普适计算发展的思考

普适计算发展的思考摘要：普适计算作为一种崭新的计算模式, 极大方便了人们的工作和生活。

简单介绍了普适计算的基本涵义，现阶段的发展概况以及对其发展的一些思考。

对普适计算发展的思考主要是讨论了其发展中所面临的一些挑战，发展中对人类健康、环境、社会等可能带来的一些隐患。

关键词：普适计算;计算模式;环境The Thinking of Pervasive Computing Development Abstract:Pervasive computing as a new computing mode, greatly convenient for people's work and life. Simple introduced the basic meaning of pervasive computing, at present the development situation and the development of some of the thinking. Thinking of pervasive computing development is mainly discussed some of the challenges faced in its development, and some of the hidden dangers brought by its development for human health, environment, society .1引言计算模式已经经历了主机计算和桌面计算两个时代[1]。

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，人们必须用生涩的机器语言与计算机打交道。

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。

近年来，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，各种设备的体积也越来越小，各种形态的传感器、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（Pervasive Computing或Ubiquitous Computing）时代。

2普适计算的涵义普适计算的概念最早由施乐公司PALOATO研究中心的首席技术官Mark Weiser提出。

他在1991年指出：21世纪的计算将是一种无所不在的计算模式。

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。

此后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系统——Ubicomp系统。

该系统可以看作是普适计算环境的一个原型，在一定程度上支持了Weiser普适计算[2]的设想，对普适计算的发展有着十分突出的促进作用。

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，尤其是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。

普适计算是虚拟现实技术的反面。

虚拟现实技术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”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，也就是说普适计算实现了信息空间和物理空间的融合[3]。

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。

其中“随时随地”是指人们在工作、生活的现场就可以获得服务，而不需离开这个现场去端坐在一个专门的计算机面前。

而“透明”是指获得这种服务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。

在普适计算时代，计算机系统中最宝贵的资源已不再是处理器、内存、磁盘、或者网络了，而是用户的注意力。

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，它要颠覆“人是用计算机”的传统方式，将人与计算机的关系改变为“计算机为人服务”，因此，从某种意义上说，普适计算是“以人为本”、人与计算环境更好地融合在一起的计算模式，它能够帮助人们更加方便、有效地访问所需的信息。

3现阶段发展概况普适计算从20世纪90年代Mark Weiser提出以来就受到了国际学术界的广泛关注。

随着计算机、通信等技术的快速发展，普适计算已成为计算机、通信及信息科学的研究热点和新的发展方向。

近年来，芯片制造、无线通信、网络、软件等技术领域得到了快速发展，为普适计算研究提供了技术支撑。

目前美国和欧洲的很多著名高校和企业都投入大量科研人员和资金开展普适计算研究项目，这些研究项目都得到了政府机构(比如欧盟的IST 和FET、美国的DARPA，N SFN，NIST 等)的大力支持。

目前比较著名的普适计算研究项目主要MIT 的Oxygen Project、CMU的Aura Project、伊利诺伊州大学Gaia Project、加州大学伯克利分校的Endeavour Project、华盛顿大学的Portolano Project、伊利诺理工学院的Haw kTour Project、美国国家标准技术局(N ational Institute of Standards and Technology NIST)的Smart Space Project、欧盟资助Disappearing Computer Project、IBM的Dream space Project、Microsoft 的EasyLiving Project、HP的CoolTow n Project等。

另一方面，普适计算得到了国际学术界的广泛关注，目前国际上已经形成了每年召开的Ubicomp和Percom两个普适计算国际会议系列。

此外以其他形式召开的普适计算会议也已多达数十个，同时国际上也已经发行了《Personaland Ubiquitous Computing》和《IEEE Pervasive Computing》两种专门针对普适计算的期刊。

4普适计算发展的思考随着普适计算的不断发展，必然引起人们对普适计算发展的思考，首先其发展将面临哪些挑战[4]，然后发展会给人类发展、社会生活带来哪些正面的和负面的影响等。

