普适计算导论PPT文档(完整版)课件

普适计算普适计算普适计算普适计算 Pervasive ComputingPervasive ComputingPervasive ComputingPervasive Computing专业前沿知识专业前沿知识专业前沿知识专业前沿知识电气电气专业专业选修课选修课 年8月28日1普适计算专业前沿知识电气专业选修课 年8月28日1普适计算普适计算 技术及其应用技术及其应用引引 言言普适计算普适计算的的基本概念基本概念小小 结结引引 言言普适计算普适计算的的研究内容研究内容普适计算普适计算的的应用应用普适计算普适计算的的发展现状发展现状 年8月28日2普适计算 技术及其应用引 言普适计算的基本概念小 计算机技术计算机技术的的发展发展q计算、通信和数字媒体技术的互相渗计算、通信和数字媒体技术的互相渗透和结合，其集中的体现就是互联网透和结合，其集中的体现就是互联网的发展；的发展；q计算机在计算能力和存储容量提高的计算机在计算能力和存储容量提高的同时体积也越来越小，其发展趋势是同时体积也越来越小，其发展趋势是把计算能力嵌入到各种设备中去，而把计算能力嵌入到各种设备中去，而且这些设备可联网使用。且这些设备可联网使用。年8月28日3计算机技术的发展计算、通信和数字媒体技术的互相渗透和结合，其计算模式计算模式的的发展过程发展过程（1）单用户系统单用户系统单用户系统单用户系统1960196019601960分时系统分时系统分时系统分时系统 批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统分布式计算分布式计算分布式计算分布式计算基于网络的基于网络的基于网络的基于网络的个人计算个人计算个人计算个人计算协同计算协同计算协同计算协同计算普适计算普适计算普适计算普适计算大型机大型机大型机大型机小型机小型机小型机小型机微型机微型机微型机微型机基于开放系统的基于开放系统的基于开放系统的基于开放系统的客户客户客户客户/服务器服务器服务器服务器普适计算普适计算普适计算普适计算终端终端终端终端1970197019701970198019801980198019901990199019902000200020002000计算的自由性计算的自由性计算的自由性计算的自由性资源资源资源资源使用使用使用使用的灵的灵的灵的灵活性活性活性活性时间：年时间：年时间：年时间：年 年8月28日4计算模式的发展过程（1）单用户系统1960 分时系统分布式计很多研究人士认为Tabs是三个具体化模型里面最重要的应用成果。普适计算之父 Mark Weiser批处理系统的出现使用户不再需要在集中的时间进行计算，即使计算机处于非空闲状态，用户也可以提交工作任务，但仍然需要用户在集中的地方进行计算。以上是普适计算概念创始人 Mark Weiser为我们描述的21世纪日常生活一景。普适计算之父 Mark Weiser由于传输通道的原因，每次同网络进行连接时，终端都可能被分配到不同的网络地址。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；移动代理与具体的软件和硬件平台无关，能够工作于异质环境。年8月28日实例：汽车上的 ABS 防滑刹车系统普适计算终端的研究内容（1）“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；多保真性Mark Weiser 于 1991 年提出普适计算的想法后，他所在的（施乐复印机公司）帕洛阿尔托研究中心开始进行一系列无线技术研究。实时性年8月28日计算模式计算模式的的发展过程发展过程（2）qq早期的计算机早期的计算机早期的计算机早期的计算机非常庞大，要求用户集中到计算机所在非常庞大，要求用户集中到计算机所在地进行计算，并且由于使用的为单用户操作系统，为地进行计算，并且由于使用的为单用户操作系统，为了提高使用效率，还要求用户在集中的时间进行计算。了提高使用效率，还要求用户在集中的时间进行计算。q随着计算系统的发展，用户逐渐从计算的集中使用中随着计算系统的发展，用户逐渐从计算的集中使用中解放出来，使计算模式越来越自由。解放出来，使计算模式越来越自由。qq批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统的出现使用户不再需要在集中的时间进行的出现使用户不再需要在集中的时间进行计算，即使计算机处于非空闲状态，用户也可以提交计算，即使计算机处于非空闲状态，用户也可以提交工作任务，但仍然需要用户在集中的地方进行计算。工作任务，但仍然需要用户在集中的地方进行计算。年8月28日5很多研究人士认为Tabs是三个具体化模型里面最重要的应用成果qq分时系统分时系统分时系统分时系统使得计算机的资源能够同时被多个用户所共使得计算机的资源能够同时被多个用户所共享，并使用户可以在分散于实际计算机所在的地方进享，并使用户可以在分散于实际计算机所在的地方进行计算。