普适计算
普适计算论文素材
普适计算论文素材普适计算（Ubiquitous Computing）是指将计算能力融入到人们日常生活和工作环境中的一种计算模式。
通过普适计算，人们可以随时随地访问和共享信息，与周围的环境、设备以及其他人进行交互。
本文将介绍普适计算的概念、应用领域以及相关技术。
一、普适计算的概念普适计算的概念最早由计算机科学家马克·韦恩于1991年提出。
他设想未来计算设备将融入到人们的生活中，无处不在，并无需人们特意去操作。
普适计算的目标是将计算能力从单一的桌面电脑中解放出来，将其融合到人们的日常环境中，使计算无处不在。
二、普适计算的应用领域普适计算在各个领域都有广泛的应用，以下是其中的几个例子：1. 智能家居：通过将各种传感器和智能设备连接到互联网，实现对家居环境的智能化管理。
例如，可以通过智能手机远程控制家中的温度、灯光、音响等设备。
2. 智慧城市：通过智能传感器和网络技术，实现对城市各个方面的智能化管理。
例如，智能交通系统可以根据实时交通情况，智能调整红绿灯的时间，提高道路通行效率。
3. 医疗保健：普适计算可以在医疗领域发挥重要作用。
例如，通过穿戴设备和传感器监测患者的生理数据，并将其实时传输给医生，实现远程医疗和健康管理。
4. 智能交通：普适计算可以应用于智能交通系统中，实现交通管理的智能化。
例如，通过车辆之间的通信，实现车辆自动避让，提高交通安全性。
三、普适计算的相关技术实现普适计算需要借助各种相关技术，以下是其中几个重要的技术：1. 无线通信技术：无线通信技术是普适计算的基础，它使得设备之间能够自由地进行信息传输和交互。
例如，Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术的发展，为普适计算的实现提供了强大的支持。
2. 传感器技术：传感器技术是实现普适计算的关键技术之一。
通过传感器，可以实时地感知环境中的各种信息，并将其传输给计算系统进行处理。
例如，温度传感器、光线传感器等可以感知环境中的各种参数。
3. 数据挖掘和人工智能技术：数据挖掘和人工智能技术可以对大量的数据进行处理和分析，并从中提取有用的信息。
普适计算
物联网与适普计算普适计算又称普存计算、普及计算（英文中叫做pervasive computing或者Ubiquitous computing）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。
普适计算技术彻底地改变了“人使用计算机”的传统方式，让人与计算环境更好地融合在一起，在不知不觉中达到“计算机为人服务”的目的。
普适计算技术以人的需求为中心，从根本上改变了人去适应机器计算的被动式服务思想，强调用户能在不被打扰的前提下主动、动态地接受网络服务。
它改变了计算只局限于桌面进行的传统，使用户能以各种灵活的方式享受计算能力和系统资源。
它将计算嵌入到人们的日常生活中，实现任何地点、任何时候、任何人都能访问任何信息的交互，能在真正意义上实现以人为本的生活方式。
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。
目前，IBM已将普适计算确定为电子商务之后的又一重大发展战略，并开始了端到端解决方案的技术研发。
IBM认为，实现普适计算的基本条件是计算设备越来越小，方便人们随时随地佩带和使用。
在计算设备无时不在、无所不在的条件下，普适计算才有可能实现。
科学家认为，普适计算是一种状态，在这种状态下，iPad等移动设备、谷歌文档或远程游戏技术Onlive等云计算应用程序、4G或广域Wi-Fi等高速无线网络将整合在一起，清除“计算机”作为获取数字服务的中央媒介的地位。
普适计算的发展与应用
普适计算的发展与应用普适计算（Ubiquitous Computing）也称为泛在计算或无所不在的计算，是一种能够以自然、无缝、持久的方式为人们提供信息和服务的计算。
它的目标是使计算机系统变得更加自然、智能、人性化、无缝结合，以满足人们日益增长的需求。
随着智能手机、智能家居等智能设备的普及，普适计算已经逐渐成为人类接触科技的主要方式之一。
本文将探讨普适计算的发展与应用。
一、发展历程普适计算的概念最早由美国计算机科学家Mark Weiser于1991年提出。
他认为，未来的计算应该让人们在任何地方、在任何时间获得所需的信息。
他的理念是让计算机变得不可见，但它们随时可以被使用。
2002年，微软公司的布赖恩·古德曼在他的论文中提出了普适计算的“十年目标”，即到2012年，人们将通过普适计算系统随时随地获得所需要的信息和服务。
