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无处不在的计算

无处不在的计算

无处不在的计算与未来办公室(上)
■ 东京大学教授 坂村健


本文将概念性地阐述Ubiquitous·Computing/Networking对于未来办公领域的影响和贡献。
自从计算机诞生以来,用计算机支持办公来提高工作效率的许多种尝试就逐渐开始了。例如用于交流的电子邮件、IP电话、可视电话、用于交换管理的数据库,此外还有对办公活动中各种必要的展示活动的支持,包括文本文档以及广告宣传、制作幻灯片等; 另外还有像日程管理等用于管理工作的工具。 这些使用计算机后产生的作用,与原来的大型机时代相比有了飞跃性的进步。分散式计算机技术、以太网和WLAN(无线局域网)等通信技术,还有手机技术等等在10年左右的时间里得到了戏剧性的发展,以前只能想像的许多事情在今天变成为现实。这些也为Ubiquitous·Computing(无处不在的计算)的出现奠定了基础,也让我们迎来Ubiquitous·Computing时代。 Ubiquitous·Computing /Networking时代 把计算机引入现实空间中所有用途的Ubiquitous·Computing技术在 21世纪引起了全世界的瞩目。Ubiquitous·Computing技术也叫做pervasive computing以及intelligent·enviroment、ambient intelligence,本质的概念都是现实空间的状况识别(Context Awareness)。 识别现实空间的传感器网络和RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)等关键技术的研究也很重要,在Ubiquitous·Computing的进行中,特别需要能够对各种各样的状况进行识别然后整理合并的基础设施。



虽然现在RFID也被用于在生产现场的工程管理以及提高物流效率等用途,不过大多数都是用于特定的组织和特定的目的,都是一种闭环应用模式。与之相反的是,如果把它作为基础设施来考虑,就要使被搭载于某物的RFID可以没有组织和范围的界限,可以有各种各样的用途,理论上可以说是万能的。这个变化就像是电话从只能用于内线到可以用于公众电话网的转化那么大。 例如办公室的资产管理是很重要的,我们以办公室里买了台新的复印机来进行说明: 在往办公物品数据库中添加记录的时候,只要读取复印机上的RFID,它的尺寸大小以及维修的联系方式等信息就被自动输入了,这将会大大提高物品管理的效率。这也就要求生产厂商附加在复印机上的RFID在客户的系统中必须能够被正确地读出。 uID架构 作为Ubiquitous·Computing的基本构造,我们提出了uID架构。 识别的基础在于找到事物的区别,uID架构为区别物体而给其分配了ucode代码。 ucode不是本身具有意义的“意义代码”,而是用户识别现实世界中每一个物体或场所独一无二的编码。由于ucode有128位,其体系的详细情况在这儿就不能赘述了,详细情况请查阅参考文献(http://uidcenter.org)。其基本大意是,给物品以及场所分配一个ucode,这种ucode可以表示各种物品或场所的区别。 请看uID架构的结构示意图 (如图)。ucode基本上都是由Ubiquitous ID中心发行,也可以在现场通过简单方式获取新的ucode。 这种ucode分配给物品或者场所,附带着网络中的信息以及服务。读到ucode的人通过网络把它传给Ubiquitous ID中心,就可以返回可以访问相应信息和服务的地址。把这种ucode与从服务器或者互联网上的虚拟空间相对应,接受信息及服务的功能就是基本的架构。(本文下半部分将于5月21日刊登。)



坂村健 Ken Sakamura 现职: 东京大学研究生院(Graduate School of the University of Tokyo) 教授,博导。 研究方向: 计算机系统结构 坂村健先生不仅是日本IT业界著名学者,也是日本政府的IT智囊团成员。世界著名的TRON计算机系统结构就是最早由坂村先生研究创立的。现在,坂村先生在TRON计算机系统理论基础上,致力于无处不在的计算(ubiquitous computing)技术的研究。 坂村先生现兼任: 1. IEEE Computer Society的fellow,GOLDENCORE MEMBER。 2. 日本Ubiquitous网络计算技术研究所所长。 3. 日本TRON会议主席。 4. 日本总务省信息通信政策局审议会 研究开发/标准化战略委员会委员。 5. 日本总务省信息通信政策局技术部 Ubiquitous电子标签技术研究应用调研会委员。 6. 日本经济产业省信息安全政策室审议会委员。 7. 亚洲Ubiquitous网络计算技术会议副主席。 未来10年办公室的畅想 今天的办公室与10年前相比发生了哪些变化?您能描绘一下未来10年的办公室场景和办公技术吗? 办公技术的日新月异,已经让我们进入了以信息技术为核心、以提高效率和生产力为目的的办公自动化时代,办公自动化之后,我们的办公室又该去往何方? 以设备为中心、以信息流为中心还是以人为中心?相信不同地区、不同的学科、不同的行业、不同的企业甚至不同的用户,都会给出不同的答案,在每个人的心目中都会有一个未来办公室的蓝图,而很多的研究机构和企业也对未来办公室进行了系统的远景规划。 本着推动新生事物,传播创新理念、鼓励百家争鸣的原则,《计算机世界》与《网络世界》、《微电脑世界》,联合理光软件研究所(北京)有限公司共同进行未来办公理念、技术、人文、政策的讨论。我们特别邀请了包括日本东京大学教授坂村健在内的国内外多位相关领域的专家和有识之士一起畅想未来办公室技术,作为技术争论的抛砖引玉,籍此集纳更多关于未来办公的创想,引发一场有关未来办公趋势的互动式技术大讨论。 对于未来办公技术的探讨,我们将从IT硬件设备技术、软件技术、IT基础理论、IT环境结构、办公人文、办公环境、办公生活、办公文化、建筑环境、环境保护等多个方面入手,涉及与办公相关的各方面。 对于未来10年的办公室相信很难有一个准确统一的构思和描述,所谓智者见智、仁者见仁,对于未来办公技术的讨论更多的是技术探讨和思想火花的碰撞,也希望我们所有的人都可以贡献智慧、发挥想像,共同描绘未来办公室蓝图。(有兴趣参与此话题讨论的读者,请发邮件至tg@ccw.com.cn