行计算。qq传统的分布式分时系统传统的分布式分时系统传统的分布式分时系统传统的分布式分时系统网络结构把这种分散性进一步网络结构把这种分散性进一步扩大到更广泛的地理区域，但对于能够为多个用户共扩大到更广泛的地理区域，但对于能够为多个用户共享的被互联起来的计算资源的使用仍然不是很方便。享的被互联起来的计算资源的使用仍然不是很方便。qq局域网和工作站局域网和工作站局域网和工作站局域网和工作站的出现则使得资源的共享和使用更加的出现则使得资源的共享和使用更加方便。方便。计算模式计算模式的的发展过程发展过程（3）年8月28日6分时系统使得计算机的资源能够同时被多个用户所共享，并使用户可q随着无线网络的发展而出现的随着无线网络的发展而出现的移动计算移动计算移动计算移动计算则使计算更加则使计算更加自由，用户可以在无线通讯网络体系结构覆盖范围的自由，用户可以在无线通讯网络体系结构覆盖范围的任何地方，在任何时间进行系统资源的访问任何地方，在任何时间进行系统资源的访问。计算的发展趋势计算的发展趋势计算的发展趋势计算的发展趋势：计算和资源使用的自由性和灵活性趋势。计算和资源使用的自由性和灵活性趋势。计算和资源使用的自由性和灵活性趋势。计算和资源使用的自由性和灵活性趋势。随着计算的发展，计算变得越来越自由，并表现出了多种形式。随着计算的发展，计算变得越来越自由，并表现出了多种形式。目前，主要涌现出了无线计算、普适计算、移动计算、松散计算、目前，主要涌现出了无线计算、普适计算、移动计算、松散计算、日常计算和无所不知的计算等多种模式。从广义的角度来说，这日常计算和无所不知的计算等多种模式。从广义的角度来说，这些计算都属于普适计算的范畴。些计算都属于普适计算的范畴。计算模式计算模式的的发展过程发展过程（4）年8月28日7随着无线网络的发展而出现的移动计算则使计算更加自由，用户可以新型计算模式新型计算模式（1）无无无无线线线线计计计计算算算算（wireless wireless computingcomputing），指指通通过过无无线线连连接接到到工工作作环环境境的的计计算算系系统统。通通常常，无无线线计计算算意意味味着着无无线线局局域域网网络络中中的的计计算算设设备备，这这些些设设备备能能够够通通过过网网关关等等设设备备访访问问普普通通的的有有线线网网络络。无无线线计计算算的的关关键键在在于于相相应应的的设设备备具具有有加加入入用用来来实实现现数数据据和和信信息息共共享享的的由由计计算算设设备备和服务组成的工作环境的能力。和服务组成的工作环境的能力。年8月28日8新型计算模式（1）无线计算（wireless computi新型计算模式新型计算模式（2）游牧式计算游牧式计算 （nomadic nomadic computingcomputing），指指设设备备从从一一种种支支持持环环境境移移动动到到另另一一种种支支持持环环境境时时计计算算仍仍然然能能够够进进行行的的能能力力，使使得得非非本本地地用户能够通过网络连接访问本地资源。用户能够通过网络连接访问本地资源。年8月28日9新型计算模式（2）游牧式计算 年8月28日9松松松松散散散散计计计计算算算算（decoupled decoupled computingcomputing），指指设设备备在在同同网网络络环环境境失失去去连连接接时时所所具具有有的的计计算算能能力力。对对于于资资源源比比较较丰丰富富的的计计算算设设备备，在在失失去去同同网网络络的的连连接接时时，能能够够以以透透明明的的方方式式执执行行某某些些操操作作。如如，访访问问文文件件服服务务器器上上的的文文件件，可可通通过过在在设设备备中中使使用用文文件件缓缓存存技技术术，使使得得用用户户在在断断连连状状态态下下进进行行文文件件访访问问或或更更新新成成为为可可能能，当当连连接接被被重重新新建建立立时时，缓缓存存的的文文件件自动同服务器中的拷贝进行重新同步。自动同服务器中的拷贝进行重新同步。新型计算模式新型计算模式（3）年8月28日10松散计算（decoupled computing），指设备在 日常计算日常计算日常计算日常计算(everyday computing)(everyday computing)(everyday computing)(everyday computing)，如同计算不再局限于传统的桌面系，如同计算不再局限于传统的桌面系，如同计算不再局限于传统的桌面系，如同计算不再局限于传统的桌面系统改变了人与计算机之间的关系一样，持续交互方式把计算从局部处统改变了人与计算机之间的关系一样，持续交互方式把计算从局部处统改变了人与计算机之间的关系一样，持续交互方式把计算从局部处统改变了人与计算机之间的关系一样，持续交互方式把计算从局部处理工具变为了一种持续存在。