Introducción a los sistemas ubicuos

UPV / EHU
Sistemas Ubicuos
1. Introducción
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Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores
1
UPV / EHU
La buena tecnología es indistinguible
de la magia
Arthur C. Clarke
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2
Introducción a los sistemas
ubicuos
UPV / EHU
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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3
Introducción a los sistemas
ubicuos
UPV / EHU
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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4
De las redes a los sistemas ubicuos
Tipo de
sistema
Componentes
Soporte de red
Sistemas en red
Mainframes,
minis
Cableada,
propietaria
Sistemas
distribuidos
Estaciones de
trabajo, PCs
Cableada,
estándar
Sistemas
móviles
PCs portátiles
Cableada o
inalámbrica
Sistemas
ubicuos
PDAs, teléfonos,
tarjetas,
electrodomést.,
...
Inalámbrica,
infraestructura
común (red
eléctrica)
1970
UPV / EHU
1980
1990
2000
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1 computador
: N personas
1 computador
: 1 persona
N
computadores
: 1 persona
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Sistema distribuido
=
UPV / EHU
Sistema en red
+
Transparencia de nombres
Transparencia en la ubicación
Tolerancia a fallos
Consistencia
…
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Sistema móvil
=
UPV / EHU
Sistema distribuido
+
Direcciones de red dinámicas (Mobile IP)
Funcionamiento en desconexión
Interoperación espontánea
…
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¿Adónde nos puede llevar la
tecnología…?
UPV / EHU
Antes
Ahora
Elementos de cómputo:
Computadores (en red)
Muchos y variados
dispositivos
Dispositivos de entrada:
Sensores de todo tipo,
teclado, ratón…
entrada multimedia
Dispositivos de salida:
Actuadores,
pantalla, impresora…
salida multimedia
Red de interconexión:
Cableada, a veces
inalámbrica
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Todo está interconectado de
alguna forma
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El entorno se hace inteligente
UPV / EHU
• 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.
Proceso
UPV / EHU
Entrada
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Salida
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Entorno inteligente.
El usuario sale del bucle…
Proceso
UPV / EHU
Entrada
Salida
Entorno
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…e interacciona con el entorno
de manera natural
Proceso
UPV / EHU
Entrada
Salida
Entorno
Bla bla
bla bla
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Tipos de sistemas ubicuos
(un intento de clasificación)
• Entornos inteligentes
UPV / EHU
– 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
UPV / EHU
• • • • Internet of Things
Cloud computing
EveryWare
Ambient Intelligence (AmI)
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Entornos inteligentes
UPV / EHU
• 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.
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Entornos inteligentes
UPV / EHU
• 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)
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• 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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Inteligencia Ambiental (AmI)
UPV / EHU
• Escenarios AmI del ISTAG para el año 2010
– Maria: Road Warrior
– Dimitrios: Digital Me
– Carmen: Traffic, sustainability & commerce
– Ambient for social learning
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Dispositivos, aplicaciones,
computadores
UPV / EHU
• 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
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Introducción a los sistemas
ubicuos
UPV / EHU
1. Evolución histórica
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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UPV / EHU
The most profound technologies
are those that disappear
Mark Weiser
The Computer for the 21st Century
1991
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UPV / EHU
La escritura ha
necesitado miles
de años para
llegar a ser una
tecnología ubicua.
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UPV / EHU
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
UPV / EHU
• 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)
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• 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
boards
UPV / EHU
 Escala 
Una pizarra, un tablón...
pads
Un libro, un cuaderno...
tabs
Un post-it,
una etiqueta,
una tarjeta...
El escritorio de un sistema basado en ventanas:
¿una pantalla es una buena metáfora del escritorio?
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UPV / EHU
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
UPV / EHU
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
UPV / EHU
+
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
=
UPV / EHU
Sistema móvil
+
Smart spaces
Invisibility
Localized Scalability
Uneven conditioning
Satyanarayanan, 2001
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Integración física
(Kindberg, 2002)
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• Entornos con mobiliario inteligente, provisto
de sensores y capacidad de proceso y
comunicación.
• Ejemplo:
http://mediacup.teco.edu/
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Desaparición mental
UPV / EHU
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Adaptabilidad a las condiciones del
entorno
UPV / EHU
• 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
UPV / EHU
• 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:
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– 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
UPV / EHU
• 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:
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– 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
UPV / EHU
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
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Aplicaciones
inteligentes
Servicios
Infraestructuras software
Infraestructuras hardware
Aspectos éticos y sociales
Interfaces
de usuario
Seguridad e integridad
Metodologías
UPV / EHU
Herramientas y plataformas
Enfoque por capas y aspectos transversales
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