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本文接上期文章,继续介绍Ubiquitous·Computing/Networking在未来办公领域的应用。
对未来办公室的影响



图1 PAPI: 在650平方米的建筑物中,具有1000个传感器节点,许多功能设备完全自动化地运转着,能够根据发生的状况选择最优的方法进行控制。同时具有语音识别功能,这样,墙上完全没有开关之类的东西。这就是基于Ubiquitous·Computing技术的未来住宅的构想。 下面简单叙述一下这种架构在办公室是怎样发挥作用的。 首先通过向物品中嵌入ucode可以使管理变得非常容易。办公室里有各种各样的物品, 给所有物品都分配一个ucode,来记录该物品是在什么时候、由谁、从哪儿买来的,以及有没有享受减价、无偿退货等信息。所谓的物品管理,就是能够根据这些信息,直接把物品与企业信息系统进行连接,可以随时掌握什么物品在公司内的什么位置、处于什么状态。也就是说,即使物品被短期租赁或长期租赁,甚至已经被再次出售了,也都同样可以用ucode来进行管理。长期保管的情况也是一样,该物品放置在仓库中的什么位置等信息将会自动地登录到数据库中,今后要找它的时候也可以马上就找到。 第二是空间位置信息代码。给空间编配一个ucode,这小小的ucode就不止能表示一个小的空间领域,而是可以详细地表示类似于“从东口进入,在2层的搁架上的第2段”这样的3维空间的具体位置,也可以向工作人员发出直接向那个搁架放置物品的指示。因为所要放置的物品也一样分配一个ucode,这样,就可以根据这个ucode对物品进行清点了。这种空间位置信息代码的应用在日本是非常广泛的,不仅在办公室里采用这种代码,还可以埋进道路、街道和田地等所有区域。 第三是管理信息。 办公室的文件并不一定全部被数字化后在虚拟空间保存,也需要保存纸制的原版资料。这种情况下,给纸文件也分配一个ucode,就可以取得这种纸质的文件与虚拟空间里的相应内容的对应关联。根据需要,可以把纸文件变成电子信息,或者把电子信息转换成纸质信息。 第四是环境管理。由于根据前述的空间位置信息代码就可以知道用户的位置,比方说可以将周边的温度、湿度调整为最适合该用户的状态。只要用户一进入该房间,根据用户的终端,就可以简单便捷地遥控该房间里能使用的展示设备的列表。Ubiquitous·Computing 技术实验室的PAPI就是通过这种状况识别对住宅里的设备进行控制的 (如图1)。 办公室机器人 根据前述的环境整理理论,如果有能简单操作的设备可以整理出现实空间是怎样的,什么样的东西放在什么位置上等等这些信息的话,就可以实现办公室机器人了。比方说,在公司内部搬运物品,以及端茶送水这种服务工作让机器人也可以很容易地完成(如图2)。