日常计算的目的在于需要支持非正式的、理工具变为了一种持续存在。日常计算的目的在于需要支持非正式的、理工具变为了一种持续存在。日常计算的目的在于需要支持非正式的、理工具变为了一种持续存在。日常计算的目的在于需要支持非正式的、非结构化的日常生活中的典型行为。这些行为在时间上是连续的，没非结构化的日常生活中的典型行为。这些行为在时间上是连续的，没非结构化的日常生活中的典型行为。这些行为在时间上是连续的，没非结构化的日常生活中的典型行为。这些行为在时间上是连续的，没有明显的起点或终点。有明显的起点或终点。有明显的起点或终点。有明显的起点或终点。AT&TAT&TAT&TAT&T实验室正在研究一种新的计算模式实验室正在研究一种新的计算模式实验室正在研究一种新的计算模式实验室正在研究一种新的计算模式无所不知的计算无所不知的计算无所不知的计算无所不知的计算（omniscient computingomniscient computingomniscient computingomniscient computing）。无所不知的计算通过服务器、）。无所不知的计算通过服务器、）。无所不知的计算通过服务器、）。无所不知的计算通过服务器、CORBACORBACORBACORBA数据数据数据数据库软件和无线传感器来定位人们生活和工作地点的准确位置，使用计库软件和无线传感器来定位人们生活和工作地点的准确位置，使用计库软件和无线传感器来定位人们生活和工作地点的准确位置，使用计库软件和无线传感器来定位人们生活和工作地点的准确位置，使用计算机、算机、算机、算机、摄像机或是其他日常使用的工具自动识别使用人员，并能、摄像机或是其他日常使用的工具自动识别使用人员，并能、摄像机或是其他日常使用的工具自动识别使用人员，并能、摄像机或是其他日常使用的工具自动识别使用人员，并能确定使用人员的位置和需求等信息。确定使用人员的位置和需求等信息。确定使用人员的位置和需求等信息。确定使用人员的位置和需求等信息。新型计算模式新型计算模式（4）年8月28日11日常计算(everyday computing)，如同计算不新型计算模式新型计算模式（5）普适计算普适计算普适计算普适计算则是一种更加广泛的概念，则是一种更加广泛的概念，Mark Mark WeiserWeiser认为认为普适计算普适计算普适计算普适计算（ubiquitous computingubiquitous computing，pervasive computingpervasive computing）指的是一种环境，环境）指的是一种环境，环境中的计算设备非常便宜，且是随时都可获得的，中的计算设备非常便宜，且是随时都可获得的，即使是在典型的办公环境中，也拥有成百上千的即使是在典型的办公环境中，也拥有成百上千的这种设备，其目的在于摆脱传统的桌面计算模式，这种设备，其目的在于摆脱传统的桌面计算模式，使使计算计算弥漫弥漫在人们所处的环境之中在人们所处的环境之中。年8月28日12新型计算模式（5）普适计算则是一种更加广泛的概念，Mark 普适计算普适计算时代来临时代来临 以上是普适计算概念创始人以上是普适计算概念创始人 Mark WeiserMark Weiser为我们为我们描述的描述的2121世纪日常生活一景。在世纪日常生活一景。在 WeiserWeiser 看来，看来，普适普适计算的本质不在于开发新的计算设备计算的本质不在于开发新的计算设备，而在于开发新，而在于开发新的计算模式以及与之相适应的人与计算机之间新的交的计算模式以及与之相适应的人与计算机之间新的交互方式，使计算机真正进入人们的工作和生活，成为互方式，使计算机真正进入人们的工作和生活，成为像空气、水电一样的生活必需品，并像笔纸、刀叉一像空气、水电一样的生活必需品，并像笔纸、刀叉一样使用方便。样使用方便。年8月28日13普适计算时代来临 以上是普适计算概念创始普适计算之父普适计算之父 Mark Weiser Mark WeiserMark Weiser 被誉为被誉为普适计算普适计算之父，之父，19881988年在年在 Xerox PARCXerox PARC 实验室开始了这一领域的工作，于实验室开始了这一领域的工作，于 1991 1991 年通过年通过“办公室内窗办公室内窗”产生产生思索：思索：计算机是否能够以计算机是否能够以一种人们察觉不到的计算方式感知人的动作、语音甚一种人们察觉不到的计算方式感知人的动作、语音甚至表情，从而做出反应（就像人的潜意识）。至表情，从而做出反应（就像人的潜意识）。由此由此提提出了关于出了关于普适计算普适计算的思想，认为的思想，认为普适计算普适计算的目的在于的目的在于使计算机在整个物理环境中都是可获得的，而用户则使计算机在整个物理环境中都是可获得的，而用户则觉察不到计算机的存在。觉察不到计算机的存在。