普適計(jì)算發(fā)展概述

☆ 邢長(zhǎng)敏 劉行芳

（徐州師范大學(xué)信息傳播學(xué)院，江蘇徐州 221009）

普適計(jì)算發(fā)展概述

☆ 邢長(zhǎng)敏 劉行芳

（徐州師范大學(xué)信息傳播學(xué)院，江蘇徐州 221009）

自1946年2月14日世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生以后，計(jì)算模式已經(jīng)經(jīng)歷了主機(jī)計(jì)算時(shí)代和桌面計(jì)算時(shí)代。在主機(jī)計(jì)算時(shí)代，計(jì)算模式滿足了人們對(duì)運(yùn)算的要求，人們終于可以從繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算中解脫出來，計(jì)算機(jī)被理解為一種功能單一的計(jì)算設(shè)備。當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)是稀缺資源，通常安裝在為數(shù)不多的計(jì)算中心或?qū)嶒?yàn)室里，人們必須用生澀的機(jī)器語(yǔ)言才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的信息傳遞。20世紀(jì)80年代PC開始流行，計(jì)算模式也隨之跨入桌面計(jì)算時(shí)代。隨后，圖形用戶界面和多媒體技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算機(jī)使用者的范圍從計(jì)算機(jī)專業(yè)人員擴(kuò)展到其他行業(yè)的從業(yè)人員和家庭用戶，計(jì)算機(jī)也從計(jì)算中心步入辦公室和家庭，人們能夠方便地獲得計(jì)算服務(wù)?，F(xiàn)在，伴隨著人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)，計(jì)算模式即將步入一個(gè)新的時(shí)代——普適計(jì)算時(shí)代。

一、普適計(jì)算概述

（一）普適計(jì)算的起源

1987年，Xerox公司Palo Alto研究中心（PARC）的電子和圖像實(shí)驗(yàn)室（EIL）開始研制大型墻面平板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以用作電子筆以及圖像掃描輸入設(shè)備。這種新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在按傳統(tǒng)白板方式方便使用的同時(shí)又?jǐn)U展了計(jì)算能力，特別是在與其他這類設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，這種“計(jì)算機(jī)墻面”引發(fā)的一種與目前“一人一臺(tái)桌面計(jì)算機(jī)”模式十分不同的研究思想:將計(jì)算機(jī)無處不在地、不可見地散布到整個(gè)環(huán)境中。在這種背景下，1988年初以Mark Weiser為首的PARC計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（CSL）開始了普存計(jì)算UC（U－biquitous Computing的簡(jiǎn)稱）的研究，現(xiàn)在又稱為普適計(jì)算PC（Pervasive Computing，簡(jiǎn)稱PC）。1991年 Mark Weiser在《Scientific American》的“The Computer for the21st Century”中正式提出普適計(jì)算的思想。[2]MarkWeiser指出：“Themostprofound technologies are those that disappear..They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it.”。當(dāng)時(shí) Mark Weiser及其同行在施樂公司的實(shí)驗(yàn)室搭建了普適計(jì)算系統(tǒng)的原型，但由于當(dāng)時(shí)軟、硬件技術(shù)的條件限制，這一系統(tǒng)并沒有產(chǎn)生所期待的影響。隨著定位傳感器、無線通信尤其是Internet的普及和分布式計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，普適計(jì)算的實(shí)現(xiàn)條件越來越成熟，普適計(jì)算的概念也得到了越來越多人的認(rèn)可。