自此，人们开始关注普适计算的发展，并取得了一定的进展。
2012年，普适计算的“十年目标”也已经实现。
二、应用领域1、智能家居：智能家居是指通过智能化技术，将住宅的电器设备、照明系统、安防系统等连接起来，打造一个智能化、舒适化和安全化的居住环境。
普适计算技术的应用可以使得智能家居具备更加智能化的特性。
例如，通过人体检测传感器实现门禁、入侵侦测等功能；通过智能家居中心控制的温湿度、清洁等信息，实现智能环保，使得室内气氛更加舒适健康；通过与智能手机等外部设备联动，实现远程控制等功能。
2、智能医疗：普适计算技术为智能医疗提供了多种可能性。
例如，各种传感器可以测量人体指标，如血糖、心率、血氧等。
通过计算分析这些指标，可以实现监测、分析和预测患者的健康状况。
此外，多种智能医疗设备，如人工智能病历系统、移动医疗平台等，都是普适计算技术的应用。
3、智能出行：普适计算技术在智能出行领域的应用，可以改变出行方式，并提升出行效率和体验。
例如，车辆与路边设施通过通信技术交换信息，实现智能交通管理。
普适计算
一、普适计算的提出：1999年，IBM提出普适计算(又叫普及计算)的概念。
二、普适计算的概念：所谓的普适计算（Pervasive Computing / Ubiquitous Computing）指的是，无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式；无论何时何地，只要需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息。
三、普适计算最重要的两个特征：间断连接轻量计算（即计算资源相对有限）四、普适计算应具有以下特性：(1)无所不在的(pervasive)：用户可以随地以各种接人手段进入同一信息世界；(2)嵌入的(embedded)：计算和通信能力存在于我们生活的世界中，用户能够感觉到它和作用于它；(3)游牧的(nomadic)：用户和计算均可按需自由移动；(4)自适应的(adaptable)：计算和通信服务可按用户需要和运行条件提供充分的灵活性和自主性；(5)永恒的(eterna1)：系统在开启以后再也不会死机或需要重起；部件可以因需要、出错或升级来去，但整个系统则永远可用．五、普适计算所涉及的技术：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。
六、普适计算技术的主要应用方向：1、嵌入式技术（除笔记本电脑和台式电脑外的具有CPU能进行一定的数据计算的电器如手机，MP3等都是嵌入式技术研究的方向），2、网络连接技术（包括3G，ADSL等网络连接技术），3、基于Web的软件服务构架（即通过传统的B/S构架，提供各种服务）。
七、业界和高校的实验室均有普适计算项目推出，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。
普适计算的名词解释
普适计算的名词解释普适计算，又称普适计算机，是一种计算机技术的新兴领域，它的主要目标是将计算机技术应用于各种不同的领域，以满足不同用户的需求。
普适计算的特点是它能够对用户进行个性化的服务，并且能够随时随地地提供计算服务，使用户能够快速、方便地获取所需的信息和服务。
普适计算包括以下几个方面：一、普适计算的应用范围普适计算的应用范围非常广泛，可以用于各种领域，如医疗、交通、教育、商业、娱乐等等。
普适计算的应用可以为用户提供更加便捷和个性化的服务，同时也可以提高各个领域的效率和质量。
二、普适计算的基本原理普适计算的基本原理是将计算机技术应用于各种不同的设备和场景，使得用户可以随时随地地获取所需的信息和服务。
普适计算的核心是无处不在的计算和无处不在的连接，可以通过各种设备和通信技术来实现。
三、普适计算的技术特点普适计算的技术特点包括以下几个方面：（1）多模态交互技术普适计算的用户接口可以采用多种交互方式，如语音、手势、触摸等，从而提高用户体验和便利性。
（2）智能传感技术普适计算的设备可以通过各种传感器来感知周围的环境和用户的行为，从而更好地了解用户的需求和习惯，提供更加个性化的服务。
（3）自适应学习技术普适计算的设备可以通过机器学习和人工智能技术不断学习和优化自己的功能，从而更好地适应用户的需求和环境。
四、普适计算的应用案例普适计算已经在各种领域得到了广泛的应用，例如：（1）智能家居普适计算可以将各种智能设备和家居设备连接起来，实现家庭自动化和智能化，提供更加便利和舒适的居住环境。