年8月28日14普适计算之父 Mark Weiser Mark普适计算之父普适计算之父 Mark Weiser 年8月28日15普适计算之父 Mark Weiser 年8月28息空间中的对象；当资源缺乏时，则提供降级服务。随着无线网络的发展而出现的移动计算则使计算更加自由，用户可以在无线通讯网络体系结构覆盖范围的任何地方，在任何时间进行系统资源的访问。前者致力于将各种各样的微芯片嵌入到人类生活的各个角落，尽可能地在人们不参与甚至无意识的情况下对生活环境实现最随意的控制。普适计算 技术及其应用传统的分布式分时系统网络结构把这种分散性进一步扩大到更广泛的地理区域，但对于能够为多个用户共享的被互联起来的计算资源的使用仍然不是很方便。如，访问文件服务器上的文件，可通过在设备中使用文件缓存技术，使得用户在断连状态下进行文件访问或更新成为可能，当连接被重新建立时，缓存的文件自动同服务器中的拷贝进行重新同步。年8月28日无连接，弱连接，强连接。实质 无处不在的感知普适计算包括了用户、终端、终端环境和网络环境等内容的复杂体系结构，涉及到心理学、社会学、计算机、通信等范围广大的研究内容。游牧计算(Nomadic Computing)。批处理系统的出现使用户不再需要在集中的时间进行计算，即使计算机处于非空闲状态，用户也可以提交工作任务，但仍然需要用户在集中的地方进行计算。描绘描绘普适计算普适计算的新蓝图的新蓝图 坂村健的嵌入式坂村健的嵌入式 TRON 及普适及普适 ID 计划计划 坂村健正在从事（坂村健正在从事（19841984年开始）的两项研发计划，即年开始）的两项研发计划，即 TRON House TRON House 试验和试验和普适普适 ID 推广计划。推广计划。前者致力于将各种各样的微芯片嵌入到人类生活的各个角前者致力于将各种各样的微芯片嵌入到人类生活的各个角落，尽可能地在人们不参与甚至无意识的情况下对生活环境实落，尽可能地在人们不参与甚至无意识的情况下对生活环境实现最随意的控制。后者则希望用最新的现最随意的控制。后者则希望用最新的 RFID 无线标签技术无线标签技术和统一的规则，为全世界的每件商品都赋以一个永久的身份识和统一的规则，为全世界的每件商品都赋以一个永久的身份识别号（别号（ID），本着对商品的便利、准确跟踪，为商品整个生），本着对商品的便利、准确跟踪，为商品整个生命周期中牵涉到的各个环节（从生产商、零售商到消费者）提命周期中牵涉到的各个环节（从生产商、零售商到消费者）提供各种信息服务。供各种信息服务。年8月28日16息空间中的对象；描绘普适计算的新蓝图 坂村健的嵌入式 T描绘描绘普适计算普适计算的新蓝图的新蓝图 年8月28日17描绘普适计算的新蓝图 年8月28日17坂村健坂村健的的梦想之一梦想之一 将微芯片嵌入生活的各个角落将微芯片嵌入生活的各个角落 半导体工艺和微处理器技术的发展，已使芯片尺寸越来越半导体工艺和微处理器技术的发展，已使芯片尺寸越来越小、处理性能越来越强大，而小、处理性能越来越强大，而Wi-FiWi-Fi、蓝牙、蓝牙、UWBUWB、GPRS GPRS 和和3G3G等各种无线通信技术及互联网的兴起，使得大量微芯片相互关等各种无线通信技术及互联网的兴起，使得大量微芯片相互关联起来发挥效用成为可能。联起来发挥效用成为可能。例：智能家居实验环境。一个占地例：智能家居实验环境。一个占地333m333m2 2的住宅，里面共嵌的住宅，里面共嵌入了入了1000 1000 多个多个CPUCPU、传感器和致动器，并且全部通过网络连接、传感器和致动器，并且全部通过网络连接起来。室外的传感器可以测量室外的温度、风速和风向；窗户起来。室外的传感器可以测量室外的温度、风速和风向；窗户上的致动器能够开关窗户；室内的天花板和地面上的传感器，上的致动器能够开关窗户；室内的天花板和地面上的传感器，可以测量室内温度并判断是否有人居住等。可以测量室内温度并判断是否有人居住等。年8月28日18坂村健的梦想之一 将微芯片嵌入生活的各个角落 坂村健坂村健的的梦想之二梦想之二为地球上的每件商品统一编号为地球上的每件商品统一编号 贴在商品上的贴在商品上的 RFID 无线标签自从商人的物流链到了消费者无线标签自从商人的物流链到了消费者的手中以后，不该就此的手中以后，不该就此“作废作废”，而应该继续进行充分的利用，而应该继续进行充分的利用，“在强化了安全性以后，催生出其他更加丰富的应用在强化了安全性以后，催生出其他更加丰富的应用”。据此，。据此，坂村健等的设想，就是以其制定的统一规则，利用坂村健等的设想，就是以其制定的统一规则，利用 RFID 无线无线标签对地球上的每件商品赋以惟一的永久识别号，以对所有的标签对地球上的每件商品赋以惟一的永久识别号，以对所有的商品进行最大程度上的监控和管理。商品进行最大程度上的监控和管理。在在普适计算普适计算环境下，环境下，RFID 仅仅是一种信息存储和无线读仅仅是一种信息存储和无线读取技术，但由于被贴在每件商品上，其分布的广泛性和相对于取技术，但由于被贴在每件商品上，其分布的广泛性和相对于传统条形码技术的读取便利性，使传统条形码技术的读取便利性，使 RFID 成为成为普适计算普适计算应用应用环境的重要部分。环境的重要部分。年8月28日19坂村健的梦想之二为地球上的每件商品统一编号 贴在普适计算普适计算 技术及其应用技术及其应用普适计算普适计算的的基本概念基本概念小小 结结引引 言言普适计算普适计算的的研究内容研究内容普适计算普适计算的的应用应用普适计算普适计算的的发展现状发展现状基本概念基本概念 年8月28日20普适计算 技术及其应用普适计算的基本概念小 普适计算普适计算的的基本概念基本概念 普适计算普适计算是一种新型的计算模式，在该模是一种新型的计算模式，在该模式下，式下，计算以人为中心计算以人为中心，人机交互类似于人与，人机交互类似于人与人之间的自然交流方式（如语言，姿势，书写人之间的自然交流方式（如语言，姿势，书写等），用于计算的设备无处不在，弥漫在人们等），用于计算的设备无处不在，弥漫在人们生活的环境中，并能够随时随地为人们提供所生活的环境中，并能够随时随地为人们提供所需要的服务，而使用计算设备的人则感知不到需要的服务，而使用计算设备的人则感知不到计算机的存在。计算机的存在。年8月28日21普适计算的基本概念 普适计算是一种新型的计算模式，普适计算普适计算的的定义定义目前尚未有明确定义，目前尚未有明确定义，但但目标都是目标都是“要建立要建立一个充满计算和通信能力的环境，同时使这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清华大学徐光祐教授等的定义是:“:“普适计算普适计算是信息空间与物理空间的融合，在这个融合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的空间中人们可以随时随地随时随地、透明透明地获得数地获得数字化的服务。字化的服务。”年8月28日22普适计算的定义目前尚未有明确定义，但目标都是“要建立一个充满随时随地随时随地和和透明透明v“随时随地随时随地”指人们可以在工作、生活的现场指人们可以在工作、生活的现场就可以获得服务就可以获得服务,而不需离开这个现场而去端而不需离开这个现场而去端坐在一个专门的计算机面前，坐在一个专门的计算机面前，即像空气一样无即像空气一样无所不在；所不在；v“透明透明”指获得这种服务时不需要花费很多注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，即所谓蕴涵式的交至是用户本身注意不到的，即所谓蕴涵式的交互（互（Implicit Interaction）。）。年8月28日23随时随地和透明“随时随地”指人们可以在工作、生活的现场就可以实质实质 无处不在的感知无处不在的感知实例：汽车上的实例：汽车上的 ABS 防滑刹车系统防滑刹车系统 在在汽车电子控制单元汽车电子控制单元 ECU ECU 中嵌入中嵌入 ABS ABS 处理器，处理器，通过检测（感知）车轮和车身的速度来监控和预通过检测（感知）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。的压力来自动地避免出现死锁。在此过程中，在此过程中，用户完全没有觉察用户完全没有觉察，而是由，而是由 ABS ABS 处理器自行预计情况和主动提供服务处理器自行预计情况和主动提供服务。（其他：随需应变的个人电脑、智能感应台灯、可穿戴计算等）（其他：随需应变的个人电脑、智能感应台灯、可穿戴计算等）年8月28日24实质 无处不在的感知实例：汽车上的 ABS 防滑刹车系统虚拟网络时代：虚拟网络时代：每个人排队等候同一台计算机的处理每个人排队等候同一台计算机的处理普适计算时代：普适计算时代：计算机程序已嵌入各个设备，主动为每个人服务计算机程序已嵌入各个设备，主动为每个人服务 年8月28日25虚拟网络时代：普适计算时代：年8月28日25普适计算普适计算：任何时间、任何地点、任何人的连接：任何时间、任何地点、任何人的连接 在在普适计算普适计算时代，任何一个在信息时代，任何一个在信息高速公路上行进的人都可以通过无线连高速公路上行进的人都可以通过无线连接装置在计算机（多媒体设备）上定位，接装置在计算机（多媒体设备）上定位，让计算机准确给予你帮助信息。同时可让计算机准确给予你帮助信息。同时可让人们在任何时间、任何地点、以任意让人们在任何时间、任何地点、以任意方式利用身边所有可获取的信息。方式利用身边所有可获取的信息。年8月28日26普适计算：任何时间、任何地点、任何人的连接 普适计算普适计算 技术及其应用技术及其应用普适计算普适计算的的基本概念基本概念小小 结结引引 言言普适计算普适计算的的研究内容研究内容普适计算普适计算的的应用应用普适计算普适计算的的发展现状发展现状研究内容研究内容 年8月28日27普适计算 技术及其应用普适计算的基本概念小 普适计算普适计算的的研究内容研究内容（1）普适计算普适计算包括了用户、终端、终端环境和网络环境等内容的复杂体系结构，涉及到心理学心理学、社会学社会学、计算机计算机、通信通信等范围广大的研究内容。