NGUYỄN HỒNG MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN HỒNG MINH

CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

MƠ HÌNH TÍNH TỐN KHẮP NƠI
(UBIQUITOUS COMPUTING)

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

2009-2011
HÀ NỘI – NĂM 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN HỒNG MINH

MƠ HÌNH TÍNH TỐN KHẮP NƠI
(UBIQUITOUS COMPUTING)

Chun ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: CNTT09-103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS TS NGUYỄN THÚC HẢI

HÀ NỘI – NĂM 2011


LỜI MỞ ĐẦU
Máy tính từ lâu đã gắn liền với cuộc sống của con người. Trong thực tế
chúng ta có thể thấy sự hiện diện của máy tính được miêu tả như là: kiến thức, ứng
dụng của các thiết bị và cơng nghệ số hóa và cuộc sống thường ngày của con người
giúp cho hoạt động của con người thuận tiện hơn. Trong thời buổi bùng nổ công
nghệ thông tin như hiện nay thì vai trị của máy tính là khơng thể thiếu, nó đóng vai
trị như là trung gian kết nối công việc, bạn bè, người thân và đồng nghiệp... Nắm
bắt được những yêu cầu và vai trò như trên, những nhà sản xuất đã xây dựng nhiều
ứng dụng và cơng nghệ để làm tăng thêm những tiện ích của máy tính tới cuộc sống
của con người, trong đó mơ hình cơng nghệ tính tốn khắp nơi (Ubiquitous
Computing) là một ví dụ điển hình.
Ubiquitous Computing (Ubicomp) là một mơ hình máy tính, trong đó sử lý
thơng tin đã được triệt để tích hợp các đối tượng để có thể đưa chúng vào hoạt động.
Trong quá trình hoạt động bình thường, một cá nhân nào đó bằng cách sử dụng
nhiều máy tính tham gia tính tốn, tích hợp nhiều thiết bị và hệ thống cùng một lúc.
Ubicomp sẽ biến những máy tính này thành những đối tượng “biết suy nghĩ”, tự
động liên lạc và trao đổi với nhau nhằm mang lại hiệu quả cao nhất.
Đi vào vấn đề cốt lõi ta có thể nhận thấy, tất cả các mơ hình tính tốn khắp
nơi chia sẻ một tầm nhìn nhỏ, là một thiết bị chia sẻ phổ biến trên internet, phân bố

ở tất cả các hoạt động trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, Ubiquitous Computing
trong mơi trường nước có thể kết nối và điều khiển ánh sáng hay làm nóng trong
một phịng điều chế. Ubicomp trong tủ lạnh có thể cảnh báo cho người dùng biết
được các thực phẩm ôi thiu, hư hỏng....
Thế giới phát triển ngày một nhanh và gần gũi hơn với sự tích hợp của cơng
3T

nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống, nhu cầu lớn hơn cho các nghiên cứu sáng tạo
và phát triển thành những vấn đề khác nhau của tính tốn khắp nơi. Mọi khía cạnh
của cách người dùng tương tác với các cơng nghệ và cơng nghệ nên đóng vai trị gì
trong thế giới là liên tục được xem xét, sửa đổi, và cập nhật trong quan niệm của sự
phát triển tính tốn khắp nơi. Những sự thay đổi liên tục như vậy rất quan trọng cho

-1-


các nhà nghiên cứu và thực hành trong lĩnh vực này để có các tiến bộ mới nhất
trong cơng nghệ và lý thuyết.
Từ những đánh giá nêu trên ta có thể nhận thấy tính tốn khắp nơi là một
trong những vấn đề rất rộng và vẫn chưa được hệ thống hóa một cách chi tiết và cụ
thể đã gây ra nhiều khó khăn trọng việc đưa ra các giải pháp triển khai cũng như
những phương pháp cụ thể để có thể đưa vào ứng dụng trong thực tế một cách hiệu
quả nhất. Xuất phát từ những yêu cầu trên tôi đã quyết định lựa chọn đề tài “Mơ
hình tính tốn khắp nơi với định hướng: Sử dụng công nghệ RFID trong các hệ
thống tính tốn khắp nơi” (Using RFID technology in ubiquitous computing
systems) làm đề tài tốt nghiệp của cá nhân.
49T

49T


Luận văn này chủ yếu hệ thống hóa các khái niệm về Ubiquitous Computing
đồng thời đề cập đến kiến trúc và cơng nghệ mới cho tinh tốn khắp nơi. Cấu trúc
của luận văn được chia thành 4 chương trong đó:
Chương 1: Trình bày tổng quan về tính tốn khắp nơi đề cập đến các nội
dung như quan điểm của một số nhà khoa học hàng đầu về mơ hình của máy tính
trong tương lai, một số nghiên cứu tiêu biểu ban đầu về tính tốn khắp nơi tại trung
tâm nghiên cứu Xerox PARC, các nghiên cứu và triển khai hiện nay của
Ubicomp…
Chương 2: Trình bày kiến trúc và cơng nghệ mới cho tính tốn khắp nơi.
Chương 3: Trình bày về việc sử dụng cơng nghệ RFID trong mơ hình tính
tốn khắp nơi.
Chương 4: Đề xuất giải pháp ứng dụng mô hình tính tốn khắp nơi dựa trên
cơng nghệ RFID cho Thư viện Trường Dự bị Đại học Dân tộc Trung ương Nha
Trang.
45T

Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế kính mong các Thầy, Cơ và các
bạn giúp đỡ đóng góp ý kiến để luận văn này được hồn thiện và hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, tháng 10 năm 2011

-2-


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KHẮP NƠI
1.1. Giới thiệu:
U

U


Cơng nghệ thông tin đã trải qua một sự thay đổi lớn chỉ trong vài thập kỷ
qua. Đầu những năm 1970 các máy tính cỡ lớn mainframe thống trị trong lĩnh vực
tính tốn trên ngun tắc một máy tính phục vụ đồng thời nhiều người sử dụng, tới
những năm 1980 các máy tính trên đã dần dần bị loại bỏ và thay thế bằng các máy
tính cá nhân và các máy tính xách tay, điểm đáng lưu ý trong giai đoạn này đó là
một máy tính phục vụ một người sử dụng, tới những năm 1990 với sự phát triển
mạnh mẽ của công nghệ điện tử bán dẫn, các công nghệ mạng không dây, giá thành
thiết bị giảm… và giờ đây, chúng ta đang chứng kiến một kỷ nguyên mới của máy
tính cá nhân, đó là hiện tượng nhiều máy tính phục vụ một người.
Trải qua một thời gian dài các công nghệ đã tác động rất lớn đến cuộc sống
của chúng ta thay đổi cách thức chúng ta sống, tư duy, làm việc, giải trí... Ngày nay
cơng nghệ điện tử đã đạt tới trình độ có thể cho phép các nhà sản xuất tạo ra được
các chíp, vi mạch bán dẫn nhỏ gọn đến mức chúng có thể được nhúng vào các đồ
vật mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Cơng nghệ cũng cho phép các máy tính trên thế
giới có thể kết nối với nhau một cách dễ dàng, xố nhồ khoảng cách về địa lý.
Hầu hết mọi người khi đề cập đến thuật ngữ máy tính đều hình dung đó là
những chiếc máy tính cá nhân hoặc các máy tính để bàn thơng thường. Tuy nhiên
trong cuộc sống hàng ngày, rất nhiều người lại sử dụng “máy tính” hoặc ít nhất một
cơng nghệ máy tính liên quan chẳng hạn như các vi xử lý, vi điều khiển trong khi họ
khơng xem như đó là những máy tính. Các thiết bị thông thường như điện thoại di
động, máy nghe nhạc MP3, tivi, máy giặt thường được gắn kèm các cơng nghệ máy
tính. Tuy nhiên người sử dụng vẫn chỉ coi tivi như mọi chiếc ti vi thông thường
khác mà khơng hề xem chúng như một loại máy tính nào đó có giao tiếp đặc biệt và
khác nhau.

-3-


Để giúp hình dung rõ dàng hơn về tương lai của máy tính sau giai đoạn máy

tính cá nhân hiện nay, chúng ta sẽ xem xét một số quan điểm nổi bật về vấn đề trên.
1.2. Một số quan điểm về tương lai của máy tính:
U

U

1.2.1 Quan điểm của Mark Weiser:
U

U

Mark Weiser (1952-1999) được xem là cha đẻ của tính tốn khắp nơi, ơng là
người đã đưa ra thuật ngữ “Ubiquitous Computing” (gọi tắt là Ubicomp) đề cập tới
xu hướng đó là trong tương lai con người cùng một lúc sẽ khơng chỉ tương tác với
duy nhất một máy tính như hiện nay mà thay vào đó sẽ tương tác với một tập hợp
các máy tính nhỏ được kết nối mạng với nhau, thơng thường chúng có tính vơ hình
và hiện diện bên trong trong các vật dụng hay các đối tượng mà chúng ta thấy hàng
ngày.
Cơng nghệ máy tính được đánh giá là một trong những công nghệ vĩ đại nhất
mang lại nhiều lợi ích to lớn cho con người. Tuy nhiên Mark Weiser cho rằng mặc
dù các công nghệ tiên tiến huyền thoại đã trải qua hàng thập kỷ phát triển nhưng
chúng vẫn chưa đạt tới độ chín muồi. Để giúp nhìn rõ nhận định này ơng đã so sánh
việc phát minh ra máy tính với việc phát minh ra chữ viết. Theo ơng chữ viết có thể
coi là ví dụ đầu tiên về “cơng nghệ thơng tin”: đó là một phát minh cho phép chúng
ta lưu giữ các nội dung và các ý tưởng cho việc tra cứu, đọc lại sau này, chữ viết.
Hiện nay được sử dụng rất phổ biến và rộng khắp mang tính tồn cầu do chữ
viết xuất hiện khắp mọi nơi trên các tạp chí, tờ rơi, các bảng hiệu, nhãn hàng, trên
tường, trên các phím bấm của các thiết bị, các gói hàng và trên bất cứ thứ gì con
người có thể tưởng tượng ra. Điều quan trọng nhất mà chúng ta khơng nghĩ đến đó
là việc đọc hoặc viết khi chúng ta tìm hiểu các thơng tin về các bảng chỉ dẫn, bảng

hiệu, thực đơn… Chúng ta xem xét các thông tin đó một cách tự nhiên thay vì tập
trung vào việc phân tích những từ ngữ đó hỗ trợ những gì, cách đọc chúng ra sao…
Rõ ràng trong các tình huống trên chữ viết là một dạng phổ biến khắp nơi và
có tính “ẩn”, tuy nhiên nếu đề cập đến máy tính thì hiện nay chúng chưa thể đạt đến
mức độ như vậy. Khi chúng ta sử dụng máy tính, chúng ta thường tập trung vào các