（2）智能医疗普适计算可以将医疗设备和传感器连接起来，实现智能医疗监测和诊断，为患者提供更加个性化的医疗服务。
（3）智能交通普适计算可以将交通设施和交通工具连接起来，实现智能交通监测和控制，提高交通效率和安全性。
总之，普适计算是一种非常重要的计算机技术，它将计算机技术应用于各种领域，为用户提供更加便利和个性化的服务，同时也为各个领域提高了效率和质量。
普适计算技术在智能制造中的应用
普适计算技术在智能制造中的应用随着智能化和信息化的发展，智能制造已成为制造业转型升级的重要方向。
而智能制造离不开计算技术的支持和智能化设备的应用。
其中普适计算技术（Ubiquitous Computing，简称Ubicomp）则具有不可替代的作用。
什么是普适计算技术？普适计算技术，简单来说，就是让计算机水到渠成地融入到用户所处环境中，使任何设备、任何场景都成为计算机的潜在界面，让人与计算机之间无缝衔接。
在这个过程中，计算机不再是人与计算机之间的交互单元，而是环境和设备在不知不觉中提供随时随地的服务支持。
普适计算技术可以将生产现场、生产设备及智能化设备进行无缝融合，实现智能监控、自动优化和自动控制。
具体应用包括以下方面：1. 智能监控普适计算技术可以实现对现场生产设备的智能化监控，通过传感器传递信息，对设备进行实时状态监测和预警，及时发现异常情况，有利于快速发现问题并及时处理。
2. 自动化优化普适计算技术在自动化优化方面有着不可替代的作用。
通过各种传感器收集数据，对生产设备的各种参数进行实时监测，通过算法分析数据，系统可以自动调整设备的工作模式，最大限度地提高生产效率。
同时，对于设备的管理和维护也提供了重要的支持。
3. 自动化控制普适计算技术可以实现生产过程的自动化控制。
当生产设备出现问题时，自动控制系统会实时进行干预操作，进行警告和报警，防止设备机械负载过大导致设备短路和火灾等安全事故。
4. 无人化控制普适计算技术还可以实现自动化生产过程的无人化控制。
通过人工智能算法的支持，可以实现各种生产设备的自主分配和调度，实现设备的自动协同和生产效率最大化。
总结普适计算技术在智能制造中的应用，可以实现设备自动化监控、自动化优化和自动化控制，保障生产现场安全稳定，提高生产效率，实现工厂智能化和自动化控制。
普适计算技术的应用，为智能制造下一阶段的发展提供了不可替代的技术支持。
普适计算
计算模式的发展趋势
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Pervasive Computing国际会议 2002年IEEE Pervasive Computing期刊的创刊
两种途径实现绑定
直接在物体上（内） 嵌入一定的感知、 计算、通信能力，使其同时具有物理空 间和信息空间中的用途。
例子： MERL实验室研究的Interactive Table； 清华大学研究的Smart Classroom； MIT Media Lab的Things That Think项目。
集体智慧导言
什么是集体智慧 集体智慧与Web
2.0
集体智慧在Web领域的应用 集体智慧与机器学习
搜索排名
搜索引擎与信息检索 基于内容的度量方法 基于链接的度量方法
内容(续)
推荐系统
推荐系统的诞生和现状 推荐系统的经典案例──Netflix
设计推荐系统的基本方法
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/Ubiquitous Computing)。 普适计算的思想最早是1991年Mark Weiser在 《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century”中提出的。
普适计算及其应用
普适计算的应用Page 17源自适计算的应用Page 18
普适计算的应用
4、智能影子模型框架
近几年在国家自然科学基金委员会重点项目、国家 863计划重点项目等支持下，初步形成了智能影子模型框 架。在此模型框架中，人在生活与工作过程中的各种外在 表现和内在变化通过普适感知的方式，可以完整地记录在 信息空间中，通过合理的分析、挖掘与组织，形成代表用 户的虚拟“个人”，最终通过基础设施的支撑平台为用户 提供智能化普适服务。
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普适计算
1、计算机等同 无形，可以手持 或穿戴或内置在 任何物理空间 2、人机关系： 一对无数 3、匹配技术： 正在开发中……
普适计算的发展
