Przetwarzanie wszechobecne - Ubiquitous computing

Przetwarzanie wszechobecne (lub „ ubicomp ”) to koncepcja w inżynierii oprogramowania, inżynierii sprzętu i informatyce, w której komputery mają pojawiać się zawsze i wszędzie. W przeciwieństwie do komputerów stacjonarnych , wszechobecny computing może nastąpić przy użyciu dowolnego urządzenia, w dowolnym miejscu iw dowolnym formacie. Użytkownik wchodzi w interakcję z komputerem, który może występować w wielu różnych formach, w tym laptopów , tabletów i terminali w przedmiotach codziennego użytku, takich jak lodówka czy okulary . Podstawowe technologie wspierające przetwarzanie wszechobecne obejmują Internet , zaawansowane oprogramowanie pośredniczące , system operacyjny , kod mobilny , czujniki , mikroprocesory , nowe wejścia / wyjścia i interfejsy użytkownika , sieci komputerowe , protokoły mobilne , lokalizację i pozycjonowanie oraz nowe materiały.

Ten paradygmat jest również opisywany jako wszechobecne przetwarzanie , inteligencja otoczenia lub „każdy sprzęt”. Każdy termin podkreśla nieco inne aspekty. Jeśli chodzi głównie o zaangażowane obiekty, jest również znany jako przetwarzanie fizyczne , Internet rzeczy , komputery dotykowe i „rzeczy, które myślą”. Zamiast proponować jedną definicję wszechobecnego przetwarzania i dla tych powiązanych terminów, zaproponowano taksonomię właściwości wszechobecnego przetwarzania, na podstawie której można opisać różne rodzaje lub odmiany wszechobecnych systemów i aplikacji.

Wszechobecne dotyka Computing na Distributed Computing , komputerów przenośnych , lokalizacji komputerowych, sieci telefonii komórkowej, sieci czujników , interakcji człowiek-komputer , kontekstowych technologii inteligentnych domów i sztucznej inteligencji .

Podstawowe koncepcje

Przetwarzanie wszechobecne to koncepcja wykorzystywania małych, podłączonych do Internetu i niedrogich komputerów do pomocy w codziennych funkcjach w sposób zautomatyzowany. Na przykład domowe środowisko przetwarzania wszechobecnego może łączyć oświetlenie i kontrolę środowiska z osobistymi monitorami biometrycznymi wplecionymi w odzież, dzięki czemu warunki oświetlenia i ogrzewania w pomieszczeniu mogą być modulowane w sposób ciągły i niedostrzegalny. Inny powszechny scenariusz zakłada, że ​​lodówki są „świadome” swojej odpowiednio oznakowanej zawartości, zdolne zarówno zaplanować różnorodne menu na podstawie aktualnie dostępnej żywności, jak i ostrzegać użytkowników przed nieświeżą lub zepsutą żywnością.

Przetwarzanie wszechobecne stanowi wyzwanie w całej informatyce: w projektowaniu i inżynierii systemów, modelowaniu systemów i projektowaniu interfejsu użytkownika. Współczesne modele interakcji człowiek-komputer, czy to z wiersza poleceń , sterowane za pomocą menu, czy oparte na GUI , są nieodpowiednie i nieadekwatne do wszechobecnych przypadków. Sugeruje to, że „naturalny” paradygmat interakcji, odpowiedni dla w pełni niezawodnego przetwarzania wszechobecnego, jeszcze się nie wyłonił – chociaż w tej dziedzinie istnieje również przekonanie, że pod wieloma względami już żyjemy w świecie ubicomp (zob. także główny artykuł na temat naturalnego użytkownika interfejsy ). Współczesne urządzenia, które wspierają tę ostatnią ideę, obejmują telefony komórkowe , cyfrowe odtwarzacze audio , znaczniki identyfikacyjne wykorzystujące fale radiowe , GPS i tablice interaktywne .

Mark Weiser zaproponował trzy podstawowe formy dla wszechobecnych urządzeń obliczeniowych :

  • Zakładki : urządzenie do noszenia o rozmiarze około centymetra
  • Podkładki : ręczne urządzenie o wielkości około decymetra
  • Tablice : interaktywny większy wyświetlacz o wielkości około metra

Proponowane przez Marka Weisera wszechobecne urządzenia obliczeniowe opierają się na płaskich urządzeniach o różnych rozmiarach z wyświetlaczem wizualnym. Wykraczając poza te koncepcje, istnieje wiele innych wszechobecnych urządzeń obliczeniowych, które mogą istnieć. Niektóre z dodatkowych form, które zostały skonceptualizowane, to:

  • Kurz : zminiaturyzowane urządzenia mogą być pozbawione wizualnych wskaźników wyjściowych, np. mikrosystemy elektromechaniczne ( MEMS ), od nanometrów przez mikrometry do milimetrów. Zobacz także Inteligentny kurz .
  • Skóra : tkaniny oparte na polimerach emitujących światło i przewodzących, organiczne urządzenia komputerowe, mogą być formowane w bardziej elastyczne, niepłaskie powierzchnie wyświetlaczy i produkty, takie jak ubrania i zasłony, patrz wyświetlacz OLED . Urządzenie MEMS można również malować na różnych powierzchniach, dzięki czemu różne struktury świata fizycznego mogą działać jako powierzchnie sieciowe MEMS.
  • Glina : zespoły MEMS mogą być formowane w dowolne trójwymiarowe kształty jako artefakty przypominające wiele różnych rodzajów obiektów fizycznych (patrz także namacalny interfejs ).

