新一代计算模式专题1普适计算简介

AIntroductionto

Pervasive/UbiquitousComputing

普适计算简介授课教师： 尚建嘎E-mail: 授课班级： 111071班、111072班2009年秋季这样是移动计算的解决办法吗?！290年代早期移动计算形式3移动设备硬件技术的发展CompaqLuggable~1987CompaqiPaq~1999IBMLinuxWristwatch~2000802.11bPCcards~1999~2003NCRWaveLan915MHzISA~19904低成本智能标签技术发展RFID（RadioFrequencyIdentification）的初始目标应用只是物品识别与跟踪。但随着互联网和个域网的发展，呈现了赋予RFID更丰富功能的趋势。比如，已经出现通过互联网来远程遥控工业应用和医疗应用电冰箱，通过RFID来实现对温度，冰箱内的物品数量以及变更情况等实施精密管理。通过将病人信息植入RFID中，实现低成本的远程医疗也开始出现。5现今的移动通讯技术Wi-Fi(WaveLAN)RadioHubCable,xDSL,V9010/100-BaseTWirelessLANBluetoothWirelessPANMultimedia&MessagingServer

整合的语音和数据videopostcards

通话时图片上传/下载codecconverterbandwidthmanagerstore&forwardplaybackContentGPRS/EDGE/TDMABaseStationUMTS/CDMA2000BaseStationIPNetworkWirelessBackboneandGatewaysLocationServices6一些移动数字设备EricssonR320&MC218MobileCompanionDocomoPocketboardQUALCOMMpdQ™smartphoneMotorolaStarTAC™clipOnOrganizer

NeoPoint™1600smartphoneSharpZaurusBandaiWonderSwanSamsungMP3PhoneAppleiPhone7提纲一、概念提出与定义二、国内外研究现状三、普适计算研究体系四、结论8计算模式的发展9计算技术的发展云计算10计算模式的发展第一代主机计算（MainframeComputing）

在主机计算时代，计算机是稀缺的资源，人与计算机的关系是多对一的关系，计算机安装在为数不多的计算中心里，人们必须用生涩的机器语言与计算机打交道。此时，信息空间与我们生活的物理空间是脱节的，计算机的应用也局限于科学计算领域。第二代桌面计算（DesktopComputing）

20世纪80年代，PC开始流行，计算模式也随之跨入桌面计算时代。这时，人与计算机的关系演变为一对一的关系。随后，图形用户界面和多媒体技术的发展使计算机使用者的范围从计算机专业人员扩展到其他行业的从业人员和家庭用户，计算机也从计算中心步入办公室和家庭，人们能够方便地获得计算服务。现在，伴随着人类社会进入21世纪的脚步，计算模式也开始跨入普适计算时代。11当前计算机技术发展的特点计算、通信和数字媒体技术的互相渗透和结合，其集中的体现就是互联网的发展；计算机在计算能力和存储容量提高的同时体积也越来越小，其发展趋势是把计算能力嵌入到各种设备中去，而且这些设备可联网使用。12传统的计算模式以计算机为中心的计算：计算机的使用方法不符合人类的习惯；为了完成一项任务，需要与计算机进行的对话过于烦琐；基于桌面的使用模式：用户要使用计算机，就需要坐在计算机面前；本质上说是一种私有模式，难以适应一个用户可能在不同地点和环境，甚至在移动过程中使用多台计算设备进行工作的情况。13全新的计算模式提出计算机技术进一步发展迫切地需要全新的计算模式，这就是普适计算(Pervasive/UbiquitousComputing)。普适计算概念的正式提出是1991年MarkWeiser在《ScientificAmerican》的“TheComputerforthe21stCentury”论文中。14新的计算模式第三代普适计算（PervasiveComputing或UbiquitousComputing）