目前，有不少公司和研究机构都在直接或间接地对普适目前，有不少公司和研究机构都在直接或间接地对普适计算的相关技术进行研究，力图在即将到来的普适计算计算的相关技术进行研究，力图在即将到来的普适计算中占据一席之地。中占据一席之地。年8月28日28普适计算的研究内容（1）普适计算包括了用户、终端、普适计算普适计算的的研究内容研究内容（2）各个层次上新的要求和技术挑战各个层次上新的要求和技术挑战q 在硬件或接入层次上在硬件或接入层次上q 在网络层次上在网络层次上q 在系统软件层次上在系统软件层次上q 在人机交互层次上在人机交互层次上 年8月28日29普适计算的研究内容（2）各个层次上新的要求和技术挑战 在硬件相对自完备相对自完备的的研究领域研究领域q 智能空间智能空间(Smart Space)(Smart Space)；q 可穿戴计算可穿戴计算(Wearable Computing)(Wearable Computing)；q 系统软件系统软件(Software Infrastructure)(Software Infrastructure)；q 觉察上下文计算觉察上下文计算(Context-aware Computing)(Context-aware Computing)；q 游牧计算游牧计算(Nomadic Computing)(Nomadic Computing)。年8月28日30相对自完备的研究领域 智能空间(Smart Space)；觉察上下文觉察上下文的的计算计算v上下文上下文：指任何可用于表征实体状态的：指任何可用于表征实体状态的 信息；信息；v实体实体：可以是个人、位置、物理的或信：可以是个人、位置、物理的或信 息空间中的对象；息空间中的对象；v觉察上下文计算觉察上下文计算：每当用户需要时，利用：每当用户需要时，利用 上下文向用户提供适合于当时任务、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。地点、时间和人物的信息或服务。年8月28日31觉察上下文的计算上下文：指任何可用于表征实体状态的 这是个困难的问题这是个困难的问题：必须解决由上下文种类的：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。间互不同步所造成的困难。需要解决的关键问题需要解决的关键问题：软件支持环境软件支持环境1.上下文信息的建模：需要能表示各种上上下文信息的建模：需要能表示各种上下文信息的通用数据结构；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，可有集中式相分开，需要引入中间层，可有集中式结构和分布式结构。结构和分布式结构。年8月28日32这是个困难的问题：必须解决由上下文种类的多样性、数据格式和精普适计算普适计算 技术及其应用技术及其应用普适计算普适计算的的基本概念基本概念小小 结结引引 言言普适计算普适计算的的研究内容研究内容普适计算普适计算的的应用应用普适计算普适计算的的发展现状发展现状发展现状发展现状 年8月28日33普适计算 技术及其应用普适计算的基本概念小 普适计算普适计算的的发展现状发展现状（1）尽管在九十年代初期就提出了尽管在九十年代初期就提出了普适计算普适计算的概念，但直到现在，的概念，但直到现在，普普适计算适计算仍处于发展的初期阶段，还仍处于发展的初期阶段，还有大量的研究工作需要开展，有大量的研究工作需要开展，普遍普遍认为研究人员正面临着空前的机遇。认为研究人员正面临着空前的机遇。年8月28日34普适计算的发展现状（1）尽管在九十年代初期就提出了普适计算普适计算终端终端的的研究内容研究内容（1）普适计算普适计算普适计算普适计算的终端设备通常具有如下基本特性的终端设备通常具有如下基本特性的终端设备通常具有如下基本特性的终端设备通常具有如下基本特性：形态多样形态多样形态多样形态多样 自然的人机交互方式，计算以人为中心自然的人机交互方式，计算以人为中心自然的人机交互方式，计算以人为中心自然的人机交互方式，计算以人为中心 网络连接特性网络连接特性网络连接特性网络连接特性 无缝移动性无缝移动性无缝移动性无缝移动性 智能特性智能特性智能特性智能特性 资源不断变化的特性资源不断变化的特性资源不断变化的特性资源不断变化的特性 相对的资源有限性相对的资源有限性相对的资源有限性相对的资源有限性 服务的个性化服务的个性化服务的个性化服务的个性化 安全性安全性安全性安全性 年8月28日35普适计算终端的研究内容（1）普适计算的终端设备通常具有如下基普适计算普适计算终端终端的的研究内容研究内容（2）普适计算普适计算终端的种类繁多，主要功能也不尽相终端的种类繁多，主要功能也不尽相同，外在形式更是千差万别，但大都需要考虑同，外在形式更是千差万别，但大都需要考虑从硬件到软件、心理学等方面的综合内容。