-4-


công cụ hơn là tập trung vào nhiệm vụ cần hồn thành. Theo Mark Weiser,
Ubicomp khơng có nghĩa là khắp nơi đều có các máy tính truyền thống mà là có các
máy tính có khả năng tính tốn ở khắp mọi nơi, chúng có thể được nhúng trong mơi
trường theo cách mà chúng có thể được sử dụng khi cần đến trong khi chúng ta
không phải bận tâm đến sự có mặt của chúng, máy tính sẽ trở nên rộng khắp khi
chúng âm thầm hỗ trợ người sử dụng thay vì nó lại là tâm điểm của sự chú ý.
Một ví dụ khác được Mark Weiser lựa chọn để nhấn mạnh quan điểm trên là
những chiếc động cơ điện, khoảng hơn một thế kỷ trước đây khi các mô tơ điện trở
thành một cơng nghệ cách tân to lớn, nó là thành phần cơ bản trong các phân
xưởng. Một chiếc mơ tơ điện thơng qua cơ cấu truyền động thích hợp sẽ cung cấp
năng lượng cho hàng tá các máy móc và thiết bị. Ngày nay thay vào đó các mơ tơ
điện đã trở nên có giá thành rất rẻ, rẻ đến mức mỗi công cụ phổ biến (chẳng hạn
như khoan, cưa, quạt, máy hút bụi…) hầu như đều có ít nhất một chiếc mô tơ bên
trong. Trong một chiếc xe hơi thơng thường, ơng quan sát thấy có tới hơn 20 mô tơ
điện, một vài trong số chúng được kích hoạt bằng một động tác đơn giản và người
lái xe hầu như không quan tâm đến việc các mô tơ điện đó hoạt động chi tiết như
thế nào. Đây là một ví dụ khác về cơng nghệ có tính “trong suốt” phổ biến phía sau
các thiết bị.
Trong bài viết “Máy tính của thế kỷ 21”[15] Mark Weiser đã đưa ra những
P


P

nhận định của mình về máy tính trong thế kỷ 21, theo ơng ở đó con người và máy
tính được hợp nhất như là một thực thể thống nhất. Ông đã mô tả “Các công nghệ
cơ bản sẽ biến mất. Chúng liên kết với nhau thành kết cấu của cuộc sống hàng ngày
cho tới khi không thể phân biệt được với nhau”. Về bản chất, quan điểm của ông là
trong tương lai, sẽ tồn tại các thiết bị tính tốn khắp nơi trong mơi trường thực mà
người sử dụng hầu như không cảm nhận được sự hiện diện của chúng.
Ở đây chúng ta phải lưu ý quá trình tương tác với máy tính cá nhân vẫn được
chấp nhận rộng rãi bởi bộ phận lớn người sử dụng. Các máy tính cá nhân đang dành

-5-


được nhiều vai trò quan trọng nhưng chúng chưa thực sự mang lại cách thức tính
tốn trọn vẹn, khơng phải là thành phần ẩn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Một cơng nghệ nào đó muốn trở nên rộng khắp nó phải “vơ hình” trong một
bối cảnh nào đó và đồng thời nó phải được liên kết trong các hoạt động tự nhiên của
con người.
1.2.2. Quan điểm về máy tính vơ hình (Invisible computer) của Norman:
U

U

Trong cuốn sách “The invisible computer” viết năm 1998, Don Norman đã
phát triển quan điểm của Mark Weiser về các máy tính vơ hình, thăm dị khả năng
hiện thực hóa việc tích hợp các thiết bị tính tốn dần dần vào các sản phẩm thương
mại.
Trong ví dụ đầu tiên được đề cập trong cuốn sách đó Norman đã quay lại ví
dụ về trường hợp chiếc động cơ điện mà Mark Weiser đề cập và chỉ ra các tình

huống sử dụng chúng một cách phổ biến, ơng đã lấy ví dụ trong một catalogue
quảng cáo từ năm 1918 trong đó đề cập về cơng dụng của các động cơ điện có thể
ứng dụng trong gia đình, theo quảng cáo đó thì chiếc động cơ có thể có thể kết hợp
linh hoạt với một danh sách vô tận các vật dụng khác nhau để giúp người chủ sử
dụng có thể thực thi được hàng loạt các cơng việc phổ biến trong gia đình chẳng
hạn như chúng có thể đóng vai trị quan trọng trong các máy hút bụi, quạt điện, máy
đánh trứng, máy khâu… Ngày này ta thấy sẽ khơng cịn phù hợp khi tháo động cơ
của máy khâu để gắn nó vào chiếc máy đánh trứng hay thay thế cho một chiếc quạt
điện hỏng, thay vào đó sẽ là điều tự nhiên hơn khi mỗi vật dụng đã bao gồm các
động cơ nếu cần thiết và các động cơ này có kích cỡ và cơng suất phù hợp được gắn
cố định vào vật dụng đó và thật khó có thể hình dung khi chỉ cách đây một vài thập
kỷ chúng ta có thể bị thuyết phục bởi việc mua một chiếc động cơ điện đa năng như
trên, giờ đây chẳng mấy ai quan tâm đến những chiếc động cơ đó, điều mà hầu hết
chúng ta thực sự quan tâm đó là tính năng của các vật dụng chứ không phải là
những chiếc động cơ trên. Với máy tính ngày nay theo ơng chúng ta cũng đang gặp
tình huống tương tự, các hộ gia đình được thuyết phục để mua những chiếc máy

