Theory Intro

Dr. Ανδπέαρ Κομνηνόρ

Μάπηιορ 2014

Κίνθτρα

• Η εξάπλωςθ των υπολογιςτικϊν ςυςκευϊν• Πωσ ζγινε;

– Ανάγκθ για πλθροφορία

• Προσ τι;– Εφαρμογζσ του διάχυτου υπολογιςμοφ

• Μποροφμε να ςχεδιάςουμε & να αναπτφξουμε ϊςτε οι άνκρωποι να μποροφν να τον χρθςιμοποιοφν (καλφτερα);– Τεχνικζσ αλλθλεπίδραςθσ για τον διάχυτο υπολογιςμό

• Ubiquitous Computing Grand Challenge

Εποχζσ

1. Εποχι του mainframe (πολλοί χριςτεσ, ζνασ υπολογιςτισ)

2. Εποχι του PC (ζνασ χριςτθσ, ζνασ υπολογιςτισ)

– Φάςθ μετάπτωςθσ (διαδίκτυο, κινθτόσ υπολογιςμόσ, κατανεμθμζνθ επεξεργαςία & αποκικευςθ δεδομζνων, κοινωνικζσ αλλαγζσ, πορεία προσ τθν Κοινωνία τθσ Πλθροφορίασ)

3. Διάχυτοσ Υπολογιςμόσ (ζνασ χριςτθσ, πολλοί υπολογιςτζσ ΚΑΙ πολλοί χριςτεσ, πολλοί υπολογιςτζσ)

Reference: Alan Daniel, Georgia Institute of Technology.

http://www.cc.gatech.edu/classes/cs6751_97_fall/projects/gacha/daniels_essay.html

Υπολογιςτζσ: Μζγεκοσ + Πλικοσ

Le Grand Napoleon

adapte

d fro

m:

F. M

att

ern

, D

agst

uhl 2002

Ενςωμάτωςθ ςτθν «κουλτοφρα»

Πρωτοφ ξεκινιςουμε

Σκοπόρ ενόρ ςπολογιζηή είναι να ζε βοηθήζει

να κάνεις κάτι άλλο (από ηο να αζσολείζαι με ηον ςπολογιζηή)

Το όραμα του ΔΥ

• Mark Weiser (23 Ιουλίου 1952 – 27 Απριλίου 1999)• Chief scientist @ Xerox PARC• O Weiser περιζγραψε αιρετικζσ ςκζψεισ που αργότερα

αποτζλεςαν ζνα ςετ «αρχϊν» για τον ΔΥ:– Σκοπόσ ενόσ υπολογιςτι είναι να ςε βοθκιςει να κάνεισ κάτι άλλο (από το

να αςχολείςαι με τον υπολογιςτι)– Ο καλφτεροσ υπολογιςτισ είναι ζνασ ιςυχοσ, αόρατοσ υπθρζτθσ– Όςο περιςςότερα μπορείσ να κάνεισ μζςω διόραςησ, τόςο πιο ζξυπνοσ

είςαι. Ο υπολογιςτισ πρζπει να επεκτείνει τισ υποςυνείδθτεσ ικανότθτζσ ςου.

Γζννθςθ του ΔΥ

• Mark Weiser: The Computer for the 21st Century

• Πρόβλθμα: “Ο υπολογιςτισ είναι προςβάςιμοσ μόνο μζςω jargon, θ οποία δεν ζχει καμμία ςχζςθ με τισ δραςτθριότθτεσ για τισ οποίεσ οι άνκρωποι χρθςιμοποιοφν τον υπολογιςτι.”

• Στόχοσ: Να εδραιϊςουμε ζναν «νζο τρόπο ςκζψθσ για τουσ υπολογιςτζσ, ζναν τρόπο που λαμβάνει υπ’οψιν τον ανκρϊπινο κόςμο και επιτρζπει ςτουσ υπολογιςτζσ να εξαφανιςτοφν ςτο περιβάλλον»

Weiser

• Οι υπολογιςτζσ πρζπει να είναι διαςυνδεδεμζνοι (networked),κατανεμθμζνοι (distributed) και διαφανϊσ προςβάςιμοι (transparently accessible).