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普适计算的特点
1、无所不在的
pervasive
用户可以随地以各种接入手段进入同一信息世界；
2、透明的 transparent
计算和通信能力存在于我们生活的世界中，用户能够感觉 到它和作用于它;
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普适计算的应用
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普适计算的应用
2、可穿戴技术
可穿戴技术主要探索 和创造能直接穿在身上、 或是整合进用户的衣服或 配件的设备的科学技术。
可 穿 戴 技 术 是 20 世 纪 60 年 代 ， 美 国 麻 省 理 工 学 院媒体实验室提出的创新 技术，利用该技术可以把 多媒体、传感器和无线通 信等技术嵌入人们的衣着 中，可支持手势和眼动操 作等多种交互方式。
3、动态的 dynamic
用户和计算均可按需自由移动;
4、自适应的 adaptable
计算和通信服务可按用户需要和运行条件提供充分的 灵活性和自主性；
5、永恒的 eternal
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过于烦琐；
1.计算机的使用方法不符合人类的习惯； 2.为了完成一项任务，需要与计算机进行的对话
• 基于桌面的使用模式：
1.用户要使用计算机，就需要坐在计算机面前； 2.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。
普适计算的特性
• 无所不在的(Pervasive) • 嵌入的(Embedded) • 游牧的(Nomadic) • 自适应的(Adaptable) • 永恒的(Eternal)
普适计算的本质就是力图真正全面实现计算
技术的“以人为本”
介绍内容：
•提出与定义 •如何实现 •研究领域 •结论
各个层次上新的要求和技术挑战
系统软件(Software Infrastructure)
• 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
• 信息空间的状态改变映射到物理空
间中，其最主要形式是数字化信息 可以无缝地叠加在物理空间中/上。
• 例子： • 已经广泛采用的各种电器上的显示屏； • E-Ink公司正在研究的电子纸； • IBM研究院的Everywhere Display；
从两个相对方向看自发的交互
• 信息空间也可以自动地觉察物理空
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
智能空间
• 智能空间的定义是“一个嵌入了计
算、信息设备和多模态的传感器的 工作空间,其目的是使用户能非常 方便地在其中访问信息和获得计算 机的服务来高效地进行单独工作和 与他人的协同工作”
• 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
相对自完备的研究领域
• 智能空间( Smart Space)； • 可穿戴计算(Wearable Computing)； • 系统软件(Software Infrastructure)； • 觉察上下文计算(Context-aware
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
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
“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（Implicit Interaction）。
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
智能空间应具备的功能
• 能识别和感知用户以及他们的动作和目的，理
解和预测用户在完成任务过程中的需要； • 用户能方便地与各种信息源进行交互； • 用户携带的移动设备可以无缝地与智能空间的 基础设施交互； • 提供丰富的信息显示； • 提供对发生在智能空间中的经历(experience) 的记录,以便在以后检索回放； • 支持空间中多人的协同工作以及与远程用户的 沉浸式的协同工作。
1. 1999年开始的Ubicomp国际会议、 2. 2000年开始的Pervasive Computing国际会议、 3. 2002年IEEE Pervasive Computing期刊的创刊。
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。”
目前的主要研究计划
1. Don Norman的“Invisible Computer”； 2. CMU的Aura计划； 3. 欧盟的“Disappearing Computer”计划； 4. MIT的Oxygen计划； 5. MERL实验室的Interactive Table计划； 6. MIT Media Lab的Things That Think项目； 7. HP的Cool Town计划； 8. 清华大学的Smart Classroom等。
上下文的种类
当前上下文的获取方式
• 从各种传感器 低层次 • 从已有的信息 • 从用户和任务模块获取 • 通过计算设备间的交互 • 由用户直接设定
高层次
软件支持环境
• 这是个困难的问题：必须解决由上下文种
类的多样性、数据格式和精度各不相同、 提供的时间互不同步所造成的困难 • 需要解决的关键问题 1. 上下文信息的建模：需要能表示各种上下 文信息的通用数据结构； 2. 系统结构：把应用开发与上下文的感知相 分开，需要引入中间层，可有集中式结构 和分布式结构。
间中状态的改变，从而改变相应对 象的状态或触发某些事件。
• 这种特性称为觉察上下文的计算，是普适计
算的重要特征； • 当你抵达一个场所…… • 当你拿起一个公用设备…… • 信息空间对人的行为甚至表情的自动理解— —主动的计算或者蕴涵式的人机交互
蕴涵式人机交互的实现途径
• 实现途径有两类 • 通过传感器：
欧盟的TEA计划，在日常器具如咖啡杯、 家具、手机等中嵌入传感器；
• 通过多模态感知接口：
清华大学的Smart Classroom，用视觉跟 踪、姿态识别等方法来判断目前教室中的上 下文。
桌面计算模式Vs普适计算模式
• 桌面计算模式下，信息空间和物理空间是
隔离的： 1. 绑定是稀疏的，唯一的绑定点是计算机； 2. 它们之间的交互是由人驱动的，人先察觉 物理空间的改变然后用一定的方式输入到 信息空间 • 隔离正是桌面计算模式各种不足的根源！
系统软件的关键问题
• 模块间协调机制(Intermodule Coordination) • 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
介绍内容：
•提出与定义 •如何实现 •研究领域 •结论
信息空间和物理空间的融合
2、自发的交互 1、绑定
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
融 合
普适计算
绑定和自发的交互
• 绑定：信息空间中的对象与物理空
间中的物体建立相互的对应，使这 个物体成为访问信息空间中服务的 直接入口。 自发的交互：物理空间和信息空间 之间无需人的干预的交互，即其中 任一个空间状态的改变可以引起另 一个空间的状态的相应改变。
Mark Weiser
计算模式的发展趋势
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：
Computing)； • 游牧计算(Nom觉察上下文计算的基本概念
• 当前上下文的获取 • 觉察上下文计算的软件支持环境
基本概念
• 上下文：指任何可用于表征实体状态的
信息； • 实体：可以是个人、位置、物理的或信 息空间中的对象； • 觉察上下文计算：每当用户需要时，利 用上下文向用户提供适合于当时任务、 地点、时间和人物的信息或服务。
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/Ubiquitous Computing)。
• 普适计算的思想最早是1991年Mark
Weiser在《Scientific American》的 “The Computer for the 21st Century”中提出的。
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。
• The most profound technologies are those
that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it. • “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”。