摘 要：普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的概念興起至今已有30年的歷史，同時(shí)人類對(duì)大腦運(yùn)行機(jī)理的研究隨著技術(shù)的發(fā)展在近年內(nèi)有了突破性的發(fā)現(xiàn)。本文總結(jié)了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特征和新皮質(zhì)模式識(shí)別理論（PRTM，Pattern Recognition Theory of Mind）的核心觀點(diǎn)，對(duì)兩者共性進(jìn)行了分析對(duì)比，結(jié)合普適計(jì)算“以人為本”的設(shè)計(jì)思想，提出了實(shí)際的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)即是一種新皮質(zhì)模式識(shí)別模型的理論觀念，構(gòu)建了一種基于新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算的自然分離，擴(kuò)展了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)不可見性設(shè)計(jì)的新思路。

關(guān)鍵詞：普適計(jì)算；PRTM；不可見性設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0316-02

引 言

普適計(jì)算的概念于20世紀(jì)80年代末由Mark Weiser提出，目標(biāo)是將計(jì)算融入周圍環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算更自然的交互。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新形成了爆炸式增長(zhǎng)，物聯(lián)網(wǎng)逐漸形成普適計(jì)算概念的物理雛形。本文總結(jié)了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特征和新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的核心觀點(diǎn)，對(duì)兩者共性進(jìn)行了分析對(duì)比，結(jié)合普適計(jì)算“以人為本”的設(shè)計(jì)思想，提出了實(shí)際的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)即是一種新皮質(zhì)模式識(shí)別模型的理論觀念，構(gòu)建了一種基于新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算的自然分離，擴(kuò)展了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)不可見性設(shè)計(jì)的新思路。

1 普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特征

為便于分析和討論普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，參考計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的OSI層次模型，NIST的ITL和德國(guó)達(dá)施姆塔大學(xué)都提出了類似的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)層次化模型。如表1所示，德國(guó)達(dá)施姆塔大學(xué)將模型總結(jié)為三層，第一層以接入設(shè)備多樣化小型化為主，第二層關(guān)注彈性計(jì)算方式，第三層強(qiáng)調(diào)普適計(jì)算對(duì)用戶的自然交互。

國(guó)內(nèi)學(xué)者也提出了類似的分層模型，如表2所示。在底層（第一層）描述中，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)感知設(shè)備的廣泛分布和自主接入能力；中間層（第二層）進(jìn)行軟硬件分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)接入數(shù)據(jù)對(duì)彈性計(jì)算；高層（第三、四、五層）完成用戶與設(shè)備間的自然交互反饋，消除設(shè)備差異對(duì)用戶的影響。

對(duì)上述兩種分層模型進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)存在以下特征：①在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)以用戶為主體，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的感知設(shè)備圍繞用戶實(shí)現(xiàn)與用戶的感知交互，即“以人為本”。②類似于OSI分層結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)，普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于各層內(nèi)容的獨(dú)立發(fā)展，各層間以數(shù)據(jù)內(nèi)容的形式完成層間負(fù)責(zé)，層內(nèi)可同時(shí)進(jìn)行高效的新型內(nèi)容設(shè)計(jì)。③普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的基本運(yùn)行方式表現(xiàn)為，在網(wǎng)絡(luò)底層形成分布廣泛的感知設(shè)備連接，中間層在底層感知設(shè)備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過彈性計(jì)算的形式輸出感知結(jié)果，高層部分負(fù)責(zé)完成感知結(jié)果與用戶的交互反饋。④考慮到周圍交互環(huán)境存在隨機(jī)性特征，在普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)加入隨機(jī)性因素的影響，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與用戶交互過程的正確性和連續(xù)性，也即上下文一致的交互。