图2 办公室机器人的构想图:办公室机器人是为了在办公室内运输一切像产品样品等这类不能电子信息化的所有物品,也进行着端茶送水之类的服务工作。同时还附有工作信息安全的传感器。 办公室里有许多资料。也有像商品抽样记录等这种尽管已经数字化了也不能抛弃的东西,还有合同以及交货的报告书等文件,必须要当做证据物品来保管。虽然这其中有一些已经被计算机文档所取代了,可是也绝对不可能完全消失。但是这当中有相当多的东西的使用频率很小。在如今寸土寸金的都市,没有必要堆放这种用不到的东西而使居住的空间变得狭小,于是,就产生了分散保管地的想法。 资料全部用ucode实现计算机管理,然后保存在资料保管库(档案保管库)中。需要的时候就先在计算机中进行检索,然后让办公室机器人到资料保管库中取,直接送到我们的手边。使用频率小的物品就可以进一步地转移到远方的仓库,这样就能够按照使用功能来分散档案的保管了。 Ubiquitous的影响和贡献 办公室机器人和分散档案保管的例子之所以重要,是由于实际办公室的Ubiquitous化所带来的好处不仅仅是“分散”,而是“分散”以及与此同时的“再统一”。也就是说,更重要的是“办公室功能的切分方法”的再建以及“获取方法”。不单单是以前那种没有意义的对办公室空间功能的“切分方法”进行Ubiquitous化,而是可以根据不同的价值观再次被组合的新的“切分方法”的产生。这种“新的切分方法”正是新的“办公室设计”所寻求的。 与此不同的,我们把上述的Ubiquitous化放到银行的例子中看看就明白了。如果从Ubiquitous的理念来看,就是把PC和手机作为终端的移动银行,也就是不需要物理货币的电子货币化。如果发展到了这个阶段,那么街边的ATM机也变得没必要了。原来那种用于管理账户的银行数据库中心所在的大厦“银行”在日本只有几个就足够了。而且,如果委托“互联网数据中心”(IDC)来管理服务器,那么原来叫做“银行”的建筑物就变得完全没有必要了。 IDC是维持服务器不停运转,保证安全运作的基础设施。首先要选择不容易发生地震等灾害的地方,然后还要建立预防恐怖活动和数据安全性等方面的基础设施,准备好可自行发电的电源,二十四小时配备高薪聘请的,可以彻底地进行身份保证和身边调查的精英技术人员。这些都是非常费钱的,而且很多的成本都是用在提供非常时期的保证,所以产生不了利益。现在服务器的成本已经非常低,对应非常时期所需要的管理成本就更是企业所不想支付的。 于是替代高昂管理费的,就是集中提供“维持服务器不停运转,保证安全运作”的设施的业务。把各个服务器小型化并且分散在各地的做法确实不可取,相反如果把许多公司和组织的服务器集中到一块来维持,成本就会大大降低。结果,在IDC中,就共同存在了各种各样的公司和组织的服务器。可是,IDC是以“互联网数据中心”命名的设施,既不是具有社会机能的“银行”,也不是“邮购中心”或者“证券公司”。 也就是说,“银行”、“邮购中心”和“证券公司”等被分解,其中的一部分机能被再合并,成为“互联网数据中心”的设施。随着Ubiquitous化所产生的,不仅仅是办公室,而且是像这种社会机能的“切分”。 办公室与社会的结合 试着想象一下如果把办公室机器人的例子进行推广,与住宅送货的工作相联合的场景。就像以前纸的票据和传真由于人的检查太过复杂一样,小规模的货物交接,运输机关的转换,包装的合并、分解,临时的集积,实时的移动追踪,货款征收等一系列的工作,随着数字化和互联网的普及,以及RFID标记的利用等,能够做到跨多组织而没有误差地以低成本在Ubiquitous上进行。那样做的话将会发生什么呢? 例如保管和运输的scale merit这种规模大的领域,同样用IDC进行功能合并的话能够大大提高效率。信息化的结果,就出现了接受库存管理和缺品检验这种外包工作的仓库公司。运输也是一样,小规模的有住宅配送公司,固定的大规模运输也有3PL (3rd Party Logistic)的服务。 如果现在的日本创建互联网邮购公司,则只需要进行规划和商品的确认,后边的广告、库存管理、接受订货、发送、运输,直到货款回收的工作都可以交给外包公司来完成。这种工作方式可以叫做卫星式办公室或者SOHO,或者在家办公,就是在住宅中引入办公室的功能,也可以理解为是办公室功能的分解和再合并的过程。 这样根据信息流通的规律被垂直合并的机能,通过Ubiquitous技术进行水平分工,未来的办公室就是超越了公司和组织的形式被改编在社会中。

(计算机世界报 2007年5月21日 第19期 B16)

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OKI使用太阳能电池的ZigBee传感器网络

无所不在的普适计算网络

  名词解释:ZigBee
  ZigBee是一种短距离、低速率无线网络技术提案。它是一种介于RFID和蓝牙之间的技术,主要用于近距离无线连接,是一种更加简单和实用的无线网络协议。



  ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等产业巨头发起的“HomeRFLite”技术。目前,ZigBee的网络标准由IEEE802.15工作组负责制订,被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准,目前尚未成为IEEE的正式标准。ZigBee建立在802.15.4标准之上,它使用直接序列扩频技术收发电波。利用2.4GHz频段、868MHz频段、915MHz频段。一次调制方式使用O-QPSK时,最大数据传输速度为250kbps。



  由于ZigBee标准确定了不同制造商之间共享网络资源的应用框架,所以被认为具有广阔商业前景。



  就在十几天前,美国ZigBee联盟宣布,由于新增了20名成员,加入该联盟的企业和团体已然超过了150家。值得关注的是,此次新增成员不仅有中国的华为公司,还有美国的IBM公司(IBMResearchGmbH)。有分析说,从华为在技术领域的专注作风和IBM一贯的谨慎态度来看,这两家公司捧场ZigBee再次确认了该标准的光明前景。



  作为上述分析的注脚,业内著名的ABI研究公司4月份发表的一项研究称,ZigBee无疑将是无线技术的下一次革命。研究预测,到2006年底,将有8000万ZigBee设备投入使用。大名鼎鼎的德国莱茵TUV也在日前宣布成为ZigBee联盟在实验室测试其技术和产品的全球唯一代表。



  如此热炒的ZigBee究竟是一种什么样的标准?严格的说,这是一种尚未获得正式批准的“民间”标准。其亮点在于,ZigBee提供适合商业和家庭应用的短距离无线连接,被认为特别适合控制商业系统和家用电器。



  无论学术界还是实业界,人们看重ZigBee还有更重要的一点:ZigBee技术为酝酿了20余年的普适计算理论,提供了第一个从理论走向现实的技术平台。ZigBee标准的普及,堪称计算技术第四次浪潮的第一波。



  尚未开始应用的“未来”技术


  普适计算是信息技术中的一个真正的“大概念”。随着计算机、通信、网络、微电子、集成电路等技术的发展,信息技术的硬件环境和软件环境发生了巨大变化。这种变化使得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正在逐渐融为一体。普适计算(ubiquitous/pervasivecomputing)的思想就是在这种背景下产生的。这个概念的提出始于1991年,从上个世纪90年代后期开始,普适计算受到了广泛关注。



