普适计算及应用.ppt

1、普适计算及应用普适计算及应用 Pervasive/Ubiquitous Computing西南交通大学西南交通大学 软件学院软件学院黄文培黄文培20092009年年5 5月月主要内容主要内容一、什么是普适计算二、计算模式的演变三、普适计算蕴涵的新技术和挑战四、普适计算环境的特性五、普适计算应用智能家居一、什么是普适计算早在早在19911991年年Mark WeiserMark Weiser在在Scientific AmericanScientific American的的“The The Computer for the 21st Century”Computer for the 21st C

2、entury”中首次提出普适计算概念。中首次提出普适计算概念。一、什么是普适计算设计理念上，普适计算是虚拟计算的反面。设计理念上，普适计算是虚拟计算的反面。虚拟计算将人置于计算机创造的虚拟世界中，虚拟计算将人置于计算机创造的虚拟世界中，比如：网络游戏、虚拟现实技术等。比如：网络游戏、虚拟现实技术等。普适计算反其道而行，它将计算机融入人们普适计算反其道而行，它将计算机融入人们的生活，形成一个的生活，形成一个“无时不在、无处不在、不无时不在、无处不在、不可见可见”的计算环境。在这种环境下，所有具备的计算环境。在这种环境下，所有具备计算能力的设备都可以联网。通过标准的接口计算能力的设备都可以联网。通

3、过标准的接口提供公开的服务，设备之间可以在没有人的干提供公开的服务，设备之间可以在没有人的干预下自动交换信息，协同工作，为终端用户提预下自动交换信息，协同工作，为终端用户提供一项服务。供一项服务。二、普适计算的产生背景 计算模式的演变三、普适计算蕴涵的新技术和挑战技术实现上，普适计算涉及的关键技术包括：技术实现上，普适计算涉及的关键技术包括：网络通信网络通信三网、微波、3G、Socket通信数据交换数据交换XML服务发布服务发布Web Service服务定位服务定位服务发现服务发现 Jini Jini技术开发指南技术开发指南Jan NewmarchJan Newmarch著，林琪译著，林琪译中

4、国电力出版社中国电力出版社三、普适计算蕴涵的新技术和挑战1）在硬件设备上，普适计算环境下，用户、终端、终端环境和网络环境更加复杂1 1）如何无缝集成无线计算、游牧式计算（用户）如何无缝集成无线计算、游牧式计算（用户和计算均可按需自由移动）、松散计算、日常和计算均可按需自由移动）、松散计算、日常计算等一系列已知的和未知的计算环境。计算等一系列已知的和未知的计算环境。2 2）如何兼容已有的技术和系统，比如：移动通）如何兼容已有的技术和系统，比如：移动通信技术、全球网络服务、嵌入式系统、信技术、全球网络服务、嵌入式系统、P2PP2P对等对等计算、网格技术、蓝牙技术等。计算、网格技术、蓝牙技术等。三、

5、普适计算蕴涵的新技术和挑战2）普适计算环境下的软件将更为复杂和多样 在普适计算环境下，信息的获取不是人在普适计算环境下，信息的获取不是人主动使用机器、搜索服务（例如百度、主动使用机器、搜索服务（例如百度、GoogleGoogle信息搜索）。而是机器根据人的设定信息搜索）。而是机器根据人的设定提供信息，例如：智能信息秘书、软件机器提供信息，例如：智能信息秘书、软件机器人。人。软件机器人、本体论、软件机器人、本体论、WebWeb语义分析语义分析是未来智能软件发现的方向是未来智能软件发现的方向三、普适计算蕴涵的新技术和挑战2）普适计算环境下的软件将更为复杂和多样 普适计算环境下的软件不再是仅仅通过键

6、盘接收人的信普适计算环境下的软件不再是仅仅通过键盘接收人的信息输入，它可以自动检测环境信息，做出适应性的反映。息输入，它可以自动检测环境信息，做出适应性的反映。三、普适计算蕴涵的新技术和挑战2）普适计算环境下的软件将更为复杂和多样 三、普适计算蕴涵的新技术和挑战3）人与计算机交互的模式千变万化三、普适计算蕴涵的新技术和挑战3）人与计算机交互的模式千变万化普适计算环境下，信息输入普适计算环境下，信息输入/输出的方式将是千差万输出的方式将是千差万别的，不仅包括：语音、手势，还包括各种嵌入式的别的，不仅包括：语音、手势，还包括各种嵌入式的联网传感器。比如：联网传感器。比如：三、普适计算蕴涵的新技术和

7、挑战4）大量新型服务的出现 三、普适计算蕴涵的新技术和挑战5）安全性问题 普适计算的安全机制普适计算环境下的信任模型安全检测模型普适计算安全体系结构普适信任管理、隐私保护 三、普适计算蕴涵的新技术和挑战研究发展状况研究发展状况1 1）里程碑事件）里程碑事件19991999年开始的年开始的UbicompUbicomp国际会议、国际会议、20002000年开始的年开始的Pervasive ComputingPervasive Computing国际会议、国际会议、20022002年年IEEE Pervasive ComputingIEEE Pervasive Computing期刊的创刊。期刊的创

8、刊。三、普适计算蕴涵的新技术和挑战研究发展状况研究发展状况2 2）目前的主要研究计划）目前的主要研究计划Don NormanDon Norman的的“Invisible Computer”Invisible Computer”；CMUCMU的的AuraAura计划；计划；欧盟的欧盟的“Disappearing Computer”Disappearing Computer”计划；计划；MITMIT的的OxygenOxygen计划；计划；MERLMERL实验室的实验室的Interactive TableInteractive Table计划；计划；MIT Media LabMIT Media La

9、b的的Things That ThinkThings That Think项目；项目；HPHP的的Cool TownCool Town计划；计划；清华大学的清华大学的Smart ClassroomSmart Classroom等。等。三、普适计算蕴涵的新技术和挑战研究发展状况研究发展状况3 3）新型计算模式与研究方向）新型计算模式与研究方向平静计算平静计算Calm ComputingCalm Computing日常计算日常计算Everyday ComputingEveryday Computing主动计算主动计算proactive computingproactive computing等等四

10、、普适计算环境的特性五、普适计算应用智能家居1 1、智能家居的起源、智能家居的起源智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到现，直到1984年美国联合科技公司（年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（哈特佛市（Hartford）的）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的时，才出现了首栋的智能型建筑智能型建筑,从此也从此也揭开了全世

11、界争相建造智能家居的序幕。揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。最著名的智能家居要算比尔最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅。经过盖茨的豪宅。经过7年年的建设，的建设，1997年，比尔年，比尔盖茨的豪宅终于建成。他的这个盖茨的豪宅终于建成。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。五、普适计算应用智能家居2 2、智能家居定义的演变、智能家居

12、定义的演变家庭自动化（家庭自动化（Home Automation）电子家庭（电子家庭（Electronic Home、E-home）网络家电网络家电 智能家庭智能家庭/建筑（建筑（Inte1ligent home/building）家庭网络（家庭网络（Home net/Networks for Home）信息家电信息家电 家庭自动化系指利用微处理电子技术，来集成或控制家庭自动化系指利用微处理电子技术，来集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如：照明灯、咖啡炉、家中的电子电器产品或系统，例如：照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及

13、音响系统等。系统等。家庭自动化家庭自动化CPU温度温度湿度湿度日照日照光线变化等光线变化等键盘、触摸荧、键盘、触摸荧、按钮、电脑、按钮、电脑、电话机、遥控器等电话机、遥控器等 照明照明视听设备视听设备空调空调安防系统安防系统炊具等炊具等外界信号外界信号界界面面家电、设备家电、设备家庭网络是在家庭范围内家庭网络是在家庭范围内(可扩展至邻居，小区可扩展至邻居，小区)将将PC、家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新技术。技术。家庭网络家庭网络网络家电网络家电网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络

14、技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络家电可以智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络家电可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。可以与外部互联网相连接。目前认为比较可行的网络家电包括网络冰箱、网络空调、网络洗衣目前认为比较可行的网络家电包括网络冰箱、网络空调、网络洗衣机、网络热水器、网络微波炉、网络炊具等。机、网络热水器、网络微波炉、网络炊具等。网络家电技术包括：网络家电技术包括：（1）家电之间的互连问题，也就是使不同家电之间能够互相识别，）家电之间的互连问题，也就是使不同家电之间能够互相识别，协同工

15、作。协同工作。（2）解决家电网络与外部网络的通信，使家庭中的家电网络真正）解决家电网络与外部网络的通信，使家庭中的家电网络真正成为外部网络的延伸。成为外部网络的延伸。信息家电信息家电信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、实用实用性强、带有性强、带有PC主要功能的家电产品。利用电脑、主要功能的家电产品。利用电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为数字化与网络技术更广泛地深人家庭生活而设是为数字化与网络技术更广泛地深人家庭生活而设计的新型家用电器，信息家电包括计的新型家用电器，信息家电包括PC、机顶盒、机顶

16、盒、DVD、超级、超级VCD、无线数据通信设备、视频游戏设、无线数据通信设备、视频游戏设备、备、WEBTV、INTERNE电话等等，所有能够通过电话等等，所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，都可以称之为信息网络系统交互信息的家电产品，都可以称之为信息家电。家电。3 3、智能家居的基本结构与组成、智能家居的基本结构与组成我们把家电分为我们把家电分为3 3类：类：白色家电；白色家电；黑色家电；黑色家电；米色家电。米色家电。3 3、智能家居的基本结构与组成、智能家居的基本结构与组成1 1）白色家电：指可以替代人们家务劳动的产）白色家电：指可以替代人们家务劳动的产品。品。包括微波炉、洗衣机、灯光、

17、电动窗帘、包括微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器等。等。3 3、智能家居的基本结构与组成、智能家居的基本结构与组成2 2）黑色家电：可提供娱乐，）黑色家电：可提供娱乐，像彩电、音响、像彩电、音响、摄像机、摄像机、VCD/DVDVCD/DVD和数码照相机等；和数码照相机等；米色家电：指电脑信息产品。包括：台式机、米色家电：指电脑信息产品。包括：台式机、笔记本、智能手机、电话等笔记本、智能手机、电话等 3 3、智能家居的基本结构与组成、智能家居的基本

18、结构与组成4 4、智能家居的功能、智能家居的功能 家居安全监控：各种报警探测器（火警、油烟、入侵）的讯家居安全监控：各种报警探测器（火警、油烟、入侵）的讯息报警息报警 家电控制：利用计算机、移动电话、家电控制：利用计算机、移动电话、PDA通过高速宽带接入通过高速宽带接入Internet，并对电灯、空调、冰箱，电视、门窗等家用电器、，并对电灯、空调、冰箱，电视、门窗等家用电器、设备进行远程控制设备进行远程控制 家居管理：远程三表家居管理：远程三表(水、电、煤气水、电、煤气)传送收费传送收费 家庭教育和娱乐：如远程教学、家庭影院、无线视频传输系家庭教育和娱乐：如远程教学、家庭影院、无线视频传输系统

19、、在线视频点播、交互式电子游戏等统、在线视频点播、交互式电子游戏等 家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系，视频会议，家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系，视频会议，协同办公协同办公 入口控制入口控制(门禁系统门禁系统)：采用指纹识别、静脉识别、虹膜识别、：采用指纹识别、静脉识别、虹膜识别、智能卡等智能卡等 家庭医疗，保健和监护：实现远程医疗和监护，幼儿和老人家庭医疗，保健和监护：实现远程医疗和监护，幼儿和老人求救，测量身体的参数求救，测量身体的参数(如血压，脉搏等如血压，脉搏等)和化验，自动配置健和化验，自动配置健康食谱。康食谱。5 5、智能家居的特点、智能家居的特点 6 6、未来

20、的智能家居、未来的智能家居网络技术网络技术计算机技术计算机技术普适计算普适计算6 6、未来的智能家居、未来的智能家居场景描述场景描述 我们可以体验一下生活在智能信息家电所创造的我们可以体验一下生活在智能信息家电所创造的现代化生活场景：现代化生活场景：清晨清晨6点点20分，轻柔的音乐自动响起并逐步增大音分，轻柔的音乐自动响起并逐步增大音量催你起床，同时卧室的光线也逐渐调整到清晨的亮量催你起床，同时卧室的光线也逐渐调整到清晨的亮度，电动窗帘自动打开。度，电动窗帘自动打开。6点点30分，电视自动调整到分，电视自动调整到CCTV1频道播报当日新频道播报当日新闻。同时，你的智能咖啡壶已自动热好咖啡。闻。

21、同时，你的智能咖啡壶已自动热好咖啡。7点整出门时，你完全不必担心灯还没关，大门还点整出门时，你完全不必担心灯还没关，大门还没锁好。因为在你开车上公路的时候，埋藏在地下的没锁好。因为在你开车上公路的时候，埋藏在地下的传感器会检测到你离家了，智能家居系统会自动帮你传感器会检测到你离家了，智能家居系统会自动帮你照料好一切。照料好一切。上班以后，你可以随时登录到自己的家庭网站上上班以后，你可以随时登录到自己的家庭网站上查看安全防护系统的摄像记录。通过连接到托儿所查看安全防护系统的摄像记录。通过连接到托儿所或学校的摄像头，你还可以观察到你孩子的一举一或学校的摄像头，你还可以观察到你孩子的一举一动。而当下

22、午你的孩子放学回家时，在他输入安全动。而当下午你的孩子放学回家时，在他输入安全密码进屋的同时，你的手机上会显示出孩子已经安密码进屋的同时，你的手机上会显示出孩子已经安全到家的消息。全到家的消息。下班路上，在离家还有一两分钟时，你掏出手机下班路上，在离家还有一两分钟时，你掏出手机指示家里的空调开始工作。接着安装在家门口的传指示家里的空调开始工作。接着安装在家门口的传感器检测到你回家了，由于天色已晚，院子的大灯感器检测到你回家了，由于天色已晚，院子的大灯自动开启，车库的大门也自动打开。自动开启，车库的大门也自动打开。6 6、未来的智能家居、未来的智能家居场景描述场景描述 走进厨房，热气腾腾的晚餐已

23、经备好。这要归功于走进厨房，热气腾腾的晚餐已经备好。这要归功于你的智能电炉的快速烹饪功能。你的智能电炉的快速烹饪功能。晚餐后，你来到家庭影院，电视机的顶置盒在白天晚餐后，你来到家庭影院，电视机的顶置盒在白天已经按照你的指示自动搜索并摄录了电视节目。已经按照你的指示自动搜索并摄录了电视节目。睡觉前，你通过床边的触摸屏查阅了电子邮件，然睡觉前，你通过床边的触摸屏查阅了电子邮件，然后按下了后按下了“晚安晚安”键。这时，你家的灯全部熄灭，大键。这时，你家的灯全部熄灭，大门锁好。而安全防卫系统开始忠实地守卫你的家园。门锁好。而安全防卫系统开始忠实地守卫你的家园。6 6、未来的智能家居、未来的智能家居场景描述场景描述