（二）普適計(jì)算的內(nèi)涵

關(guān)于什么是普適計(jì)算，不同的研究者有不同的理解。其一，MarkWeiser：他的初衷是將計(jì)算機(jī)嵌入到環(huán)境和日常工具中，使其從人類的視線里消失，讓人的注意中心回歸到要完成的任務(wù)本身上。其二，清華大學(xué)徐光佑教授：普適計(jì)算是信息空間與物理空間的融合，在這個(gè)融合的空間中人們可以隨時(shí)隨地、透明地獲取數(shù)字化的服務(wù)[3]（其中“隨時(shí)隨地”是指人們可以在工作、生活的現(xiàn)場(chǎng)就可以獲得服務(wù)，而不需離開這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)而去端坐在一個(gè)專門的計(jì)算機(jī)面前；而“透明”是指獲得這種服務(wù)時(shí)不需要花費(fèi)很多注意力，即這種服務(wù)的訪問方式是十分自然的甚至是用戶本身注意不到的，即所謂蘊(yùn)涵式的交互(implicit interaction)）。其三，坂村健教授：“‘普適計(jì)算’指的是，無論何時(shí)何地，只要您需要，就可以通過某種設(shè)備訪問到所需的信息”。[4]從以上定義不難看出普適計(jì)算的內(nèi)涵包括以下兩點(diǎn)：

一是消失(disappearing)[5]。它是Weiser的一個(gè)著名論述，即“最深?yuàn)W的技術(shù)是那些消失了的技術(shù)，這些技術(shù)將它們的自身交織于日常生活中，直至不可區(qū)分?！睆纳鐣?huì)影響來講，在我們生活中有兩種這樣的技術(shù)是普遍存在的。一種是“書寫”，用符號(hào)來記載人類口語(yǔ)的文字技術(shù)是最早的信息技術(shù)。現(xiàn)在不僅僅是書刊報(bào)紙，從商店標(biāo)志到廣告牌已無處不在。它們往往并不要求我們主動(dòng)去注意，而是通過我們一瞥來傳遞信息。另一種是“電”，在每個(gè)房間的墻壁中涌流著，通過插頭我們隨時(shí)可利用電。所以，現(xiàn)在書寫和電已變得非常平淡和不顯著，以至忘記了這些技術(shù)對(duì)日常生活的巨大影響，猶如消失于人們的日常生活中。普適計(jì)算也將是那樣一種消失的計(jì)算。

二是不可見[5]。一種好的工具是不可見的工具，其含意是這一工具并不進(jìn)入你的意識(shí)，你只是專注于任務(wù)而非工具。例如：眼鏡是一個(gè)好工具，你是通過它在看世界而非看眼鏡；盲人通過竹竿在感覺街道而非感覺竹竿。當(dāng)然，工具本身不是不可見的，它只是使用工具這一場(chǎng)景中的一個(gè)部分，好工具應(yīng)增加其不可見性，普適計(jì)算也將是那樣一種不可見的工具。因此，普適計(jì)算的目標(biāo)是要建立一個(gè)充滿計(jì)算和通信能力的環(huán)境，同時(shí)使這個(gè)環(huán)境與人們逐漸地融合在一起。

（三）普適計(jì)算的特征

追求普適計(jì)算理想的一個(gè)最為典型的研究計(jì)劃就是麻省理工學(xué)院（MIT）的Oxygen項(xiàng)目，其目標(biāo)是“使豐富的計(jì)算和通信能力像空氣一樣無所不在和自由地融入人們的生活之中”，因此，普適計(jì)算應(yīng)具有以下的特性:

一是以人為本[6]。這種新型的計(jì)算模式強(qiáng)調(diào)把計(jì)算機(jī)嵌入到環(huán)境或日常工具中，讓計(jì)算機(jī)本身從人們的視線中消失，使人們注意的中心回歸到要完成的任務(wù)本身，它的本質(zhì)要求是“以用戶為中心”代替以機(jī)器為中心。

二是動(dòng)態(tài)性[6]。系統(tǒng)提供的服務(wù)隨著用戶的移動(dòng)而自主遷移，并不需要用戶主動(dòng)的命令。在普適計(jì)算環(huán)境下，用戶可以在移動(dòng)過程中連續(xù)地使用環(huán)境提供的各種服務(wù)。隨用戶一起運(yùn)動(dòng)的通常是手持設(shè)備（手機(jī)的后代）和可穿戴設(shè)備等。

三是不可見[6]。計(jì)算機(jī)自然、合理地嵌入到人們?nèi)粘９ぷ骱蜕瞽h(huán)境中，從人們的視線中消失。在普適計(jì)算時(shí)代，大量嵌入式設(shè)備 被嵌入到諸如汽車、房間、冰箱等日常環(huán)境當(dāng)中，它們彼此互連默默地為人類服務(wù)，然而人們并不直接感知到這些計(jì)算機(jī)的存在。這種“透明性”正是普適計(jì)算所追求的，“真正成熟的技術(shù)是那些已經(jīng)消失了的技術(shù)”。

四是無處不在[6]。普適計(jì)算在提出之初就考慮到計(jì)算資源的豐富，它追求的是在任何時(shí)間和地點(diǎn)（anytime and anywhere），訪問任何信息。

五是自適應(yīng)性[7]。數(shù)量眾多的計(jì)算設(shè)備被布置和嵌入到環(huán)境中，通過這些設(shè)備，用戶可以隨時(shí)隨地得到計(jì)算服務(wù)。計(jì)算和通信服務(wù)可按用戶需要和運(yùn)行條件提供充分的靈活性和自主性；它能夠自己適應(yīng)資源缺乏的環(huán)境，并且當(dāng)更多的資源可以獲得時(shí)，也能夠進(jìn)行擴(kuò)展。

六是永恒性[8]。計(jì)算系統(tǒng)不會(huì)關(guān)機(jī)或者重啟，計(jì)算模塊可以根據(jù)需求、系統(tǒng)錯(cuò)誤或系統(tǒng)升級(jí)等情況加入或離開計(jì)算系統(tǒng)。

二、普適計(jì)算的研究現(xiàn)狀

普適計(jì)算真正引起廣泛關(guān)注是在20世紀(jì)90年代的后期，許多相關(guān)的研究計(jì)劃紛紛啟動(dòng)，目前已經(jīng)成為一個(gè)極具活力和影響力的研究領(lǐng)域。

（一）相關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議及刊物

目前已經(jīng)形成了每年召開的兩個(gè)國(guó)際會(huì)議，即1999年開始的UbiComp會(huì)議和2000年開始的Pervasive Computing會(huì)議。[9]1999年 9月 27－29日，在德國(guó)Karlsruhe舉辦了首屆普適計(jì)算國(guó)際會(huì)議，此后，在英國(guó)、美國(guó)、瑞士、英格蘭、日本和澳大利亞等國(guó)均舉辦過普適計(jì)算國(guó)際會(huì)議。此外，還有一部分是以Workshop的形式在一些重要的學(xué)術(shù)會(huì)議上召開，如伴隨CHI 97召開的“Ubiquitous Com －puting: The Impact on Future Interaction－Paradigms and HCI Research”。

針對(duì)普適計(jì)算已經(jīng)發(fā)行了兩種專門的期刊，即1997年創(chuàng)刊的《Personal andUbiquitous Computing》和2001年創(chuàng)刊的《IEEE Pervasive Computing》。[9]其他一些重要期刊也發(fā)行過相關(guān)的?？?999年的《IBM SystemsJournal Special lssue onPervasive Computing》，2001年的《Special lssue of IEEEPersonal Com－munications on Pervasive Computing》等。

（二）典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究

目前世界很多著名高校和企業(yè)都投入大量科研人員和資金紛紛開展普適計(jì)算研究項(xiàng)目，一些較為典型的項(xiàng)目如下。

1.美國(guó)

美國(guó)排名前10位的大學(xué)無一例外地投巨資設(shè)立了以“普及計(jì)算”為主要方向的研究計(jì)劃。目前有以下幾個(gè)研究計(jì)劃最具影響力，這些計(jì)劃的目標(biāo)是提出全新的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用模式、編程模型等基礎(chǔ)理論模型和方法。

麻省理工學(xué)院（MIT）的Oxygen項(xiàng)目[10]。Oxygen計(jì)劃于2000年在MIT計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和人工智能實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)行，其寓意是：未來計(jì)算像氧氣一樣無處不在并可自由獲取。他們認(rèn)為，與傳統(tǒng)的以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算模式不同，新的計(jì)算模式應(yīng)該以人為本。Oxygen人認(rèn)為，未來世界是一個(gè)到處充斥著嵌入式計(jì)算機(jī)的環(huán)境，充分利用這些計(jì)算資源達(dá)到“做得更少，完成更多（to do more by doing less）”的目的。Oxygen規(guī)劃的未來計(jì)算環(huán)境如圖1所示。

圖1 Oxygen規(guī)劃的未來計(jì)算環(huán)境[11]

卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）的Aura項(xiàng)目[12]。CMU的Aura計(jì)劃的目標(biāo)是為每個(gè)用戶提供一個(gè)不用關(guān)心位置的計(jì)算和信息服務(wù)的“光環(huán)（Halo）”，而“個(gè)人信息光輝（Aura）”可穿越各種可穿載的、手持的、桌面的和基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)算機(jī)以及智能空間。該項(xiàng)目包括3個(gè)子項(xiàng)目：Darwin智能網(wǎng)絡(luò)是Aura的核心，Coda分布式文件管理系統(tǒng)，Odyssey為資源自適應(yīng)提供操作系統(tǒng)支持。Aura項(xiàng)目的研究框架如圖2所示。

圖2 Aura研究框架[11]

IBM公司W(wǎng)atson研究中心的DreamSpace項(xiàng)目[11]。該項(xiàng)目允許用戶在共享空間合作。系統(tǒng)可以“聽”聲音命令，“看”手勢(shì)和身體位置，像人那樣進(jìn)行人機(jī)交互。計(jì)算機(jī)能理解用戶，用戶可以自由地專注于對(duì)實(shí)際對(duì)象和信息進(jìn)行理解和思維，而最小程度地被計(jì)算機(jī)所限制和分散精力。目前，該系統(tǒng)使用墻面大小的三維圖像和聲音完成人機(jī)交互，但沒有鍵盤、鼠標(biāo)、導(dǎo)線、遙控器等，其系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 DreamSpace系統(tǒng)示意圖[13]

Microsoft公司的Easy Living研究項(xiàng)目[10]。該項(xiàng)目致力于智能環(huán)境體系的開發(fā)，涉及中間件、幾何世界建模、定位感知、服務(wù)描述等技術(shù)。旨在建立智能環(huán)境，方便人與人、計(jì)算機(jī)和設(shè)備的交互，使人們更方便地使用計(jì)算機(jī)。通過計(jì)算機(jī)視覺，保持跟蹤人、響應(yīng)聲音和手勢(shì)命令。計(jì)算機(jī)知道自己所處的幾何空間和能力，并便于擴(kuò)展。該系統(tǒng)的構(gòu)成如圖4，有三個(gè)特征：自我感知的空間、隨意訪問和可擴(kuò)展性。其關(guān)鍵特點(diǎn)是：機(jī)器視覺、多傳感器的自動(dòng)和半自動(dòng)校準(zhǔn)，以及獨(dú)立于設(shè)備的通信。

圖4 EasyLiving系統(tǒng)的構(gòu)成[11]

