智能環(huán)境——全新概念的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

李翠然 李承恕


　　智能環(huán)境是最近剛提出的一種全新概念的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)�熕�是由許多用于個(gè)人的小便攜信息設(shè)備和功能強(qiáng)大的傳感器連成的一個(gè)復(fù)雜的、具有自組織性的、能夠協(xié)同工作的通信結(jié)構(gòu)。目前存在兩種技術(shù)研究?jī)A向（即以技術(shù)為中心和以人為中心的研究），而且專家認(rèn)為，它優(yōu)越于藍(lán)牙等無(wú)線通信技術(shù)。



一、現(xiàn)存的幾種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)



　　現(xiàn)存的幾種相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型為移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）、蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及包括藍(lán)牙在內(nèi)的許多短距離的無(wú)線局域網(wǎng)。



1.移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）



　　MANET是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，它通常包含成千上萬(wàn)個(gè)可以完全移動(dòng)的通信節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可視為一個(gè)個(gè)人信息器具（如配備有無(wú)線收發(fā)機(jī)的個(gè)人數(shù)字助理），能覆蓋到幾百米的范圍。MANET的目的是形成并維持一個(gè)有聯(lián)系關(guān)系的多跳網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)能在節(jié)點(diǎn)間傳輸多媒體業(yè)務(wù)。



　　為了能在移動(dòng)的情況下保證某種服務(wù)質(zhì)量，MANET網(wǎng)絡(luò)必須采取如下措施：



　　（1）節(jié)點(diǎn)組織采用的方式應(yīng)使它們都能夠有效地訪問(wèn)共享通信媒體。在某些情況下，將這種方式稱之為“形成了一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施”，同樣地，這里的基礎(chǔ)設(shè)施能為節(jié)點(diǎn)提供一種信道接入策略。



　　（2）網(wǎng)絡(luò)中能執(zhí)行路由尋址算法。



　　（3）在移動(dòng)情況下仍能保持這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且還能進(jìn)行路由尋址。



　　在MANET網(wǎng)絡(luò)中，為了使服務(wù)質(zhì)量為最優(yōu)，需要做好網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)、路由尋址算法和移動(dòng)性管理（ORM）這三方面的工作。也就是說(shuō)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在高速移動(dòng)情形下，網(wǎng)絡(luò)仍能提供好的吞吐／時(shí)延特性。



2.蜂窩網(wǎng)絡(luò)



　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)是由靜止節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的較大網(wǎng)絡(luò)。位于通信子網(wǎng)中的靜止節(jié)點(diǎn)（基站）和構(gòu)成固定基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的有線中樞網(wǎng)絡(luò)相連。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大大超過(guò)靜止節(jié)點(diǎn)，每個(gè)基站中有成百上千個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這些移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常分布得很分散。每個(gè)基站都覆蓋一個(gè)很大的區(qū)域，且區(qū)域之間很少重疊。只有當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)并發(fā)生越區(qū)切換時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)區(qū)域間的重疊覆蓋情況（每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能一下就會(huì)跳到遠(yuǎn)離基站的位置去）。這種蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)就是提供高的服務(wù)質(zhì)量和高的帶寬效率。



3.藍(lán)牙



　　藍(lán)牙是短距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是替代電器之間的電纜線，來(lái)提供電器間的射頻連接。藍(lán)牙的拓?fù)錇樾切途W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，1個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可以與7個(gè)附屬節(jié)點(diǎn)相連，從而構(gòu)成了微微網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)微微網(wǎng)絡(luò)都采用集中指定的時(shí)分多址表和跳頻模式。所有節(jié)點(diǎn)都和主節(jié)點(diǎn)保持時(shí)序同步。用相應(yīng)的機(jī)制來(lái)保證微微網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)，從而形成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的信息速率大約為1Mbit／s；網(wǎng)絡(luò)中典型的傳輸功率是1mW，可望覆蓋10m的范圍。



4.其他局域網(wǎng)絡(luò)



