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静计算(Calm Computing)、日常计算(Everyday Computing)、主动计算(Proactive Computing)等新的研究方向。

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切入点进行的分析。

五、国内目前的研究进展目前国内非常重视普适计算的研究，并将其列入国家自然科学基金委信息科学部2003年资助的18个重点项目之一。

国内的研究主要在普适计算环境中间件、普适计算中私有信息保护问题、普适计算环境的协调管理、软件结构、觉察上下文计算、人机界面几方面展开，各主要研究机构都在积极开展有关普适计算的研究。

中国科学院软件研究所正开展“无处不在计算环境下智能人机交互研究”，它从计算智能和分布式认知心理学着手，研究通过计算智能来处理人机交互的上下文信息感知问题，建立无处不在计算环境下人机交互动态行为的描述方式和用户意图获取模型。

自动化研究所也有一些相关的研究，如对无处不在计算环境中的身份鉴别与行为理解的研究，对人脸、指纹、虹膜、笔迹、步态等的识别来进行身份鉴别，支持人脸跟踪，研究智能机器人自然语言交流，同时在手写体识别、语音识别方面都有不错的研究成果。

计算所在高性能计算和网格技术的研究方面也取得了显著的成果。

心理所对注意维度转移进行了一系列的相关研究。

清华大学从人机系统对无处不在计算开展了工作，着重研究人和计算机一起工作的方式和技术，从人机系统的层次研究人机交互。

交互与媒体集成研究所对普适计算展开了研究，比较著名的有Smart Class项目。

该项目将普适计算和远程教育相结合，建立智能远程教室。

在智能教室中，教师的操作包括调用课件、在电子黑板上作注释、与远方的学生交流等。

系统能根据对教师动作的理解，在不同的场景下向远方的学生转发相应的视频镜头或电子黑板内容，并自动记录上课的内容。

北京大学成立了普适计算实验室(Ubiquitous Computing Laboratory)。

目前开展的研究侧重在开发和设计通用的信息访问和传送平台，存在论工程(Ontology Engineering)和基于存在论的语义网页(Semantic Web)，自适应代理(Adaptive Agent)系统的结构，应用于科学、工程和国防的基于知识的系统。

六、天津普适计算研究的切入点普适计算研究内容主要包括两个方面：自然的人机交互和网络计算。

目前极需要搭建一个普适计算实验研究环境，这是研究的基础和前提。

该环境要求高速、可靠、稳定、大容量、网络化、智能化、个性化并重，并解决网络接入问题。

同时选择普适计算中的几个关键技术展开研究，研究在嵌入式计算、无线通信和分布式计算技术的支持下，把由计算和通信结点及系统组成的信息空间与人类生活的物理空间集成为和谐的人机交互信息环境的理论和技术，并以此为基础带动相关研究。

所有这些研究可为天津数字化城市的建设打下必备基础，同时使得天津能在国内普适计算研究中处于较领先的地位。

结合天津的实际情况，可以选择下面几个方面作为研究的切入点：1．智能普适计算设备及其支撑软件。

重点开展应用于普适计算环境中手持普适计算设备的研究，特别是通用性强、功能完备、体积小、功耗低的智能设备的预研，并带动相关产业的发展。

保留目前智能卡等产品的方便性，并根据实际需要扩展完善功能，满足无处不在的使用要求。

借鉴目前各种卡类系统及“一卡通”项目研究中已经取得的成果和经验，开发配套的应用系统，提高工作效率，改善生活方式和质量。

结合嵌入式设备的开发，提升面向行业的嵌入式软件自主研发能力，形成行业标准与规范。

2．人机交互理论。

重点开展人机交互方式的基础性研究。

智能普适计算设备使用的前提是人机交互瓶颈的根本突破。

目前普适计算的研究还停留在实验室范围内，虽然取得了一些成果，但还没有形成统一的、规范的普适计算体系结构，其最大的问题之一就是还没有解决其中的人机交互问题。

人机交互的研究重点是上下文感知和人与普适计算交互的环境。

应重点研究新的人机交互模式，突破传统的“人使用计算机”的模式，尽量采用自然、和谐的手段，将人与计算机共同包融于计算环境中，在自然语言理解、认知感知、知识理解等理论方面有所突破。