W książce Manuela Castellsa The Rise of the Network Society , Castells przedstawia koncepcję, że urządzenia komputerowe będą stale ewoluować. Twierdzi, że będziemy przechodzić od samodzielnych mikrokomputerów i zdecentralizowanych komputerów mainframe do komputerów wszechobecnych. Model wszechobecnego systemu komputerowego Castellsa wykorzystuje przykład Internetu jako początek wszechobecnego systemu komputerowego. Logiczne przejście od tego paradygmatu to system, w którym ta logika sieci ma zastosowanie w każdej sferze codziennej działalności, w każdym miejscu i w każdym kontekście. Castells przewiduje system, w którym miliardy miniaturowych, wszechobecnych urządzeń komunikacji wewnętrznej będą rozpowszechniane na całym świecie, „jak pigment w farbie ściennej”.

Przetwarzanie wszechobecne może być postrzegane jako składające się z wielu warstw, z których każda ma swoje własne role, które razem tworzą jeden system:

  • Warstwa 1: Warstwa zarządzania zadaniami
    • Monitoruje zadanie użytkownika, kontekst i indeks
    • Mapuj zadania użytkownika do potrzeb dla usług w środowisku
    • Do zarządzania złożonymi zależnościami
  • Warstwa 2: Warstwa zarządzania środowiskiem
    • Aby monitorować zasób i jego możliwości
    • Aby mapować zapotrzebowanie na usługi, stany na poziomie użytkownika o określonych możliwościach
  • Warstwa 3: Warstwa środowiska
    • Aby monitorować odpowiedni zasób
    • Zarządzanie niezawodnością zasobów

Historia

Mark Weiser ukuł frazę „ubiquitous computing” około 1988 roku, kiedy pełnił funkcję głównego technologa w Xerox Palo Alto Research Center (PARC) . Zarówno sam, jak i z dyrektorem PARC i głównym naukowcem Johnem Seely Brownem , Weiser napisał kilka najwcześniejszych artykułów na ten temat, w dużej mierze definiując go i zarysowując jego główne problemy.

Rozpoznanie efektów zwiększania mocy obliczeniowej

Uznając, że rozszerzenie mocy obliczeniowej na codzienne scenariusze wymagałoby rozumienia zjawisk społecznych, kulturowych i psychologicznych wykraczających poza jego właściwy zakres, Weiser był pod wpływem wielu dziedzin poza informatyką, w tym „ filozofii , fenomenologii , antropologii , psychologii , postmodernizmu , socjologii”. nauki i krytyki feministycznej ”. Wyraźnie mówił o „humanistycznym pochodzeniu 'niewidzialnego ideału w myśli postmodernistycznej'”, odnosząc się także do ironicznie dystopijnej powieści Philipa K. Dicka Ubik .

Andy Hopper z Cambridge University UK zaproponował i zademonstrował koncepcję „teleportacji” – gdzie aplikacje podążają za użytkownikiem, gdziekolwiek się porusza.

Roy Want, będąc naukowcem i studentem pracującym pod kierunkiem Andy'ego Hoppera na Uniwersytecie w Cambridge, pracował nad „Active Badge System”, który jest zaawansowanym systemem lokalizacyjnym, w którym mobilność osobista jest połączona z informatyką.

Bill Schilit (obecnie w Google) również wcześniej pracował w tym temacie i brał udział we wczesnych warsztatach Mobile Computing, które odbyły się w Santa Cruz w 1996 roku.

Ken Sakamura z Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii kieruje Laboratorium Ubiquitous Networking (UNL) w Tokio oraz T-Engine Forum . Wspólnym celem specyfikacji Ubiquitous Networking firmy Sakamura i forum T-Engine jest umożliwienie każdemu urządzeniu codziennego nadawania i odbierania informacji.

MIT wniósł również znaczący wkład w badania w tej dziedzinie, w szczególności konsorcjum Things That Think (kierowane przez Hiroshi Ishii , Joseph A. Paradiso i Rosalind Picard ) w Media Lab oraz wysiłek CSAIL znany jako Project Oxygen . Inne główne czynniki obejmują University of Washington 's Ubicomp Lab (w reżyserii Shwetak Patel ), Dartmouth College ' s DartNets Lab , Georgia Tech 's College of Computing , Cornell University ' s ludzi świadomych Computing Lab , NYU „s Programu Interactive Telekomunikacyjnego , UC Departament Informatyki Irvine , Microsoft Research , Intel Research and Equator, Ajou University UCRi & CUS.