　　還有一種正在發(fā)展的短距離商用系統(tǒng)是家用射頻。此系統(tǒng)的目的和藍(lán)牙非常相似，但該網(wǎng)絡(luò)模型基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，能處理單跳自組織網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線電波采用跳頻模式，信道接入可基于時(shí)分多址（TDMA）和載波偵聽多址接入（CSMA）模式。信息速率最高可達(dá)大約2Mbit／s；傳輸功率是100mW，典型的覆蓋范圍是一間房子或一個(gè)院子。



　　這些傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)都是在移動(dòng)環(huán)境下提供高的服務(wù)質(zhì)量（即高吞吐量／低時(shí)延）和高的帶寬效率。對(duì)于有固定基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，聯(lián)系很少發(fā)生中斷，并且中斷事件和能量使用無(wú)關(guān)。而在移動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變通常是由節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性引起，而不是由為了執(zhí)行各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議造成的能量耗盡引起的。因此，為了提高系統(tǒng)性能，在協(xié)議設(shè)計(jì)中，移動(dòng)性管理和故障恢復(fù)比能量保持更為重要。



二、智能環(huán)境的基本概念



　　隨著分化很小的、低功率的計(jì)算設(shè)備和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多用于個(gè)人的小便攜信息設(shè)備和功能強(qiáng)大的傳感器。這些傳感器在環(huán)境中能連成網(wǎng)。當(dāng)我們?cè)噲D將這些設(shè)備連成一個(gè)復(fù)雜的、具有自組織性的、并能夠協(xié)同工作的通信結(jié)構(gòu)時(shí)，就出現(xiàn)了兩種技術(shù)研究?jī)A向（即以技術(shù)為中心和以人為中心的研究）。



　　近幾年的研究?jī)?nèi)容就是建立一個(gè)新的計(jì)算范例，它本質(zhì)上類似于一個(gè)普遍存在的計(jì)算網(wǎng)。許多術(shù)語(yǔ)（諸如普遍深入的、無(wú)形的、穩(wěn)定的、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、靈活的、擴(kuò)展了的現(xiàn)實(shí)以及信息設(shè)備等）可能會(huì)讓讀者產(chǎn)生不同的理解，但是它們的共同目標(biāo)就是在人和環(huán)境之間建立一種共生關(guān)系（而現(xiàn)在已經(jīng)普遍存在的計(jì)算范例是人和計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系）。這種新的計(jì)算范例可從以人為中心來(lái)研究人和智能環(huán)境間的通信內(nèi)容，或從以技術(shù)為中心來(lái)研究構(gòu)成智能環(huán)境需要哪些新的技術(shù)（尤其是網(wǎng)絡(luò)設(shè)施方面），以及隨著新范例的發(fā)展，軟件設(shè)施和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要有哪些新變動(dòng)。



1.以人為中心的研究



（1）設(shè)計(jì)目標(biāo)



　　此時(shí)不論人是否移動(dòng)、智能環(huán)境是否動(dòng)態(tài)地在改變，在人機(jī)接口（HCI）中，智能環(huán)境的輸入／輸出功能都必須滿足人（作為信息需求者）的需求。這種環(huán)境中，可能發(fā)生的變化有人的數(shù)量、信息提供者的數(shù)量、人的位置以及智能環(huán)境中設(shè)備的位置等幾種。這些變化可以理解為人和環(huán)境間的聯(lián)系（如人在辦公室、人在家里、人在車?yán)锖腿嗽跈C(jī)場(chǎng)是不同的）。



　　以人為中心的研究目的就是使人-機(jī)之間以及人-人之間的信息交流更為便利、快捷。為此，在智能環(huán)境中研究HCI需達(dá)到如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：



① 保密性：必須為用戶提供保密要求（如只對(duì)信息擁有者提供個(gè)人生物鑒定資料）。

② 有效性：讓用戶有更多時(shí)間做他想要做的。

③ 動(dòng)態(tài)用戶界面：當(dāng)某個(gè)用戶想要呼叫另一用戶時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)察覺(jué)。通過(guò)理解HCI當(dāng)前的通信內(nèi)容，預(yù)測(cè)用戶的意圖，使用戶最小限度地參與智能環(huán)境。

（2）應(yīng)考慮的問(wèn)題



　　為達(dá)到上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，需考慮如下問(wèn)題：



　　① 中斷問(wèn)題：中斷何時(shí)發(fā)生、采用何種方式觸發(fā)？當(dāng)產(chǎn)生中斷后，智能環(huán)境如何將被中斷任務(wù)的狀態(tài)告知用戶，以備以后任務(wù)恢復(fù)之用。



　�、� 控制問(wèn)題：用戶和智能環(huán)境何時(shí)才應(yīng)該發(fā)生相互聯(lián)系？控制區(qū)域的最佳范圍是多少？控制域的靈活變動(dòng)程度如何？人和環(huán)境共同認(rèn)可的控制域是多少，如何實(shí)現(xiàn)？



　�、� 人的行為問(wèn)題：人們想要用某種技術(shù)來(lái)執(zhí)行某些任務(wù)，而不是用這種技術(shù)本身，所以行為問(wèn)題不是技術(shù)問(wèn)題。普遍可接受的觀點(diǎn)是，智能環(huán)境必須用一種謹(jǐn)慎的方式來(lái)使人們能執(zhí)行當(dāng)前普遍存在的活動(dòng)，同時(shí)能提供某些增值服務(wù)。另外智能環(huán)境還必須能讓人們做一些當(dāng)前所設(shè)想不到的活動(dòng)，即智能環(huán)境必須和人類的活動(dòng)同時(shí)演進(jìn)發(fā)展。第三個(gè)問(wèn)題也就是當(dāng)我們?cè)谌粘Ｉ�活中接納了智能環(huán)境這個(gè)概念之后，哪些活動(dòng)將成為主流的發(fā)展趨勢(shì)，這是研究者很難預(yù)測(cè)的問(wèn)題。



　　在智能環(huán)境中是否存在有關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一組相關(guān)聯(lián)的設(shè)施組成并且能為活動(dòng)提供連貫性的、關(guān)鍵性的連接。其目的是使活動(dòng)的完成不依賴于單個(gè)設(shè)施。



　�、� 評(píng)估問(wèn)題：評(píng)價(jià)一個(gè)智能環(huán)境好與壞的準(zhǔn)則是什么呢？前已提到，在智能環(huán)境中，我們需要關(guān)心的是以人為中心的活動(dòng)，并不是技術(shù)本身。為了滿足技術(shù)和人類活動(dòng)的共同演進(jìn)，必須使智能環(huán)境的重大演進(jìn)和實(shí)用目的相聯(lián)系。為此，提出要發(fā)展“真實(shí)實(shí)驗(yàn)室”旨在發(fā)展新技術(shù)和新的環(huán)境來(lái)滿足真正的人類活動(dòng)。



　　當(dāng)然研究智能環(huán)境需要各種學(xué)科的共同努力，不僅局限于硬件和軟件設(shè)計(jì)。智能環(huán)境為社會(huì)學(xué)家和生物學(xué)家呈現(xiàn)了一個(gè)有趣的研究平臺(tái)：即一部分研究工作就是在智能環(huán)境中測(cè)試當(dāng)前理論；另一部分研究工作就是拓展、修正或是替換當(dāng)前理論。社會(huì)學(xué)家和生物學(xué)家要研究可用性測(cè)試，還要研究核心理論結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，這也需要其他學(xué)科的參與。



2.以技術(shù)為中心的研究



　　智能環(huán)境需要新的硬件技術(shù)來(lái)使由計(jì)算設(shè)備構(gòu)成的自組織網(wǎng)之間互聯(lián)成網(wǎng)，需要高效的中繼設(shè)備技術(shù)來(lái)支持異類、分布式系統(tǒng)間的互操作。



（1）智能環(huán)境的構(gòu)成



　　智能環(huán)境由智能空間、智能節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成。





① 智能空間


　　智能環(huán)境包括一組物理空間，智能節(jié)點(diǎn)就分布在此空間并在此空間傳輸。這些空間或是指一間房?jī)?nèi)的物理空間，或是僅由可通過(guò)無(wú)線媒質(zhì)互相連通的一組節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。



② 智能節(jié)點(diǎn)