-6-


tính cá nhân nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong cuộc sống hàng
ngày chẳng hạn như duyệt web, mail, soạn thảo văn bản, quản lý tài chính, xem
phim nghe nhạc… tất cả những thao tác và giao tiếp với máy tính để thực thi những
cơng việc đó được thực hiện thông qua các thiết bị vào ra thơng thường như chuột,
bàn phím, chiếc máy tính cá nhân được Norman so sánh như một con dao đa dụng
của một quân nhân do Thụy Sĩ sản xuất, nó có thể được sử dụng để thực hiện công
việc của nhiều công cụ khác nhau, tuy nhiên không giống như bất kỳ một cơng cụ
cá nhân chun dụng nào, do có q nhiều mục đích cơng dụng nên chúng thường
khó sử dụng và bảo dưỡng đồng thời khó đảm bảo được chất lượng cao trong hầu
hết các trường hợp sử dụng… ông cho rằng mỗi công việc sẽ được hoàn thành và hỗ

trợ tốt hơn nếu ta sử dụng các công cụ được thiết kế chun biệt cho mục đích đó.
Ơng cũng cho rằng để tận dụng khả năng chia sẽ dữ liệu với nhau các vật
dụng này cần có khả năng gửi nhận thông tin với nhau thông qua các liên kết mạng.
1.2.3. Một số quan điểm và thuật ngữ khác:
U

U

Ngồi hai quan điểm tiểu biểu nêu trên cịn có một số quan điểm khác về
tương lai của máy tính chẳng hạn như:
+ Pervasive computing: đề cập tới vấn đề về máy tính hay các thiết bị tính
tốn xuất hiện rộng khắp trong cuộc sống hàng ngày. Pervasive Computing có thể
xem như là sự kết hợp của máy tính di động (loại máy tính được đeo bên người
hoặc được được người sử dụng mang theo) và các máy tính nhúng trong mơi trường
cố định do đó chúng cũng có thể được hiểu như là tính tốn khắp nơi.
+ Tính tốn tự trị (Autonomic computing) do Horn đề xuất năm 2000, đề
cập đến việc xây dựng các hệ thống có thể tự giám sát, tự sửa chữa và tự cấu hình.
Tính tốn tự trị liên quan tới các hệ thống tính tốn khắp nơi và có thể tận dụng
thơng tin về môi trường của hệ thống và những người sử dụng để hoạt động hoặc ra
quyết định.

-7-


Ngồi ra cịn một số quan điểm với các tên gọi khác như Disappearingcomputer, Ambient intelligence, Proactive computing, Embedded Computing,
Sentient computing, … sau chúng là nhiều vấn đề công nghệ đang được nghiên cứu
phát triển, về bản chất chúng liên quan đến việc mô tả tương tác trong tương lai
giữa con người với máy tính nhưng nhìn chung chúng tương đối gần gũi với thuật
ngữ tính tốn khắp nơi.
1.3. Tính tốn khắp nơi và hiện thực ảo:

U

U

Đối nghịch với tính tốn khắp nơi, theo Mark Weiser đó là hiện thực ảo
(Virtual reality), trong hiện thực ảo “thế giới thực được mang vào máy tính” trong
khi tính tốn khắp nơi lại “mang máy tính vào thế giới thực”. Theo ơng hiện thực ảo
dựa trên các mơ hình phức tạp của thế giới đang tồn tại hoặc thế giới tưởng tượng.
Mơ hình này không chỉ đơn thuần tồn tại trong không gian ba chiều mà
chúng cịn bao gồm nhiều mơ tả tĩnh và động đã được mơ hình hóa, hiện thực ảo tập
trung các công cụ phức tạp để mô phỏng thế giới hơn là ẩn mình trong thế giới mà
chúng tồn tại, trong thế giới đó con người được đặt trong mơi trường do máy tính
tạo ra, ngược lại trong tính toán khắp nơi con người sống trong thế giới thực và vẫn
tận dụng được những khả năng to lớn của máy tính. Chẳng hạn trong một số dự án
người sử dụng được đeo một loại kính đặc biệt trong các cảnh nhân tạo, đeo găng
tay hay thậm chí mặc một bộ đồ đặc biệt để có thể cảm nhận được những hiệu ứng
khiến người sử dụng có thể di chuyển và tương tác với các đối tượng ảo… Khi độ
phức tạp của các mơ hình tăng lên, ngày càng nhiều khía cạnh của thế giới thực
được mơ phỏng trong hiện thực ảo, cuối cùng hầu hết mọi thứ xuất hiện trong thế
giới ảo thậm chí là con người trở thành vai trị phụ đối với máy tính.