随着计算机及相关技术的发展，通信能力和计算能力的价格正变得越来越便宜，所占用的体积也越来越小，各种新形态的传感器、计算／联网设备蓬勃发展;同时由于人类对生产效率、生活质量的不懈追求，人们开始希望能随时、随地、无困难地享用计算能力和信息服务，由此带来了计算模式的新变革，这就是计算模式的第三个时代——普适计算时代。15普适计算的前驱普适计算的思想是由MarkWeiser在1988年提出的。他根据所从事的研究工作，预测计算模式将来会发展为普适计算模式。在这种模式中，人们能够在任何时间（anytime）、任何地点（anywhere）、以任何方式（anyway）访问到所需要的信息。MarkWeiser(1952–1999)16普适计算思想的发展强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的任务本身。Weiser的思想在90年代后期开始在国际上得到广泛关注和接受，目前已经成为一个极具活力和影响力的研究领域。重要标志：1999年开始的Ubicomp国际会议、2000年开始的PervasiveComputing国际会议、2002年IEEEPervasiveComputing期刊的创刊。17普适计算的定义目前尚未有明确定义，但目标都是“要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”。清华大学徐光祐教授等的定义是:“普适计算是信息空间与物理空间的融合，在这个融合的空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务。”18信息空间和物理空间的融合信息空间：存在于计算机和网络中的数字化的信息、服务、计算和通信物理空间：真实存在的物理世界普适计算融合2、自发的交互1、绑定19“随时随地”和“透明”“随时随地”指人们可以在工作、生活的现场就可以获得服务,而不需离开这个现场而去端坐在一个专门的计算机面前，即像空气一样无所不在；“透明”指获得这种服务时不需要花费很多注意力，即这种服务的访问方式是十分自然的甚至是用户本身注意不到的，即所谓蕴涵式的交互（ImplicitInteraction）。20普适计算的本质要求相对“随时随地”的特性,“透明”是普适计算更本质的要求，是其与桌面计算模式最本质的区。Themostprofoundtechnologiesarethosethatdisappear.Theyweavethemselvesintothefabricofeverydaylifeuntiltheyareindistinguishablefromit.“最具有深远意义的是那些从人们注意力中消失的技术，这些技术已经渗透到人们的日常生活中以致与生活难以区分”。21与普适计算相关的概念游牧计算（nomadiccomputing）平静计算（calmcomputing）日常计算（Everydaycomputing）22提纲一、概念提出与定义二、国内外研究现状三、普适计算研究体系四、结论231.国内研究现状中科院计算所普适计算研究中心（RCPC--ResearchCenterforPervasiveComputing）清华大学智能技术与系统国家重点实验室、普适计算教育部重点实验室浙江大学CCNT实验室普适计算组国家863重点项目“普适计算基础软硬件关键技术及系统”…242.国外研究现状90年代末以来,国外一些著名大学和工业界相继出现了各种普适计算的研究项目,如MIT的Oxygen、CMU的Aura、Illinois大学的Gaia、美国加州大学Berkeley的Endeavour、Washington大学的Portalano、IBM的DreamSpace、Microsoft的EasyLiving、欧盟资助的DisappearingComputer、韩国科技部的UT项目25MITOxygen项目26提纲一、概念提出与定义二、国内外研究现状三、普适计算研究体系四、结论27各个层次上新的要求和技术挑战在硬件或接入层次上在网络层次上在系统软件层次上在人机交互层次上28普适计算的主要研究内容291.普适设备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PDA(PersonalDigital

Assistant)、PC、智能手机（SmartPhone）、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；−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、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。302.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、电视网等，还包括RFID网络、无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)、GPS(GlobalPositioningSystem)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(ADHOC)、无线传感器网络。313.系统软件(SoftwareInfrastructure)对普适计算中大量的联网的设备、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、任务迁移等等提供系统级的支持必须能在我们日常生活的空间中而不是一个特定的环境中提供上述各种功能和服务这是一个组成、结构都经常变化的工作环境，并且与此相关的硬件经常是异构的、容易出错和只具有有限的资源32两个主要的需求物理的集成(PhysicalIntegration)：在普适计算系统中涉及计算节点与物理世界的某种集成；自发的互操作(SpontaneousInteroperation)：普适计算系统可以划分为两部分，一部分是基础设施，一部分是移动设备33系统软件的关键问题发现(Discover)当用户把一个新设备带入一个空间或在已有的设备上采用新的模块时，在此设备/模块和其它可用的服务和设备之间是如何相互地发现以及在它们之间需要进行哪些交互；普适计算系统是一个逐渐扩展的系统，这个过程应该不要求重新启动系统，或重写已有代码，这也是以发现机制作为基础的。如JINI（Jini是Sun公司的研究与开发项目，它能极大扩展Java技术的能力），UpnP(UniversalPlugandPlay)34系统软件的关键问题自适应(Adaptation)普适计算系统中各种设备拥有的资源是不同的和变化的它们在计算能力、存储容量、电池容量、交互手段等因素上都有着很大的差异，设备在不同的环境中移动时，可用的无线网络的带宽也是不同的35系统软件的关键问题对物理实体的管理 在普适计算系统中，物理世界中的物体都同时具有信息空间中的意义，普适计算的系统软件就必须对这些物理实体具有一定的管理能力。有两层含义：(a)把物理实体看作一种资源，需要建立对这些资源的位置、结构、功能的表示，而且需要反应动态的实际情况。这需要觉察上下文计算的支持。 (b)当物理实体嵌入有传感、计算、效应能力时，必须提供对它们的高层接口，即相当于传统的驱动程序。36系统软件的关键问题模块间协调机制(IntermoduleCoordination)普适计算系统是一个分布的系统，如何把各种分布的模块之间纷繁复杂的互联、通信、协作以一种统一和有机的方式组织、管理起来，而使系统展示出一个协调的行为和功能已有的各种分布式组件结构如DCOM、CORBA和EJB等都可以认为是一种协调机制，但它们直接用来支持普适计算系统是不合适的，因为用对象来抽象普适计算中的模块是不合适的Multi-Agent系统目前被公认为是一种较合适的选择方案37系统软件的关键问题鲁棒性(Robustness)与使用有线分布式系统时相比出错频率大幅度增加；在自发互操作中，模块间的联系会经常不可预见地丢失和恢复；各种暂时的故障不应该被作为错误情况而导致系统退出或崩溃，而需要设计能把这种暂时的故障看做一种正常的动态的工作上下文的功能和技术。38系统软件的关键问题安全性(Security)普适计算系统的移动设备和基础设施之间自发的互操作带来了新的安全问题，如何保护它们不受到潜在的、恶意的交互对方的损害。394.人机交互自然人机