　　智能節(jié)點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。它具有潛在的計(jì)算功能、能進(jìn)行無(wú)線通信、具有自我激勵(lì)機(jī)制并且能完成特定的功能等共同屬性。



a.智能節(jié)點(diǎn)的共同屬性



　　·由定義可知，智能節(jié)點(diǎn)要在局部空間具有智能，因此它必須具備計(jì)算和存儲(chǔ)能力。這樣才能保證它的自主操作，并且和其他智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)議的聯(lián)系。而這種處理能力能進(jìn)一步保證完成某個(gè)特定的功能。



　　·智能節(jié)點(diǎn)需要無(wú)線通信鏈路，此鏈路通常和節(jié)點(diǎn)中的處理芯片相結(jié)合�煵⒈ＷC此節(jié)點(diǎn)和其他智能節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行無(wú)線互聯(lián)。



　　·智能節(jié)點(diǎn)必須具有自我充電的能力，最好是使用一種不需要經(jīng)常更換電池的技術(shù)。當(dāng)智能節(jié)點(diǎn)到處存在時(shí)，電池的更換就變得很頻繁。這就需要研究更好的電池技術(shù)，而周圍的功率源更值得研究。



　　·智能節(jié)點(diǎn)必須能完成特定的功能。這是因?yàn)椋�在智能環(huán)境中，傳統(tǒng)的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將被分解成具有特定功能的一些設(shè)備（如當(dāng)前的ＰＣ將由一系列智能節(jié)點(diǎn)所替代）。



　　·這些智能節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成靈活的無(wú)線網(wǎng)，用來(lái)和其他固定或移動(dòng)設(shè)備以及Internet相連。



b.智能節(jié)點(diǎn)的類型



　　·個(gè)人節(jié)點(diǎn)：它對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是主要的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，同時(shí)要注意，當(dāng)所有的智能節(jié)點(diǎn)都具有某種潛在的計(jì)算能力時(shí)，個(gè)人節(jié)點(diǎn)主要起計(jì)算平臺(tái)的作用，也有可能負(fù)責(zé)和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。



　　·可卸載的輸入／輸出節(jié)點(diǎn)：如眼鏡、擴(kuò)音器以及耳機(jī)中的加蓋顯示屏。



　　·可隨身攜帶的節(jié)點(diǎn)：如手掌鍵盤和手持文本輸入設(shè)備。



　　·個(gè)人傳感器：如定位裝置（GPS和IPS）、環(huán)境參數(shù)（溫度、氣壓）和生物傳感器（血壓等）。



　　·智能房間和智能車輛中的輸入／輸出設(shè)備：如超屏顯示器、無(wú)線鍵盤、打印機(jī)和攝影機(jī)。



　　·智能房間和智能車輛中的存儲(chǔ)設(shè)備：可以是暫時(shí)性存儲(chǔ)，也可是永久性的作為檔案存儲(chǔ)。



　　·為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供服務(wù)的服務(wù)器：如可提供內(nèi)容緩存服務(wù)。



　　·網(wǎng)關(guān)：包括以人為中心的智能網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)、永久性的網(wǎng)關(guān)以及Internet接入點(diǎn)。



　　有些智能節(jié)點(diǎn)不止起到一種作用（如個(gè)人節(jié)點(diǎn)、以人為中心的智能網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)等），這些作用比當(dāng)前通用的PC和個(gè)人數(shù)字助理PDA的作用更為具體。智能節(jié)點(diǎn)除了上述作用外，還應(yīng)包括一些不可達(dá)到的節(jié)點(diǎn)或是被丟棄節(jié)點(diǎn)具有的功能（如和其他節(jié)點(diǎn)或是Internet相連接時(shí)，不能僅依賴具有接入功能的個(gè)人節(jié)點(diǎn)的唯一的連接）。



③ 網(wǎng)絡(luò)



　　網(wǎng)絡(luò)能將智能節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，能讓節(jié)點(diǎn)間相互通信，從而為用戶提供方便的服務(wù)。



a.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有的特征



　　·范圍大小：每個(gè)人可能包括數(shù)十種節(jié)點(diǎn)。這就意味著，當(dāng)在一個(gè)可容納1000人的禮堂里，智能空間中可能就存在著成千上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然，我們可采用分層結(jié)構(gòu)來(lái)處理自身網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。但是，研究其他網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)分布也是關(guān)鍵問(wèn)題。