  普适计算作为一项尚未开始应用的“未来”技术,有各种各样的定义。不过实际上,各种表述的基本内容差别不大。人们普遍认为,在完善的普适环境下,使用任意设备和任意网络、在任意时间都能获得相当质量的计算服务。普适计算的重点在于,提供面向客户、无处不在的自适应计算环境。



  在普适计算建立的融合空间中,人们可以“随时随地”和“透明”地获得数字化的服务。在普适计算环境成熟以后,使用者可以在生活和工作场所的任何位置很自然地获得所需要的网络和计算服务。在使用者获得计算服务的过程中,由于提供计算和通信的设备已经融入到该环境中,使用者并不需要有意识地选择使用某种设备或者网络。由于计算能力的无所不在,信息空间将与人们生活和工作的物理空间融为一体。同时,这些设备对于用户而言虽然广泛存在,并可以人机交互,却无需去有意识地寻找、感知和操控,计算机好像隐身了———这是普适计算最重要的特征。




  在普适计算时代,计算机主要不是以单独的计算设备的形态出现,而是采用将嵌入式处理器、存储器、通信模块和传感器集成在一起,以各种信息设备的形式出现。这些信息设备集计算、通信、传感器等具体功能于一身,能方便地与各种传统设备结合在一起。不仅如此,目前的各种日常设备届时也将演变成信息设备。信息设备可以轻易地通过无线网络互连并与互联网连接。按照用户的个人需求进行个性化服务。



  信息设备的计算能力、可获得性和可订制性正在变得越来越强,数量越来越多,越来越普及。与此同时,体积却越来越小,价格也越来越低,这就为普适计算时代的到来创造了物质条件。在普适计算环境,也就是第四代计算环境中,将存在大量种类繁多的计算设备,其中大部分都将是嵌入式设备。各种设备之间、由各种设备构成的各个相对独立的普适环境之间以及设备和用户之间,都存在着广泛的无处不在的信息流。对于用户的绝大部分计算需求,普适计算环境都能够按照用户预先的设定,或者用户个人的喜好智能化地加以满足。



  普适计算最核心的内容在于对人的关怀。在普适计算建立的融合空间中,人们可以随时、透明地获得计算服务,而不用离开现场端坐在计算机前。这种服务的访问方式甚至可以在用户没有觉察的情况下由系统主动提供。从某种意义上说,计算机好像销声匿迹了。



  最引人入胜也最具挑战性的课题将集中在“沉静技术”上面。其意义是,在普适计算环境中,每个设备都需要响应或预测用户的各种需求,同时每个设备和整个环境都需要保持对环境中每个用户的非妨碍状态,无需用户分散精力进行干预。依靠沉静技术,计算和信息传递将不再是一种工作或者技能,而成为我们生活中自然而然的一部分,这就是“普适计算”的理想境界。



  展望普适计算的美好前景,有人将其称作第四代计算。这个说法将信息技术发展到目前为止的整个过程划分为三个层次,具体包括,第一代计算,独立的大型主机阶段;第二代计算,具有一定联网比例的个人电脑普及阶段;第三代计算,因特网普及阶段。从信息技术发展的角度看,目前,众望所归的3G乃至未来的4G无线服务还远远达不到普适计算所能达到的高度。3G提供了移动终端和手机基站之间的联网和计算能力,而普适计算则意味着不同终端之间、不同网络之间的网络互连和协同计算。



  目前,计算和信息访问还是一种工作方式,使用计算机还是一种“技术”。如果有一天,计算和信息访问将不再是一种“工作”和“技术”,而成为我们生活的一部分,人们虽然不能明确地感受到它们的存在,但却每时每刻都离不开它们,那么就可以说,我们实现了“普适计算”的理想境界。



  韩国21世纪的重点研究前沿


  理想境界的实现需要许多年的时间和天文数字般的投资。但是,初步的普适计算环境,比如家居智能化,却可以较容易地实现。而且搭建这个稍显粗糙的普适环境还将有利可图,韩国官方和经济界的看法正是如此。



  经过多年的理论研究,韩国科技部正式立项开展有关普适自动计算与网络的研发工作(简称UT项目),并将该项目列为21世纪重点前沿研究项目。该项目周期长达10年,期望在2013年使韩国相关参与研究的机构在普适计算领域成为领导全球的世界一流研究机构,并且开发出一系列适用于普适自动计算服务的人机交互和智能信息处理基础技术,从而实现基于环境感知的真实普适计算环境。



  2003年,韩国科学技术部正式立项开展普适计算的研发工作,称为UT项目。成立了专门的管理机构,并将这个项目列为韩国科技界21世纪重点前沿研究项目之一。韩国计划在2013年使韩国取得技术领先地位,建设成功真正的普适计算环境。



  UT项目涉及韩国的5个研究所,14家公司和18家大学,年平均预算为1700万美元,开发期为10年。目前已经选定了有待开发的三项核心技术,分别是自动计算体系,灵巧传感器和标识技术。



  UT项目瞄准世界信息技术的发展前沿,以推动相关应用技术的产业化,提高韩国民众的生活水平为宗旨。为此,该项目提出了“造福人类社会的世界级普适技术领先国家”的口号。UT项目被分为三个关键阶段。每个阶段的目标分别是家庭环境、城镇和全国的普适计算化。韩国政府认为,UT项目将带动一个巨大的、新兴的信息产品市场,韩国企业通过参与UT项目,将大幅度提高技术水准,有能力分享全球普适计算市场20%以上的份额。