• Η αλλθλεπίδραςθ ανκρϊπου-υπολογιςτι πρζπει να γίνει περιςςότερο ζμμεςθ.

• Οι υπολογιςτζσ πρζπει να ζχουν επίγνωςθ του πλαιςίου ςτο οποίο λειτουργοφν (context aware) ϊςτε να βελτιςτοποιοφν τισ λειτουργίεσ τουσ ςτο περιβάλλον τουσ.

Ότι κινείται δεν είναι κινθτόσ υπολογιςμόσ

Αρχζσ του ΔΥ

• Ο ΔΥ πρεςβεφει τζςςερισ αρχζσ [Hansmann2003]

– Αποκζντρωςθ

– Διαφοροποίθςθ

– Συνδεςιμότθτα

– Απλότθτα

Αποκζντρωςθ

• Κατανομι των εργαςιϊν (tasks) που απαιτοφν υπολογιςμό ςε πολλαπλζσ αυτόνομεσ ςυςκευζσ– Π.χ.: Κρατϊντασ ζνα

ενθμερωμζνο θμερολογιο για τον χριςτθ

• Κάκε ςυςκευι είναι μζροσ ενόσ ετερογενοφσ πεδίου Διάχυτου Υπολογιςμοφ

• Προβλιματα διαχείριςθσ...!

Διαφοροποίθςθ I

• Οι περιςςότεροι χριςτεσ ζχουν ςυνθκίςει ςε ζνα PC που τα κάνει όλα.• Ο ΔΥ απαιτεί μικρζσ, ςτοχευμζνεσ και βελτιςτοποιθμζνεσ ςυςκευζσ που

υποςτθρίηουν– Συγκεκριμζνεσ ομάδεσ χρθςτϊν– Συγκεκριμζνουσ ςκοποφσ

• Ζνασ χριςτθσ – πολλοί υπολογιςτζσ• Οι ςυςκευζσ μπορει να επιτελοφν τθν ίδια λειτουργία (π.χ. web surfing)

αλλά κα υπάρχει μια προτιμϊμενθ ςυςκευι για κάκε περίςταςθ

Διαφοροποίθςθ II

• Ζτςι, το λογιςμικό (εφαρμογι) κα κακορίηει τισ δυνατότθτεσ που κα ζχει το υλικό, αντίκετα από τθ ςθμερινι πρακτικι

• Προβλιματα διαχείριςθσ τθσ ετερογζνειασ των ςυςκευϊν και των χαρακτθριςτικϊν τουσ

– Input (keyboard, stylus, voice)

– Output (screen, vibration, sound)

– Connection protocols

Συνδεςιμότθτα

• Διάφανεσ και «δίχωσ ραφζσ» (seamless) ςυνδζςεισ που ςυνάπτονται ζμμεςα

• Everybody’s software, running on everybody’s hardware, over everybody’s network– (Lou Gerstner, IBM CEO)

• Πωσ κα επιτευχκεί θ επικοινωνία ετερογενϊν ςυςκευϊν μζςω ετερογενϊν δικτφων; Χρειαηόμαςτε πρότυπα, κάτι που δεν είναι εφκολο να γίνει

Συνδεςιμότθτα ΙΙ

• Πρότυπα για ςυνδεςιμότθτα– UMTS

– Bluetooth

– WiFi

– Zigbee

• Αλλά και για ανταλλαγι πλθροφορίασ και γνϊςθσ! (XML)

• Και ανταλλαγι εφαρμογϊν και κατάςταςθσ αυτϊν! (Java)

Απλότθτα

• Ετερογενείσ ςυςκευζσ που επιτελοφν τον ςκοπό τουσ με βζλτιςτο τρόπο

• Διακεςιμότθτα, ευκολία, ευκολία χριςθσ

• Σιμερα, επιλογι και εκπαίδευςθ κατάλλθλων ομάδων χρθςτϊν (ελίτ)

• Αφριο: Διεπαφζσ τφπου «βραστήρα» για όλουσ, ανεξάρτθτα από το επίπεδο εκπαίδευςθσ ι γνωςιακισ ικανότθτασ

