无所不在的普适计算

随着计算机、通信、网络、无线、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已经发生了巨大变化。从硬件上看，数据传输的物理介质从有线发展到无线，从固定发展到移动，通信变得越来越方便，逐渐打破时空的限制。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，正在满足不同数据通信特点的应用(如ATM等)，而且IPv6的应用会大大增加网络地址范围，在可预见的未来可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、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正在形成，这里称为普适网络(Ubiquitous Network)。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。从终端的发展情况来看，低功耗处理器和存储设备集成度的大大提高使得计算机的体积和重量越来越小，出现了功能强大的PDA。微电子和集成电路对无线的支持使得无线模块开发越来越容易，其结果是出现了各种高性能的PDA手机，而且PDA手机的软件逐渐采用功能强大的嵌入式操作系统，如摩托罗拉的6388操作系统即将采用Linux，诺基亚等一些厂商已经采用WinCE操作系统，许多微机的应用软件正在向PDA手机移植。

　　普适计算(ubiquitous/pervasive computing)的思想由Mark Weiser在1991年提出，并从上个世纪90年代后期开始受到广泛关注，目前在国际上已发展成为一个研究热点。清华大学计算机系从1999年开始此项研究，于今成果不断。研究的意义在于应用。那么，普适计算的真正应用离我们还有多远呢?笔者认为：“乐观的估计大约是5年左右的时间。”那么，现在是否到了为迎接普适计算时代的来临做些准备的时候了?

　　PC的困境

　　计算机给人们带来了许多好处：上网、收发电子邮件、看DVD和听音乐等。此外它还能干啥?相信许多人都有这样的体验：就易用性而言，移动电话比计算机更受欢迎。因为移动电话具有可移动性，而计算机则不然。除了笔记本电脑、PDA等少数移动产品外，PC通常都是固定的。在经历了一段较长时期的美好时光后，以PC为代表的桌面计算正在面临着诸多困难，这已经从PC的销售额上体现了出来。如何使计算机的发展走出目前的困境?显然，单纯地提高计算能力和降低价格都不是解决问题的根本方法。

　　普适计算是解决问题的根本

　　笔者认为，要想从根本上解决问题，目前最需要的是革新计算模式，也就是要大力推广普适计算。普适计算被认为是一种能包含各种设备(计算机、汽车、娱乐设备和信息设备等)的计算模式。 　　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，以信息设备(information appliances)的形式出现。这些信息设备集计算、通信、传感功能于一身，能方便地与各种设备(包括日常用品)结合在一起。不仅如此，信息设备还可以非常廉价地通过无线网络与互联网连接，并按照用户的个性需求进行定制，以嵌入式产品的方式呈现在人们的工作和生活中——或者是手持的，或者是可穿戴的，甚至是以与人们日常生活中所碰到的器具融合在一起(想像一下你拿在手里看的书正从网上下载信息时的情景)的多样形式体现。结果是，由通信和计算机构成的信息空间将与人们生活和工作的物理空间融为一体。

　　物理空间中的物体将与信息空间的融合

　　这种融合体现在两个方面。首先，物理空间中的物体将与信息空间中的对象互相关联。比如，一张挂在墙上的油画将具有一个URL指向这幅油画相关的Web站点。其次，我们在操作物理空间物体的过程中，可以同时透明地改变相关联的信息空间中对象的状态。反之亦然。比如写在纸上的字可以立即被数字化和记录下来。同桌面计算的进步一样，伴随着人与计算机的关系，以及信息空间与物理空间的关系在普适计算模式下的变革，计算机也将在人类的生产和生活的各个领域中寻找到新的应用。或许有一天，你家的虚拟助理可以回答你，“我把我的钥匙搁哪儿了”。那时，计算机将成为像水、电和空气那样必不可少的生活要素。

