1.3.1　普適計算

1.普適計算的基本概念

普適計算又稱普存計算、普及計算（Pervasive Computing或Ubiquitous Computing），這一概念強調將計算和環境融為一體，而讓計算本身從人們的視線里消失，使人的注意力回歸到要完成任務的本身。在普適計算模式下，人們能夠在任何時間、任何地點以任何方式進行信息的獲取與處理。

普適計算的核心思想是小型、便宜、網絡化的處理設備廣泛分布在日常生活的各個場所，計算設備將不只依賴命令行、圖形界面進行人機交互，而更依賴“自然”的交互方式，計算設備的尺寸將縮小到毫米級甚至納米級。在普適計算的環境中，無線傳感器網絡將廣泛普及，在環保、交通等領域發揮作用；人體傳感器網絡會大大促進健康監控和人機交互等的發展。各種新型交互技術（如觸覺顯示等）將使交互更容易、更方便。

普適計算的目的是建立一個充滿計算和通信能力的環境，同時使這個環境與人們逐漸融合在一起。在這個融合空間人們可以隨時隨地、透明地獲得數字化服務。

在信息時代，普適計算可以降低設備使用的復雜程度，使人們的生活更輕松、更有效率。實際上，普適計算是網絡計算的自然延伸，它可使個人計算機及其他小巧的智能設備都可以連接到網絡中，從而方便人們即時獲得信息并采取行動。

2.普適計算的特點

間斷連接與輕量計算（即計算資源相對有限）是普適計算最重要的兩個特征。普適計算的軟件技術就是要實現在這種環境下的事務和數據處理。

普適計算的第一個特征是間斷連接，使服務器能夠不時地同用戶（特別是移動用戶）保持聯系。用戶必須能夠存取服務器信息，以便在中斷聯系的情況下可以處理這些信息。所以，企業計算中心的數據和應用服務器能否同用戶保持有效的聯系就成為一個十分關鍵的因素。由于有部分數據要存儲在普適計算設備上，普適計算中的數據庫成為一個很關鍵的軟件基礎部件。例如，新型的汽車上安裝了許多小型的車用計算機部件，用來控制燃料的使用，根據溫度和氣壓調整發動機的運轉。這些部件彼此相連，并把測出的數據作為汽車運行保養的基礎分析數據。當修理汽車時，修理人員插入一個計算機連接器件，以獲取這些數據進行分析。此外，還可以增加復雜的數據連接功能，如連接到全球定位系統，讓駕駛人準確獲知當前的位置，與電子地圖相連，輸入目的地，顯示出到達目的地的最快路徑，以及連上互聯網其他信息，如天氣預報、飯店的地址和電話等。完善的數據連接功能可以為用戶提供更多的服務。

普適計算的第二個特征是輕量計算，即計算資源相對有限。普適計算主要用于商業用途的數據處理，通常針對移動辦公的工作人員和需要經常在旅途中存取公司系統數據的職員，他們需要不受地域和時間限制地獲取和處理核心系統上的數據。

3.普適計算的技術支撐

普適計算的含義十分廣泛，所涉及的技術包括移動通信技術、小型計算設備制造技術、小型計算設備上的操作系統技術及軟件技術等。

（1）物理世界的感知技術

普適計算的一種重要目標就是將物理世界和信息世界相互關聯，通過各種網絡應用“透明”地為人們提供各種個性化的信息和娛樂服務。顯然，各種對物理世界的感知技術（各種類型的傳感器）是真正實現普適計算的基礎。

（2）網絡基礎設施的發展

普適計算的基礎就是無所不在的服務，而網絡基礎設施，特別是無線網絡技術的發展，是真正實現普適計算的物質基礎之一。

（3）設備普遍上網

為適應普適計算環境，嵌入式系統將不再是“信息孤島”，會配有IEEE 1394、USB、CAN、Bluetooth等通信接口，相應需要TCP/IP協議簇軟件支持；同時也需要提供相應的通信組網協議和物理層驅動等軟件。

