sistemas ubicuos

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Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1

Sistemas Ubicuos

1. Introducción

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La buena tecnología es indistinguible de la magia

Arthur C. Clarke

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Introducción a los sistemas ubicuos

1. Contexto tecnológico y definiciones 2. La visión de Weiser 3. Características de los sistemas ubicuos 4. Aspectos de diseño

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1. Contexto tecnológico y definiciones 2. La visión de Weiser 3. Características de los sistemas ubicuos 4. Aspectos de diseño

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De las redes a los sistemas ubicuos

Tipo de sistema Componentes Soporte de red

1970

Sistemas en red Mainframes, minis

Cableada, propietaria

1980 Sistemas

distribuidos Estaciones de trabajo, PCs

Cableada, estándar

1990 Sistemas móviles PCs portátiles Cableada o

inalámbrica

2000 Sistemas ubicuos

PDAs, teléfonos, tarjetas,

electrodomést., ...

Inalámbrica, infraestructura

común (red eléctrica)

1 computador : N personas

1 computador : 1 persona

N computadores : 1 persona

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Sistema distribuido

=

Sistema en red

+

Transparencia de nombres Transparencia en la ubicación

Tolerancia a fallos Consistencia

…

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Sistema móvil

=

Sistema distribuido

+

Direcciones de red dinámicas (Mobile IP) Funcionamiento en desconexión

Interoperación espontánea …

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¿Adónde nos puede llevar la tecnología…?


Antes Ahora

Elementos de cómputo: Computadores (en red)

Muchos y variados dispositivos

Dispositivos de entrada: teclado, ratón…

Sensores de todo tipo, entrada multimedia

Dispositivos de salida: pantalla, impresora…

Actuadores, salida multimedia

Red de interconexión: Cableada, a veces

inalámbrica

Todo está interconectado de alguna forma

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El entorno se hace inteligente

• Estamos rodeados de dispositivos minúsculos con capacidad de cómputo notable, sensores de todo tipo, conectividad completa…

• Podemos programar un comportamiento inteligente…

• …si somos capaces de construir aplicaciones útiles

• …y los dispositivos entienden un lenguaje común!


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Sistema clásico. El usuario en el bucle.


Entrada Salida

Proceso

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Entorno inteligente. El usuario sale del bucle…


Entrada Salida

Entorno

Proceso

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…e interacciona con el entorno de manera natural


Proceso

Entrada Salida

Entorno

Bla bla bla bla

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Tipos de sistemas ubicuos (un intento de clasificación)

• Entornos inteligentes – Domótica – Entornos asistenciales – Entornos industriales – Ocio – Educación – …

• Redes ad-hoc (sin infraestructura) – Redes espontáneas – Mobile Ad-hoc Networks (MANET) – Vehicular Ad-hoc Networks (VANET)

• Redes de sensores

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…y conceptos relacionados

• Internet of Things • Cloud computing • EveryWare • Ambient Intelligence (AmI)


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• No sólo interacción, sino también percepción: sensibilidad al contexto.

• El sistema (empotrado) en el entorno inteligente toma la iniciativa (proactividad).

• Implica aprendizaje para adaptarse a las características de los habitantes del entorno.

Entornos inteligentes

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Entornos inteligentes

• Algunos ejemplos – Aura http://www.cs.cmu.edu/~aura/ – Gaia http://gaia.cs.uiuc.edu/ – iRoom (Stanford) – EasyLeaving(MS) – Oxigen (MIT)

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Inteligencia Ambiental (AmI)

• Concepto acuñado en el entorno de la UE – ISTAG (Information Society Tecnologies Advisory

Group)

• No es un término universal – En América: UbiCom (systems/environments/

applications)

• Interdisciplinar • Las aplicaciones AmI se describen mediante

escenarios, situaciones noveladas donde los protagonistas se mueven en un entorno inteligente – p.e., escenarios definidos por el ISTAG

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• Escenarios AmI del ISTAG para el año 2010 – Maria: Road Warrior – Dimitrios: Digital Me – Carmen: Traffic, sustainability & commerce – Ambient for social learning

Inteligencia Ambiental (AmI)

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• A device can be a portal into an application/data space, not just a repository of custom software a user must

manage.

• An application is a means by which a user performs a task,

not software written to exploit a device's capabilities.

• A computing environment is an information-enhanced physical space,

not a virtual environment that exists to store and run software.

G. Banavar et al, Challenges: an application model for pervasive computing, 2000

Dispositivos, aplicaciones, computadores

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1. Evolución histórica 2. La visión de Weiser 3. Características de los sistemas ubicuos 4. Aspectos de diseño

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The most profound technologies are those that disappear

Mark Weiser The Computer for the 21st Century

1991

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La escritura ha necesitado miles de años para llegar a ser una tecnología ubicua.

