普适计算的现状与趋势

普适计算的现状与趋势（转载）

2010-10-09 16:48:29| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅

随着计算机、网络等技术的蓬勃发展，信息技术的软件和硬件环境均发生了巨大的变化，这种变化使得由通信和计算机构成的信息空间与人们生活和工作的物理空间逐渐融为一体。在这种背景下，普适计算应运而生。南开大学计算机系教授辛运帏博士等对国内外普适计算的现状与趋势，以及天津普适计算研究的切

入点进行了分析。

一、普适计算的提出

普适计算(Pervasive Computing)也称无处不在计算(Ubiquitous Computing)，它集移动通信技术、计算技术、小型计算设备制造技术、小型计算设备上的操作系统及软件技术等多种关键技术于一体，通过将普适计算设备嵌入到人们生活的各种环境中，使通信服务以及其它基于信息网络的各种“以人为中心”的计算和信息访问服务在任何时候、任何地点都成为可能，许多计算设备通过全球网络为使用者提供更加人性化

的服务。

普适计算技术彻底地改变了“人使用计算机”的传统方式，让人与计算环境更好地融合在一起，在不知不觉中达到“计算机为人服务”的目的。普适计算技术以人的需求为中心，从根本上改变了人去适应机器计算的被动式服务思想，强调用户能在不被打扰的前提下主动、动态地接受网络服务。它改变了计算只局限于桌面进行的传统，使用户能以各种灵活的方式享受计算能力和系统资源。它将计算嵌入到人们的日常生活中，实现任何地点、任何时候、任何人都能访问任何信息的交互，能在真正意义上实现以人为本的生活

方式。

二、普适计算体系结构

普适计算体系结构主要包括普适计算设备、普适计算网络、普适计算中间件、人机交互和觉察上下文计

算四个方面。

1．普适计算设备：一个智能环境可以包含不同类型的设备，如传统的输入输出设备、无线移动设备和智能设备。理想状态下，普适计算应该包括全球范围内嵌入的具有主动或者被动智能型的每一个设备，能够自动搜集、传递信息，并且根据信息采取相应行动。

2．普适计算网络：随着计算机软硬件技术的发展，普适计算设备的数量将成倍增长，这对现有技术提出了更高的要求。除了扩展基本结构以适应需要之外，全球化网络也必须修改现有的应用来完成普适计算

设备到现实社会系统的集成。

3．普适计算中间件：除了分布式计算和移动计算，普适计算还需要中间件来完成网络内核与运行在泛化设备上的终端用户应用程序之间的交互。普适计算中间件应从用户的角度出发协调网络内核和用户行为

间的交互，并且保持用户在泛化计算空间的自然感。

4．人机交互和觉察上下文计算：普适计算使计算和通信能力无处不在的融合在人们生活和工作的现实环境中，人机交互的不可见性是必需的。因此，普适计算提出了一种新的人机交互方式——蕴涵式人机交互，它需要系统能觉察在当时的情景中与交互任务有关的上下文，并据此做出决策和自动地提供相应的服

务。普适计算模式下上下文将随任务而变化，而且由于工作环境是现场，其中的背景情况不但复杂而且是

动态变化的，使上下文的动态性问题更加突出。

三、应用领域

普适计算最重要的应用方向就是各类信息终端产品。普适计算的应用概念最早被IBM公司提出，其目标就是发展更具实用意义的各类信息终端产品，从而真正实现电子商务向信息终端产品的延伸。随着人们对信息服务的需求越来越多样化，信息终端产品的形式也将多姿多彩，功能越来越完善，并且在一个小设备

中往往集成多种功能。

智能空间也是普适计算的重要运用，如智能会议室、作战指挥室、智能教室、能照料老人的智能家居等，它们将极大改变人们未来的生活方式，使人们学习、生活变得更加美好，工作效率更高。数字家庭能通过家庭网关将宽带网络接入家庭，家庭内部的网络可以是无线或有线的。在家庭内部，手持设备、PC或者家用电器通过有线或者无线的方式连接到网络，从而形成了一个无缝、交互和普适计算的环境。

普适计算的的第三个应用领域是普遍信息访问，就是使用户能够在任何时间和地点，以任何方式访问到他们认为有用的信息。由于普适计算系统中的信息设备可随身携带，因此当这样的设备进入到新环境中时，它能自动地发现环境中可用的资源和服务，并与它们进行交互，从而给用户提供方便的服务。

普适计算的另一个应用领域是商业识别用RFID芯片。RFID芯片可代替现在商品上的条形码，它不仅能够提供商品的价格、名称，还能够提供更多有用的信息。例如药瓶上的芯片可以给消费者提供药厂的相关信息、药品的成份、药品的适用症、药品禁忌等，水果蔬菜上的芯片还可以提供农药的喷施情况及残留情况，贴在衣服上的芯片可以提供衣服的材料、产地、规格等等。

四、发展趋势

普适计算描述了具有丰富计算资源和通信能力的人和环境之间关系的场景，这个环境与人们逐渐地融合在一起。它把计算机嵌入到各种类型的设备中，建立一个将计算和通信融入人类生活空间的交互环境，从而极大地提高个人的工作及与他人合作的效率，但这种能嵌入的计算机不再是传统意义上的计算机了。随着微电子工艺的发展，电子设备越来越向微小型化发展，同时它的价格也越来越低。这使得将微小型计算

设备嵌入到环境中成为可能。

普适计算所需的软件技术也基本成熟，而在基于自然语言理解的普适计算环境中，人和计算机的交互将更加自然，使得普适计算环境更人性化。人机交互研究也将是普适计算研究的一个重要领域。

普适计算的计算机网络正在形成以互联网为核心，以多种无线网以及移动网为接入的更加广泛的异构集成网络。计算机网络协议功能更强，以满足不同数据通信特点的应用，同时IPv6的应用会大大增加网络地址范围，在可预见的未来为每个设备提供网络地址。从网络带宽上来看，有线主干网逐渐采用光纤，802.11、蓝牙(Bluetooth)逐渐成为无线局域网的常用标准，移动网正在向3G、4G甚至5G演变。这些情况表明，一种高带宽、覆盖全球的统一网络，即无处不在网络(Ubiquitous Network)正在形成。这种网络可允许任何具有IP地址的设备上网，任何上网设备都可享受网络服务。

为适应普适计算环境下各种设备上网的需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口，嵌入式系统将不再是“信息孤岛”。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，相应需要TCP/IP协议簇软件支持；由于家用电器相互关联及现场设备的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、蓝牙等通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱

动软件等。

普适计算是对计算模式的革新，对它的研究虽然还刚刚开始，但是它已显示了巨大的生命力和深远的影响。普适计算的新思维极大地活跃了学术思想，推动了对新型计算模式的研究。目前已出现了许多诸如平