伊利諾伊大學(xué)（Illinois）的Gaia項(xiàng)目[11]。上世紀(jì)70年代有人將地球上的大氣、海洋、巖石圈和生物圈集合體看作是單一的控制論意義上的自運(yùn)行的超級(jí)有機(jī)體，并稱其為Gaia。Illinois大學(xué)的Gaia項(xiàng)目將上述概念應(yīng)用于計(jì)算，將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)延伸到各種設(shè)備以及圍繞機(jī)器的物理空間，Gaia的架構(gòu)如圖5。這樣，虛、實(shí)兩種對(duì)象可以無縫交互，物理空間成為交互空間或稱活動(dòng)空間（Active Space）。也就是建立起一種新的物理空間環(huán)境作為虛、實(shí)對(duì)象之間間隙的橋梁，并將這種物理環(huán)境帶入日常生活中。

圖5 Gaia架構(gòu)示意圖[11]

華盛頓大學(xué)的Portolano計(jì)劃。該計(jì)劃提出了“數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)”以適應(yīng)讓計(jì)算本身變成不可見的（Invisible Computing）要求。該計(jì)劃認(rèn)為目前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展仍然是技術(shù)驅(qū)動(dòng)而非用戶需求驅(qū)動(dòng)。為了改變這一現(xiàn)狀，該計(jì)劃致力于研究根據(jù)用戶的位置變化而自適應(yīng)地改變軟件用戶界面的機(jī)制、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)以及新型的分布式服務(wù)模型。

UC Berkeley的Endeavour計(jì)劃[14]。這是UC Berkeley進(jìn)行的旨在通過運(yùn)用信息技術(shù)，提供全新的、全球規(guī)模的信息基礎(chǔ)設(shè)施，從根本上方便人們與信息、設(shè)備和他人進(jìn)行交互的計(jì)劃。這些信息設(shè)施應(yīng)該能夠動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地協(xié)調(diào)世界上任何可用的資源來滿足用戶計(jì)算的需要，其創(chuàng)新點(diǎn)之一是“流體軟件”（Fluid Software），這種軟件能夠自適應(yīng)地選擇在何處執(zhí)行、在何處存儲(chǔ)，它通過協(xié)議獲得可用資源并向其他實(shí)體提供服務(wù)。

2.歐洲

歐盟資助的Disappearing Computer[15]。Disappearing Computer是由歐盟資助的信息社會(huì)研究（IST:Information Society Technologies） 計(jì)劃的 FET（Future and Emerging Technology）發(fā)起的。目標(biāo)是通過交互式設(shè)備集成來改善和支持人們的日常生活。這些交互式設(shè)備將為人們創(chuàng)造一種適宜的環(huán)境，它們有信息收集、處理和交換的能力，讓我們現(xiàn)在所理解的計(jì)算機(jī)逐步從人們的視線中消失。

Disappearing Computer研究者關(guān)注以下方面：

一是將計(jì)算能力嵌入到日常事物當(dāng)中的方法和工具；二是將擁有交互能力的人工產(chǎn)品進(jìn)行集成來提供新的功能和用途；三是保證人們能夠很好地適應(yīng)新的環(huán)境。

3.中國(guó)

清華大學(xué)的Smart Classroom[16]。Smart Classroom是清華大學(xué)開展的一項(xiàng)普適計(jì)算研究，提出了基于普適計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教育思路，開發(fā)出以智能教室為代表的融合遠(yuǎn)程教育和課堂教育的系統(tǒng)平臺(tái)（如圖6）。它描述了未來教室的原形：整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，由一個(gè)簾子隔開，主體是教室，簾子的另一側(cè)是計(jì)算機(jī)。教室有兩個(gè)跟墻差不多的投影儀，一個(gè)在前面，一個(gè)在側(cè)面，前面的MediaBoard是一個(gè)對(duì)觸摸敏感的SmartBoard，它用于顯示教學(xué)材料，教師可以使用數(shù)字筆和橡皮在上面寫和擦，遠(yuǎn)程學(xué)生也能夠?qū)崟r(shí)的看到這些改動(dòng)；側(cè)面的StudentBoard顯示遠(yuǎn)程學(xué)生的圖像和一個(gè)計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的虛擬助手。教師可以用激光筆指向一個(gè)學(xué)生的圖像，畫一個(gè)圈的方式來選中一個(gè)遠(yuǎn)程學(xué)生。教室里裝有很多攝像頭，有些用于捕捉教師的動(dòng)作，有些攝像頭捕捉教室的圖景，教師的動(dòng)作將被識(shí)別和解釋，例如：如果教師在展示模型，傳送給遠(yuǎn)程學(xué)生的圖像將來自負(fù)責(zé)教師手部的攝像頭。教師佩帶麥克風(fēng)，用于捕捉教師的講話，教師的講話將被分析，以實(shí)現(xiàn)教師的要求。這些一起使得遠(yuǎn)程學(xué)生和課堂之間的交互就像本地學(xué)生與課堂的交互一樣。