（4）嵌入式應用操作系統和軟件開發的支持

隨著Internet技術的成熟、帶寬的提高，網上提供的信息內容日趨豐富、應用項目多種多樣。像手機、PDA及電冰箱等嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更加復雜。為了滿足應用功能的升級，設計師一方面采用更強大的嵌入式處理器來增強處理能力，同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計，保障軟件質量和縮短開發周期。

（5）精巧的多媒體人機界面

普適計算環境的一個特點就是“透明”的服務，采用各種精巧的人機界面技術是普適計算真正為人們所樂于接受的一個重要因素。這些人機界面包括以GUI屏幕為中心的多媒體界面、手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件，以及彩色圖形、圖像等。嵌入式硬件的發展日新月異，可實現具有強大功能的RISC、DSP架構芯片不斷涌現，國內企業也推出了龍芯、方舟等32位嵌入式處理器。嵌入式軟件的開發者必須面對由于芯片性能的增長、嵌入式操作系統平臺等技術方面不斷變化所帶來的各種壓力，傳統的嵌入式軟件的開發方式將面臨新的挑戰。如何更好地實現應用，更方便地開發出功能強大的中間件、應用軟件，將成為嵌入式軟件開發平臺要面對的主要問題。

（6）設備實現小尺寸、微功耗和低成本

普適計算環境的一個重要目標是實現計算本身對用戶的“透明”，在未來的普適計算環境中人們周圍將有大量的計算設備，這些設備功能多樣，形態各異，將有機地融入人們在日常生活中所使用的各種用具中，甚至貼身的穿戴。很顯然，實現小尺寸、微功耗及低成本是對這些設備的基本要求。

4.普適計算的用途及前景

普適計算主要用于商業，通常針對移動辦公的工作人員和需要經常存取公司系統信息的職員。現在的計算機部件越來越小，因此，可以將這些功能集中于一種設備來取代各種專用設備，如取代電話、呼叫器、計算機和網絡連接等設備。

普適計算帶來許多新的機會，數字家庭就是其中之一，它將改變人們未來的生活方式。數字家庭能通過家庭網關將寬帶網絡接入家庭，家庭內部的網絡可以是無線或有線的。在家庭內部，手持設備、PC或者家用電器通過有線或者無線的方式連接到網絡，從而提供了一個無縫、交互和普適計算的環境。人們能在任何地點、任何時候訪問社區服務網絡，電子家庭解決方案通過高級的設備與電器診斷、自動定時、集中和遠程控制等功能，令生活更方便舒適；通過遠程監控器監控家庭的情況，使生活更安全。提出普適計算概念的目標就是發展更具實用意義的各類信息終端產品，從而真正實現電子商務向信息終端產品延伸。

由于普適計算廣闊的應用前景，越來越多的研究人員已經加入了這一行列。在他們的努力下，許多困擾普適計算發展的技術問題已經取得突破性進展，比如各種嵌入式小器件的發明與應用，各種定位技術的設計與改進。如果有一天，計算和信息訪問將不再是一種“工作”和“技術”，而成為人們生活的一部分，人們雖然不能明確地感受到它們的存在，但卻每時每刻都離不開它們，就可以說，我們實現了“普適計算”的理想境界。

目前，很多企業和研究機構已將普適計算確定為電子商務之后的又一重大發展戰略，并開始了端到端解決方案的技術研發。普遍的認識是，實現普適計算的基本條件是計算設備越來越小，方便人們隨時隨地佩戴和使用。在計算設備無時不在、無所不在的條件下，普適計算才有可能實現。

科學家認為，普適計算是一種狀態，在這種狀態下，iPad等移動設備、谷歌文檔或遠程游戲技術Online等云計算應用程序、4G或廣域Wi-Fi等高速無線網絡將整合在一起，逐步降低計算機作為獲取數字服務的中央媒介的地位。