-8-


Hình 1-1: So sánh của Mark Weiser về hiện thực ảo và Tính tốn khắp nơi
(Nguồn )
Mặc dù hiện thực ảo có thể đạt được mục đích riêng trong việc cho phép con
người khám phá, học tập, tìm hiểu một lĩnh vực nào đó mà bình thường con người
khơng thể có điều kiện hoặc khả năng tiếp cận chẳng hạn như phía bên trong các ơ,
bề mặt của các hành tinh nào đó, mạng thơng tin của các cơ sở dữ liệu phức hợp…

Tuy nhiên Mark Weiser vẫn phủ định vai trị trung tâm của máy tính trong
hiện thực ảo đồng thời đề xuất mơ hình tính tốn khắp nơi nhằm đảo ngược vai trị
trên, trong đó loại bỏ vai trị trung tâm của máy tính bằng cách nhúng chúng vào
môi trường hoặc trong các đối tượng vật lý, trong các căn phòng được thiết kế sao
cho con người trở thành trung tâm… Trong tình huống này, ơng sử dụng thuật ngữ
“hiện thực ảo” (embodied virtuality)

để thay thế cho cụm từ “Ubbiquitous

Computing”. Hình 1-1 do Mark Weiser đưa ra nhằm mô tả rõ hơn quan điểm của
ông về sự đối lập giữa tính tốn khắp nơi và hiện thực ảo.
1.4. Các nghiên cứu về tính tốn khắp nơi (ubiquitous computing) tại trung
U

tâm xerox parc:
U

Các nghiên cứu về tính tốn khắp nơi tại trung tâm Xerox PARC nơi Mark
Weiser làm việc được xem như là nền móng trong việc thăm dị về quan điểm “vơ
hình” (disappearing) của máy tính và phát triển một số thiết bị máy tính dưới tư duy
hồn tồn mới, các thiết bị máy tính này khơng nhất thiết phải gồm các bộ phận như
hộp máy, màn hình, bàn phím... giống các máy tính truyền thống. Điển hình trong

-9-


số các thiết bị này đó là các thiết bị kích thước từ rất nhỏ như thiết bị Tab, kích
thước trung bình Pad đến thiết bị có kích thước lớn Board được thử nghiệm tại
phịng thí nghiệm của trung tâm Xerox PARC trong khoảng thời gian từ 1988 đến
1994 dưới sự giám sát của Mark Weiser[16].

P

P

Nguồn cảm hứng để tạo ra các thiết bị kích thước phong phú như vậy xuất
phát từ việc quan sát các đồ vật có kích thước khác nhau xung quanh trong cuộc
sống hàng ngày mà chúng ta thường bắt gặp chẳng hạn như từ những mẫu giấy nhắc
việc nhỏ, các cuốn sách, máy tính xách tay đến các bảng hiệu, bảng viết, màn hình
kích thước lớn... Đây được xem như là những nỗ lực đầu tiên để có thể đưa cơng
nghệ máy tính hồ dần vào môi trường giống như cách mà chúng ta viết, các nhà
nghiên cứu của trung tâm Xerox PARC nhắm đến việc thay thế các máy tính để bàn
đang đóng vai trò trung tâm bằng các thiết bị được thiết kế chuyên dụng hơn. Các
thiết bị Tab lúc đó là các thiết bị có kích thước rất nhỏ cỡ một mẫu giấy có thể đặt
gọn trong lịng bàn tay nặng khoảng 200g, thiết bị này bao gồm một màn hình hiển
thị đơn sắc, 3 nút bấm và một chiếc loa nhỏ, các phím bấm được thiết kế sao cho cả
người thuận tay trái hoặc tay phải đều có thể dễ dàng sử dụng, có thể nhập liệu
thơng qua việc sử dụng các bút điện tử. Thiết bị này giao tiếp với một bộ thu phát
đặt trong phòng bằng tia hồng ngoại với tốc độ truyền là 19.2 Kbaud.
Chức năng của Tab tương tự như những tờ giấy ghi chú và sau khi đã kết nối
với các thiết bị thu phát trong khu vực văn phịng làm việc, các Tab có thể phát hiện
và cung cấp một số ứng dụng cho người sử dụng. Thay vì có nhiều cửa sổ được mở
trên máy tính để bàn, nội dung của mỗi cửa sổ có thể được chuyển vào một Tab.
Một ứng dụng khác của Tab đó là nút “dự báo”, trong đó nó có thể nạp thơng
tin dự báo thời tiết mới nhất từ mạng internet và nút email có thể cho phép người sử
dụng duyệt qua, trả lời hoặc lưu trữ email... cùng nhiều ứng dụng khác mà các Tab
có thể cung cấp chẳng hạn như trong việc giám sát, đưa ra cảnh báo và các dịch vụ
khác nhau dựa vào thông tin vị trí của người sử dụng…

-10-



Hình 1-2: Thiết bị Tab của hãng Xerox Parc ( nguồn )
Thiết bị ParcPad có màn hình hiển thị 640x480 pixel, sử dụng bút điện tử để
nhập dữ liệu, chúng được coi như là những thiết bị máy tính cảm ứng đầu tiên trên
thế giới, sử dụng các công nghệ truyền thơng gồm hồng ngoại ở tốc độ 19.2 kb/s,
sóng radio ở tốc độ 240 kb/s và kết nối có dây với tốc độ 1Mb/s. Mục đích thiết kế
ban đầu của thiết bị ParcPad là để sử dụng như chức năng của giấy và bút viết (một
vật dụng được loài người sử dụng rất phổ biến hiện nay), chúng là một dạng máy
tính tạm thời, khơng có khả năng mang theo bên người, thay vào đó người sử dụng
sẽ bắt gặp nó tại nhiều nơi và có thể tự do sử dụng chúng khi cần.