Απλότθτα II

• Η τεράςτια πολυπλοκότθτα κα κρφβεται πίςω από απίςτευτα απλζσ διεπαφζσ– Ζνα click– Φωνθτικζσ εντολζσ– Χειρονομίεσ

• Προγνωςτικά, υπο-βοθκθτικά, χρθςτο-κεντρικά, αυτοματοποιθμζνα, διάχυτα ςυςτιματα υπθρεςιϊν που επαυξάνουν την πραγματικότητα με χριςθ μικροςκοπικϊν ςυςκευϊν;

Pervasive IT

Server

Store & process

information

Workstation

Edit & Manage

information

Device

Create & Access

information

Services

Infrastructure

Content Communication Access

Standards XHTML GSM HTTP Bluetooth

Interoperability 802.11g Java XML SQL

Ζτοιμοι να φτιάξουμε εφαρμογζσ κινθτοφ υπολογιςμοφ;

Ασ δοφμε πρϊτα που είμαςτε...

– Διάχυτεσ ςυςκευζσ (always “at hand”):• Κινθτά τθλζφωνα, PDAs, Laptops, κτλ κτλ.

– Διάχυτα δίκτυα (always available):• (W)LAN/MAN (Ethernet & IEEE 802.11)

• GSM/GPRS/3G

• PANs (Bluetooth, IrDA, AudioNet etc.)

– Διάχυτεσ υπθρεςίεσ• Προσ το παρόν, κυρίωσ βαςιςμζνεσ ςτθν τοποκεςία

• Αυξάνεται θ χριςθ του social context

• Και θ ςφνκεςθ πλθροφορίασ από διάφορεσ πθγζσ

Embedded vs Pervasive

Συςχετιηόμενεσ περιοχζσ

• Wearable computing

• Intelligent environments

• Augmented reality

Ζχω μια ιδζα...

Σχεδιαςμόσ μιασ νζασ εφαρμογισ

Γενικά γνωρίςματα ΣΔΥ

• Υπάρχουν τρία γενικά γνωρίςματα κοινά ςε ευρφ φάςμα εφαρμογϊν ΔΥ.

1. Παροχι διάφανων διεπαφών

2. Αυτόματθ προςαρμογι του προγράμματοσ με βάςθ το πλαίςιο χριςθσ

3. Ικανότθτα αυτόματθσ κτιςθσ ηωντανών εμπειριών για μετζπειτα χριςθ.

Διάφανεσ διεπαφζσ

• Όραμα Ubicomp: “pervasive computation without intrusion.”

• Αφαίρεςθ του φυςικοφ εμποδίου μεταξφ χριςτθ και υπολογιςτικισ ςυςκευισ– Το πλθκτρολόγιο και το ποντίκι είναι ακόμα οι πιο ςυχνά

χρθςιμοποιοφμενεσ διεπαφζσ!

• Χρειάζονται:

– Ευζλικτεσ, πολυτροπικζσ, φυςικζσ διεπαφζσ

– Διαφορετικζσ διεπαφζσ για τθν ίδια χριςθ

Επίγνωςθ Πλαιςίου

• Πλαίσιο (context) – πλθροφορία για το περιβάλλον ςτο οποίο δρά θ ςυςκευι / υπθρεςία.

• ΘΕΗ και ΧΡΟΝΟ είναι απλά παραδείγματα!– Απόλυτα ι ςχετικά– Εφκολθ θ κτιςθ με αιςκθτιρεσ – είναι αρκετό;

• Εφαρμογι με επίγνωςθ πλαιςίου– Που μπορεί να κάνει κτιςθ του πλαιςίου– Να το ερμθνεφςει– Να τροποποιιςει κατάλλθλα τθν ςυμπεριφορά τθσ

