobiler

Ge-2.2. Mobile Computing 27

räte, beispielsweise in Form größerer Bildschirme oder zusätzlicher An-wendungen [FK13]. Abhängig von ihrer Nutzung liegt die Laufzeit mo-biler Geräte im Batteriebetrieb damit zwischen einigen Stunden bis hin zu ungefähr einer Woche. Ein möglichst sparsamer Umgang mit dieser Ressource ist damit entscheidend für die Verfügbarkeit und Nutzbarkeit dieser mobilen Geräte. In diesem Zusammenhang ist der Energievorrat stationärer Geräte als unbegrenzt anzusehen.

Anzeige & Benutzungsschnittstelle Obwohl die Auflösung der mobilen Geräte in bestimmten Fällen bereits den stationären Geräten entspricht, beste-hen aufgrund der geringeren Bildschirmdiagonale Einschränkungen in den Anzeige- und Bedienmöglichkeiten. Zu erwähnen ist, dass die Gerä-tekategorie der Tablets mit ihren Bildschirmdiagonalen bis zu zehn Zoll hier andere Maßstäbe setzt. In Bezug auf die Darstellung aufwendiger zu berechnender Bildschirminhalte stehen mobile Geräten durch die be-grenzte Rechenleistung in ihrer Leistung hinter derjenigen der statio-nären Geräte. In vielen Fällen greifen die mobilen Geräte zur Darstel-lung dieser Inhalte auf die Unterstützung spezieller Grafikprozessoren, analog der Architektur stationärer Geräte, zurück [BC12].

Sensoren Heutige mobile Geräte, insbesondere Smartphones, besitzen im Ver-gleich zu stationären Geräten eine Vielzahl von Sensoren, die den Nut-zungskontext der Geräte und ihrer Nutzer erkennen. Die so erhobenen Daten werden genutzt, um die Qualität und Benutzbarkeit mobiler An-wendungen zu verbessern oder neue Klassen von AnAn-wendungen bereitzu-stellen. Ein typisches mobiles Gerät besitzt unter anderem die folgenden physischen Sensoren: eine hochauflösende Kamera, einen Beschleuni-gungsmesser, ein Barometer, ein Gyroskop, ein Hygrometer, einen Kom-pass, einen GPS-Empfänger, einen Annäherungssensor sowie einen Hel-ligkeitssensor und ein Thermometer. Mit Bezug auf das mobile Cloud Computing können diese Sensoren genutzt werden, um den aktuellen Nutzungskontext des mobilen Gerätes zu berücksichtigen und gegebe-nenfalls Adaptionsprozesse auszulösen.

Betriebssysteme und Ausführungsumgebung Aktuelle mobile Geräte der Kategorien Tablet und Smartphone verwenden üblicherweise Prozesso-ren mit einer x86- oder einer ARM-Mikroarchitektur, um dem Nutzer ein modernes Multitasking-Betriebssystem bereitzustellen [BC12]. Es existieren aktuell zwei verschiedene Mobilplattformen mit relevantem Marktanteil: iOS der Firma Apple mit einem Anteil von 12,9 Prozent der in Europa verkauften Geräte im zweiten Quartal 2016 und die von der Open Handset Alliance entwickelte Mobilplattform Android mit einem entsprechenden Marktanteil von 86,2 Prozent [Gar16].

Hinsichtlich der Erweiterbarkeit kann hier nur die Mobilplattform Android als offene Plattform bezeichnet werden. So erlaubt die iOS-Plattform keine Modifikationen des Betriebssystems und beschränkt die

Ausführung von eigenen mobilen Anwendungen auf solche, die zuvor durch den Hersteller der Mobilplattform freigegeben und digital signiert wurden. Diese Restriktionen ergeben sich in weiten Teilen aus den für mobile Geräte nötigen erhöhten Sicherheitsanforderungen zum Schutz der Daten und der Privatsphäre des Nutzers. Im Gegensatz zur breiten Verfügbarkeit und flexiblen Einsetzbarkeit verschiedener Betriebssyste-me für stationäre Geräte beschränkt sich die Auswahl bei mobilen Ge-räten meist auf das vom Hersteller des Gerätes angebotenen Betriebssy-stem. Prinzipiell ist auch der Einsatz alternativer offener Betriebssyste-me wie Linux auf einigen mobilen Geräten möglich, die praktische Nutz-barkeit dieser Lösung auf einer breiten Anzahl mobiler Geräte ist jedoch aktuell nicht sichergestellt. Selbst größere Projekte wie Ubuntu 4 Andro-id [Can16b,Can16a] unterstützen nur eine relativ geringe Anzahl der am Markt verfügbaren Geräte.

Sicherheit Die hohe Mobilität und geringe Größe mobiler Geräte bringen zu-nächst das Risiko des Verlusts mit sich. Damit besteht die Möglichkeit, dass unberechtigte Dritte Zugriff auf schützenswerte Informationen er-halten [AGRS05].

Konnektivität Gegenüber stationären Geräten, die üblicherweise eine stabile Anbindung zu den übrigen Computern eines Netzwerks besitzen, sind mobile Geräte oft auf drahtlose Kommunikation angewiesen, um mit an-deren Geräten zu kommunizieren und interagieren. Diese Verbindung leidet üblicherweise unter einer stark und schnell wechselnden Verbin-dungsqualität und spontanen Verbindungsabbrüchen, was es erforderlich macht, die Entwicklung mobiler Anwendungen auf diese speziellen Re-striktionen hin auszurichten.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mobile Geräte statio-nären Geräten gegenüber insbesondere über eine begrenzte Rechen- und Spei-cherkapazität, aber vor allem über einen begrenzten Energievorrat verfügen.

Zusätzlich ist ihre Konnektivität den häufigen Änderungen ihres Nutzungs-kontexts unterworfen; entsprechend sollen im folgenden Abschnitt zunächst die für die Mobilkommunikation genutzten Architekturen und im Anschluss die konkreten Kommunikationsstandards näher vorgestellt werden.