　　·無(wú)線信道帶來(lái)的問(wèn)題：因?yàn)闊o(wú)線信道易被偷聽、易受到各種干擾�熞虼�，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能提供安全性保證和信息的確認(rèn)。另外當(dāng)前的射頻無(wú)線信道提供的帶寬有限，這對(duì)某些需要很大帶寬（如個(gè)人節(jié)點(diǎn)和超平顯示器之間的無(wú)線鏈路）的鏈路來(lái)說(shuō)是不可以接受的，但如將網(wǎng)絡(luò)空間中許多節(jié)點(diǎn)的傳輸帶寬合并就可以大大超過(guò)射頻帶寬，這樣在傳輸時(shí)就不需要進(jìn)行功率控制。無(wú)線信道會(huì)遭受衰落，所以也要考慮如何保證服務(wù)質(zhì)量（QoS）。



　　·移動(dòng)性問(wèn)題：智能節(jié)點(diǎn)可能會(huì)移動(dòng)，移動(dòng)性會(huì)給網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加動(dòng)態(tài)特性，所以需要研究動(dòng)態(tài)連接、動(dòng)態(tài)路由算法和安全性問(wèn)題。



b.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法



　　除了智能環(huán)境的三種構(gòu)成元素外，為了支持智能環(huán)境，還需要許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法。這些協(xié)議和算法包括：


　　·相鄰節(jié)點(diǎn)的可察覺(jué)性：智能節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號(hào)建立一組能直接通達(dá)的節(jié)點(diǎn)。



　　·鏈路信息的互換性：節(jié)點(diǎn)之間能互換信息（如ID、鏈路類型、鏈路承載能力），從而可確定需要建立哪些鏈路、需要保持哪些鏈路。



　　·自組織和自我互聯(lián)性：節(jié)點(diǎn)應(yīng)能夠根據(jù)分級(jí)互聯(lián)原則進(jìn)行自我組網(wǎng)，這種互聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須適應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性。我們也可通過(guò)節(jié)點(diǎn)的這種互聯(lián)性構(gòu)成的網(wǎng)進(jìn)行路由算法和QoS評(píng)估。



　　·信源節(jié)點(diǎn)的可察覺(jué)性：為了執(zhí)行某項(xiàng)功能，通信節(jié)點(diǎn)可能需要許多信源節(jié)點(diǎn)的參與（如需要內(nèi)容服務(wù)器、緩存器和多媒體轉(zhuǎn)換器）。查找信源節(jié)點(diǎn)的算法就是能找到一組可用的信源節(jié)點(diǎn)并根據(jù)應(yīng)用功能、網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)化等的考慮，從中選出最好的一個(gè)。



　　·對(duì)Internet的依賴性：Internet提供了很多有用的資源和服務(wù)，同時(shí)也為許多分散開來(lái)的自組織網(wǎng)提供了可互相連通的鏈路（見圖1）。由于距離問(wèn)題或安全問(wèn)題，和Internet相連的鏈路可能會(huì)中斷或者不可達(dá)到，所以智能節(jié)點(diǎn)必須能夠自主操作。這就存在一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的自主性和對(duì)Internet的依賴性之間的均衡問(wèn)題。



　　·以用戶為中心的通信和會(huì)話協(xié)議：通信應(yīng)基于用戶，而不是基于物理節(jié)點(diǎn)或位置。因此，我們需要的協(xié)議、信息源位置和代理必須使用戶和應(yīng)用程序之間能通過(guò)名稱來(lái)相互通信。一個(gè)會(huì)話就是由一系列應(yīng)用程序組成，其中可能包含有許多網(wǎng)絡(luò)流和自組織網(wǎng)之間的互聯(lián)。會(huì)話協(xié)議必須能夠處理動(dòng)態(tài)變化，即多個(gè)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)信息流構(gòu)成的會(huì)話可動(dòng)態(tài)加入、離開，會(huì)話的合并和分解。



