Вездесущие вычисления - Ubiquitous computing

Повсеместные вычисления (или « убикомп ») - это концепция в программной инженерии , аппаратной инженерии и информатике, где вычисления появляются в любое время и везде. В отличие от настольных компьютеров , повсеместные вычисления могут выполняться 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 , планшеты и терминалы в повседневных предметах, таких как холодильник или пара очков . Базовые технологии для поддержки повсеместных вычислений включают Интернет , расширенное промежуточное программное обеспечение , операционную систему , мобильный код , датчики , микропроцессоры , новые интерфейсы ввода-вывода и пользовательские интерфейсы , компьютерные сети , мобильные протоколы, определение местоположения и позиционирования, а также новые материалы.

Эта парадигма также описывается как всеобъемлющие вычисления , окружающий интеллект или «всякое ПО». Каждый термин подчеркивает несколько разные аспекты. Что касается в первую очередь задействованных объектов, это также известно как физические вычисления , Интернет вещей , тактильные вычисления и «вещи, которые думают». Вместо того, чтобы предлагать единое определение для повсеместных вычислений и для этих связанных терминов, была предложена таксономия свойств для повсеместных вычислений, на основе которой могут быть описаны различные виды или разновидности повсеместных систем и приложений.

Повсеместные вычисления затрагивают распределенные вычисления , 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 управление освещением и окружающей средой с персональными биометрическими мониторами, вплетенными в одежду, так что условия освещения и обогрева в комнате могут изменяться 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.

Повсеместные вычисления создают проблемы для всей информатики: при проектировании и проектировании систем, при моделировании систем и при проектировании пользовательских интерфейсов. Современные модели взаимодействия человека с компьютером, основанные на командной строке , меню или графическом интерфейсе пользователя , неуместны и неадекватны повсеместному случаю. Это говорит о том, что парадигма «естественного» взаимодействия, подходящая для полностью надежных 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 естественных пользователях). интерфейсы ). Современные устройства, которые поддерживают эту последнюю идею, включают мобильные телефоны , цифровые аудиоплееры , радиочастотные идентификационные метки, GPS и интерактивные доски .

Марк Вейзер предложил три основные формы повсеместных вычислительных устройств :

  • Вкладки : носимое устройство размером примерно сантиметр.
  • Пэды : портативное устройство размером примерно в дециметр.
  • Доски : интерактивное устройство отображения большего размера, размером примерно метр.

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

  • Пыль : миниатюрные устройства могут не иметь визуальных выходных дисплеев, например, микромеханические системы ( МЭМС ), в диапазоне от нанометров, микрометров до миллиметров. См. 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 в виде артефактов, напоминающих различные виды физических объектов (см. Также материальный интерфейс ).

В книге Мануэля Кастельса « 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 определенные возможности.
  • Слой 3: Слой 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 исследовательского центра Xerox в Пало-Альто (PARC) . В одиночку и вместе с директором PARC и главным научным сотрудником Джоном Сили Брауном Вайзер написал некоторые из самых первых статей по этому вопросу, в значительной степени определяя его и обрисовывая основные проблемы.

Признание эффектов увеличения вычислительной мощности

Осознавая, что распространение вычислительной мощности на повседневные сценарии потребует понимания социальных, культурных и психологических явлений, выходящих за рамки ее надлежащей сферы, Вайзер находился под влиянием многих областей за пределами информатики, включая « философию , феноменологию , антропологию , психологию , постмодернизм , социологию». науки и феминистской критики ". Он недвусмысленно говорил о «гуманистических истоках« невидимого идеала в постмодернистской мысли »», ссылаясь также на иронически антиутопический роман Филипа К. Дика « Убик» .