从硬件到软件、心理学等方面的综合内容。普适计算普适计算终端需要考虑的主要技术终端需要考虑的主要技术终端需要考虑的主要技术终端需要考虑的主要技术包括包括：低功低功耗高集成度芯片设计技术耗高集成度芯片设计技术，嵌入式操作系统嵌入式操作系统，网络技术网络技术，自适应技术自适应技术，中间件中间件，实时技术实时技术，人机接口人机接口，电源管理电源管理，移动代理移动代理，数据管理数据管理，设计方法设计方法和和安全性安全性等范围广大的研究内容。等范围广大的研究内容。年8月28日36普适计算终端的研究内容（2）普适计算终端的种类繁多，主要功自适应性自适应性（1）q 普适计算终端资源的局限性普适计算终端资源的局限性 普适计算终端的局限性普适计算终端的局限性普适计算终端的局限性普适计算终端的局限性 资源缺乏性资源缺乏性资源缺乏性资源缺乏性。终端硬件的附加设计目标所造成：终端硬件的附加设计目标所造成：功耗低，重量轻和尺寸小。功耗低，重量轻和尺寸小。低安全性低安全性低安全性低安全性。终端的移动性所带来的直接结果，数。终端的移动性所带来的直接结果，数据应该保存在拥有丰富资源，并具有高安全性的据应该保存在拥有丰富资源，并具有高安全性的服务器上。服务器上。年8月28日37自适应性（1）普适计算终端资源的局限性 年8月28自适应性自适应性（2）网络环境的局限性网络环境的局限性网络环境的局限性网络环境的局限性 网络的连接特性网络的连接特性网络的连接特性网络的连接特性。无连接，弱连接，强连接。无连接，弱连接，强连接。远程资源远程资源远程资源远程资源。终端所能得到的远程资源也是变化终端所能得到的远程资源也是变化的，当工作于学校或办公环境时，所得到的打印的，当工作于学校或办公环境时，所得到的打印服务可能是高分辨率、彩色的，若工作于公共场服务可能是高分辨率、彩色的，若工作于公共场所，得到的可能是低分辨率的黑白服务。所，得到的可能是低分辨率的黑白服务。年8月28日38自适应性（2）网络环境的局限性 年8月28日38自适应性自适应性（3）q 自适应要求自适应要求 普适计算终端的环境是变化的，可普适计算终端的环境是变化的，可得到的资源也是变化的，并且这种变化得到的资源也是变化的，并且这种变化是动态的，不可预期的。这就要求终端是动态的，不可预期的。这就要求终端具有具有自适应的环境处理能力自适应的环境处理能力，能够根据，能够根据资源的变化做出相应的响应，当资源比资源的变化做出相应的响应，当资源比较丰富时，为应用提供高质量的服务；较丰富时，为应用提供高质量的服务；当资源缺乏时，则提供降级服务。当资源缺乏时，则提供降级服务。年8月28日39自适应性（3）自适应要求 年8月28日39移动代理移动代理（1）在在普普适适计计算算终终端端上上开开发发能能够够通通过过移移动动平平台台充充分分使使用网络资源的分布式应用比较困难：用网络资源的分布式应用比较困难：q终端可能经常失去网络连接，而终端可能经常失去网络连接，而不具有固定的网络连接不具有固定的网络连接不具有固定的网络连接不具有固定的网络连接；q终终端端处处于于连连接接状状态态时时，网网络络连连接接通通常常具具有有低低低低带带带带宽宽宽宽和和和和高高高高延延延延迟迟迟迟的特性，容易遭受到突然的故障；的特性，容易遭受到突然的故障；q由由于于所所处处物物理理位位置置的的关关系系，终终端端可可能能要要使使用用不不同同的的传传输输通通道，导致道，导致网络连接的性能网络连接的性能网络连接的性能网络连接的性能处于不断的变化之中；处于不断的变化之中；q由由于于传传输输通通道道的的原原因因，每每次次同同网网络络进进行行连连接接时时，终终端端都都可可能被分配到不同的能被分配到不同的网络地址网络地址网络地址网络地址。年8月28日40移动代理（1）在普适计算终端上开发能够通过移动平台充分使用网移动代理移动代理（2）移移动动代代理理是是在在异异质质网网络络环环境境下下能能够够自自行行控控制制移移动动的的程程序序，并并能能够够进进行行相相互互之之间间的的交交互互操操作。使用移动代理主要有以下好处作。使用移动代理主要有以下好处：降降降降低低低低网网网网络络络络负负负负载载载载。移移动动代代理理能能够够通通过过把把计计算算移移动动到到数数据据存存放放点点，而而不不是是把把数数据据移移动动到到计计算算所所在在节点的方式大大降低网络的数据传输量。节点的方式大大降低网络的数据传输量。减减减减少少少少网网网网络络络络延延延延迟迟迟迟的的的的影影影影响响响响。终终端端通通过过移移动动到到目目标标节节点点的的移移动动代代理理实实现现对对目目标标节节点点的的直直接接控控制制，使使控制过程不受网络延迟的影响。