（2）智能環(huán)境的軟件設(shè)施支持



　　在智能空間和智能物體普遍存在的世界里，軟件無(wú)處不在。曾有這樣的術(shù)語(yǔ)，你今天寫的軟件到了明天就會(huì)成為歷史；在Internet時(shí)代里，這句術(shù)語(yǔ)就變成這樣：你腦中正在構(gòu)思的軟件已經(jīng)成為了歷史。



　　智能部件可能具有很長(zhǎng)的使用年限，因此不能輕易替換或更新，或是某些不能看見的、很難更換的設(shè)備。換句話說(shuō)，智能設(shè)備和智能空間即使在未組網(wǎng)之間就固有存在了。所以我們需要研究的是如何為新老設(shè)備提供轉(zhuǎn)換和代理服務(wù)。因?yàn)�，不管某種新設(shè)備的功能如何吸引人，也沒(méi)有人愿意更新和升級(jí)家里所有的設(shè)備。



　　因此構(gòu)造智能環(huán)境需要下列軟硬件技術(shù)的支持：



①軟件技術(shù)的支持



　　·信源節(jié)點(diǎn)的可察覺(jué)性：必須能知道臨近地區(qū)信源節(jié)點(diǎn)的類型、位置和特性。



　　·相互操作性：不論專用設(shè)備還是通用設(shè)備，不論處理功率的大小、存儲(chǔ)容量的多少和網(wǎng)絡(luò)帶寬的多少，他們必須具有互操作性。



　　·定位：能以一定的分辨率確定幾米到一二百米范圍內(nèi)的用戶或是設(shè)備的位置。



　　·移動(dòng)性察覺(jué)：智能環(huán)境應(yīng)能夠接納固定狀態(tài)的小設(shè)備和用戶�熞苍试S服務(wù)的轉(zhuǎn)交和重新協(xié)商。



　　·事件管理：我們可以即時(shí)定義一種事件來(lái)區(qū)分設(shè)備和環(huán)境中事件的集合和分解。



②支持硬件設(shè)備



　　·命名：能有效區(qū)分本地智能環(huán)境和周圍環(huán)境中的信源節(jié)點(diǎn)、設(shè)備（如讓指定的兩部電話通信）。


　　·安全和隱私：在公開和半公開的地方保持通信的隱秘性、安全性。



　　·設(shè)備的可檢測(cè)性：必須知道鄰近地區(qū)有哪些設(shè)備以及這些設(shè)備的用途。如智能環(huán)境應(yīng)該知道是否用戶手中有某種設(shè)備并能對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。另外用戶有可能中途更換設(shè)備，所以智能環(huán)境必須能夠接納異類設(shè)備。



　　·適應(yīng)性：當(dāng)設(shè)備的數(shù)量、用戶數(shù)以及服務(wù)請(qǐng)求發(fā)生變化時(shí)，智能環(huán)境至少應(yīng)能讓設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置并能提供相應(yīng)的服務(wù)（如智能環(huán)境提供給數(shù)十人和數(shù)百人的視頻服務(wù)種類是不同的）。



　　·QoS保證：QoS的管理包括資源預(yù)約、接入控制和協(xié)商。



　　·獨(dú)立執(zhí)行特性：當(dāng)操作平臺(tái)、語(yǔ)言、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，也能夠提供可靠的服務(wù)。
　　·互操作性：在中繼環(huán)境中具有互操作性，所有的中繼環(huán)境所能提供的服務(wù)可能不同，他們之間必須能互操作，否則智能節(jié)點(diǎn)就會(huì)被分割開來(lái)。



　　·范圍：智能環(huán)境可以很大，智能節(jié)點(diǎn)的分布可以很密集，可以讓成千上萬(wàn)個(gè)設(shè)備分布在1m之內(nèi)。分布范圍可以是一幢建筑物大小、大學(xué)校園、城市、縣、省、全國(guó)以至全球。



　　·易理解性：智能環(huán)境中的中繼器必須能提供所有服務(wù)，所以復(fù)雜是不可避免的。大多數(shù)應(yīng)用者不會(huì)直接和中繼層發(fā)生聯(lián)系，他們只是和簡(jiǎn)單的高級(jí)標(biāo)注語(yǔ)言或是庫(kù)函數(shù)進(jìn)行高層的抽象聯(lián)系。少數(shù)應(yīng)用者可能需要和中繼層進(jìn)行低層聯(lián)系。這就意味著存在有特殊的中繼層，它能夠抽象服務(wù)，同時(shí)當(dāng)不需高層聯(lián)系時(shí)也能將之旁路掉。