Энди Хоппер из Кембриджского университета в Великобритании предложил и продемонстрировал концепцию «телепортации», когда 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 сочетается 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 Токийского университета , Япония, возглавляет Лабораторию универсальных сетевых технологий (UNL) в Токио, а также форум T-Engine . Совместная цель спецификации Ubiquitous Networking Сакамуры и форума T-Engine - дать возможность любому повседневному устройству транслировать и получать информацию.

Массачусетский технологический институт также внес значительный вклад в исследования в этой области, в частности, консорциум Things That Think (возглавляемый Хироши Исии , Джозеф А. Парадизо и Розалинд Пикард ) в Media Lab и проект CSAIL, известный как Project Oxygen . Другие главные вкладчики включают Университет штата Вашингтон 's Ubicomp Lab (режиссер Шветак Патель ), Дартмут Колледж ' s DartNets Lab , Georgia Tech 's колледжа вычислительной техники , Cornell University ' s People Aware Computing Lab , NYU «s программы Interactive телекоммуникаций , UC Отделение информатики Ирвина , Microsoft Research , Intel Research and Equator, Университет Аджу, UCRi & CUS.

Примеры

Одной из самых ранних повсеместных систем была "Live Wire" художницы Натали Еремиженко , также известная как "Dangling String", установленная в Xerox PARC во время пребывания там Марка Вайзера. Это был кусок веревки, прикрепленный к шаговому двигателю и управляемый по локальной сети; сетевая активность вызвала подергивание струны, что давало периферийно заметное указание на трафик. Вайзер назвал это примером спокойной техники .

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 в сочетании с метками радиочастотной идентификации демонстрируют, что повсеместные вычисления уже присутствуют в той или иной форме.

Компания Ambient Devices создала «шар», «приборную панель» и « погодный маяк »: эти декоративные устройства получают данные из беспроводной сети и сообщают о текущих событиях, таких как цены на акции и погода, как, например, « Набазтаг», созданный Вайолет Сноуден. .

Австралийский футурист Марк Пеше (Mark Pesce ) создал легко настраиваемую лампу с 52 светодиодами LAMP, которая использует Wi-Fi, названную MooresCloud в честь Гордона Мура .

Unified Computer Intelligence Corporation запустила устройство под названием Ubi - Повсеместный Компьютер предназначен для обеспечения голосового взаимодействия с домом и обеспечить постоянный доступ к информации.

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 "человек-компьютер", 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, карманные 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 нужно будет 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».

Сетевые роботы связывают повсеместные сети с роботами , внося свой вклад в создание нового образа жизни и решений для решения множества социальных проблем, включая старение населения и уход за больными.

Проблемы

Конфиденциальность является наиболее часто цитируемой критикой в ​​отношении повсеместных вычислений (ubicomp) и может быть самым большим препятствием на пути их долгосрочного успеха.

Проблемам государственной политики часто «предшествуют длинные тени, длинные последовательности действий», возникающие медленно, на протяжении 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). Одно из важных соображений - это степень, в которой разные мнения складываются по одной и той же проблеме. По некоторым вопросам можно прийти к единому мнению относительно их важности, даже если мнения относительно причины или решения сильно разнятся. Например, немногие люди будут 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, которые касаются будущей эволюции человеческого вида или вызовов идентичности, имеют явные культурные или религиозные последствия и, вероятно, будут иметь большее расхождение во мнениях о них.

Универсальные вычислительные исследовательские центры

Это список известных организаций, которые утверждают, что сосредоточены на повсеместных вычислениях, отсортированных по странам:

Канада

Лаборатория топологических медиа , Университет Конкордия, Канада

Финляндия

Community Imaging Group, Университет Оулу , Финляндия

Германия

Офис Telecooperation (TECO), Технологический институт Карлсруэ , Германия

Индия

Исследовательский ресурсный центр по повсеместным вычислениям (UCRC), Центр развития передовых вычислений

Пакистан

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

Швеция

Центр мобильной жизни , Стокгольмский университет

Объединенное Королевство

Лаборатория смешанной реальности, Ноттингемский университет

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки