Повсеместные вычисления - Ubiquitous computing

Повсеместные вычисления (или же "убикомп") - это концепция в программная инженерия и Информатика где компьютерные технологии появляются всегда и везде. В отличие от настольные компьютеры, повсеместно вычисления могут происходить с использованием любого устройства, в любом месте и в любом формате. Пользователь взаимодействует с компьютером, который может существовать во многих различных формах, включая портативные компьютеры, таблетки и терминалы в повседневных предметах, таких как холодильник или же пара очков. Базовые технологии для поддержки повсеместных вычислений включают: Интернет, передовой промежуточное ПО, Операционная система, мобильный код, датчики, микропроцессоры, новый Ввод / вывод и пользовательские интерфейсы, компьютерная сеть, мобильные протоколы, местоположение и позиционирование, а также новые материалы.

Этот парадигма также описывается как всеобъемлющие вычисления,[1] окружающий интеллект,[2] или "все".[3] Каждый термин подчеркивает несколько разные аспекты. Когда в первую очередь касается задействованных объектов, он также известен как физические вычисления, то Интернет вещей, тактильные вычисления,[4] и "вещи, которые думают". Вместо того, чтобы предлагать единое определение для повсеместных вычислений и для этих связанных терминов, таксономия свойств для повсеместных вычислений, на основе которых могут быть описаны различные виды или разновидности повсеместных систем и приложений.[5]

Повсеместные вычисления затрагивают распределенных вычислений, Мобильные вычисления, определение местоположения, мобильные сети, сенсорные сети, взаимодействие человека с компьютером, контекстно-зависимые технологии умного дома и искусственный интеллект.

Основные концепции

Повсеместные вычисления - это концепция использования небольших подключенных к Интернету и недорогих компьютеров для автоматизированного выполнения повседневных функций. Например, повсеместная домашняя компьютерная среда может соединять освещение и средства контроля окружающей среды с персональными биометрическими мониторами, встроенными в одежду, так что условия освещения и обогрева в комнате может модулироваться, непрерывно и незаметно. Другой распространенный сценарий предполагает, что холодильники «осведомлены» о своем соответствующим образом помеченном содержимом, способны как планировать разнообразные меню из продуктов, которые действительно есть под рукой, так и предупреждать пользователей о несвежих или испорченных продуктах.[6]

Повсеместные вычисления создают проблемы для всей информатики: в проектировании и проектировании систем, в моделировании систем и в разработке пользовательских интерфейсов. Современные модели взаимодействия человека с компьютером, будь то командная строка, через меню или GUI основаны, неуместны и неадекватны повсеместному случаю. Это говорит о том, что парадигма «естественного» взаимодействия, подходящая для полностью устойчивых повсеместных вычислений, еще не появилась - хотя в этой области также есть признание того, что во многих отношениях мы уже живем в мире убикомпов (см. Также основную статью о естественные пользовательские интерфейсы ). Современные устройства, которые поддерживают эту последнюю идею, включают: мобильные телефоны, цифровые аудиоплееры, определение радиочастоты теги GPS, и интерактивные доски.

Марк Вайзер предложил три основные формы для вездесущие вычислительные устройства[7]:

  • Вкладки: носимое устройство, примерно сантиметр по размеру
  • Колодки: портативное устройство, примерно дециметр по размеру
  • Доски: интерактивное устройство отображения большего размера, примерно метр по размеру

Все повсеместные вычислительные устройства, предложенные Марком Вайзером, основаны на плоских устройствах разных размеров с визуальным дисплеем.[8] Помимо этих концепций, существует множество других повсеместно распространенных вычислительных устройств. Некоторые из дополнительных форм, которые были концептуализированы:[5]

  • Пыль: миниатюрные устройства могут не иметь визуального вывода, например микроэлектромеханические системы (МЭМС ) в диапазоне от нанометров, микрометров до миллиметров. Смотрите также Умная пыль.
  • Кожа: ткани на основе светоизлучающих и проводящих полимеров, органических компьютерных устройств, могут быть преобразованы в более гибкие неплоские поверхности дисплея и продукты, такие как одежда и шторы, см. OLED-дисплей. Устройство МЭМС также может быть нанесено на различные поверхности, чтобы различные структуры физического мира могли действовать как сетевые поверхности МЭМС.
  • Глина: ансамбли МЭМС могут быть сформированы в произвольные трехмерные формы как артефакты, напоминающие множество различных видов физических объектов (см. также осязаемый интерфейс ).