• Χρειάζονται:– Εφαρμογζσ που ζχουν επίγνωςθ πλαιςίου και επιτρζπουν

τθν άμεςθ προςωπικοποίθςθ των υπθρεςιϊν τουσ

Αυτόματθ κτιςθ εμπειριών• Ανάκτθςθ κακθμερινϊν εμπειριϊν και αποκικευςθ

τθσ γνϊςθσ για μετζπειτα χριςθ

• Περιοριςμοί:– Πολλαπλζσ ροζσ πλθροφορίασ

– Χρονικόσ υγχρονιςμόσ

– υςχζτιςθ και ςφνκεςθ

• Χρειάζονται:– Αυτοματοποιθμζνα εργαλεία που υποςτθρίηουν τθν κτιςθ

εμπειριϊν, τθ ςφνκεςθ γνϊςθσ και μελλοντικι πρόςβαςθ ςε αυτι.

Από τθν ιδζα ςτθν υλοποίθςθ

Πποζέγγιζη Ανάπηςξηρ ζηον ΔΥ

Τελικό παραδοτέο

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

Κατανόηςη των Χρηςτών / Προβλήματοσ

Σχεδιαςμόσ λύςησ

Υλοποίηςη λύςησ

Σηον ΔΥ, όλα γίνονηαι κάηω

από ένα πλαίζιο ζςνεσούρ

αξιολόγηζηρ!!!

Ζρευνα; Πϊσ;

• «Η ζρευνα ςτον ΔΥ είναι πειραματικι εκ φφςεωσ»M. Weiser. Some computer science issues in ubiquitous computing. Communications

of the ACM, 36(7):75-84

• Η καλι ζρευνα κα πρζπει να ικανοποιεί τα κριτιρια:1. Πρζπει να υπάρχει κάποια εφαρμογι-κίνθτρο. Κατά τον Weiser, οι

εφαρμογζσ είναι όλο το νόθμα του ΔΥ.2. Το ςφςτθμα κα πρζπει να ενςωματϊνει κάποια ζννοια κλίμακασ. Εδϊ

αναφερόμαςτε ςτο φυςικό χϊρο που καλφπτει, το πλικοσ εμπλεκομζνων χρθςτϊν, το πλικοσ και ετερογζνεια των εμπλεκόμενων ςυςκευϊν ι τον χρόνο κατά τον οποίο προςφζρεται μια υπθρεςία.

3. Το ςφςτθμα κα πρζπει να υπόκειται ςε πραγματικι και κακθμερινι χριςθ.4. Το ςφςτθμα κα πρζπει να αξιολογείται για να κακορίηονται οι επιπτϊςεισ

του ςτθν κοινότητα των χρθςτϊν.

ΚΑθι επΙ

κΩπην

Αναφορζσ

• Weiser, M. (1991) The computer for the twenty first century. Scientific American, 265(3): 94 104.

• Weiser M., Brown J.S. (1996) The coming of age of calm technology www.johnseelybrown.com/calmtech.pdf

• The origins of ubiquitous computing research at PARC in the late 1980's, Mark Weiser, Rich Gold, and John Seely Brown, IBM Systems Journal, Vol. 38, No. 4, 1999; pp. 693-696.

• Satyanarayanan, M. (2001) Pervasive computing: vision and challenges. IEEE Personal Communications, 8: 10 17.

• Rogers, Y. (2006) Moving on from Weiser’s vision of calm computing: engaging UbiComp experiences. In P. Dourish and A. Friday (eds) Proceedings of Ubicomp2006, Lecture Notes on Computing Science, 4206: 404 421.

• Hansmann, Uwe (2003). Pervasive Computing: The Mobile World. Springer. ISBN 3540002189.

• Poslad, Stefan (2009). Ubiquitous Computing Smart Devices, Smart Environments and Smart Interaction. Wiley. ISBN 978-0-470-03560-3.

Διεθνή Επιζηημονικά Πεπιοδικά

Αναθοπάρ

• IEEE Pervasive Computing

• IEEE Transactions on Mobile Computing

• ΙΕΕΕ Wireless Communications

• Springer: Personal and Ubiquitous Computing

• Springer: Mobile Networks and Applications (MONET)

• Elsevier: Pervasive and Mobile Computing

• ACM: Mobile Computing and Communications Review

• Journal of Ambient Intelligence and Smart Environments (JAISE)