普适计算研究

感 知 上 下 文 计 算
智 能 空 间
可 穿 戴 计 算
图 1 普适计算主要研究内容
(1). 普适计算研究体系 下面介绍普适设备、普适网络、系统软件、人机交互等普适计算研究体系的几个主要层次：
普适设备 Please register PDFcamp on http://www.verypdf.com/, thank you. 普适计算环境由普适计算设备、系统软件及其网络等部分构成。其中普适计算设备根据功 能不同可以分为信息访问终端、感知设备、智能物体等。 − 信息访问终端：通过有线或无线的方式与网络连接，使用者可以随时随地按需获取各种信息 和服务。典型的信息访问终端包括 PDA2、PC、智能手机、网络计算机等，其中智能手机被 认为是当前普适计算的首选平台[2]； − 感知设备：包括用于标识对象身份的设备（如射频标签 RFID）和用于感知物理对象和环境 状态的设备（如传感器、智能灰尘、照相机、摄像机等） ； − 智能物体：通过将计算和通信能力嵌入到日常生活中的常见物体中，如家具[3]、家电、咖啡 杯等，将其变为智能物体，从而实现计算机对这类设备的感知和控制，建立物理世界与虚拟 世界联系的桥梁。 普适网络 普适计算环境是一种普遍互连的环境。除当前常见的计算机之间的互联外，各种物体都通 过不同方式与其他物体相连。 普适计算环境下的网络环境包括各种无线网络、 互联网、 电话网、 3 电视网等，还包括 RFID 网络、无线传感器网络、GPS 网络等多种不同类型的网络。普适计 算网络支持异构环境和多种设备的自动互连，对环境的动态变化具有自适应性，提供无处不在 的通信服务。 当前普适计算网络的研究主要集中在无线和移动网络、 自组网、 无线传感器网络、
信息技术快报 Information Technology Letter
Vol. 3.No.10 Oct.2005
Fra Baidu bibliotek
网络及硬件设备技术的创新，二是适应普适计算的系统软件技术创新。普适计算中的系统软件多采 用中间件技术为普适计算应用提供系统支持。普适计算中间件的设计目标一般有以下几个方面： 为应用移动（迁移）提供支持 移动性或者可迁移性是普适计算应用的一种重要特性。当用户在不同的智能空间内移动 时，需要不间断地使用应用服务。例如，适应普适计算的中间件一般通过提供一种将应用状态 及所涉及的数据与应用实际运行环境相分离的机制，为应用移动或迁移提供支持。这类中间件 比较典型的如 Compute Capsule[21]主要采用将应用执行和应用数据分离的机制；Mobile Agent[7] 通过定义标准服务接口来统一应用执行环境；One World[22]提供了一种描述应用的统一格式。 它们从不同的层次和角度，为普适计算环境中的应用移动提供支持。 屏蔽智能空间及应用执行环境的复杂性 无所不在的各种嵌入式计算设备是构成普适计算环境的重要要素。这些设备无论从功能还 是形态等各方面都有着很大的差异。中间件技术是普适计算实现屏蔽智能空间中设备复杂性的 一种重要手段。另外由于所适用的场合以及用户所处情境的巨大差异，采用中间件技术来屏蔽 应用执行环境的复杂性也非常重要。普适计算中间件所采取的措施一般包括通过定义各种规范 的应用接口服务以及采用类似 Java 的虚拟机技术等。这类中间件比较典型的如 AMUN[23]通过 定义标准服务来屏蔽应用执行环境的复杂性；BASE[24]采用微代理机制，通过对不同插件的统 一管理，来简化对智能空间中设备的控制和使用。 为感知用户情境及意图提供支持
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Personal Digital Assistant，个人数字助理 Global Positioning System，全球定位系统
普适计算研究
P2P4等。 系统软件 普适计算的系统软件对普适计算环境中大量联网的信息设备、智能物体、计算实体进行管 理，为它们之间的数据交换、消息交互、服务发现、任务协调等提供系统级的支持。普适计算 的系统软件不同于传统分布式系统软件，主要有两个基本的特点：物理集成和自发的互操作。 由于普适计算环境存在任务动态性和设备异质性等特点，普适计算系统软件需要解决设备与服 务的发现与自适应等问题，实现对物理实体的管理以及模块间的协调机制，同时还要保证系统 的鲁棒性和安全性[12,10]。 人机交互 自然人机交互为人与普适计算环境之间提供更和谐、更高效的交互方式，典型的交互方式 包括语音输入、手写输入、电子纸、眼镜显示器等。除鼠标键盘输入等由人驱动的显式人机交 互外，普适计算的人机交互方式会向隐式和多模式的人机交互方式方向发展。 (2). 普适计算热门研究领域 普适计算的热门研究领域包括上下文感知计算、智能空间、可穿戴计算等： 上下文感知计算 自动感知物理空间中对象与环境的状态信息及其变化是普适计算的重要特征。感知上下文 计算利用上下文信息向用户提供高效率的信息交互，并提高服务的针对性。常见的上下文信息 包括时间、位置、场景等环境信息，屏幕大小、处理能力等设备信息以及身份、操作习惯、个 人喜好、情绪状态等用户信息。感知上下文计算涉及上下文信息感知、上下文建模、上下文感 知应用等多个方面[8]。 上下文信息可以通过感知器捕获，从已有的信息中抽取（如日程表、天气预报等） ，由用 户直接设定等多种方式获取。其中感知器除包括用于感知声光电等物理信息的传感器外，还包 括 RFID 标签、摄像头、GPS 系统等多种感知设备，甚至还可以包括感知用户是否在使用电脑 设备的键盘（在 ICQ 等程序用于感知用户状态） 、统计分析网络流量与特征的网络监视器等。 智能空间 智能空间是一个嵌入了计算机、信息设备和多模态的传感器的工作空间，其目的是使用户 能够方便地访问信息和获得计算机的服务，进而高效地实现个人目标和与他人协同工作[14]。智 能空间可以在不同尺度上得到体现，以家庭、办公室、教室、超市或机场等离散环境为基础， 逐步实现互连并扩大至全球[4,5]。 可穿戴计算 可穿戴计算[6]是普适计算设备研究的一个重要方面，通过把计算和交互设备穿戴在身上， 方便人们随时随地获得计算和信息服务，典型的可穿戴计算设备如可穿戴式战场电脑、智能衣 服、智能手套、智能手表等。
Ａ ｕ ｒ ａ
Ｇ ａ ｉ ａ
Ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ
人机交互 系统软件 普适网络 普适设备
语音输入，人脸识别，手写输 入、电子纸、眼镜显示器 分布式资源发现与管理，协同服 务，主动交互，自适应服务 无线网络，移动计算，自组网络， 无线传感器网络，对等网络 移动和手持设备，智能设备， 传感器，可穿戴计算机，Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ
１ 引言
伴随着计算、通信和内容的相互结合以及计算机微型化、嵌入式的发展趋势，计算模式正向着 以人为中心的普适计算（Ubiquitous or Pervasive Computing）模式发展。普适计算是 Mark Weiser 于 1991 年提出的关于未来计算模式的构想[9]。在普适计算环境下，计算和通信能力将普遍存在并融入 到日常生活环境中，信息空间与物理空间将实现融合，人们可以随时随地自由访问环境提供的各种 信息和服务，计算机将从人们的视线中消失，人们的注意力将回归到要完成的任务本身。普适计算 的本质在于新的计算模式以及与之相适应的人机交互方式，使计算机真正进入人们的工作和生活， 成为像空气、水电一样的生活必需品，并像笔纸、刀叉一样使用方便。 适应普适计算的应用服务平台和基于 RFID1的上下文感知技术研究等方面的进展情况，最后总结全 文并展望下一步工作。
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Radio Frequency Identification，射频识别标签
第 3 卷第 10 期
信息技术快报 Information Technology Letter
Vol. 3.No.10 Oct.2005
普适计算应用
Ｃ ｏ ｏ ｌ Ｔ ｏ ｗ ｎ Ｄ ｒ ｅ ａ ｍ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｓ ｍ ａ ｒ ｔ Ｒ ｏ ｏ ｍ Ｅ ａ ｓ ｙ Ｌ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｄ ｅ ａ ｖ ｏ ｕ ｒ Ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ
一 普适计算研究 二 人脸识别理论与应用研究 三 Ａ Ｖ Ｓ 视频编码技术回顾与应用展望 四 运动视频分析技术及其应用
（ １ ） （ １ ２ ） （ ２ ０ ） （ ２ ６ ）
中国计算机学会赠阅会员刊物
普适计算研究
普适计算研究
李锦涛
摘要：本文描述了普适计算的概念、主要研究内容及其现状，并重点介绍我们研发的一种适应普适计算的智能 应用服务平台和我们在基于 RFID 的上下文感知技术等方面的研究进展情况。 关键词：普适计算 智能应用服务平台 RFID
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２ ． ２ 适应普适计算的中间件技术研究
从上面的介绍中可以看出，推动普适计算发展的因素来自两个主要方面，一是适应普适计算的
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Peer to peer—对等网络计算
第 3 卷第 10 期
本文将介绍普适计算的主要研究内容，并介绍我们在普适计算领域的主要工作，重点介绍一种 Please register PDFcamp on http://www.verypdf.com/, thank you.