В Мануэль Кастельс ' книга Расцвет сетевого общества Кастельс выдвигает концепцию непрерывной эволюции вычислительных устройств. Он заявляет, что мы перейдем от автономных микрокомпьютеров и децентрализованных мэйнфреймов к повсеместным вычислениям. Модель всеобъемлющей вычислительной системы Кастельса использует пример Интернета как начало всеобъемлющей вычислительной системы. Логическим продолжением этой парадигмы является система, в которой сетевая логика становится применимой во всех сферах повседневной деятельности, в любом месте и в любом контексте. Кастельс предполагает систему, в которой миллиарды миниатюрных повсеместных устройств связи будут распространены по всему миру, «как пигмент в краске для стен».

Можно увидеть, что повсеместные вычисления состоят из множества уровней, каждый со своими ролями, которые вместе образуют единую систему:

  • Уровень 1: Уровень управления задачами
    • Отслеживает пользовательскую задачу, контекст и индекс
    • Сопоставьте задачу пользователя с потребностями в услугах в среде
    • Для управления сложными зависимостями
  • Уровень 2: Уровень управления средой
    • Для мониторинга ресурса и его возможностей
    • Для отображения потребности в сервисе, на уровне пользователя указываются конкретные возможности
  • Уровень 3: Уровень среды
    • Для мониторинга релевантного ресурса
    • Для управления надежностью ресурсов

История

Марк Вайзер придумал фразу «повсеместные вычисления» примерно в 1988 году, когда он занимал пост главного технолога Исследовательский центр Xerox в Пало-Альто (PARC). Как в одиночку, так и с директором PARC и главным научным сотрудником Джон Сили Браун, Вейзер написал некоторые из самых ранних работ по этому вопросу, в значительной степени определяя его и обрисовывая основные проблемы.[7][9][10]

Признание эффектов увеличения вычислительной мощности

Признавая, что распространение вычислительной мощности на повседневные сценарии потребует понимания социальных, культурных и психологических явлений, выходящих за рамки ее надлежащей области, Вайзер находился под влиянием многих областей за пределами информатики, в том числе "философия, феноменология, антропология, психология, постмодернизм, социология науки и феминистская критика ". Он прямо заявил о" гуманистических истоках "невидимого идеала в постмодернистской мысли" ",[10] ссылаясь также на иронию антиутопия Филип К. Дик Роман Убик.

Энди Хоппер из Кембриджского университета, Великобритания, предложила и продемонстрировала концепцию «телепортации» - приложения следуют за пользователем, куда бы он ни двигался.

Рой Вант, в то время как исследователь и студент, работавший под руководством Энди Хоппера в Кембриджском университете, работал над «системой активных бейджей», которая представляет собой усовершенствованную систему определения местоположения, в которой личная мобильность совмещена с вычислениями.

Билл Шилит (сейчас в Google) также ранее работал над этой темой и участвовал в первом семинаре по мобильным вычислениям, проведенном в Санта-Крус в 1996 году.

Кен Сакамура из Токийский университет, Япония возглавляет Лабораторию повсеместной сетевой работы (UNL), Токио так же хорошо как Форум T-Engine. Совместная цель спецификации Ubiquitous Networking Сакамуры и форума T-Engine - дать возможность любому повседневному устройству транслировать и получать информацию.[11][12]

Массачусетский технологический институт также внес значительный вклад в исследования в этой области, в частности Вещи, которые думают консорциум (под руководством Хироши Исии, Джозеф А. Парадизо и Розалинда Пикард ) на Медиа-лаборатория[13] и усилия CSAIL, известные как Проект Кислород.[14] Другие основные участники включают Вашингтонский университет с Ubicomp Lab (режиссер Шветак Патель ), Дартмутский колледж с DartNets Lab, Технологический институт Джорджии с Колледж вычислительной техники, Корнелл Университет с Лаборатория компьютерных вычислений, ориентированная на людей, NYU с Программа интерактивных телекоммуникаций, Калифорнийский университет в Ирвине Кафедра информатики, Microsoft Research, Intel Research и экватор,[15] Университет Аджу UCRi & CUS.[16]

Примеры

Одной из первых повсеместных систем был художник. Натали Еремиженко "Live Wire", также известный как "Dangling String", установленный в Xerox PARC во время пребывания там Марка Вайзера.[17] Это был кусок веревки, прикрепленный к шаговый двигатель и контролируется LAN связь; сетевая активность вызвала подергивание струны, что привело к периферийно заметный индикация трафика. Вейзер назвал это примером спокойная техника.[18]

Настоящее проявление этой тенденции - повсеместное распространение мобильных телефонов. Многие мобильные телефоны поддерживают высокоскоростную передачу данных, видеоуслуги и другие услуги с мощными вычислительными возможностями. Хотя эти мобильные устройства не обязательно являются проявлением повсеместных вычислений, есть примеры, такие как японский проект Yaoyorozu («Восемь миллионов богов»), в котором мобильные устройства вместе с метками радиочастотной идентификации демонстрируют, что повсеместные вычисления уже присутствуют в той или иной форме.[19]

Окружающие устройства создал "шар", "приборную панель" и "маяк погоды ": эти декоративные устройства получают данные от беспроводная сеть и сообщать о текущих событиях, таких как цены на акции и погода, например Набазтаг продюсер Вайолет Сноуден.

Австралийский футурист Марк Пеше произвел легко конфигурируемый 52-ВЕЛ НАПОЛЬНАЯ ЛАМПА включенная лампа, которая использует Вай фай названный MooresCloud после Закон Мура.[20]

В Объединенная корпорация компьютерного интеллекта запустил устройство под названием Ubi - универсальный компьютер предназначен для голосового взаимодействия с домом и обеспечения постоянного доступа к информации.[21]

Повсеместные исследования в области вычислительной техники были сосредоточены на создании среды, в которой компьютеры позволяют людям сосредоточивать внимание на отдельных аспектах среды и выполнять функции надзора и разработки политики. Повсеместные вычисления делают упор на создание интерфейса человека и компьютера, который может интерпретировать и поддерживать намерения пользователя. Например, проект Oxygen Массачусетского технологического института стремится создать систему, в которой вычисления распространены как воздух:

В будущем вычисления будут сосредоточены на человеке. Он будет в свободном доступе повсюду, как батареи и розетки, или кислород в воздухе, которым мы дышим ... Нам не нужно будет носить с собой свои собственные устройства. Вместо этого настраиваемые универсальные устройства, портативные или встроенные в среду, будут предоставлять нам вычисления, когда они нам нужны и где бы мы ни находились. Когда мы взаимодействуем с этими «анонимными» устройствами, они перенимают наши информационные личности. Они будут уважать наше стремление к конфиденциальности и безопасности. Нам не придется печатать, щелкать или изучать новый компьютерный жаргон. Вместо этого мы будем общаться естественно, используя речь и жесты, которые описывают наши намерения ...

Это фундаментальный переход, который не стремится покинуть физический мир и «войти в какое-то металлическое, зараженное гигабайтами киберпространство», а скорее приносит нам компьютеры и средства связи, делая их «синонимом полезных задач, которые они выполняют».[19]

Сетевые роботы связывать повсеместные сети с роботы, способствуя созданию нового образа жизни и решений для решения множества социальных проблем, включая старение населения и уход за больными.[22]

вопросы

Конфиденциальность является наиболее часто цитируемой критикой повсеместных вычислений (ubicomp) и может быть самым большим препятствием на пути их долгосрочного успеха.[23]

Проблемам государственной политики часто «предшествуют длинные тени, длинные последовательности действий», возникающие медленно, в течение десятилетий или даже столетия. Существует потребность в долгосрочном обзоре для руководства принятием политических решений, поскольку это поможет в выявлении долгосрочных проблем или возможностей, связанных с повсеместной вычислительной средой. Эта информация может уменьшить неопределенность и направлять решения как политиков, так и лиц, непосредственно участвующих в разработке системы (Wedemeyer et al. 2001). Одним из важных соображений является степень, в которой разные мнения складываются по одной проблеме. По некоторым вопросам можно прийти к единому мнению относительно их важности, даже если мнения относительно причины или решения сильно разнятся. Например, мало кто будет отличаться в своей оценке весьма ощутимой проблемы с физическим воздействием, такой как террористы, использующие новое оружие массового уничтожения для уничтожения человеческих жизней. Изложенные выше формулировки проблем, касающиеся будущей эволюции человеческого вида или вызовов идентичности, имеют явные культурные или религиозные последствия и, вероятно, будут иметь большее расхождение во мнениях о них.[19]

Универсальные вычислительные исследовательские центры

Это список известных организаций, которые утверждают, что Повсеместные вычисления отсортировано по стране:

Пакистан

Центр исследований в области повсеместных вычислений (CRUC), Карачи, Пакистан.

Канада

Топологическая медиа-лаборатория, Университет Конкордия, Канада

Финляндия

Community Imaging Group, Университет Оулу, Финляндия

Германия

Офис телеком сотрудничества (ТЕКО), Карлсруэ технологический институт, Германия

Индия

Центр ресурсов исследования повсеместных вычислений (UCRC), Центр развития передовых вычислений[24]

Швеция

Центр мобильной жизни, Стокгольмский университет

объединенное Королевство

Лаборатория смешанной реальности, Ноттингемский университет

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ньивдорп, Э. (2007). «Всепроникающий дискурс». Компьютеры в индустрии развлечений. 5 (2): 13. Дои:10.1145/1279540.1279553. S2CID  17759896.
  2. ^ Хансманн, Уве (2003). Повсеместные вычисления: мобильный мир. Springer. ISBN  978-3-540-00218-5.
  3. ^ Гринфилд, Адам (2006). Everyware: рассвет повсеместных вычислений. Новые всадники. С. 11–12. ISBN  978-0-321-38401-0.
  4. ^ «Всемирные конференции по тактике». Технический комитет Haptics. Архивировано из оригинал 16 ноября 2011 г.
  5. ^ а б Послад, Стефан (2009). Интеллектуальные устройства для повсеместных вычислений, интеллектуальные среды и интеллектуальное взаимодействие (PDF). Вайли. ISBN  978-0-470-03560-3.
  6. ^ Кан, Бён Хо (январь 2007 г.). «Повсеместные угрозы компьютерной среде и защитные меры». Международный журнал мультимедиа и повсеместной инженерии. 2 (1): 47–60. Получено 2019-03-22.
  7. ^ а б Вайзер, Марк (1991). «Компьютер 21 века». Архивировано из оригинал 22 октября 2014 г.
  8. ^ Вейзер, Марк (23 марта 1993 г.). «Некоторые проблемы компьютерных наук в повсеместных вычислениях». CACM. Получено 28 мая, 2019.
  9. ^ Weiser, M .; Золото, р .; Браун, Дж. (1999-05-11). «Вездесущие вычисления». Архивировано из оригинал 10 марта 2009 г.
  10. ^ а б Вайзер, Марк (17 марта 1996 г.). «Вездесущие вычисления». Архивировано из оригинал 2 июня 2018 г.
  11. ^ Крикке, Дж (2005). «T-Engine: повсеместная вычислительная архитектура Японии готова к использованию в прайм-тайм». IEEE Pervasive Computing. 4 (2): 4–9. Дои:10.1109 / MPRV.2005.40. S2CID  11365911.
  12. ^ "Резюме форума T-Engine". T-engine.org. Архивировано из оригинал 21 октября 2018 г.. Получено 25 августа 2011.
  13. ^ "MIT Media Lab - Консорциум вещей, которые думают". Массачусетский технологический институт. Получено 2007-11-03.
  14. ^ "MIT Project Oxygen: Обзор". Массачусетский технологический институт. Получено 2007-11-03.
  15. ^ "Экватор". UCL. Получено 2009-11-19.
  16. ^ «Центр передового опыта для повсеместной системы» (на корейском). CUS. Архивировано из оригинал 2 октября 2011 г.
  17. ^ Вайзер, Марк (2017-05-03). «Создание спокойной технологии». Получено 27 мая, 2019.
  18. ^ Вайзер, Марк; Gold, Rich; Браун, Джон Сили (1999). «Истоки повсеместных компьютерных исследований в PARC в конце 1980-х». Журнал IBM Systems. 38 (4): 693. Дои:10.1147 / sj.384.0693. S2CID  38805890.
  19. ^ а б c Зима, Дженифер (декабрь 2008 г.). «Новые проблемы политики, связанные с повсеместными вычислениями: обсуждение видения будущего заинтересованных сторон». Знания, технологии и политика. 21 (4): 191–203. Дои:10.1007 / s12130-008-9058-4. HDL:10125/63534. S2CID  109339320.
  20. ^ Фингас, Джон (13 октября 2012 г.). «MooresCloud Light работает под управлением Linux, ставит ЛАМПУ на вашу лампу (видео)». Engadget.com. Получено 22 марта 2019.
  21. ^ «Ubi Cloud». Theubi.com. Архивировано из оригинал 2 января 2015 г.
  22. ^ «Форум сетевых роботов». Архивировано из оригинал 24 октября 2007 г.
  23. ^ Хонг, Джейсон I .; Ландей, Джеймс А. (июнь 2004 г.). «Архитектура для повсеместных вычислений с учетом конфиденциальности» (PDF): 177=189. Дои:10.1145/990064.990087. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  24. ^ «Вездесущие вычислительные проекты». Департамент электроники и информационных технологий (DeitY). Министерство связи и информационных технологий, правительство Индии. Архивировано из оригинал на 2015-07-07. Получено 2015-07-07.

дальнейшее чтение

  • Адам Гринфилд книга Everyware: рассвет повсеместных вычислений ISBN  0-321-38401-6.
  • Книга Джона Тиннелла Активные медиа: цифровая коммуникация за пределами рабочего стола Издательство Оксфордского университета, 2018. ISBN  0190678089

внешняя ссылка