2 新皮質(zhì)模式識(shí)別理論P(yáng)RTM

研究表明，大腦新皮質(zhì)以分層方式處理信息。人腦新皮質(zhì)中包含6層的分層結(jié)構(gòu)，各層負(fù)責(zé)不同的信息處理內(nèi)容。皮層柱的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)中存在重復(fù)單元，形成大腦新皮質(zhì)基本成分，即模式識(shí)別器。這些模式識(shí)別器沒有具體的物理分界，以一種相互交織的方式緊密相連，大量識(shí)別器的總和構(gòu)成了皮質(zhì)柱。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，人類大腦新皮質(zhì)中約有50萬個(gè)皮質(zhì)柱，在每個(gè)皮質(zhì)柱包含約6萬個(gè)神經(jīng)元，即大腦新皮質(zhì)中共有約300億個(gè)神經(jīng)元。皮質(zhì)柱中每個(gè)模式識(shí)別器對(duì)應(yīng)一種識(shí)別模式，包含約100個(gè)神經(jīng)元，即大腦新皮質(zhì)共有約3億個(gè)識(shí)別模式。存儲(chǔ)的識(shí)別模式中存在冗余系數(shù)，即對(duì)同一個(gè)識(shí)別模式存在多個(gè)相同的模式副本，以增強(qiáng)相應(yīng)模式的識(shí)別能力。

模式中的信息在層級(jí)結(jié)構(gòu)中總是呈現(xiàn)向上和向下的雙向交流，各模式識(shí)別器識(shí)別出的模式沿著概念層級(jí)逐層向上層流動(dòng)，而向下傳遞的信息有助于模式預(yù)測(cè)，即大腦皮質(zhì)中的聯(lián)想和預(yù)測(cè)行為。識(shí)別出的模式信息包含積極信號(hào)和抑制信號(hào)，抑制信號(hào)表明某一特定模式可能不存在，當(dāng)識(shí)別器收到抑制信號(hào)時(shí)會(huì)提升閾值，但該識(shí)別器仍可能被激活。大腦新皮質(zhì)區(qū)中存在多個(gè)感覺區(qū)域，皮質(zhì)聯(lián)合區(qū)對(duì)這些區(qū)域的識(shí)別信息進(jìn)行綜合處理上升至更為抽象的概念層級(jí)，即形成人的思維、感知、記憶和思考等?？紤]到人類具有遺傳變異特性，在模式識(shí)別器的連接過程中存在一定的隨機(jī)性，使得對(duì)于同一模式輸入可能存在不同的模式輸出，隨機(jī)因子的存在增加了模式識(shí)別器處理的復(fù)雜度。

3 基于新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

前文分別總結(jié)了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特征和新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的核心觀點(diǎn)，表3中將兩者進(jìn)行了對(duì)比。

從表3的對(duì)比結(jié)果中可以清晰的發(fā)現(xiàn)兩者間存在高度共性?？紤]普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過環(huán)境中的感知器件，將與人交互的計(jì)算過程融入到周圍環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算過程與用戶的分離。而在新皮質(zhì)模式識(shí)別理論中，環(huán)境信息進(jìn)入存在冗余度的模式識(shí)別器，經(jīng)過包含隨機(jī)因子的分層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向信息傳遞，多次反饋迭代后最終形成綜合處理的感知行為。因此，“以人為本”的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可以看成一種新皮質(zhì)模式識(shí)別模型，即基于新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，使用戶處于一種大腦思維處理模型中，由用戶與普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境共同完成思維模型的構(gòu)建，形成更為自然的大腦與大腦的交流和用戶與普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)更為自然的交互反饋，實(shí)現(xiàn)用戶與計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的自然分離，擴(kuò)展普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的不可見性。

4 結(jié) 語

本文總結(jié)了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特征和新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的核心觀點(diǎn)，對(duì)兩者共性進(jìn)行了分析對(duì)比，提出了實(shí)際的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)即是一種新皮質(zhì)模式識(shí)別模型的理論觀念，構(gòu)建了一種基于新皮質(zhì)模式識(shí)別理論的普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，將用戶融入與大腦思維模型一致的新型普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，由用戶與計(jì)算網(wǎng)絡(luò)共同完成思維模型的構(gòu)建，在大腦與大腦的自然交互反饋中實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算的自然分離，擴(kuò)展了普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)不可見性設(shè)計(jì)的新思路。

參考文獻(xiàn)

[1]普適計(jì)算.[EB/OL].

[2]王海濤，宋麗華.普適計(jì)算-新一代計(jì)算模式和理念[J].電信科學(xué)，2008（2）：66～71.

[3]鄭增威，吳朝暉.普適計(jì)算綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2003，30（4）：18～22.

收稿日期：2018-7-2

作者簡(jiǎn)介：李 萍（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事通信器材電信交換工作。