传感计算与自动化

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：传感计算与自动化教师：姓名：学号：专业： 控制工程类别： 专业上课时间:2014年4月至2014年5月考生成绩:卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语:阅卷教师（签名）重庆大学研究生院制普适计算与物联网摘要：互联网的高速发展，推进了信息社会的进程。桌面计算已经满足不了我们的需求，因此具有变革性意义的普适计算应运而生。而物联网是新一代信息技术的重要组成部分，顾名思义，就是“物物相连的互联网”，他通过射频识别，红外感应器，全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把具有交互能力的物体连接起来，采用普适计算进行信息交换和通信，已实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、及监控等。使人们的生活发生根本性的改变。关键词：普适计算；物联网；一:普适计算1.1概念普适计算又称普存计算、普及计算（英文中叫做pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing）这一概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。1.2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。1.3特点普适计算的含义十分广泛，所涉及的技术包括移动通信技术、小型计算设备制造技术、小型计算设备上的操作系统技术及软件技术等。间断连接与轻量计算（即计算资源相对有限）是普适计算最重要的两个特征。普适计算的软件技术就是要实现在这种环境下的事务和数据处理。在信息时代，普适计算可以降低设备使用的复杂程度，使人们的生活更轻松、更有效率。实际上，普适计算是网络计算的自然延伸，它使得不仅个人电脑，而且其它小巧的智能设备也可以连接到网络中，从而方便人们即时地获得信息并采取行动。1.4应用普适计算的真正应用离我们还有多远呢？清华大学计算机系教授徐光祐认为：“乐观的估计大约是5年左右的时间。”现在的计算机部件越来越小，因此，可以将这些功能集中于一种设备来取代各种专用设备，如取代电话、呼叫器、计算机和网络连接等设备。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。例如，当用户在外参加会议时，临时需要打印携带在掌上电脑中的文件，这时用户希望能利用与会议场所最近的那台打印机。普适计算中的普遍信息访问机制，就能自动地找到这台打印机并最终完成打印。在2008年北京奥运会的信息服务中，如果能够利用这样的机制，参观者就可以利用自己携带的设备（比如移动电话）中存储的节目单来点播自己喜爱的体育项目，并在场馆装备的显示设备上观看了，非常个性化。正在兴起的普适计算带来许许多多新的机会，数字家庭就是其中之一。它将改变人们未来的生活方式。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，从而提供了一个无缝、交互和普适计算的环境。人们能在任何地点、任何时候访问社区服务网络，比如在社区里预定一场比赛的门票，电子家庭解决方案通过高级的设备与电器诊断、自动定时、集中和远程控制等功能,令生活更方便舒适；通过远程监控器监控家庭的情况，使生活更安全。1.5结论普适计算把计算和信息融入人们的生活空间，使我们生活的物理世界与在信息空间中的虚拟世界融合成为一个整体.人们生活其中可随时、随地得到信息访问和计算服务，从根本上改变了人们对信息技术的思考，也改变了我们整个生活和工作的方式.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.在此方向上已出现了许多诸如calmcomputing（平静计算）、everydaycomputing（日常计算）、proactivecomputing（主动计算）等新的研究方向.普适计算是一个不断发展和充满朝气的研究领域.我们需要抓住时机开展普适计算的基础理论和方法的研究，这样才能在战略性领域中做出我们的创造性贡献.从另一方面看，普适计算是为了使人们更方便地得到信息访问和计算服务.它使计算的应用尽可能扩展到前所未有的宽度和深度.因此，普适计算的研究必须紧密地结合应用，不断地开拓应用领域将使普适计算研究获得强大的推动力.二：物联网2.1概念“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。2.2特点和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。再次，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。2.3应用在一般人的印象中，物联网运用主要集中在物流、零部件和生产领域。