　　·安全性：能提供隱秘性和認(rèn)證。安全服務(wù)可以是依賴設(shè)備的、依賴用戶的，也可以是依賴智能空間的。



　　·容錯(cuò)性：當(dāng)硬件、網(wǎng)絡(luò)連接或系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)故障時(shí)，能恢復(fù)正常。



三、智能環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)



　　智能環(huán)境究竟是研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)�熯�是分離地研究各種技術(shù)呢？在研究HCI時(shí)，就提出要在智能環(huán)境中發(fā)展living laboratories。然而，對(duì)所有跟智能環(huán)境相關(guān)的學(xué)科來(lái)說(shuō)，研究這種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是否值得。



1.研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的好處



（1）在設(shè)備和人之間提供了較好的測(cè)試層；



（2）更有效的評(píng)估；



（3）有些情形下，不需要考慮真實(shí)世界的復(fù)雜性，它有可能建立一個(gè)封閉的世界。



2.研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的缺點(diǎn)



　�。�1）測(cè)試平臺(tái)需要很多來(lái)自研究中的信息資源；



　　（2）測(cè)試平臺(tái)需要在各學(xué)科之間進(jìn)行語(yǔ)言轉(zhuǎn)換；



　�。�3）智能環(huán)境的發(fā)展還不很成熟，不能發(fā)展有用的測(cè)試平臺(tái)。而沒(méi)有了測(cè)試平臺(tái)，就無(wú)法將獨(dú)立的研究項(xiàng)目連貫起來(lái)。有些人認(rèn)為，這種連貫性并不是必須的。還有許多方法來(lái)研究智能環(huán)境的發(fā)展，有用的研究可以基于不同的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)沒(méi)有必要聯(lián)系起來(lái)。而另一些人卻認(rèn)為，系統(tǒng)之間不僅要聯(lián)系，而且還要協(xié)同工作。例如，有人將這種協(xié)同工作必須成拱形原則。還有人認(rèn)為，每個(gè)系統(tǒng)至少要和其他ｎ個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作。有些人認(rèn)為，強(qiáng)調(diào)這種協(xié)同性沒(méi)有意義，我們首先應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，系統(tǒng)之間應(yīng)交換哪些信息，而不是協(xié)同工作的標(biāo)準(zhǔn)是什么。還有一種方案就是增加各自獨(dú)立研究領(lǐng)域的結(jié)合力度，以此建立一個(gè)通用的問(wèn)題領(lǐng)域。


3.智能環(huán)境應(yīng)研究的問(wèn)題



　　歸納起來(lái)，智能環(huán)境即將研究以下問(wèn)題：



　�。�1）應(yīng)用方面：自組織的電話會(huì)議，用于獲取交易；技術(shù)支持會(huì)議和技術(shù)教育，用來(lái)改進(jìn)生產(chǎn)力；用戶接口，用來(lái)理解高層的用戶意圖，而不是某個(gè)具體指令；用戶接口，此接口為空中接口，適用于當(dāng)前可接入的任何設(shè)備；用戶接口，平衡用戶的諸多需求，減輕中斷影響；用戶接口，可允許用戶出錯(cuò)和錯(cuò)誤理解用戶的意圖。



　�。�2）傳感器：和成千上萬(wàn)設(shè)備共同陳列的高度自適應(yīng)傳感器；允許人們使用遠(yuǎn)程傳感器做為人身體的延伸。



　�。�3）通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)：接入?yún)f(xié)議使完全自組織的各種無(wú)線系統(tǒng)均能以很好的性能共享頻譜。并且保持在阻塞期間性能的下降可以接受；各種自組織的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備數(shù)量比今天的數(shù)量多1000倍。



　�。�4）自適應(yīng)系統(tǒng)：加電后設(shè)備能自我組織；系統(tǒng)允許其他設(shè)備能輕易加入，并可立即使用；系統(tǒng)能充分利用地理環(huán)境。



摘自《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》