浅谈无所不在的计算

摘要

随着计算机、通信、网络、微电子、集成电路等技术的发展，信息技术的硬件环境和软件环境发生了巨大的变化。这种变化使得通信和计算机构成的信息空间与人们生活和工作的空间正在逐渐融为一体。普适计算（pervasive computing, ubiquitous computing）（即无所不在的计算）的思想就是在这种背景下产生的。普适计算是由Xerox PARC首席科学家Mark Weiser1988年提出的一种超越桌面计算的全新计算模式。普适计算具有两个关键特性：一是无所不在性，即随时随地访问信息的能力；二是透明性，通过在物理环境中提供多个传感器、嵌入式设备、移动设备和其他任何有计算能力的设备，从而在用户察觉不到的情况下进行计算、通信并提供各种服务，最大限度地减少用户的干预。

本文综述了普适计算（无所不在的计算）的内容、特点、发展现状、研究领域、发展趋势等方面内容，同时我也作出了自己对普适计算的看法及理解。

关键字：普适计算；发展；实现方法；应用；理解

目录

1.普适计算的定义 (1)

2.普适计算的基本思想及产生原因 (1)

2.1普适计算的核心思想 (1)

2.2普适计算的目的 (1)

2.3普适计算产生的最根本的原因 (1)

3.普适计算的提出及发展 (1)

4.普适计算的特点 (2)

4.1普适性 (2)

4.2透明性 (2)

4.3动态性 (2)

4.4自适应性 (2)

4.5永恒性 (2)

5.普适计算研究的主要内容 (2)

6.普适计算的实现 (2)

6.1绑定 (3)

6.2自发的交互 (3)

7.普适计算模式中关键性研究领域 (3)

7.1开发针对普适计算的软件平台和中间件 (3)

7.2使计算机展现统一的服务界面 (3)

7.3建立新型的人与计算服务的交互通道 (3)

8.普适计算在教育中的应用项目 (4)

8.1清华大学smart class项目 (4)

8.2淡江大学Hard SCORM项目 (4)

8.3麻省理工学院OXYGEN项目 (4)

9.普适计算面临的挑战 (4)

9.1普适计算对计算机科学的各个层次的研究提出的新的要求 (4)

9.2普适计算在未来发展过程中的几大挑战性的问题 (4)

10.普适计算之我见 (5)

参考文献 (6)

1.普适计算的定义

普适计算的促进者希望嵌入到环境或日常工具中去的计算能够使人更自然的和计算机交互。而普适计算的显著目标之一则是使得计算机设备可以感知周围的环境变化，从而根据环境的变化做出自动的基于用户需要或者设定的行为。比如手机感知现在用户正在开会这个环境而自动切换为静音模式，并且自动答复来电者"主人正在开会"。这意味着普适计算不用去为了使用计算机而去寻找一台计算机。无论走到哪里，无论什么时间，都可以根据需要获得计算能力。

2.普适计算的基本思想及产生原因

2.1普适计算的核心思想

科学家表示，普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所，计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互，而更依赖“自然”的交互方式，计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。

在普适计算的环境中，无线传感器网络将广泛普及，在环保、交通等领域发挥作用；人体传感器网络会大大促进健康监控以及人机交互等的发展。各种新型交互技术（如触觉显示、OLED等）将使交互更容易、更方便。

2.2普适计算的目的

普适计算的目的是建立一个充满计算和通信能力的环境,同时使这个环境与人们逐渐地融合在一起在这个融合空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化服务。在普适计算环境下, 整个世界是一个网络的世界, 数不清的为不同目的服务的计算和通信设备都连接在网络中, 在不同的服务环境中自由移动。

2.3普适计算产生的最根本的原因

1）计算资源的丰富与廉价；

2）互联网（无线网络）的广泛使用。

3.普适计算的提出及发展

普适计算最早起源于1988年Xerox PARC 实验室的一系列研究计划。在该计划中美国施乐(Xerox)公司PARC研究中心的Mark Weiser首先提出了普适计算的概念。1991年Mark Weiser在《Scientific American》上发表文章“The Computer for the 21st Century” ，正式提出了普适计算（ubiquitous computing）。Mark Weiser指出：“The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it.”

1999年，IBM也提出普适计算(IBM称之为pervasive computing)的概念，即为无所不在的，随时随地可以进行计算的一种方式。跟Weiser一样，IBM也特别强调计算资源普存于环境当中，人们可以随时随地获得需要的信息和服务。

1999年欧洲研究团体ISTAG提出了环境智能（Ambient Intelligence）的概念。其实这是个跟普适计算类似的概念，只不过在美国等通常叫普适计算，而欧洲的有些组织团体则叫环境智能。二者提法不同，但是含义相同，实验方向也是一致的。

4.普适计算的特点

4.1普适性

数量众多的计算设备嵌入到环境中，通过这些设备用户可以随时随地得到计算服务。

4.2透明性

计算过程对于用户是透明的。如果计算系统返回的结果无法满足用户的需求,用户也可以直接调节系统使之工作在更好的状态。在用户进行调节的同时,整个计算系统也在不断地更新和学习。整个计算和学习过程对于用户来说是不可见的,这就可以使用户最大程度地将注意力放在要完成的任务上。

4.3动态性

在普适计算环境中,用户通常处于移动状态,这导致在特定的空间内用户集合将不断变化;另一方面,移动设备也会动态地进入或退出一个计算环境,这导致计算系统的结构也在发生动态变化。

4.4自适应性

计算系统可以感知和推断用户需求,自发地提供用户需要的信息服务。

4.5永恒性

计算系统不会关机或者重启,计算模块可以根据需求、系统错误或系统升级等情况加入或离开计算系统。

5.普适计算研究的主要内容

普适计算包括了用户、终端、终端环境和网络环境等内容的复杂体系结构，涉及到心理学、社会学、计算机、通信等范围广大的研究内容。从计算内容来讲，普适计算集合了无线计算、游牧式计算、松散计算、日常计算、无所不知的计算等内容。所涉及的技术支撑包括移动通信技术、全球网络服务、嵌入式操作系统、对等计算、网格计算和蓝牙计算等。

6.普适计算的实现

普适计算的实现需要把信息空间和物理空间相融合，这包括两层含义：绑定和自发的交互。