4.1普适计算面临的挑战普适计算发展将面临诸多挑战，从大的方面来说体现在两个方面，一是在技术上的挑战，一是在安全问题上的挑战。

在技术上，虽然构造普适计算的各种构件都存，但将其无缝集成技术还需进一步的发展。

普适计算系统融入用户的生活中，时刻都需要根据环境作出相应的决定，这就要求普适计算系统能正确理解用户的意图，而现有的软件系统还没能完全实现其功能。

普适计算的目标是使计算设备和技术“消失”在用户日常生活和工作任务的背景当中, 保证用户在得到计算服务的同时无需觉察计算机的存在和为此而分心,从而使其注意力回归到要完成的任务本身。

计算机的“不可见”体现在技术上是计算系统的高嵌入性和高移动性,硬件和网络环境是其基础。

但就目前而言，人机交互的模式绝大部分仍然停留在桌面计算的范式下。

繁琐而低效的交互过程严重地增加了用户的认知负担，干扰了其正常任务，从而影响用户对计算机应用系统的整体评价。

因此，人机交互方面的相关技术还需大力提高。

然而，现阶段的普适计算人机交互主要受两方面因素的制约：第一，新型计算设备的制约。

一方面, 小型化设备的使用日益广泛, 其有限的交互空间和工具给交互过程带来了阻碍；另一方面,以智能家居、智能教室、智能房间为代表的大型嵌入式集成环境在很多领域内体现出了独特的优势。

在这些智能环境中, 用户在执行任务的过程中往往不断在各种不同设备之间切换, 并且需要随时根据设备和任务特点变换交互手段。

无论是小型化个人计算设备还是嵌入式集成空间, 都对传统的交互工具和手段( 如鼠标、键盘等) 提出了挑战。

第二，用户认知特征的制约。

设备的限制不是普适交互问题的根本原因。

如前文所述, 计算机的不可见是普适计算的重要特点，而这种不可见并不都是计算机技术发展的直接结果, 在很大程度上是用户心理作用的结果。

在普适计算模式中,用户在交互过程中的心理活动和认知特征与传统计算存在着很大差异，用户与周围环境和任务的关系更加紧密,人机循环以外的诸多因素频繁且明显地影响着交互过程,这是导致普适计算人机交互诸多问题的深层次原因。

因此,要解决普适人机交互的问题，不但需要从计算机技术的角度入手,还必须从用户心理的角度进行讨论,通过适当的交互框架合理利用和整合交互技术,使交互方式适应用户的认知心理特征。

网络技术是高性能计算机、数据库、互联网三种技术的有机结合, 它通过网络环境为用户提供透明的高性能计算资源。

普适计算模式强调了把计算机嵌入到人们日常生活和工作环境中( 如家居、工具、设备甚至衣服)，通过隐藏对计算的需求，提高生产效率、提高生活质量，同时要求网络能够给使用者提供与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用的计算能力，使用户能方便地访问信息和得到服务，同时使设备能以更自然、更方便的方式来满足用户对计算的需要。

而目前各国的网络技术虽然都有很大的发展，然而却仍然无法满足普适计算的应用。

在安全问题上，普适计算面临的重要的挑战主要体现在三个方面。

一是移动性、动态性和自适应性。

一个用户可能在移动中和多个设备进行交互并提出多个请求，请求和数据还可能随用户的移动而迁移，另外用户的需求有可能一直处于连接状态, 也有可能频繁地连接与断线, 这样一来，上下文切换、通信服务、设备等切换的需求对安全认证与控制等带来了新的挑战。

二是安全的普适性。

透明特性使普适计算要求用户参与尽量少，让用户感觉方便自然，技术性的问题应变得不可见。

然而, 安全问题的解决方案同样需要这种普适性，以减少对用户的打扰。

最简单的方案是实现一次认证即可使用多个服务和多个设备。

可是使用这种方法，一旦用户认证被盗取，所有的私人信息与服务权限将不再受保护。

因此，普适计算需要设计一种可以提供折衷方案的安全体系结构。

三是隐私问题。

普适计算物理空间上的超越使得保护用户隐私成为特别困难的任务。

用户处于感知器包围的世界，智能空间可以自动跟踪用户爱好等各种个人信息。

这种能力可能被入侵者或内部恶意用户利用。