信息空间的形成和发展

4 计算技术的发展

计算由原来的数学和数值计算发展为以计算机为中心的集中式计算机计算，随着网络通信的发展计算又向前发展为分布式的网络计算，同时计算也由当年纯数学和数值计算，扩展成为包括很多数据处理的广义计算。

网络计算指采用客户机/服务器结构，利用Internet的开放性和连通性，实现了灵活的数据和计算资源共享、合作完成任务的分布式计算模式。它是由通用数据服务器如Oracle Server、应用服务器如Oracle的Web应用服务器和通用客户端即任何客户设备构成的分布式系统。

网格计算是网络计算中的一种新型计算模式，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的"节点"组成的一个"网格"。网格计算通常是用来处理复杂科学计算问题，如分析来自外太空的电信号、寻找隐蔽的黑洞、探索可能存在的外星智慧生命、寻找超过1 000万位数字的梅森素数、破译密码等。其优点是无需购置昂贵的巨型计算机，充分利用网上的空闲计算能力就可集成计算能力超强的虚拟机，为千上万的用户提供求解复杂问题的计算资源[10]。

普适（或泛在）计算是施乐公司PALOATO研究中心的首席技术官Mark Weiser在1991年提出：21世纪的计算将是一种无所不在的计算模式。他认为：最深刻和强大的技术是"看不见的"技术，是那些融入日常生活并消失在日常生活中的技术。普适计算是虚拟计算的反面。虚拟计算致力于把人置于计算机所创造的虚拟世界里，而普适计算则是反其道而行之——使计算机融入人的生活空间，形成一个"无时不在、无处不在而又不可见"的计算环境。在这样的环境中，计算不再局限于桌面，用户可以通过手持设备、可穿戴设备或其他常规、非常规计算设备无障碍地享用计算能力和信息资源。普适计算模式将对人们享用计算和信息的方式带来另一场变革。普适计算可包括移动计算，但普适计算不是移动计算，它更强调环境驱动性。从技术上来说，这就要求普适计算对环境信息具有高度的可感知性，人机交互更自然化，设备和网络的自动配置和自适应能力更强，所以普适计算的研究涵盖中间件、移动计算、人机交互、嵌入式技术、传感器、网络技术等领域。普适计算要解决的问题包括：扩展性、异构性、不同构件的集成、上下文感知和不可见性。其中不可见性对普适计算来说是至关重要的，因为它要求系统无需用户干预或只需要最少干预，也就是要求系统具有自动和动态的配置机制。遍布式计算类似于普适计算。

云计算是网络计算中的另一种新型计算模式，是基于互联网的超级计算模式，是分布式、并行和网格计算的新发展，也可以说是一种基于Web服务的商业实现。云计算的运营商有点像电业、自来水和煤气公司，将分散在网络环境中的千千万万个"待工"状态的PC机、手机、个人数字助理(PDA)的计算能力，形成强大的、便宜的计算资源（包括数据、软件、计算能力等）汇聚起来，再通过互联网向网中有需求的用户提供计算资源服务。用户无需对计算硬件、软件和数据资源进行大量投资，就可以方便地获取到计算资源进行所需的计算，甚至包括大型复杂问题求解，大大降低了计算成本。用户只需为云计算运营商所提供的服务付费。这是网络中的一种新业务，具有高效、灵活、低成本、利用统计复用技术平滑动态变化的计算负载，能为众多用户同时提供计算服务[11]。

要实现"云计算"的目标，还有不少障碍需要克服。首先，个人数据的安全保密，这是一个很重要的问题。云计算意味着数据被转移到用户主权掌控范围外的机器上，也就是云计算服务提供商的手中。虽然借助于加密和接入控制技术，可以实现对隐私数据的保护，但许多人常常将未加密数据放到公开的云上而被窃取。此外，可信性以及还有许多实际上和管理上的问题需要解决。许多人未必愿意向公众开放自己的计算环境和资源，实现互惠和共享，他们可能也不大在乎出让一些计算资源所能获得的一点收益。他们想的是将自己的计算后花园经营好，在自己的控制下，供自己人享用。这正是PC机能够战胜NC机（SUN公司20世纪90年代中所推捧的网络计算机）的主要理由，也可能是今后PC机还会继续向前发展的理由，它不会因为云计算的发展而消亡，因为云计算所涉及的不是能量和物质，而是至关重要的信息。开放和隐私，竞争与合作永远是一种折衷的选择。

对于云计算的发展，传统的硬件制造商担心硬件市场衰退会到来。也有人说，会重回到大型机时代，幻想着超级计算机市场的春天到来。但超级计算机时代的计算机已不是摆在大机房里一排排的机柜，而是看不见也摸不着的云彩里的一些虚幻影子。云计算将是各国的各大计算机制造商和业务运营商间的激烈竞技场，也是各大学和研究机构大显身手的好机遇。

云计算和网格计算都涉及复杂的资源聚集问题，所以有效的系统管理是非常重要的。对于自治计算技术，现有的云计算基础设施已经支持某些自治的概念，比如确定支持的虚拟机(VMs)的数量、提供动态可扩展存储、跨平台迁移工作负载等。从自治作用的观点讨论网格或云与企业数据中心之间的关键差分器是应用和友谊的模式。虽然已有的自治计算研究可以直接在基础设施层面应用（服务器、虚拟制造、丛管理等等），但它不能用于应用层。已有的几个云环境也需要明白如何利用自治概念跨越多个云的拥有者和提供者[12]。

自治计算技术可以论及系统行为的各个方面，如可以提供：

可预期的系统行为和不可预见的用户行为和滥用的管理；
更好的服务质量（QoS）管理，主要是增加来自用户社区的可信性，从而对已有开发系统的增值；
更好的能耗管理；
更有效的资源管理，资源可以在更高利用水平上"弹性地"适应系统规模的变化。

5 结束语

在信息化社会中，人们不仅要像世世代代先人们那样，在物理空间中生存和竞争，还要学会在虚拟的信息空间生存和竞争，这个新的空间中的许多事物是物理空间的映像，可以用我们在物理空间中的经验去认识和对待，也有很多新的东西需要我们研究。发展信息空间的主要技术是通信、感知和计算。

6 参考文献
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[2] CHERRY S M. Special Report: Wireless Networking[J].IEEE Spectrum,2003,40(9):18-27.
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[5] SCHNEIDER D.Wireless Networking Dashes in a New Direction[J]. IEEE Spectrum,2010, 47(2): 9-10.
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[9] WATTEYNE T. Building tomorrow’s Internet of things: Latest Standardization Trends and Hands-On Programming Tutorial[C]// Proceedings of the Wireless Communications and Networking Conference(WCNC'10),Apr 18-21,2010,Sydney,Australia Piscataway, NJ, USA:IEEE, 2010.
[10] Boozand Company.Digital Confidence, Securing the Next Wave of Digital Growth[R]. Liberty Global Policy Series, 2008.
[11] LUCKY R W. Cloud Computing[J] IEEE Spectrum, 2009,46(5): 23.
[12] GERMAIN-RENAUD C, RANA O F. The Convergence of Clouda, Grids, and Autonimics[J] IEEE Internet Computing,2009, 13(6): 9.

王育民，西安电子科技大学教授、博导，中国电子学会和中国通信学会会士、中国密码学会荣誉理事、IEEE高级会员，曾任全国高等学校通信和信息工程专业教学指导委员会主任、中国电子学会信息论学会委员；现从事密码学与信息安全技术的教学和科研工作；合作发表论文200余篇，译、著多部；曾获国家、省部级奖等多项。