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1、无处不在的计算 天津大学计算机科学与技术学院 冯志勇教授 计算机技术及应用的发展历程 大型主 机时代 电子管,晶体管,集成电路;机器语言(穿孔纸带);多人 共享一台计算机;以科学计算为主(气象、军事、科学计算 等)。 微机时 代 大规模/超大规模集成电路;高级语言;计算、图形处理( CAD,机械设计),单机的小型数据库管理。 互联网 时代 计算机网络,HTML, XML, .net, Java,等等标记语言和支持 网络的高级语言。构件化技术,中间件技术,门户技术,面 向服务的架构,嵌入式系统开发技术等等。(大型企业应用 系统,移动通讯等) 普及计 算时代 TB级交换网络,超级计算机,网格,智能
2、代理,语义网, 环境智能,智能感知,可信计算,无线网络,智能移动计算 终端(灵境型虚拟社会组织) 未来的计算构架 普及应用(大型智能分布式应用软件、智能感知 单元和设备、操作单元和设备、智能家电等) 自适应移动终端(集成电路、微计算机系统、无 线通信、人机交互接口、嵌入式软件等) 智能信息处理和存储(知识融合、上下文感知、 分布式数据和服务的组织和管理、主动服务等) 分布式/高性能计算(超级计算机、分布式操作系 统、高性能的安全服务、海量信息存储) 高速骨干通讯网络(TB级全光交换网络、光互联 、光电集成) 下一代网络应用关键技术 分布式计算、移动计算 网格计算技术,智能代理技术,中间件技术等
3、等。 语义网络 资源和环境的语义描述,上下文感知等. 智能环境 智能计算终端和设备 嵌入式物品, 智能物品 RFID(无线射频识别技术) 智能灰尘 传感器网络等. 网格 网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,专门 针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利 用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚 拟的超级计算机”,其中每一台参与计算的计算机就是 一个“节点”,而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“ 一张网格”,所以这种计算方式叫网格计算。这样组织 起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势: 一个是数据处理能力超强; 另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。 简单地讲,网格是把
4、整个网络整合成一台巨大的超级计 算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源 、知识资源、专家资源的全面共享。 网格网格-深度联网系统深度联网系统 DARPADARPA曾聚焦于此曾聚焦于此处理器将为此服务处理器将为此服务 目前的因特网技术只联结了目前的因特网技术只联结了2%2%的计算装置(的计算装置(PCPC机、服务器、巨型计算机等)机、服务器、巨型计算机等) 对剩余对剩余98%98%计算装置就束手无策了,因为这些计算装置是通过传感器、执行计算装置就束手无策了,因为这些计算装置是通过传感器、执行 器等直接与物理世界相连的器等直接与物理世界相连的 “ “深度深度” ”联网,连接那些嵌入的计算
5、资源联网,连接那些嵌入的计算资源 DARPA DARPA将涉及以下研究:将涉及以下研究: 多模式网络接口多模式网络接口 近实时联网近实时联网 灵巧的节点和网络服务灵巧的节点和网络服务 Slice 6-13 Slice 6-13 引自李国杰引自李国杰 汪成为院士的报告汪成为院士的报告 网格网格是高性能的因特网、传感器网和是高性能的因特网、传感器网和 工作平台网三者的综合集成。工作平台网三者的综合集成。 因特网因特网 传感器网 工作平台网 三类网络的优化集成三类网络的优化集成 基于信息网络的基于信息网络的 虚拟计算环境虚拟计算环境 在网格环境中,不论用户工作在何种在网格环境中,不论用户工作在何种“
6、客户端客户端”上上 。系统均能根据用户的实际需求,利用开发工具和。系统均能根据用户的实际需求,利用开发工具和 调度服务机制,向用户提供优化聚合后的协同计算调度服务机制,向用户提供优化聚合后的协同计算 资源、并按用户的个性提供及时的服务。资源、并按用户的个性提供及时的服务。 客户端客户端 ClientClient 数据支持数据支持 情报支持情报支持 知识支持知识支持 决策支持决策支持 网格环境用数据融合、信息过滤、知识提炼网格环境用数据融合、信息过滤、知识提炼 、决策咨询和系统的安全机制和功能(从系、决策咨询和系统的安全机制和功能(从系 统和统和AIAI视角研究安全),逐步地向用户提供视角研究安
7、全),逐步地向用户提供 :安全可信的信息环境;从数据、情报、知:安全可信的信息环境;从数据、情报、知 识到决策的支持。当人们在争论是人工智能识到决策的支持。当人们在争论是人工智能 (Agent Intelligent)(Agent Intelligent)或智能人工或智能人工 (Intelligent (Intelligent Agent)Agent)时,我们坚持人机协同。时,我们坚持人机协同。 构成人机协同的信息环境构成人机协同的信息环境 提供安全可信的信息支持提供安全可信的信息支持 网格大家庭 CPU上网: 面向网格的高性能计算机 硬盘上网: 高性能网络存储服务器 KVM上网: NC网格终
