普适计算

计算机术语

普适计算（Ubiquitous computing（ubicomp）、pervasive computing），又称普存计算、普及计算、遍布式计算、泛在计算，是一个强调和环境融为一体的计算概念，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。

定义

普适计算是一个涉及研究范围很广的课题，包括分布式计算、移动计算、人机交互、人工智能、嵌入式系统、感知网络以及信息融合等多方面技术的融合。普适计算在教育中的应用项目：（1）清华大学smart class项目、（2）台湾淡江大学的硬件SCORM项目、（3）MIT的Oxygen项目。

提出

普适计算最早起源于1988年Xerox PARC 实验室的一系列研究计划。在该计划中美国施乐(Xerox)公司PARC研究中心的Mark Weiser首先提出了普适计算的概念。1991年Mark Weiser在《Scientific American》上发表文章“The Computer for the 21st Century” ，正式提出了普适计算（ubiquitous computing）。Mark Weiser指出：“The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it.”

1999年，IBM也提出普适计算(IBM称之为pervasive computing)的概念，即为无所不在的，随时随地可以进行计算的一种方式。跟Weiser一样，IBM也特别强调计算资源普存于环境当中，人们可以随时随地获得需要的信息和服务。

1999年欧洲研究团体ISTAG提出了环境智能（Ambient Intelligence）的概念。其实这是个跟普适计算类似的概念，只不过在美国等通常叫普适计算，而欧洲的有些组织团体则叫环境智能。二者提法不同，但是含义相同，实验方向也是一致的。

核心思想

科学家表示，普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所，计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互，而更依赖“自然”的交互方式，计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。

在普适计算的环境中，无线传感器网络将广泛普及，在环保、交通等领域发挥作用；人体传感器网络会大大促进健康监控以及人机交互等的发展。各种新型交互技术（如触觉显示、OLED等）将使交互更容易、更方便。

目的

普适计算的目的是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。在这个融合空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化服务。在普适计算环境下, 整个世界是一个网络的世界, 数不清的为不同目的服务的计算和通信设备都连接在网络中, 在不同的服务环境中自由移动。

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Online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。随着每辆汽车、每台照相机、电脑、每块手表以及每个电视屏幕都拥有几乎无限的计算能力，计算机将彻底退居到“幕后”以至于用户感觉不到它们的存在。

面临的挑战

1.移动性问题

在普适计算时代,大量的嵌入式和移动信息工具将广泛连接到网络中,并且越来越多的通信设备需要在移动条件下接入网络。移动设备的移动性给 IPv4 协议中域名地址的唯一性带来麻烦。普适计算环境下需要按地理位置动态改变移动设备名,IPv4 协议无法有效解决这个问题, 为适应普适计算需要网络协议必须修改或增强。作为 IPv6 的重要组成部分, 移动连接特性可以有效地解决设备移动性问题。我国南方正在构建4G网络可以更好地提供数据传输，例如我国的物联网联盟这方面发展的就很好，有很多倡议。

2.融合性问题

普适计算环境下,世界将是一个无线、有线与互联网三者合一的网络世界,有线网络和无线网络间的透明链接是一个需要解决的问题。无线通信技术发展日新月异, 如 3G,GSM,GPRS,WAP,Bluetooth,802.11i 等层出不穷,加上移动通信设备的进一步完善, 使得无线的接入方式将占据越来越重要的位置, 因此有线与无线通信技术的融合就变得必不可少。而我国随着移动设备技术的提高，最广泛的是安卓系统，目前电信等也有了高速发展。

3.安全性问题

普适计算环境下,物理空间与信息空间的高度融合、移动设备和基础设施之间自发的互操作会对个人隐私造成潜在的威胁；同时,移动计算多数情况下是在无线环境下进行的,移动节点需要不断地更新通信地址, 这也会导致许多安全问题。这些安全问题的防范和解决对 IPv4 提出了新的要求。

发展预计

2010年6月份，微软开始将windows7的云计算能力作为卖点；谷歌公司也宣布Chrome操作系统比传统的操作系统更像网页浏览器。工业分析机构IDC预测，在2011年，移动设备的销量将超过计算机的销量。种种迹象表明，阻止人们从“个人电脑时代”跳跃到“普适计算时代”的主要壁垒已经倒塌。

曾任施乐公司帕洛阿尔托研究中心研究员的约翰·史立·布朗表示，现在一切准备就绪，普适计算已向我们走来。

普适计算是一个世界，在这个世界中，计算机遍布在我们周围，但我们意识不到它们的存在。而且，随着数字设备润物细无声地遍布在我们身边，并被赋予如此强大的计算能力，普适计算也使数据收集达到前所未有的规模。

如果有了普适计算，所有现代汽车都配备的计算机芯片就会向中央程序提交有关实时路况的信息，为其他驾驶员所享用。

另外，普适计算将大大减少普通消费者购买数字设备和处理任务的成本。在远程数据中心为云计算提供动力的处理器和硬盘驱动器可以为消费者使用，减少了他们购买这些设备所需的开销，消费者每个月只需支付网费，电视和汽车也将取代昂贵的电子产品。

显然，在目前这个人们仍然会偶然遇到座机、传真机的世界中，仅仅拥有普适计算的技术还无法保证它自动地被广泛地应用于日常生活中。在2011年或未来几年，许多技术进步将成为普适计算革命广泛扩散的基础。

而我国在十八大之后也开始发展智能物联网，普适计算在我国应用将十分广泛。

研究力量

普适计算的思想最早由已故的前Xerox PARC首席科学家Mark Weiser在1991年提出。这一思想从20世纪90年代后期开始得到广泛关注和接受，许多相关的研究计划纷纷启动，目前已成为国际上一个蓬勃发展的研究热点。目前，推动普适计算研究的力量来自三个方面：学术界、政府部门和产业界。

学术界

1．以普适计算为背景的研究计划广泛开展

从20世纪90年代中后期开始，绝大多数美国和欧洲的知名大学和研究所都启动了相关的计划。美国的MIT、CMU、Stanford、UC Berkeley、UIUC、GIT，德国的GMD、University of Karlsruhe，英国的Cambridge、Lancaster等都开展了相关的研究。

2．相关学术会议大量召开

目前已经形成了每年召开的两个国际会议系列，即1999年开始的UbiComp会议和从2000年开始的Pervasive Computing会议。此外，在20世纪90年代中期，其他各种形式的普适计算会议也已经召开了数十个，其中一部分以Workshop的形式在一些重要的学术会议上召开，如伴随CHI 97召开的“Ubiquitous Computing: The Impact on Future Interaction Paradigms and HCI Research”。

3．学术刊物广泛发行

国际上目前已经发行了两种专门针对普适计算的期刊，即1997年创刊的《Personal and Ubiquitous Computing》和2001年创刊的《IEEE Pervasive Computing》。其他一些重要期刊也发行过相关的专刊，如1999年的《IBM Systems Journal Special Issue on Pervasive Computing》，2001年的《Special Issue of IEEE Personal Communications on Pervasive Computing》等。

政府部门

美国的DARPA、NSF、NIST都对普适计算研究提供了资助， DARPA专门设立了Ubiquitous Computing科目并资助了5个相关研究计划，分别是MIT的Oxygen、CMU的Invisible Computing（Aura）、OGI和GIT的InfoSphere、UC Berkeley的Endeavor和University of Washington的Portolano。在欧洲，由政府部门资助的项目有European Commission下IPTS资助的Ubiquitous Computing in Europe 计划、英国EPSRC资助的Equator计划等。

产业界

20世纪末IT业突显的疲软使IT巨头们认识到桌面计算已经进入了发展的平稳期，促进产业继续发展的希望就落在普适计算上。因此，IBM、微软、Sun、HP、AT&T、Sony、Accenture等公司纷纷投入巨资开展普适计算方面的研究。其中，IBM是普适计算的积极鼓吹者，其属下的研究院专门开展了相应研究，普适计算的概念甚至已经进入该公司的产品营销层面。微软研究院也开展了Easy Living计划，研究普适计算的关键问题和应用，比尔·盖茨本人也多次声称：“PC时代仅仅是人类数字时代的摇篮期，未来将出现各种各样的数字和计算设备。”另外，美国也已经出现了许多以普适计算中的关键计算技术为依托的新兴计算机公司。

与物联网的区别联系

普适计算的实现是依赖于物联网基础设施的构建，物联网通过布置各种感知设备（如传感器，电子标签等）来获取环境信息，并且通过通信模块实现信息的传递；而普适计算是通过通信模块主动发现可以通信的设备，通过主动交换信息，来实现信息的获取和共享。普适计算更加强调设备与设备之间通信的主动性，而物联网则更加强调对周围环境的感知，二者是对同一系统不同层次的重点研究。

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