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Such a disappearence is a fundamental consequence not of

technology, but of human psicology

Mark Weiser The Computer for the 21st Century

1991

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El entorno ubicuo

• Físico, no virtual – El territorio de trabajo del usuario

• Opuesto a la noción de realidad virtual – Un entorno virtual es un mapa, no un territorio

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Componentes del entorno ubicuo Dos aspectos fundamentales

(Weiser)

• Localización – El elemento de cómputo sabe dónde está ubicado.

• Escala – Un tamaño para cada tarea: tabs, pads, boards

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El territorio del usuario Metáfora del escritorio

El escritorio de un sistema basado en ventanas: ¿una pantalla es una buena metáfora del escritorio?

tabs

pads

boards

Un post-it, una etiqueta, una tarjeta...

Un libro, un cuaderno...

Una pizarra, un tablón...

E

scal

a

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There is more information available at our fingertips during a walk in the woods than in any computer system, yet people find a walk among trees relaxing and computers

frustrating. Machines that fit the human environment instead of forcing humans to enter theirs will make using a computer as refreshing

as taking a walk in the woods.

M. Weiser The Computer for the 21st Century, 1991

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1. Evolución histórica 2. Motivación: la visión de Weiser 3. Características de los sistemas ubicuos 4. Aspectos de diseño

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Sistema ubicuo

=

Sistema móvil

+ Integración física

Desaparición mental Adaptabilidad a las condiciones del entorno

Integración sin costuras Sensibilidad al contexto

Interacción transparente (proactividad)

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Sistema ubicuo

=

Sistema móvil

+ Smart spaces

Invisibility Localized Scalability Uneven conditioning

Satyanarayanan, 2001

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Integración física (Kindberg, 2002)

• Entornos con mobiliario inteligente, provisto de sensores y capacidad de proceso y comunicación.

• Ejemplo: http://mediacup.teco.edu/

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Desaparición mental


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Adaptabilidad a las condiciones del entorno

• Los servicios pueden estar proporcionados por soportes heterogéneos, y el sistema puede commutar de uno a otro soporte dependiendo de su disponibilidad, QoS, coste, etc.

• Ejemplos: – La telefonía móvil de datos utiliza diferentes protocolos

depndiendo de la calidad de la señal. – En una comunicación entre dispositivos móviles, el sistema

podría decidir commutar de red de telefonía móvil a telefonía IP si en un momento dado detecta recursos para ello (conexión WiFi a proveedor de Internet).

– Un sistema de recepción de video adapta la resolución de acuerdo al ancho de banda disponible.

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Integración sin costuras

• Los cambios de infraestructura y la adaptabilidad a nuevas condiciones del entorno deben ser transparentes a la aplicación y al usuario – El usuario no debería percibir el cambio

• Ejemplos – Los cambios de resolución en la recepción de

video se hacen sin cortes ni saltos. – No se pierden mensajes o eventos, ni se reciben

por duplicado.

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Sensibilidad al contexto

• El dispositivo móvil de un usuario percibe los parámetros del entorno: – Localización y orientación: Entrando en la Parte

Vieja de Donostia – Tiempo: 21:00 – Velocidad: Baja – Ruido ambiente: Bajo – Luminosidad ambiente: Media

• y actúa de acuerdo a ellos: – Muestra el mapa de la Parte Vieja – Luminosidad de la pantalla: Normal – Salida de audio: No

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Proactividad

• El sistema se anticipa al usuario en su interacción con el entorno

• Proactividad vs transparencia – Proactividad escasa: se requiere interacción

explícita del usuario, como en los sistemas tradicionales.

– Proactividad excesiva o inadecuada: el usuario puede verse confundido por acciones que no espera.

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Proactividad

• Parámetros del entorno: – Localización y orientación: Entrando en la Parte

Vieja de Donostia – Tiempo: 21:00 – Parámetros fisiológicos del usuario: Hambriento y

deshidratado – Estado psicológico del usuario: Contento – Estado económico del usuario: Aun no ha cobrado – Historial reciente: Ha recorrido 13 Km sin pausas

• Comportamiento proactivo: – Muestra el mapa de la Parte Vieja sugiriendo los

bares de pintxos en la dirección de la marcha que cumplen las siguientes condiciones:

• Frecuentados por el usuario • Baratos • Patrocinados por Google

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1. Evolución histórica 2. Motivación: la visión de Weiser 3. Características de los sistemas ubicuos 4. Aspectos de diseño

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Aspectos de diseño en los sistemas ubicuos

Interfaces de usuario

Infraestructuras hardware

Infraestructuras software

Aplicaciones inteligentes

Servicios

Seg

urid

ad e

inte

grid

ad

Asp

ecto

s ét

icos

y s

ocia

les

Her

ram

ient

as y

pla

tafo

rmas

Met

odol

ogía

s

Enfoque por capas y aspectos transversales

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