Hình 1-3: Một loại thiết bị ParcPad của hãng Xerox Parc (nguồn
)
Các Board có màn hình hiển thị khoảng 1x1m và mục đích của nó là để hiển
thị các thông điệp, các đoạn video… nhằm phục vụ một cộng đồng người sử dụng
Ở đây ta cũng cần lưu ý đó là khả năng của các thiết bị này khơng phải do mình nó
mang lại mà do sự kết hợp tương tác giữa nhiều thiết bị khác nhau.

-11-


1.5. Các nghiên cứu và triển khai hiện nay về tính tốn khắp nơi:
U

U

1.5.1. Tính tốn phân tán (distributed computing):
U

U


Tính tốn phân tán (tiếng Anh: Distributed computing, có người dịch là
T
0
3

T
0
3

Điện tốn phân tán) là một khn mẫu lập trình chú trọng vào việc thiết kế các hệ
thống phân tán có các tính chất: chịu lỗi, xun dụng, mở rộng được, mở. Khuôn
mẫu này là kết quả tự nhiên của việc dùng máy tính để lập nên các mạng máy tính.
Tính tốn phân tán là tính tốn song song được phân quyền, sử dụng hai hay
nhiều máy tính liên lạc với nhau qua một mạng để hoàn tất một nhiệm vụ hoặc mục
tiêu chung. Các loại phần cứng, ngôn ngữ lập trình, hệ điều hành và các tài nguyên
khác được sử dụng có thể rất đa dạng. Nó tương tự với việc phân cụm máy tính
(computer clustering) với khác biệt chính là sự phân tán về mặt địa lý của các tài
ngun.
Tính tốn phân tán cũng liên quan đến việc sử dụng các hệ thống phân tán
để giải quyết vấn đề tính tốn. Trong tính tốn phân tán, một vấn đề được chia
thành nhiều nhiệm vụ, mỗi trong số đó là giải quyết bằng một máy tính.

Hình 1-4: (a) - (b) Một hệ thống phân tán. (c) Một hệ thống song song.

-12-


1.5.2. Thiết bị di động (Mobile computing):
U


U

Thiết bị di động là công nghệ cho phép truyền tải dữ liệu, thông qua máy
45T

tính, mà khơng cần có các kết nối vật lý cố định. Thiết bị di động bao gồm: thiết bị
5
4
T
0
1

cầm tay (PDA), máy tính cầm tay, thiết bị đầu cuối di động, thiết bị di động, SHD,
10T

T
0
1

T
0
1

T
0
1

T
0

1

T
0
1

T
0
1

T
0
1

thiết bị cầm tay thông minh, thiết bị cầm tay không dây, thiết bị đầu cuối cầm tay,
T
0
1

10T

10T

T
0
1

T
0
1


T
0
1

thiết bị máy tính cầm tay, thiết bị đầu cuối không dây, nền tảng thiết bị, thiết bị đầu
T
0
1

10T

10T

T
0
1

T
0
1

T
0
1

T
0
1


cuối di động [18].
P

P

Các thiết bị Internet di động (MID) là một đơn vị truyền thông Internet nhỏ
được thiết kế để cung cấp giải trí, thơng tin và dịch vụ dựa trên vị trí cho thị trường
người tiêu dùng. MID là một công nghệ cao hơn so với một thiết bị cầm tay, nhưng
kích thước nhỏ hơn Ultra Mobile PC (UMPC)[2]...
P

P

Hình 1- 5: Từ điện thoại di động tới thiết bị máy tính có rất nhiều dạng
26T

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6

2

T
6
2

(chẳng hạn như PDA)
T
6
2

-13-

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2



Hình 1-6: Một số thiết bị di động
1.5.3. Mạng cảm biến không dây (Wireless sensor network):
U

U

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một mạng
không dây mà các nút mạng sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, bộ truyền RF,…
với kích thước rất nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít, có khả năng tự tổ chức, tự bảo trì, giá
thành thấp và chu trình tác vụ thấp dùng để đo các dữ liệu và truyền thông không
dây giữa các nút.
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ cao, các mạng cảm biến không dây
không ngừng được phát triển và được ứng dụng rất nhiều vào cuộc sống. Các ứng
dụng của mạng cảm biến không dây mà chúng ta có thể thấy rõ nhất như là:
Điều khiển và giám sát công nghiệp.
Nhà điều khiển tự động và điều khiển điện tiêu dùng tự động.
Thu thập thông tin trong An ninh và Quân đội.
Theo dõi tài sản và quản lý dây chuyền cung cấp.
Nông nghiệp và cảm biến môi trường thông minh.
Theo dõi sức khỏe trong y tế.
…

-14-


Hình 1-7: Mơ hình mạng cảm biến khơng dây
1.5.4. Tương tác Người – Máy (Human-Computer Interaction HCI):
U