  在许多韩国业内人士看来,普适计算将极大地改变人类生存的方式,淘汰现有的计算设备,形成一个远远大于现有IT产业的巨大市场。



  与普适计算相关的具体产品


  手机韩国第三大手机制造商Curitel公司在2004年12月7日展示了该公司推出的ZigBee手机的部分功能。该公司表示,这款手机的推出标志着ZigBee产品的正式出现,同时也意味着普适计算时代的到来。



  虽然ZigBee尚未成为正式标准,普适计算的时代还远远没有成为现实,但基于新技术的应用显示了美好的前景。韩国Curitel公司表示,该公司希望通过开发嵌入了ZigBee等技术的移动手持设备,从而成为普适计算时代的先锋。”



  在韩国,Curitel公司是继三星电子公司和LG电子公司之后的第三大移动手持设备制造商。



  智能尘埃早在两年前,有关智能灰尘的报道就吸引了无数的眼球。美国加州大学柏克莱分校日前宣布,他们已开发出一种新型侦察用微型探测器,取名“智能尘埃”。该探测器小到可装进一个阿斯匹林药片大小的塑料容器内,可用于侦察近距离敌方的活动情况。这项研究已经到了实地测试阶段。



  实际上,除了军事用途之外,智能灰尘作为一项研究项目,在技术上和工程上也有着自己的目标。这个课题的提出是为了验证是否能将完整的传感、通信系统、电源系统集成在1立方毫米的体积内。据报道,美国加州大学一份研究报告认为,1999年,只利用市场上现有产品,便可在5立方毫米的体积内装上温度、湿度、大气压力、光强、倾斜、振动和磁场传感器,双向无线电通信装置,微处理器控制器和电池,通信距离可达20米。



  智能灰尘的体积微小,具有无线联网能力,而且价格非常便宜。使用功能不同的智能灰尘,可以迅速搭建一个可灵活订制的智能化计算环境———普适计算环境。人们预测,2010年左右,各种智能灰尘产品会大量面市,在军事、商用和民用等几乎所有领域发挥重要作用。



  RFID标签这种无线射频识别标签,通常为一片半导体芯片,带有存储单元和天线。各种信息芯片的存储单元,通过天线与读取器进行非接触通信,而多数RFID标签并不需要电池。



  目前,RFID标签已经广泛用于商业领域,为物流管理等业务提供方便。然而,这种应用远远没有充分挖掘出RFID的潜能。由于其分布的广泛性和相对于传统条形码技术的读取便利性,使RFID可能成为普适计算应用环境的重要组成部分。RFID技术称得上是一种有现实意义的普适计算终端的雏形。



  就服装而言,带有RFID标签的衣服不仅能够在商场收银台显示商品的价格,还能够将衣服的布料成分传递给洗衣机和电熨斗,使洗涤、烘干程序和熨烫温度均可以自动设定。家庭计算机可以通过RFID信息了解到衣物的保暖、防风等性能,自动比较主人外出前穿戴衣物的保暖性能是否适应室外的气候,包括当时的气候和一段时间之后的气候。如果主人出远门,计算机还会通过订票信息了解目的地的气候情况并进行分析,这些分析会根据每个个体的衣着习惯进行。



original link

http://www.chinainfo.gov.cn/data/200505/1_20050524_110939.html

来源:中国科技信息
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普适计算(Ubiquitous Computing或Pervasive Computing)最早起源于1988年Xerox PARC 实验室计划。在该计划中Mark Weiser首先提出了普适计算的概念。他认为,像其它重要的技术一样,随着计算机应用的不断扩大,计算机将深入人们的生活,充满生活的各个角落,并以人们任意希望的形式存在。也就是说,就像木料是家具的材料一样,计算机将作为一种基本材料随时根据需要被用在其他日常生活、学习和工作的用品之中,如家具、电器、铅笔、圆珠笔等。在这样的环境下,人们每天都用、每时每刻都用,但计算机本身却作为基本原料集成在人们并非认为是计算机本身的物品中,因此可以说,计算机“消失”了。
    更重要的是,这些隐藏在生活中的大量的到处可用的“计算机”,可以通过一种由各种无线、有线网络无缝互联而成的统一的网络连在一起,相互通信;这些计算机被用在各种人们随身携带甚至随身穿戴的物品中,结果是,以这些隐藏的计算机元素为依托,穿戴或携带“计算机”的人、计算机、以及网络上的任何资源都形成了一个无缝的统一的网络环境。在这样的环境中,人们可以随时随地互联、移动中互联,随时随地去获取自己想要的信息。
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http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%AE%E9%80%82%E8%AE%A1%E7%AE%97

普及运算定义:
Mark Weiser (1991) 提出了对于普及运算(ubicomp;ubiquitous computing)的看法: 普及运算并非将基础技术全盘翻新,普及运算技术运用了无线电网路的科技,让人们在不受时空限制的环境下享用资讯透过整合式无缝科技技术,让人们使用起来更便利,省时。

Preece (2002) 则将普及运算(ubicomp)定义为:普及运算技术运用了无线网路的科技,让人们在不受时空限制的环境下享用资讯(此类科技多设有智慧侦测系统)。

Preece 更认为人机互动典范(interaction paradigms)包括下面三种特性:1.无所不在的技术,意指技术和环境融为一体。2. 渗透式技术,即无缝式整合科技。3.可携带的。