8、端 知识上网: 知识网格、语义Web 管理上网: 织女星网格操作系统、 Microsoft .NET 数据上网: 生物信息网格,科学数据网格,虚拟天文台 手机上网: 3G应用,Intel手机芯片 电视上网: 数字电视,TCL HiD 家庭上网: 联想微网格 企业应用上网:企业信息网格 Web应用上网: IBM Web Service、SUN ONE Web 浏览器 C/S式 客户端 NC 客户端 网格 浏览器 GSML(网格高级语言) 网格汇编语言(GSSL) 网格操作系统(GOS) 安全服务 作业服务 数据服务 用户管理 系统监控 记账日志 GOS内核(网格地址空间技术) 服务资源 虚拟资源
9、 服务器 数据库软件文件 物理资源 OGSA/GT3,Web Services,传统接口 计算所织女星网格的研究现状计算所织女星网格的研究现状 ( 表示计算所正在做的工作)( 表示计算所正在做的工作) 知识(语义) 网格 服务网格数据网格计算网格 网格是最重要的突破性创新(1) 网格是1995-2010年时段计算机体系结构、操作 系统、用户界面领域最重要的突破性创新,为 中国提供了一个前所未有的机会。 XML是分布式系统的ASCII码)。 就像IBM S/360对计算机系统领域所起到的突破 性创新作用一样,网格也将是分布式系统的突 破性创新。它正在产生通用分布式系统家族、 标准的分布式系统体系
10、结构、以及网格操作系 统。 网格是最重要的突破性创新(2) 从面向过程、面向对象的模式向着面向服务用户(所谓 utility computing)的模式转移,从而改变人们开发 应用和使用网格的方式。 微软LongHorn将用任务模式取代桌面模式。 “编程”语言可能变成更简单的标记语言。C、Java、数据 库等变成了网格计算机的汇编语言,由它们编写的程序则是网 格计算机的库函数。 网格应用的开发时间可大大缩短,从1个月变成1天甚至1小时。 网格编程人员的知识要求降低,从必须要懂程序设计的技术人 员,变成秘书也可以胜任。 应用软件的开发模式也会改变。一个软件系统不再是由 一个统一的团队开发,而可以
11、是由多个互不知道的个人 开发。 智能代理(Agent) 代理的弱化概念最通常使用“代理者”的方式可能是基于硬件或软件 的具有以下属性的计算机系统: 自治力(Autonomy):代理者在不需要人或其它的直接干预下 工作,并具有某种对其行为和内部状态的控制(Castelfranchi, 1995); 社会能力(Social Ability):通过某种代理者通讯语言与其它 代理者或人交互 (Genesereth、Ketchpel, 1994); 反应力(Reactivity):通过GUI、其它的代理者、INTERNET 、或以上所有手段了解环境(可以是物理世界或用户),并及 时响应其中的变化; 自主
12、行为(Pro-Activeness):代理者不是简单地响应环境, 可以主动采取 (take the initiative)目标定向的行为。 智能代理(Agent) 可移动性(Mobility):代理者在网络中移动的能力(White,1994); 诚实性(Veracity):假定代理者不会故意传递虚假信息(Galliers, 1988b, pp159164); 善意性(Benevolence):假定代理者没有冲突目标,因此每个代理者试 图按要求 做(Rosenschein、Genesereth,1985, p91); 合理性(Rationality):假定代理者行为的目的是达成目标而不是抵制目
13、标实现 至少就其信念允许的前提考虑(Galliers,1988b,pp4954 )。 (这些概念的讨论见下;代理者的其它属性正式地定义在(Goodwin ,1993)。) 代理者理论是些基本的规定。其说明了:“如何概念化代理者”、“代理者有 哪些属性”以及“如何表示和推理这些属性”。 代理者体系表示了如何实现这些标准。其说明了:“如何构造符合代理者理 论所规定的属性的计算机系统”、“什么样的软、硬件结构是合适的”、“什么 是适当的划分”。 代理者语言是体现代理者理论原理的编程语言。 ZEUS系统 JADE系统 JADE(Java Agent Development Framework)是一个软
14、件 开发框架,用于开发多 agent系统和符合FIPA标 准的智能主体应用程序。 它包含两个主要的产品: 一个符合FIPA标准的 Agent平台 一个开发Java Agent的包 。 我们的工作 知识表示 中央处理器 个人电脑 型号 String 赛扬 主频 String 会话支持 中间件 Hardware Domain-Specific Services Common Middleware Services Distribution Middleware Host Infrastructure Middleware Applications Operating Systems 网格 支撑中间
15、件: Globus; 领域应用框架类产品: ERP类产品SAP, 游 戏引擎框架 即, 未来的软件均以中间件的形式出现. 语义网 目前大多数页面信息的表现方式多为自然语言、图片、 声音等方式,这适应于人们的阅读需求,但不便于机器 自动处理。语义网的出现,将会改变上述现状。 上个世纪80年代,Tim Berners-Lee将超文本技术应用 于计算机网络,促成了互联网WWW的诞生。 而今,Tim Berners-Lee及他所领导的W3C(World Wide Web Consortium)正致力于开发语义网能理解人类语 言的智能网络。 注: Tim Berners-Lee www创始人及万维网联盟(W3C) 总监 语义网 通俗地说,“语义网”是按照能表达网页内容的“ 词语”链接起来的全球信息网;换言之,是用机 器很容易理解和处理的方式链接起来的全球数 据网。 语义网是现有的万维网的变革和延伸,它将使“ 理解网上信息的含义”不再是只有人类才能做到 的事情,计算机在一定程度上也同样可以做到 ,从而有助于信息与智能的共享,并使网络有 能力提供动态与主动的服务,从而更利于人机 之间的对话和协同工作。 语义网 基于Ontology的信息检索系统 Ontology整合工具 汽车供应链自动采购系统 环境智能 环境智能,也就是在环境对象中加入一些智能模块(通