U


Tương tác người-máy hay giao tiếp người-máy là một lĩnh vực nghiên cứu
và triển khai của Ubiquitous Computing. Lĩnh vực này nghiên cứu về tương tác
giữa người sử dụng và máy tính. Đây là một bộ mơn liên ngành giữa khoa học máy
tính và các lĩnh vực khác. Tương tác giữa người và máy thực hiện thông qua giao
diện người dùng bao gồm phần cứng (ví dụ: các thiết bị xuất và nhập) và phần mềm
(ví dụ: thơng tin chuyển đến người dùng thế nào và ra làm sao). Người dùng truyền
đến máy tính câu hỏi, mục tiêu hay yêu cầu thực của mình. Trong khi đó, máy tính
chuyển ngược trở lại người dùng thơng tin về trạng thái của máy tính, trả lời cho
những câu hỏi người sử dụng đặt ra hay đáp ứng yêu cầu của người dùng.

-15-


Hình 1-8: Bảng tương tác (www.shoponline.com.vn)

Hình 1-9: Tương tác người – máy bằng mắt, tay và giọng nói
1.5.5. Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence):
U

U

Trí tuệ nhân tạo hay trí thơng minh nhân tạo (tiếng Anh: artificial
intelligence hay machine intelligence, thường được viết tắt là AI) là trí tuệ được
biểu diễn bởi bất cứ một hệ thống nhân tạo nào. Thuật ngữ này thường dùng để nói
đến các máy tính có mục đích khơng nhất định và ngành khoa học nghiên cứu về
các lý thuyết và ứng dụng của trí tuệ nhân tạo.

-16-



Tuy rằng trí thơng minh nhân tạo có nghĩa rộng như là trí thơng minh trong
khoa học viễn tưởng, nó là một trong những ngành trọng yếu của tin học. Trí thơng
minh nhân tạo liên quan đến cách cư xử, sự học hỏi và khả năng thích ứng thơng
minh của máy móc. Các ví dụ ứng dụng bao gồm các tác vụ điều khiển, lập kế
hoạch và lập lịch (scheduling), khả năng trả lời các câu hỏi về chẩn đoán bệnh, trả
lời khách hàng về các sản phẩm của một cơng ty, nhận dạng chữ viết tay, nhận dạng
tiếng nói và khn mặt. Bởi vậy, trí thơng minh nhân tạo đã trở thành một mơn học,
với mục đích chính là cung cấp lời giải cho các vấn đề của cuộc sống thực tế. Ngày
nay, các hệ thống nhân tạo được dùng thường xuyên trong kinh tế, y dược, các
ngành kỹ thuật và quân sự, cũng như trong các phần mềm máy tính thơng dụng
trong gia đình và trị chơi điện tử….

Hình 1-10: Người máy Asimo – sản phẩm của AI
1.6. Một số ví dụ minh họa về ứng dụng của tính tốn khắp nơi:
U

U

Ubiquitous Computing có nhiều ứng dụng tiềm năng, từ các văn phịng thơng
minh, nhà thơng minh đển các ứng dụng y tế, giáo dục, hệ thống giải trí và giao
thơng cơng cộng [22]….
P

P

-17-


1.6.1 Ứng dụng trong y tế:

U

U

Bằng các thiết bị cảm biến, các thiết bị theo dõi… cơng nghệ tính tốn khắp
nơi hỗ trợ rất nhiều cho cơng tác chuẩn đốn và điều trị cho bệnh nhân. Thông qua
hệ thộng, bệnh nhân có thể tìm hiểu tất cả các dịch vụ y tế mà bệnh viện đó có thể
cung cấp, bác sĩ có thể tìm hiểu tốt hơn về thói quen sống hàng này, về tiền sử bệnh
của bệnh nhân… nhằm đưa ra phác đồ điều trị thích hợp cho từng bệnh nhân. Hệ
thống cịn có thể tư vấn cho từng bệnh nhân chế độ ăn uống phù hợp với sức khỏe
và các loại thuốc mà bệnh nhân đó đang sử dụng nhằm góp phần làm giảm thời gian
điều trị của bệnh nhân. Việc ứng cơng nghệ tính tốn khắp nơi cũng cải thiện đáng
kể các thủ tục y tế, đẩy nhanh việc truy cập hồ sơ của bệnh nhân, xích gần các bệnh
viện với nhau hơn trong việc trao đổi học hỏi và giúp đỡ nhau khi có các trường hợp
khẩn cấp xảy ra.

Hình 1-11: Một ví dụ của cơng nghệ tính tốn khắp nơi trong y tế

1.6.2 Ứng dụng trong giao thơng:
U

U

Trong điều khiển giao thơng, hệ thống tính tốn khắp nơi có thể ngay lập tức
thơng báo về khả năng kẹt đường hoặc xảy ra tai nạn giao thông, thông báo cho
người dùng khi đến gần các địa điểm đó và chỉ ra đường đi tối ưu cho họ lựa chọn.
Trong quy hoạch tuyến đường, hệ thống có thể đề xuất các tuyến đường thuận tiện

-18-



nhất cho người dùng dựa trên các điều kiện giao thông hiện tại và phương thức vận
chuyển được sử dụng. Tại một trung tâm giao thông công cộng, một hệ thống, gọi là
“trạm thơng minh”, có thể cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng cao để nâng cao sự
tiện lợi cho khách hàng (Hình 1-12).
Việc ứng dụng tính tốn khắp nơi vào giao thơng được hỗ trợ bởi một loạt
26T