　　“透明”的服务

　　在普适计算建立的这个融合空间中，人们可以“随时随地”“透明”地获得数字化的服务。其中“随时随地”是指人们可以在工作和生活的任何现场获得服务，而不用离开现场端坐在计算机前。这也是在英文中普适计算一词的含义所在——“无所不在”。“透明”是指获得这种服务的方式十分轻松自然--这种服务的访问方式甚至可以在用户没有觉察(conscious less)的情况下由系统主动提供。目前，在不少嵌入式计算系统中已能提供了这样的服务。一个应用实例是汽车上的ABS(Anti-skid Brake System)防滑刹车系统。ABS的作用是防止汽车在湿滑的路面上刹车，或在突然刹车时发生车轴死锁现象。汽车电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)中的嵌入式处理器，通过检测车轮和车身的速度来监控和预计是否会出现车轴死锁的危险，并通过调节刹车的压力来自动地避免出现死锁。在此过程中，用户可能完全没有觉察，而是由处理器自行预计情况和主动提供服务。未来世界中将会有越来越多的计算设备存在于人们的周围，难以或几乎不可能由人来与这些计算设备交互或进行管理。“透明”将是人机交互必不可少的属性。从某种意义上说，计算机好像隐身了--这是普适计算最重要的特征。

　　普适计算技术正在越来越多的领域得到“无所不在的应用”，例如CRM、ERP以及数据仓库等。

　　应用前景

　　· 智能灰尘

　　智能灰尘(smart dust)项目研究在科学和工程上的目标，是为了验证是否能将完整的传感、通信系统集成在1立方毫米的体积内。据美国加州大学Berkeley分校研究组提交的报告，1999年利用市场上的现有产品，可在5立方毫米内装上温度、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、微处理器控制器和电池。通信距离可达20米。电池的寿命在连续工作情况下是一个星期，在1%工作周期情况下是两年。预计在未来5年内，在相同性能条件下，这种集成的体积可缩小到1立方毫米。由于智能灰尘的体积小，且具有传感和通信的功能，因此潜在的应用领域十分广泛，其中包括完成各种监控任务。比如可以用于在战场上实施监控，对产品库存全程监控：通过产品的包装盒→包装箱→货车→仓库→互联网的通信，企业可在任何时间和地点了解产品所处的位置以及是否安全等。这种监控功能在对病人和老年人的生活护理方面也有广泛的应用，预计到2010年左右这种产品会大量面市。

　　· 普遍信息访问

　　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。

　　· 无纸票据跟踪

　　在货物发送系统中，现有的基于纸质票据的工作系统不仅需要的人力多，而且容易出差错。比如司机要给客户送货，于是他填写了纸质的货物发送日程单和载货单，同时携带需要客户签名的发票。当司机离开后，相关人员将这些纸质票据进行扫描并输入到企业的图像系统，以供将来证明这批货物已经发送之用。但是由于存在纸质票据丢失的可能性，因此难以有效评价司机的工作绩效。比如发生这样的事情——客户的库存清单系统中没有反应出货物是否发送，或者客户声称他们没有接收到货物，结果很可能是重复发货。这样造成的损失每年可能高达数百万美元。针对这种情况，McKesson公司研发了一套普适计算系统：利用成千个普适计算设备来替代原有的纸质票据系统，以完成供应链中货物发送的管理系统。该系统中集成了条形码扫描器，用于跟踪需要数字签名的客户端应用程序。这样的系统可靠性高，同步时间短，而且节省费用。目前McKesson的这套普适计算系统管理着北美超过60家集装箱公司的司机，覆盖了4万个客户，30个发送中心和2000个集装箱。

　　与无纸办公系统相似的还有智能办公系统。在办公室中经常需要使用各种工具和信息资源，比如工作站、桌面计算机、白板等。这些信息资源分布很广，有时甚至不在同一间办公室内。利用普适计算技术可以把这些独立的工具增强和组合成集成的计算系统，然后利用这个系统监控用户与计算机、电子白板以及各种联网的外部设备和数据源间的交互，使用户能高效地管理这些信息。

原文转自：http://www.ltesting.net