圖6 基于遠(yuǎn)程同步教學(xué)的智能教室[17]

此外，方正科技計(jì)算機(jī)公司推出了專門適用于中、小型企業(yè)財(cái)務(wù)人員辦公環(huán)境的財(cái)務(wù)辦公平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)與金稅卡及財(cái)稅軟件、輕松辦公軟件的無縫連接[18]；電子科技大學(xué)已有幾屆博士生開展專題研究，探討普適計(jì)算概念及其應(yīng)用并通過嵌人式真正地推動(dòng)普適計(jì)算的發(fā)展;更可喜的是我國(guó)嵌人式信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)大，使得嵌人式技木有了長(zhǎng)足進(jìn)步，中國(guó)式手機(jī)成套技術(shù)已打進(jìn)歐洲。這是我們走近普適計(jì)算時(shí)代的基石。

（三）基于普適計(jì)算的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略

1.韓國(guó)的“U－Korea”[19]

韓國(guó)政府非常重視普適計(jì)算，并按照自己的實(shí)際情況將普適計(jì)算的內(nèi)涵加以擴(kuò)展。2004年韓國(guó)政府提出了“U－Korea（普適的韓國(guó)社會(huì)）”的口號(hào)，希望建設(shè)一個(gè)用無處不在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及其他先進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施武裝起來的社會(huì)。韓國(guó)信息和通信部部長(zhǎng)陳大濟(jì)認(rèn)為：“UKorea”代表著一項(xiàng)進(jìn)入“無處不在的社會(huì)”的國(guó)家戰(zhàn)略。在無所不在的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中，所有人可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻都能享受到信息技術(shù)所帶來的便利。

韓國(guó)選擇了通過U－IT839戰(zhàn)略來實(shí)現(xiàn)其 “UKorea”的目標(biāo)。這被認(rèn)為是比較務(wù)實(shí)的一條技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線。U－IT839戰(zhàn)略的涵義是發(fā)展與普適計(jì)算密切相關(guān)的8項(xiàng)通信廣播服務(wù)、3項(xiàng)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和9個(gè)IT新增長(zhǎng)引擎。韓國(guó)希望借助U－IT839戰(zhàn)略，使IT服務(wù)市場(chǎng)容量由 2003年的 43.3萬億韓元增加到 2007年的 53.3萬億韓元；整個(gè)IT行業(yè)的產(chǎn)值由2003年的209億韓元增加到2004年的240萬億韓元，進(jìn)而在2007年達(dá)到380萬億韓元。

2.日本的“U－Japan”[19]

從2004年3月開始，日本總務(wù)省就開始探討UJapan政策的可行性。討論的內(nèi)容包括基本政策、IT產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用環(huán)境三個(gè)部分。通過長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月的研討，日本總務(wù)省于2004年12月推出了U－Japan戰(zhàn)略，希望通過出臺(tái)一系列政策，達(dá)到促進(jìn)普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、促進(jìn)ICT應(yīng)用以及促進(jìn)應(yīng)用環(huán)境發(fā)展的目標(biāo)。