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6

2

các công nghệ, đặc biệt các mạng và hệ thống định vị.
26T

26T

26T

26T

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2


Hình 1-12: Một ví dụ về "trạm thơng minh" của việc cung cấp dịch vụ thông tin
T
6
2

26T

26T

26T

26T

26T

27T

7
26T

T
6
2

T
6
2

T

6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

theo yêu cầu cho khách hàng từ nơi khởi hành đến đích
26T

26T

26T

T
6
2


T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6
2

T
6

2

T
6
2

1.6.3 Nhà thơng minh:
U

U

Nhà thơng minh là một ngơi nhà có một hệ thống kỹ thuật hồn hảo, được
lập trình tối ưu hố cho việc điều khiển vận hành tồn bộ các thiết bị điện trong nhà
một cách hoàn toàn tự động hoặc bán tự động, nó kết nối tất cả các hệ thống của
ngôi nhà trong cùng một mạng duy nhất và được điều khiển tập trung nhằm thay

-19-


thế hoặc làm giảm các thao tác điều khiển của con người. Hay nói cách khác, qua hệ
thống tính tốn khắp nơi, ngôi nhà “hiểu” và “học” được những nhu cầu và thói
quen của người sử dụng, giải thốt con người khỏi một loạt các thao tác điều khiển
phức tạp.

Hình 1-13: Mơ hình nhà thơng minh
1.6.4 Ứng dụng trong Robot:
U

U


Cùng với sự xuất hiện của tính tốn khắp nơi, cơng nghệ robot cũng đang
trên con đường dịch chuyển và nhanh chóng trở thành xu hướng chính trong lĩnh
vực robot tự động. Thế hệ robot thứ nhất được thống trị bởi robot công nghiệp và
kéo theo thế hệ thứ hai là các robot cá nhân ngày càng trở nên rộng rãi. Thế hệ robot
thứ ba là sự kết hợp của công nghệ robot với cơng nghệ tính tốn khắp nơi, mạng
cảm biến (sensor network) và không gian thông minh. Ngày càng nhiều nghiên cứu
chứng minh cho sự đổi mới tất yếu trong việc kết hợp các công nghệ này.

-20-


Robot cá nhân hiện nay vẫn dựa trên điều khiển của người dùng, có nghĩa là
nó hoạt động ở mức thấp và hầu như khơng có trí thơng minh. Khi người dùng đưa
ra một lệnh, người đó phải đợi cho đến khi robot hiểu lệnh và phản ứng lại. Thế hệ
robot thứ 3 sẽ có khả năng hiểu được những điều mà người dùng cần và chủ động
cung cấp liên tục các dịch vụ cho người dùng.
1.6.5. Ứng dụng trong giáo dục:
U

U

Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp giảng dạy mới đã được áp
dụng trong giáo dục. Một ý tưởng thú vị là sử dụng máy tính trong giảng dạy và
học tập thủ tục. Học sinh sẽ có cơ hội để truy cập vào tài ngun thơng tin một cách
vô tận và vô hạn. Giáo viên sẽ có thể chuyển đổi các lớp học của họ trong môi
trường học sinh là trung tâm, tránh những hạn chế của mơ hình truyền thống giáo
viên làm trung tâm. Theo hướng này, hệ thống tính tốn khắp nơi có những lợi thế
đáng kể. “Khắp nơi” có nghĩa là các thiết bị tính tốn được phân phối vào thế giới
vật chất, tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh ta truy cập không giới hạn vào các
kênh truyền thông và thơng tin. Trong hệ thống, kiến thức có thể được xây dựng

dựa trên sự hợp tác, giao tiếp, thử nghiệm, và trên những kinh nghiệm của giáo viên
và học sinh. Nghiên cứu cho thấy tác nó động tích cực vào quá trình giảng của giáo
viên và học tập của học sinh [4].
P

P

Sự phát triển của một môi trường học tập trong hệ thống tính tốn khắp nơi
(U-learning) kết hợp các lợi thế của một mơi trường học tập thích nghi với lợi ích
của tính tốn khắp nơi và tính linh hoạt của thiết bị di động.

-21-


Hình 1-14: Một mơ hình U-Learning (nguồn />
Hình 1-15: Một thiết bị cho phòng học đa phương tiện
(nguồn www.tradekorea.com/product-detai...ro_.html)

-22-


1.7. Kết luận:
U

U

Tính tốn khắp nơi là một quan điểm về thế hệ máy tính mới, trong đó con
người và máy tính sẽ tích hợp với nhau. Tất cả các hoạt động tự nhiên của con
người đều được tăng cường trong khía cạnh tính tốn. Nó đi ngược lại với các khái
niệm về sự tương tác giữa người với máy tính mà hiện nay chúng ta đang triển khai,

trong các tương tác này các thiết bị phần cứng trở nên “vơ hình” (disappearing).
Thách thức lớn nhất mà chúng ta phải đối mặt trong việc triển khai hệ thống tính
tốn khắp nơi đó là vấn đề khơng đồng nhất của các thiết bị phần cứng, là sự kết
hợp của nhiều công nghệ liên quan. Tính tốn khắp nơi là một lĩnh vực đầy tiềm
năng cho các nhà nghiên cứu.

-23-