普適計算

普適計算（Ubiquitous computing（ubicomp）、pervasive computing），又稱普存計算、普及計算、遍布式計算、泛在計算，是一個強調和環境融為一體的計算概念，而計算機本身則從人們的視線里消失。在普適計算的模式下，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。 

普適計算是一個涉及研究範圍很廣的課題，包括分散式計算、移動計算、人機交互、人工智慧、嵌入式系統、感知網路以及信息融合等多方面技術的融合。普適計算在教育中的應用項目：（1）清華大學smart class項目、（2）台灣淡江大學的硬體SCORM項目、（3）MIT的Oxygen項目。

普適計算最早起源於1988年Xerox PARC 實驗室的一系列研究計劃。在該計劃中美國施樂(Xerox)公司PARC研究中心的Mark Weiser首先提出了普適計算的概念。1991年Mark Weiser在《Scientific American》上發表文章“The Computer for the 21st Century” ，正式提出了普適計算（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也提出普適計算(IBM稱之為pervasive computing)的概念，即為無所不在的，隨時隨地可以進行計算的一種方式。跟Weiser一樣，IBM也特彆強調計算資源普存於環境當中，人們可以隨時隨地獲得需要的信息和服務。

1999年歐洲研究團體ISTAG提出了環境智能（Ambient Intelligence）的概念。其實這是個跟普適計算類似的概念，只不過在美國等通常叫普適計算，而歐洲的有些組織團體則叫環境智能。二者提法不同，但是含義相同，實驗方向也是一致的。

科學家表示，普適計算的核心思想是小型、便宜、網路化的處理設備廣泛分佈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甚至納米級。

在普適計算的環境中，無線感測器網路將廣泛普及，在環保、交通等領域發揮作用；人體感測器網路會大大促進健康監控以及人機交互等的發展。各種新型交互技術（如觸覺顯示、OLED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地融合在一起。在這個融合空間中人們可以隨時隨地、透明地獲得數字化服務。在普適計算環境下, 整個世界是一個網路的世界, 數不清的為不同目的服務的計算和通信設備都連接在網路中, 在不同的服務環境中自由移動。

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、小型計算設備製造技術、小型計算設備上的操作系統技術及軟體技術等。

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徵。普適計算的軟體技術就是要實現在這種環境下的事務和數據處理。

在信息時代，普適計算可以降低設備使用的複雜程度，使人們的生活更輕鬆、更有效率。實際上，普適計算是網路計算的自然延伸，它使得不僅個人電腦，而且其它小巧的智能設備也可以連接到網路中，從而方便人們即時地獲得信息並採取行動。

目前，IBM已將普適計算確定為電子商務之後的又一重大發展戰略，並開始了端到端解決方案的技術研發。IBM認為，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帶和使用。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、谷歌文檔或遠程遊戲技術Online等雲計算應用程序、4G或廣域Wi-Fi等高速無線網路將整合在一起，清除“計算機”作為獲取數字服務的中央媒介的地位。隨著每輛汽車、每台照相機、電腦、每塊手錶以及每個電視屏幕都擁有幾乎無限的計算能力，計算機將徹底退居到“幕後”以至於用戶感覺不到它們的存在。

1.移動性問題

在普適計算時代,大量的嵌入式和移動信息工具將廣泛連接到網路中,並且越來越多的通信設備需要在移動條件下接入網路。移動設備的移動性給 IPv4 協議中域名地址的唯一性帶來麻煩。普適計算環境下需要按地理位置動態改變移動設備名,IPv4 協議無法有效解決這個問題, 為適應普適計算需要網路協議必須修改或增強。作為 IPv6 的重要組成部分, 移動連接特性可以有效地解決設備移動性問題。我國南方正在構建4G網路可以更好地提供數據傳輸，例如我國的物聯網聯盟這方面發展的就很好，有很多倡議。

2.融合性問題

普適計算環境下,世界將是一個無線、有線與網際網路三者合一的網路世界,有線網路和無線網路間的透明鏈接是一個需要解決的 問題。無 線通信技術發 展日新月異, 如 3G,GSM,GPRS,WAP,Bluetooth,802.11i 等層出不窮,加上移動通信設備的進一步完善, 使得無線的接入方式將佔據越來越重要的位置, 因此有線與無線通信技術的融合就變得必不可少。而我國隨著移動設備技術的提高，最廣泛的是安卓系統，目前電信等也有了高速發展。

3.安全性問題

普適計算環境下,物理空間與信息空間的高度融合、移動設備和基礎設施之間自發的互操作會對個人隱私造成潛在的威脅；同時,移動計算多數情況下是在無線環境下進行的,移動節點需要不斷地更新通信地址, 這也會導致許多安全問題。這些安全問題的防範和解決對 IPv4 提出了新的要求。

2010年6月份，微軟開始將windows7的雲計算能力作為賣點；谷歌公司也宣布Chrome操作系統比傳統的操作系統更像網頁瀏覽器。工業分析機構IDC預測，在2011年，移動設備的銷量將超過計算機的銷量。種種跡象表明，阻止人們從“個人電腦時代”跳躍到“普適計算時代”的主要壁壘已經倒塌。

曾任施樂公司帕洛阿爾托研究中心研究員的約翰·史立·布朗表示，現在一切準備就緒，普適計算已向我們走來。

普適計算是一個世界，在這個世界中，計算機遍布在我們周圍，但我們意識不到它們的存在。而且，隨著數字設備潤物細無聲地遍布在我們身邊，並被賦予如此強大的計算能力，普適計算也使數據收集達到前所未有的規模。

如果有了普適計算，所有現代汽車都配備的計算機晶元就會向中央程序提交有關實時路況的信息，為其他駕駛員所享用。

另外，普適計算將大大減少普通消費者購買數字設備和處理任務的成本。在遠程數據中心為雲計算提供動力的處理器和硬碟驅動器可以為消費者使用，減少了他們購買這些設備所需的開銷，消費者每個月只需支付網費，電視和汽車也將取代昂貴的電子產品。

顯然，在目前這個人們仍然會偶然遇到座機、傳真機的世界中，僅僅擁有普適計算的技術還無法保證它自動地被廣泛地應用於日常生活中。在2011年或未來幾年，許多技術進步將成為普適計算革命廣泛擴散的基礎。

而我國在十八大之後也開始發展智能物聯網，普適計算在我國應用將十分廣泛。

普適計算的思想最早由已故的前Xerox PARC首席科學家Mark Weiser在1991年提出。這一思想從20世紀90年代後期開始得到廣泛關注和接受，許多相關的研究計劃紛紛啟動，目前已成為國際上一個蓬勃發展的研究熱點。目前，推動普適計算研究的力量來自三個方面：學術界、政府部門和產業界。 

1． 以普適計算為背景的研究計劃廣泛開展

從20世紀90年代中後期開始，絕大多數美國和歐洲的知名大學和研究所都啟動了相關的計劃。美國的MIT、CMU、Stanford、UC Berkeley、UIUC、GIT，德國的GMD、University of Karlsruhe，英國的Cambridge、Lancaster等都開展了相關的研究。

2． 相關學術會議大量召開

目前已經形成了每年召開的兩個國際會議系列，即1999年開始的UbiComp會議和從2000年開始的Pervasive Computing會議。此外，在20世紀90年代中期，其他各種形式的普適計算會議也已經召開了數十個，其中一部分以Workshop的形式在一些重要的學術會議上召開，如伴隨CHI 97召開的“Ubiquitous Computing: The Impact on Future Interaction Paradigms and HCI Research”。

3． 學術刊物廣泛發行

國際上目前已經發行了兩種專門針對普適計算的期刊，即1997年創刊的《Personal and Ubiquitous Computing》和2001年創刊的《IEEE Pervasive Computing》。其他一些重要期刊也發行過相關的專刊，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。

美國的DARPA、NSF、NIST都對普適計算研究提供了資助， DARPA專門設立了Ubiquitous Computing科目並資助了5個相關研究計劃，分別是MIT的Oxygen、CMU的Invisible Computing（Aura）、OGI和GIT的InfoSphere、UC Berkeley的Endeavor和University of Washington的Portolano。在歐洲，由政府部門資助的項目有European Commission下IPTS資助的Ubiquitous Computing in Europe 計劃、英國EPSRC資助的Equator計劃等。

20世紀末IT業突顯的疲軟使IT巨頭們認識到桌面計算已經進入了發展的平穩期，促進產業繼續發展的希望就落在普適計算上。因此，IBM、微軟、Sun、HP、AT&T、Sony、Accenture等公司紛紛投入巨資開展普適計算方面的研究。其中，IBM是普適計算的積極鼓吹者，其屬下的研究院專門開展了相應研究，普適計算的概念甚至已經進入該公司的產品營銷層面。微軟研究院也開展了Easy Living計劃，研究普適計算的關鍵問題和應用，比爾·蓋茨本人也多次聲稱：“PC時代僅僅是人類數字時代的搖籃期，未來將出現各種各樣的數字和計算設備。”另外，美國也已經出現了許多以普適計算中的關鍵計算技術為依託的新興計算機公司。

普適計算的實現是依賴於物聯網基礎設施的構建，物聯網通過布置各種感知設備（如感測器，電子標籤等）來獲取環境信息，並且通過通信模塊實現信息的傳遞；而普適計算是通過通信模塊主動發現可以通信的設備，通過主動交換信息，來實現信息的獲取和共享。普適計算更加強調設備與設備之間通信的主動性，而物聯網則更加強調對周圍環境的感知，二者是對同一系統不同層次的重點研究。