U－Japan指的是無處不在的網(wǎng)絡(luò)化日本社會(huì)，是日本未來信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。在政策內(nèi)容方面，U－Japan側(cè)重于五個(gè)方面，即為普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)開發(fā)世界上最先進(jìn)的IT基礎(chǔ)設(shè)施；加快建設(shè)亞洲電子公告板系統(tǒng)和內(nèi)容銷售平臺(tái)；在資產(chǎn)信用方面加強(qiáng)投資；建立與IT和服務(wù)相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)日常生活、商業(yè)、政府和社會(huì)系統(tǒng)四種類型的解決方案。

日本總務(wù)省和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省已決定采用普適計(jì)算的模式來制定IT使用環(huán)境五年遠(yuǎn)景規(guī)劃。

三、普適計(jì)算研究的范圍

普適計(jì)算涉及到的學(xué)科領(lǐng)域眾多（如圖7）。目前普適計(jì)算的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:[13]

圖7 普適計(jì)算涉及的學(xué)科領(lǐng)域[20]

（一）理論建模

普適計(jì)算作為一種全新的計(jì)算模式，橫跨多個(gè)研究領(lǐng)域，如移動(dòng)計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)、自然人機(jī)交互、軟件結(jié)構(gòu)等，具有前所未有的復(fù)雜性與多樣性。亟待一種統(tǒng)一完備的建模體系，準(zhǔn)確、客觀地表達(dá)普適計(jì)算所特有的普適服務(wù)“無所不在”的時(shí)空特性、“自然透明”的人機(jī)交互模式以及普適計(jì)算“以人為本”的根本理念。從而為普適計(jì)算系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、部署和評(píng)估等提供多方面的理論指導(dǎo)，為可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、自適應(yīng)性、易用性及標(biāo)準(zhǔn)化等提供模型層面的支持。

（二）人機(jī)交互

普適計(jì)算以人為中心的特點(diǎn)迫切需要和諧、自然的人機(jī)交互方式，即能利用人的日常技能進(jìn)行交互、具有意圖感知能力。與傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式相比，它更強(qiáng)調(diào)交互方式的自然性、人機(jī)關(guān)系的和諧性、交互途徑的隱含性以及感知通道的多樣性。普適計(jì)算環(huán)境中，交互場(chǎng)所將從計(jì)算機(jī)面前擴(kuò)展到人們生活的整個(gè)三維物理空間，交互方式應(yīng)適合于人們的習(xí)慣并且盡可能不分散用戶對(duì)工作本身的注意力。和諧自然的人機(jī)交互是實(shí)現(xiàn)普適計(jì)算環(huán)境，使其脫離桌面計(jì)算模式的關(guān)鍵所在。從技術(shù)上看，鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等輸入輸出設(shè)備要實(shí)現(xiàn)多樣智能化，能夠?qū)崿F(xiàn)與環(huán)境的良好交互，并且需要進(jìn)一步研究語(yǔ)音識(shí)別、手寫輸入、電子紙、肢體語(yǔ)言識(shí)別（如人的手勢(shì)、臉部表情）和多模式人機(jī)交互方式。

（三）上下文感知(Context Awareness)

自動(dòng)感知物理空間中對(duì)象與環(huán)境的狀態(tài)信息及其變化是普適計(jì)算的重要特征。感知上下文計(jì)算利用上下文信息向用戶提供適合于當(dāng)時(shí)任務(wù)、地點(diǎn)、時(shí)間和人物的信息或服務(wù)。常見的上下文信息包括時(shí)間、位置、場(chǎng)景等環(huán)境信息，屏幕大小、處理能力等設(shè)備信息以及用戶身份、操作習(xí)慣、個(gè)人喜好、情緒狀態(tài)等用戶信息。上下文感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)自發(fā)性和無縫移動(dòng)性的關(guān)鍵。上下文感知涉及上下文信息感知和表述、上下文建模和推理、上下文感知應(yīng)用等多個(gè)方面。主要涉及環(huán)境內(nèi)容和交換策略，管理和利用多媒體內(nèi)容的適應(yīng)性模型、自適應(yīng)技術(shù)和結(jié)構(gòu)等問題。