“随时随地”是普适计算的口号!
普适计算的促进者希望嵌入到环境或日常工具中去的计算能够使人更自然的和计算机交互。而普适计算的显著目标之一则是使得计算机设备可以感知周围的环境变化,从而根据环境的变化做出自动的基于用户需要或者设定的行为。比如手机感知现在用户正在开会这个环境而自动切换为静音模式,并且自动答复来电者"主人正在开会"。这看似天方夜谭,但是十几年前谁能想到今天可以不用到处寻找电话厅而随时随地用手机进行沟通?而普适计算则意味着不用去为了使用计算机而去寻找一台计算机。无论走到哪里,无论什么时间,都可以根据需要获得计算能力。


不同之处:
普及运算技术运用了无线电网路的科技,让人们在不受时空限制的环境下享用资讯;而与一般的行动计算(Mobile Computing)不同在于具有情境感知(Context Aware)的特性。普及运算技术可以透过感应个人所在的位置、所处的环境资讯、个人的情形及任务,来提供最有效能的使用环境。


普适计算的历史
1988年,Mark Weiser提出了普适计算的思想,并预测计算模式会发展为普适计算。(另一说为1991年)
1990年代末,普适计算这一概念得到广泛关注,逐渐升温。
1999年,IBM正式提出普适计算的概念。
同年,召开第一届Ubicomp国际会议。
2000年,第一届Pervasive Computing国际会议。
2002年,IEEE Pervasive Computing期刊创刊。

计算的进化
第一代,主机型计算(Mainframe computing)很多人共享一台大型机
第二代,个人机计算(personal computing)一个人在一台电脑上
第三代,网络计算(internet computing)一个人使用在互联网上的很多服务
第四代,普适计算(pervasive computing)许许多多的设备通过全球网络为许多人提供人格化(个性化)的服务




普适计算的基本特征

分散性

多样性

连通性

简单性

其实普适的不仅仅是计算
随着时代的变迁,一项技术从诞生的那一刻起便要注定总有一天要做到普适。下图很好的解释了普适的过程: File:Ubicompitro1.jpg

可以看到能量的使用也是一个普适的过程,普适计算是普适的一种。





各国及地区的发展

欧洲
ubiquitous“无处不在”,这在美国被称为“普及运算”(pervasive computing),在欧洲被称为“环境智慧”或“智慧环境感知技术”(ambient intelligence)。

2003年11月2日荷兰Eindhoven举行的首届EUSAI(European Symposium on Ambient Intelligence)论坛上,主办者飞利浦公司在技术概念会议集中探讨了智慧环境感知技术的三大关键领域包括:无所不在运算(ubiquitous computing)、环境感知(context awareness)、智慧及自然互动作用。其中智慧环境感知技术的目标是,在人体的周围环境中布置智慧化的技术,而且能够不为人所察觉。

普及运算已被欧盟采纳为IST研究及技术开发计划的主导项目,欧盟还拨款超过36亿欧元,在未来四年内用于该课题的研究。其中一些EUSAI参与者则认为,普及运算未来的成果就是“让电脑消失”。





日本的U-JAPAN
日本在二○○四年发动“U-Japan”政策,希望于二○一○年时,亚洲能成为“全球资讯传播中心。U-Japan计划:

实现无所不在的社会政策(Ubiquitous Network Society);
希望在2010年将日本建设成一个“anytime, anywhere, anything, anyone”都可以上网的环境。
日本政府是以“IT新改革战略”为主,实现每个人在任何时间与地点都能感受到IT好处的社会;日本的 U化社会理念是依循从固网为核心的基础建设,发展至有线与无线整合成无缝隙的随手可得的服务社会,同时以 ICT(资讯通讯)着手解决21世纪社会产生的发展议题。


韩国U-KOREA
韩国则是在2004年 3月推出“IT 839策略”,主要目标是提升韩国现有的资讯科技框架,期望在2007年达成韩国的全方位资讯社会愿景;这个“IT 839策略”是以八大创新服务和服务所需的三大基础网路,以及九大成长产业为主。

2006年韩国再推出“u-Korea”政策,而“IT 839策略”为后即其前导型计划,u-Korea意旨建立无所不在的社会(ubiquitous society)。计划期程是1995年到2002年,是准备阶段,着重于基础建设的建置;2003年到2007年是韩国宽频实施阶段;2007年后,是建立无所不在的社会相关服务的阶段。


台湾U-Taiwan
台湾政府也在二○○六年正式启动“U-Taiwan”计划,主要是应用RFID技术可以发挥无所不在的功能,目标则是推动发展“e化服务随手可得之优质网路社会”,内容包括:整备优质网路、建立完备U-Taiwan发展环境、以及推动U化生活应用。

所谓的“U化”,可涵盖几大特征,包括:“随时随地取得”、“不断线”(always on)、“即时回应”、“多样化可携式服务”、以及从使用者角度出发的“客户导向”原则。而实践U化之技术,则将以无线网路技术为主,透过光纤网路为骨干传输,并依涵盖范围及宽频需求划分,发展不同的无线网路技术。

为达到上述目标,未来政府的施政重点包括:

推动“优质网路社会”基本法立法与相关修法;
维护优质网路社会资通安全与信赖机制;
创造、流通及运用数位内容;
缩减数位落差创造数位机会;
提升资讯素养,以培育普适网路社会(ubiquitous network society,UNS)人才;
推动国际合作行销台湾,期许能尽速建构优质网路社会环境,提高人民的生活环境。
未来,RFID技术的运用范围可以更广泛、更无所不在,结合数位家庭、网际网路、无线网路及设备,发展出远距照护、安全监控、数位娱乐、车辆导航、电子货柜、医疗废弃物追踪、机场行李通关等新的整合科技运用,创造无限商机。透过随手可得的e化服务,建构台湾成为一个安全便利的安心社会,并达成2010年高速宽频网路与汇流涵盖率达90%的目标,使台湾成为世界U化的先进。


生活应用:

1.U-HOME:
普及运算在各种家电和电子产品的设备中都有使用,如电锅、微波炉和冰箱等家电,以及DVD机、数位电视等影音产品。而U-Home更为消费者提供的是一种全新的无所不在的数位生活方式。利用最新的短距离无线通讯技术(RFID)、智慧设备管理技术、多媒体处理技术,将传统的家电、PC、手机等家用产品升级为网路家电产品,并构成一个连接家庭内部全部设备的家庭网路。随时随地利用U-Home的"家庭成员"(手机、电脑、电视等)对家里的一切实施监控,并实现资讯共用与沟通,一切将尽在主人掌握之中。 

同时,U-Home也为家电服务带来了革命性的变化。所有的零件都进入了资料库,透过家电内部的晶片模组和软体控制,当某一个零件出现故障或者需要更换的时候,不用拨打服务电话,零件可以自动发回指令给控制中心,如果只是一些简单的升级程式,控制中心一端的工作人员轻点滑鼠就可以维修完毕。





2. U-CARE:
U化的生活应用非常广泛,如植入RFID来记录老年人生活习惯的居家看护设备拐杖i-Stick、智慧餐盘,及使用手机提供随身健康餐饮的顾问服务,借由RFID感测追踪老人状态的智慧照护环境、居家环境的远距医疗服务HomMed、可携式小型医院MDkeeper等。距医疗居家照护市场是医疗产业中成长的领域,预计至2025年的年成长率可达20%以上,资讯科技的应用是其中的关键。

其中优点有:1. 避免医疗资源浪费。(医院让患者利用设备自行在家里自行量血压、心跳等基本资料,然后借由机器回传给医院判读分析。)

台湾行政院表示,相较于e-Taiwan计划把重点放在增加频宽、建立平台,U-Taiwan则着眼于如何与生活结合,包括:社会安全(如:社区、住家、治安)、(高龄社会)医疗照护、产业链与物流(如何利用普及网路帮助产业因应结构变化)、学习、以及网路安全与隐私问题。

总括来看,在未来的U化环境下,将发展客制化的情境察觉系统,透过智慧型感知及资料库分析,自动判别使用者所需服务的呈现方式;在连结技术方面,则服务业者可依用户所需的服务类型、所在环境、以及喜好设定,自动选取最适合的网路技术,并提供用户无所不在的服务内容,包括:多媒体影音、通讯及无线网路、居家生活、教育娱乐、电子商务、以及政府服务等。


相关技术
射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术:又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可透过无线电讯号识别特定目标并读写相关资料,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
无线感测网路(Wireless Sensor Network,简称WSN)。
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http://www.most.gov.cn/tztg/200811/P020081120616078590284.pdf

国家高技术研究发展计划(863计划) 信息技术领域
“普适计算基础软硬件关键技术及系统”重点项目
申请指南

针对普适计算的本质特性,研究普适计算基础软硬件关键技术,分别从设备、系统软件、用户三个层面,突破5项关键技术:泛在设备的固件
通用接口技术、泛在设备的互联技术、普适服务的资源管理、隐私保护技术、便捷交互界面管理技术,研制普适计算应用开发的支撑系统,针对典型应用领域开展2个应用示范,形成一批自主知识产权,储备普适计算核心技术与培养人才,建立支撑普适计算产业发展的基础和能力。
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第三种计算:普适计算  


徐磊 PCWorld.COM.CN | 2004-07-25 15:10 | 《微电脑世界》2004年7月25日出版

引:综观计算机技术的发展历史,计算模式经历了第一代的主机(大型机)计算模式和第二代的PC机计算模式,即将到来的下一轮计算则为普适计算(Pervasive Computing)。普适计算是当前计算技术的研究热点,也被称为第三种计算模式。

  普适计算源起

  被称为普适计算之父的是施乐公司PALOATO研究中心的首席技术官Mark Weiser,他最早在1991年提出:21世纪的计算将是一种无所不在的计算(Ubiquitous Computing)模式。他认为,最深刻和强大的技术是“看不见的”技术,是那些融入日常生活并消失在日常生活中的技术。Mark Weiser受到了该研究中心社会学家、哲学家和人类学家的影响后,重新审视了网络计算模式,提出了这一属于后现代主义产物的概念。

  Mark Weiser及其同行在施乐公司的实验室搭建了普适计算系统的原型,但由于当时软、硬件技术的条件,这一系统并没有产生所期待的影响。随着定位传感器、无线通信尤其Internet的普及和分布式计算技术的进步,普适计算的实现条件越来越成熟,普适计算的概念得到了更多的认可。已有越来越多的普适计算应用系统问世。

    技术简要  

  什么是普适计算?从概念上说,普适计算是虚拟计算的反面。虚拟计算致力于把人置于计算机所创造的虚拟世界里,而普适计算则是反其道而行之——使计算机融入人的生活空间,形成一个“无时不在、无处不在而又不可见”(Anytime,Anywhere,Invisible)的计算环境。在这样的环境中,计算不再局限于桌面,用户可以通过手持设备、可穿戴设备或其他常规、非常规计算设备无障碍地享用计算能力和信息资源。普适计算模式将对人们享用计算和信息的方式带来另一场变革。