控制过程不受网络延迟的影响。年8月28日41移动代理（2）移动代理是在异质网络环境下能够自行控制移动移动代理移动代理（3）实实实实现现现现协协协协议议议议封封封封装装装装。可可通通过过移移动动代代理理在在通通信信双双方方建建立立一一个个隧隧道道，实实现现不不同同终终端端之之间间的的协协议议封封装装，满足安全或是效率方面的需求满足安全或是效率方面的需求；能能能能够够够够使使使使终终终终端端端端工工工工作作作作于于于于弱弱弱弱连连连连接接接接或或或或是是是是无无无无连连连连接接接接状状状状态态态态。移移动动代代理理能能够够在在网网络络环环境境中中独独立立运运行行，不不需需要要终终端端的的干干预预，终终端端可可在在获获得得网网络络连连接接时时收收集集分分布布出去的代理；出去的代理；移移动动代代理理与与具具体体的的软软件件和和硬硬件件平平台台无无关关，能能够够工作于工作于异质环境异质环境异质环境异质环境。年8月28日42移动代理（3）实现协议封装。可通过移动代理在通信双方建立一个软件软件的的设计考虑设计考虑 通常的软件设计过程中，一般只需要考虑通常的软件设计过程中，一般只需要考虑功能的正确性，即软件所产生的逻辑结果是否功能的正确性，即软件所产生的逻辑结果是否能够满足需求。对于能够满足需求。对于普适计算普适计算终端，在软件设终端，在软件设计过程中不但要考虑计过程中不但要考虑功能的正确性功能的正确性功能的正确性功能的正确性，还可能需，还可能需要考虑以下因素：要考虑以下因素：实时性实时性实时性实时性 多保真性多保真性多保真性多保真性 低功耗低功耗低功耗低功耗 年8月28日43软件的设计考虑 通常的软件设计过程中，一般只需要考虑普适计算普适计算 技术及其应用技术及其应用普适计算普适计算的的基本概念基本概念小小 结结引引 言言普适计算普适计算的的研究内容研究内容普适计算普适计算的的应用应用普适计算普适计算的的发展现状发展现状应用应用 年8月28日44普适计算 技术及其应用普适计算的基本概念小 普适计算具体化的模型普适计算具体化的模型 Mark Weiser 于于 1991 年提出年提出普适计普适计算算的想法后，他所在的（施乐复印机公司）的想法后，他所在的（施乐复印机公司）帕洛阿尔托研究中心开始进行一系列无线帕洛阿尔托研究中心开始进行一系列无线技术研究。最初将技术研究。最初将普适计算普适计算具体化的代表具体化的代表模型是模型是 pads(手输入计算系统）、手输入计算系统）、tabs（掌上计算机）、（掌上计算机）、liveboards（触摸屏）。（触摸屏）。如今这些模型经过不断改进发展已经成功如今这些模型经过不断改进发展已经成功的实现商品化。的实现商品化。年8月28日45普适计算具体化的模型 Mark WeiThe Pad :手写板原型手写板原型 最初的手输入计算系统使用最初的手输入计算系统使用Motorola 683xx 系列处理系列处理器和器和4MB内存来运行其独有的操作系统。整个装置由一个内存来运行其独有的操作系统。整个装置由一个插有麦克风的电子笔和水平的显示平面以及串行接口组成。插有麦克风的电子笔和水平的显示平面以及串行接口组成。可经红外线或可经红外线或Nearfield Antenna(局域天线局域天线)与外部设备无与外部设备无线传导信息。一个完整的笔输入计算系统还要有一个无线线传导信息。一个完整的笔输入计算系统还要有一个无线收发装置收发装置(Basestation)，作为手输入操作系统的缓存站。，作为手输入操作系统的缓存站。年8月28日46The Pad:手写板原型 最初的手输入The Tab :掌上电脑原型掌上电脑原型 可移动计算机可移动计算机 无线电收发装置无线电收发装置 一个完整的掌上计算系统除可移动计算机主体外，一个完整的掌上计算系统除可移动计算机主体外，还应该包括一个红外线收发装置（相当于网络集线器还应该包括一个红外线收发装置（相当于网络集线器HUB的作用）来连接局域网。很多研究人士认为的作用）来连接局域网。很多研究人士认为Tabs是三个具体化模型里面最重要的应用成果。是三个具体化模型里面最重要的应用成果。年8月28日47The Tab:掌上电脑原型 可移动计算机 结结 束束 语语计算机计算机和和通信通信技术的发展使技术的发展使普适计算普适计算成为可能。成为可能。2G2G3G3G简单用户接口简单用户接口简单应用简单应用WAPWAP（上网协议）上网协议）通信通信通信通信计算计算计算计算数据数据数据数据为主为主为主为主话音话音话音话音为主为主为主为主彩色显示彩色显示图形用户接口图形用户接口安全应用安全应用移动商务移动商务电子邮件电子邮件浏览器浏览器JAVAJAVA应用应用 年8月28日48结 束 语计算机和通信技术的发展使普适计算成为可能。3普适计算体系结构普适计算体系结构 年8月28日49普适计算体系结构 年8月28日49感谢观看感谢观看感谢观看