有观点称，物流领域是物联网相关技术最有现实意义的应用领域之一，而且特别是在国际贸易中，物流效率一直是制约整体国际贸易效率提升的关键环节，RFID物联网技术的应用将极大的提升国际贸易流通效率。如在集装箱上使用共同标准的电子标签，装卸时可自动收集货物内容的信息，从而缩短作业时间，并时时掌握货物位置，提高运营效率，最终减少货物装卸、仓储等物流成本。基于感知的货物数据可建立全球范围内货物状态监控系统，提供全面的跨境贸易信息，货物信息和物流信息跟踪，帮助中国制造商、进出口商、货代等贸易参与方随时随地的掌握货物及航运信息，提高国际贸易风险的控制能力。我们来看一看，物联网在企业物流中应用所产生的效果：降低成本及提高效率。举例来说，目前盛行的条形码，人工读取一个需要十秒钟的时间，机器读取则为两秒，而采用电子标签及射频技术读取只需要0.1秒的时间。实践证明，物流与物联网关系密切，通过物联网建设，不但企业可以实现物流的顺利运行，城市交通和市民生活也将获得改观。2.4结论物联网将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，将迎来一个上万亿元规模的高科技市场。物联网是通信网络的延伸，他能够使我们的社会更加自动化，减低生产成本和提高生产效率，提升企业综合竞争能力；能够更加及时的获取信息，借助通信网络，随时获取远端的信息；能够让我们的生活更加便利；能够让生产更加安全，及时发现安全隐患，便于实现安全的监管和监控；能够整体提高社会的信息化程度。总体来说，物联网将在提升信息传送效率、改善民生、提高生产率、降低管理成本等社会各方面发挥重要的息技术的快速发展，使信息应用范围得以不断延伸。一种连接物体与物体并可实现物体间“沟通对话”的信息网络一一“物联网”也应运而生，在城市的各个领域中得到广泛应用城市的可持续发展以及绿色和谐发展理念，将技术实现作为城市智慧化的一种手段而非目标，提升政府管理水平，提高城市运行效率。三：普适计算与物联网的联系与区别3.1联系物联网的出现，使普适计算的计算基础环境越来越成熟，普适计算已经开始走向实际的应用，这是因为：由于物联普遍联网的需求以及物联网技术的发展。推进了计算设备的小型化、微型化与泛在化。从而促使普适计算的物理环境越发成熟。普适计算与物联网可以说是一脉相承，无所不在的计算。人们的周围嵌入了大量的嵌入式设备，使得人可以随时随地的享受各种服务，同时又不会明显地感觉到这些设备的存在。物联网可以说是普适计算的一个应用，提供了一种工程上的解决方案。3.2区别物联网是这两年才时兴的概念，普适计算要更早一些。现在搞物联网的人，原来都搞别的方向。例如：原来搞IPv6的人，现在搞物联网，这些人就强调物联网联网方面的内容，强调物联网与互联网应该在协议层面是一致的，也就是说物联网应该是Internet的延伸，每个设备都应该有一个IPv6的地址；原来搞传感网的人，现在搞物联网，这些人强调物联网中无线设备组网的技术；搞RFID和传感器的人，搞物联网则强调其感知设备的技术；搞普适计算的人，现在好多也都开始提物联网，他们强调的内容比较杂，传感器、计算模型、网络等都有涉及。总而言之，个人认为物联网强调应用，而普适计算呢则强调支撑这些应用的技术本身。所以物联网业界谈得更多，而普适计算则学界谈得更多。四：课程感悟普适计算为我们描绘了这样一种美好前景：普适计算时代将产生覆盖全社会的有线无线混合网络，称为普适网络。世界上的所有物品都将连接在普适网络之中。人们可以在任何地方，用各种方便的方式访问到普适网络所提供的信息资源。普适计算的实现并非易事，要想做到“林中漫步”存在众多技术难题。实现普适计算的目标需要以下一些关键技术：场景识别、资源组织、人机接口、设备无关性技术、设备自适应技术等。虽然构造普适计算的各种构件（嵌入式技术、网络技术——包括移动计算和自组网络、中间件技术和传感器技术）都存在：，但将其无缝集成仍是很大的挑战。考虑到大量日常和消费类设备的接入，由于设备的智能程度的差别（如：实验室的PC机与街边的自动售货机），普适计算系统的中间件必须找到途径以屏蔽这种不均衡。智能环境是普适计算的先决条件，依应用不同，需要感知的可能是用户位置、环境温度、光线、甚至用户的动作、表情、心跳、血压等等。这个目标引入了更多的复杂性：位置监控、不确定建模、实时信息处理和融合来自不同传感器的数据，这些均构成了技术瓶颈。近年关于“感知、计算及自动化”的国际会议上，与会专家讨论的议题很多，有传感器设计、集成与融合，传感器网络，视觉与图像处理、传感器数据分析及系统诊断，测控及遥感信息传输、通信模型和阻塞控制、智能通信系统、神经网络，模糊系统及软计算算法等，这些前沿分支尽管论文不少，但要真正转化成生产力并服务人类，还有很长一段路要走！这也正是我们搞“控制理论”或“控制工程”的科技工作者的使命！最后，感谢我们的大师为我们开阔视野、了解国际前沿技术而付出的辛勤劳动!参考文献：[1]石为人、周彬，许磊.普适计算：人本计算[J].计算机应用，2005.25（7）1479-1484.⑵王志良.物联网.