  普适计算可包括移动计算,但普适计算不是移动计算,前者更强调环境驱动性。

  从技术上来说,这就要求普适计算对环境信息具有高度的可感知性,人机交互更自然化,设备和网络的自动配置和自适应能力更强,所以普适计算的研究涵盖中间件、移动计算、人机交互、嵌入式技术、传感器、网络技术等领域。普适计算要解决的问题包括:扩展性、异构性、不同构件的集成、上下文感知和不可见性(Invisibility)。其中不可见性对普适计算来说是至关重要的,因为它要求系统无需用户干预或只需要最少干预,也就是要求系统具有自动和动态的配置机制。

  目前的典型项目

  目前,业界和高校的实验室均有普适计算项目推出,其原型系统通常由一些可移动的手持设备动态构成邻近网络,以提供各种普适计算应用。一些较为典型的项目如下。

  ——麻省理工学院(MIT)的Oxygen项目。其寓意是:未来计算象氧气一样无处不在并可自由获取。该项目将固定计算设备和移动设备通过可自动配置的网络连接起来。系统采用了包括休眠环境的自动转换等8种环境驱动技术。

  ——Microsoft公司的Easy Living研究项目。致力于智能环境的体系开发,涉及中间件、几何世界建模、定位感知、服务描述等技术。其关键特点是:机器视觉、多传感器的自动和半自动校准,以及独立于设备的通信。

  ——AT&T实验室和英国剑桥大学合作的研究项目Sentient Computing。通过用户接口、传感器,以及建立资源数据等手段,为系统提供基于用户和位置的数据更新能力,系统可无缝扩展到整个建筑物。

  ——卡内基.梅隆大学的Aura 项目。强调普适计算的中间件技术和应用设计,该项目包括3个子项目:Darwin智能网络,是Aura的核心;Coda分布式文件管理系统;Odyssey为资源自适应提供操作系统支持。该系统可容纳桌面、手持和可穿戴系统。

  ——此外,还有惠普公司的Cool Town项目、Everyday Computing项目;IBM的WebSphere Everyplace项目;华盛顿大学的Portolano项目等等。

  未来应用场景描述

   ——场景一

  凯利,一个丢三落四的六年级小学生,常常会把他的滑板车拉在学校里。而一种称之为SPEC的小小的无线个人日常计算机可帮助他解决这个问题。将一个SPEC做在戴起来的项链上,一个SPEC拴在双肩背书包上,桓鯯PEC固定在跑车上,还有一个SPEC固定在家中车库的墙上。SEPC之间可以互相发现和识别,通过事先设定和加载的事件模式,一旦某件东西在特定的时段被丢失,其他SPEC便可发现并发出提醒信号。

  这便是HP实验室的Everyday computing项目所描述的未来应用场景。SPEC是其研制的一种大小只有4.0cm×1.5cm×1.4cm的无线小型个人日常计算机,它采用IR检测、IR发射技术,包含了微处理器、I2C头、Debug头、实时时钟、内存、一个缓冲和一个LED。

  SPEC的最大技术特点在于,相互之间可以互相发现。这是通过使用一种称之为Rudimentary 的对等(P2P)发现机制来实现的,每个SPEC在每秒钟会发出一个32位的ID信标,并不断地监听附近其他SPEC的ID信标。每当SPEC发现另一个信标时,则利用微控制器和实时时钟产生一个带有时戳的事件记录,存入32KB的内存中,每个记录在ID生存期不断被刷新。

  SPEC之间通信的速率是40×32bps,通信范围是4~8m,该SPEC采用家电遥控常用的红外收发器芯片,具有简单和低功耗的特点。SPEC的应用界面则无比简单,仅仅采用一个绿色的LED以吸引用户的注意力,而输入只通过一个按键完成。

  ——场景二

  在一个智能教室环境下,如果投影设备的显示效果不是很理想的话,教师可以通过自己的PDA向学生的PDA发送电子课件。当教师走近学生讨论组时,其PDA会动态加入该组,下载该组的讨论材料。

  这便是Arizona State University的智能教室环境,其普适环境由投影机、教师PDA、学生PDA组成,该系统通过可重新配置的上、下文敏感中间件,突出了对环境的感知和动态自组网络通信的支持。

  ——场景三

  一个普适医疗服务系统,提供一种任何时间、任何地点的医疗服务访问——一辆配备有无线定位系统的急救车,可准确定位突发事故现场,利用无线网络获取实时的交通信息。在事故现场,通过便携式和移动式设备监测病人的脉搏、血压、呼吸等数据,通过无线网络访问分布式的医疗服务系统,下载有关病历数据等必要信息。除了基于定位系统的应急响应机制,该系统的功能还包括:基于移动设备和无线网络的远程医疗诊断、远程病人监护,以及远程访问具有患者病历信息的医疗数据库。

   如上所述,只是目前人们就普适计算所能预料的几个小小场景。而实际上,普适计算将以其“无时不在、无处不在而又不可见”的强大优势,迅速渗透到人们生活的方方面面,并带来计算模式的全新变革
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http://www.tnlist.org.cn/pages/dept_pushijisuan.jsp
清华的普世计算研究部~~
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