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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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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
UPV / EHU
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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…?
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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.
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Entrada Salida
Proceso
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Entorno inteligente. El usuario sale del bucle…
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Entrada Salida
Entorno
Proceso
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…e interacciona con el entorno de manera natural
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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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Introducción a los sistemas ubicuos
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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Introducción a los sistemas ubicuos
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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Introducción a los sistemas ubicuos
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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