２ 普适计算概述
２ ． １ 普适计算研究概况
普适计算的研究受到国内外各研究机构和产业界的高度重视。从 20 世纪 90 年代开始，许多相 关的研究计划纷纷启动，例如美国麻省理工（MIT）的 Oxygen、卡内基.梅隆大学（CMU）的 Aura、 伊利诺 （Illinois） 大学的 Gaia、 加州大学伯克利分校 （UC Berkeley） 的 Endeavour、 华盛顿 （Washington） 大学的 Portalano、 英国剑桥 （Cambridge） 大学的 Sentient Computing、 美国 IBM 公司的 DreamSpace、 微软（Microsoft）的 EasyLiving、惠普（HP）的 CoolTown、英特尔（Intel）的 Guide、欧盟资助的 Disappearing Computer、清华大学的 Smart Classroom 等。 普适计算的研究体系自底向上主要包括普适计算设备、普适网络、系统软件和人机交互等多个 层次，同时由于研究的侧重点和目标不同，形成了觉察上下文计算、智能空间、可穿戴计算等多个 热门研究领域[10]。图 1 描述了普适计算研究的主要方面。
内部刊物
信息技术快报
Information Technology Letter
2005 年 第 3 卷 第 10 期 (总第 29 期) 出版日期: 2005 年 10 月 6 日
Please register PDFcamp on http://www.verypdf.com/, thank you. 本期主题： 数字化技术
用户情境是指包括用户所处位置、用户周围设备、用户当前所使用服务等的综合信息。对 Please register PDFcamp on http://www.verypdf.com/, thank you. 用户情境的感知是增强普适计算应用适应性的基础，也是实现为用户提供透明服务的前提。用 户意图感知是指对用户在普适计算环境中下一步所希望的服务的确定。相对于用户情境感知， 对用户意图的感知将更为复杂，更需要智能化的手段和方法。采用中间件技术支持上述目标是 普适计算技术的重要研究内容。 满足普适计算中的某些特殊要求 采用中间件技术为普适计算应用提供某些特殊的功能，也是普适计算中间件所要实现的一 个 重 要 目 标 。 比 较 典 型 的 有 PICO[25] 中 间 件 提 供 异 构 环 境 中 的 信 息 共 享 ， QoS-aware Middleware[26]为普适计算应用提供所需的 QoS 保障，Super Spaces[27]主要解决大规模普适计算 应用所面临的问题，MiddleWare for Multimedia[18]主要是为普适计算应用提供多媒体支持。 普适计算中间件技术研究，目前大多还处于探索阶段。这主要有两个原因：一是目前普适 计算环境的构建本身正处于研究探索阶段，不断有新技术和新设备应用到普适计算环境中；二 是用户对应用需求也在不断发展变化，不同用户不同应用场景对普适计算应用需求的差异很 大。同时可以看出，充分利用已有的被广泛使用的中间件技术，采用公开开放的技术规范和标 准，采用服务方式统一普适计算应用开发及运行环境，实现网络服务环境与智能空间的统一是 普适计算中间件发展的基本趋势。