（四）中間件

普適計(jì)算中的系統(tǒng)軟件多采用中間件技術(shù)，它是一種位于操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件之間的、能夠屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的差異、為異構(gòu)系統(tǒng)提供服務(wù)的軟件。普適計(jì)算環(huán)境中遇到諸如異構(gòu)性、擴(kuò)展性、不可見性等問題都為未來中間件的發(fā)展提出了新的機(jī)遇。

（五）智能空間

智能空間是指一個(gè)嵌入了計(jì)算機(jī)、信息設(shè)備和多模態(tài)傳感器的工作空間，其目的是使用戶能夠方便訪問信息和獲得計(jì)算機(jī)的服務(wù)，高效地實(shí)現(xiàn)個(gè)人目標(biāo)和與他人協(xié)同工作。智能空間可以在不同尺度上得到體現(xiàn)，以家庭、辦公室、教室、超市或機(jī)場(chǎng)等離散環(huán)境為基礎(chǔ)逐步實(shí)現(xiàn)互連并擴(kuò)大至全球。智能空間是從縱向剖面的角度研究普適計(jì)算，通?？醋魇瞧者m計(jì)算的一種體現(xiàn)或一種應(yīng)用方式。

（六）系統(tǒng)軟件

普適計(jì)算的系統(tǒng)軟件對(duì)普適計(jì)算環(huán)境中大量聯(lián)網(wǎng)的信息設(shè)備、智能物體、計(jì)算實(shí)體進(jìn)行管理，為它們之間的數(shù)據(jù)交換、消息交互、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、任務(wù)協(xié)調(diào)、任務(wù)遷移等提供系統(tǒng)級(jí)支持。由于普適計(jì)算環(huán)境存在任務(wù)動(dòng)態(tài)性和設(shè)備異質(zhì)性等特點(diǎn)，普適計(jì)算系統(tǒng)軟件需要解決設(shè)備與服務(wù)的發(fā)現(xiàn)與自適應(yīng)等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的管理以及模塊間的協(xié)調(diào)機(jī)制,同時(shí)還要保證系統(tǒng)的魯棒性和安全性。

（七）普適網(wǎng)絡(luò)

普適計(jì)算環(huán)境是一種普遍互連的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。普適計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境包括各種無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)、電視網(wǎng)等，還包括RFID網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPS網(wǎng)絡(luò)等多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)。普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)支持異構(gòu)環(huán)境和多種設(shè)備的自動(dòng)互連，對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化具有自適應(yīng)性，提供無處不在的通信服務(wù)。當(dāng)前普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在無線和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、P2P等。

（八）安全隱私

在普適計(jì)算環(huán)境下，安全隱私顯得更為棘手，因?yàn)闊o所不在的網(wǎng)絡(luò)將隨時(shí)隨地為人們提供服務(wù)，但隱私和安全更加難以保障。傳統(tǒng)的用戶授權(quán)和訪問控制方式無法適應(yīng)分布式網(wǎng)絡(luò)和普適計(jì)算的需要，必須提出不同的解決策略，包括硬件和軟件方法。此外，通過立法、修改完善法律等手段約束和規(guī)范人們的行為，有效阻止犯罪。

普適計(jì)算對(duì)計(jì)算模式的革新從根本上改變了人們對(duì)信息技術(shù)的思考，也改變了我們整個(gè)生活和工作的方式。雖然對(duì)它的研究才剛剛開始，但是它已顯示出巨大的生命力和深遠(yuǎn)的影響。普適計(jì)算使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用擴(kuò)展到前所未有的寬度和深度，使人們更方便的得到信息訪問和計(jì)算服務(wù)。

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[編輯：王 喆]