1.3.1　普适计算

1.普适计算的基本概念

普适计算又称普存计算、普及计算（Pervasive Computing或Ubiquitous Computing），这一概念强调将计算和环境融为一体，而让计算本身从人们的视线里消失，使人的注意力回归到要完成任务的本身。在普适计算模式下，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级甚至纳米级。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和人机交互等的发展。各种新型交互技术（如触觉显示等）将使交互更容易、更方便。

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融合在一起。在这个融合空间人们可以随时随地、透明地获得数字化服务。

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，它可使个人计算机及其他小巧的智能设备都可以连接到网络中，从而方便人们即时获得信息并采取行动。

2.普适计算的特点

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。

普适计算的第一个特征是间断连接，使服务器能够不时地同用户（特别是移动用户）保持联系。用户必须能够存取服务器信息，以便在中断联系的情况下可以处理这些信息。所以，企业计算中心的数据和应用服务器能否同用户保持有效的联系就成为一个十分关键的因素。由于有部分数据要存储在普适计算设备上，普适计算中的数据库成为一个很关键的软件基础部件。例如，新型的汽车上安装了许多小型的车用计算机部件，用来控制燃料的使用，根据温度和气压调整发动机的运转。这些部件彼此相连，并把测出的数据作为汽车运行保养的基础分析数据。当修理汽车时，修理人员插入一个计算机连接器件，以获取这些数据进行分析。此外，还可以增加复杂的数据连接功能，如连接到全球定位系统，让驾驶人准确获知当前的位置，与电子地图相连，输入目的地，显示出到达目的地的最快路径，以及连上互联网其他信息，如天气预报、饭店的地址和电话等。完善的数据连接功能可以为用户提供更多的服务。

普适计算的第二个特征是轻量计算，即计算资源相对有限。普适计算主要用于商业用途的数据处理，通常针对移动办公的工作人员和需要经常在旅途中存取公司系统数据的职员，他们需要不受地域和时间限制地获取和处理核心系统上的数据。

3.普适计算的技术支撑

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。

（1）物理世界的感知技术

普适计算的一种重要目标就是将物理世界和信息世界相互关联，通过各种网络应用“透明”地为人们提供各种个性化的信息和娱乐服务。显然，各种对物理世界的感知技术（各种类型的传感器）是真正实现普适计算的基础。

（2）网络基础设施的发展

普适计算的基础就是无所不在的服务，而网络基础设施，特别是无线网络技术的发展，是真正实现普适计算的物质基础之一。

（3）设备普遍上网

为适应普适计算环境，嵌入式系统将不再是“信息孤岛”，会配有IEEE 1394、USB、CAN、Bluetooth等通信接口，相应需要TCP/IP协议簇软件支持；同时也需要提供相应的通信组网协议和物理层驱动等软件。

（4）嵌入式应用操作系统和软件开发的支持

随着Internet技术的成熟、带宽的提高，网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样。像手机、PDA及电冰箱等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更加复杂。为了满足应用功能的升级，设计师一方面采用更强大的嵌入式处理器来增强处理能力，同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计，保障软件质量和缩短开发周期。

（5）精巧的多媒体人机界面

普适计算环境的一个特点就是“透明”的服务，采用各种精巧的人机界面技术是普适计算真正为人们所乐于接受的一个重要因素。这些人机界面包括以GUI屏幕为中心的多媒体界面、手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件，以及彩色图形、图像等。嵌入式硬件的发展日新月异，可实现具有强大功能的RISC、DSP架构芯片不断涌现，国内企业也推出了龙芯、方舟等32位嵌入式处理器。嵌入式软件的开发者必须面对由于芯片性能的增长、嵌入式操作系统平台等技术方面不断变化所带来的各种压力，传统的嵌入式软件的开发方式将面临新的挑战。如何更好地实现应用，更方便地开发出功能强大的中间件、应用软件，将成为嵌入式软件开发平台要面对的主要问题。

（6）设备实现小尺寸、微功耗和低成本

普适计算环境的一个重要目标是实现计算本身对用户的“透明”，在未来的普适计算环境中人们周围将有大量的计算设备，这些设备功能多样，形态各异，将有机地融入人们在日常生活中所使用的各种用具中，甚至贴身的穿戴。很显然，实现小尺寸、微功耗及低成本是对这些设备的基本要求。

4.普适计算的用途及前景

普适计算主要用于商业，通常针对移动办公的工作人员和需要经常存取公司系统信息的职员。现在的计算机部件越来越小，因此，可以将这些功能集中于一种设备来取代各种专用设备，如取代电话、呼叫器、计算机和网络连接等设备。

普适计算带来许多新的机会，数字家庭就是其中之一，它将改变人们未来的生活方式。数字家庭能通过家庭网关将宽带网络接入家庭，家庭内部的网络可以是无线或有线的。在家庭内部，手持设备、PC或者家用电器通过有线或者无线的方式连接到网络，从而提供了一个无缝、交互和普适计算的环境。人们能在任何地点、任何时候访问社区服务网络，电子家庭解决方案通过高级的设备与电器诊断、自动定时、集中和远程控制等功能，令生活更方便舒适；通过远程监控器监控家庭的情况，使生活更安全。提出普适计算概念的目标就是发展更具实用意义的各类信息终端产品，从而真正实现电子商务向信息终端产品延伸。

由于普适计算广阔的应用前景，越来越多的研究人员已经加入了这一行列。在他们的努力下，许多困扰普适计算发展的技术问题已经取得突破性进展，比如各种嵌入式小器件的发明与应用，各种定位技术的设计与改进。如果有一天，计算和信息访问将不再是一种“工作”和“技术”，而成为人们生活的一部分，人们虽然不能明确地感受到它们的存在，但却每时每刻都离不开它们，就可以说，我们实现了“普适计算”的理想境界。

目前，很多企业和研究机构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。普遍的认识是，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戴和使用。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，逐步降低计算机作为获取数字服务的中央媒介的地位。