Przykłady

Jednym z najwcześniejszych wszechobecnych systemów był „Live Wire” artystki Natalie Jeremijenko , znany również jako „Dangling String”, zainstalowany w Xerox PARC za czasów Marka Weisera. Był to kawałek sznurka przymocowany do silnika krokowego i kontrolowany przez połączenie LAN ; aktywność sieciowa spowodowała drganie łańcucha, co dało zauważalne peryferyjnie wskazanie ruchu. Weiser nazwał to przykładem spokojnej technologii .

Obecnym przejawem tego trendu jest rozpowszechnienie telefonów komórkowych. Wiele telefonów komórkowych obsługuje szybką transmisję danych, usługi wideo i inne usługi o potężnych możliwościach obliczeniowych. Chociaż te urządzenia mobilne niekoniecznie są przejawem wszechobecnego przetwarzania, istnieją przykłady, takie jak japoński projekt Yaoyorozu („Osiem milionów bogów”), w którym urządzenia mobilne w połączeniu ze znacznikami identyfikacji radiowej pokazują, że przetwarzanie wszechobecne jest już obecne w jakiejś formie.

Firma Ambient Devices wyprodukowała „kulę”, „deskę rozdzielczą” i „ sygnał pogodowy ”: te urządzenia dekoracyjne odbierają dane z sieci bezprzewodowej i zgłaszają bieżące wydarzenia, takie jak ceny akcji i pogoda, takie jak Nabaztag wyprodukowany przez Violet Snowden .

Australijski futurysta Mark Pesce wyprodukował wysoce konfigurowalną lampę z 52- LED LAMP , która wykorzystuje Wi-Fi o nazwie MooresCloud na cześć Gordona Moore'a .

Firma Unified Computer Intelligence Corporation wprowadziła na rynek urządzenie o nazwie Ubi – The Ubiquitous Computer, które umożliwia interakcję głosową z domem i zapewnia stały dostęp do informacji.

Badania nad przetwarzaniem wszechobecnym koncentrowały się na budowaniu środowiska, w którym komputery pozwalają ludziom skupić uwagę na wybranych aspektach środowiska i działać w rolach nadzorczych i decyzyjnych. Przetwarzanie wszechobecne kładzie nacisk na tworzenie interfejsu człowiek-komputer, który może interpretować i wspierać intencje użytkownika. Na przykład projekt Oxygen firmy MIT ma na celu stworzenie systemu, w którym obliczenia są tak wszechobecne jak powietrze:

W przyszłości obliczenia będą skoncentrowane na człowieku. Będzie dostępny wszędzie, jak baterie i gniazdka elektryczne, czy tlen w powietrzu, którym oddychamy... Nie będziemy musieli nosić ze sobą własnych urządzeń. Zamiast tego, konfigurowalne urządzenia generyczne, zarówno przenośne, jak i wbudowane w środowisko, zapewnią nam obliczenia, kiedy tylko ich potrzebujemy i gdziekolwiek jesteśmy. Gdy wchodzimy w interakcję z tymi „anonimowymi” urządzeniami, przyjmą one nasze osobowości informacyjne. Szanują nasze pragnienia prywatności i bezpieczeństwa. Nie będziemy musieli pisać, klikać ani uczyć się nowego żargonu komputerowego. Zamiast tego będziemy komunikować się naturalnie, używając mowy i gestów, które opisują nasze zamiary...

Jest to fundamentalne przejście, które nie ma na celu ucieczki ze świata fizycznego i „wejścia w jakąś metaliczną, pełną gigabajtów cyberprzestrzeni”, ale raczej dostarcza nam komputery i komunikację, czyniąc je „synonimem użytecznych zadań, które wykonują”.

Roboty sieciowe łączą wszechobecne sieci z robotami , przyczyniając się do tworzenia nowych stylów życia i rozwiązań dotyczących różnych problemów społecznych, w tym starzenia się społeczeństwa i opieki pielęgniarskiej.

Zagadnienia

Prywatność jest najczęściej przytaczaną krytyką przetwarzania wszechobecnego (ubicomp) i może stanowić największą przeszkodę w jego długoterminowym sukcesie.

Problemy polityki publicznej są często „poprzedzone długimi cieniami, długimi ciągami działań”, pojawiającymi się powoli, na przestrzeni dziesięcioleci, a nawet stuleci. Istnieje potrzeba długoterminowego spojrzenia na decyzje dotyczące polityki, ponieważ pomoże to w identyfikacji długoterminowych problemów lub możliwości związanych z wszechobecnym środowiskiem komputerowym. Informacje te mogą zmniejszyć niepewność i kierować decyzjami zarówno decydentów politycznych, jak i osób bezpośrednio zaangażowanych w rozwój systemu (Wedemeyer i in. 2001). Jedną z ważnych kwestii jest stopień, w jakim wokół jednego problemu powstają różne opinie. Niektóre kwestie mogą mieć silny konsensus co do ich wagi, nawet jeśli istnieją duże różnice opinii co do przyczyny lub rozwiązania. Na przykład niewiele osób będzie różniło się w ocenie bardzo namacalnego problemu o skutkach fizycznych, takiego jak terroryści używający nowej broni masowego rażenia do niszczenia życia ludzkiego. Zarysowane powyżej stwierdzenia problemowe, które dotyczą przyszłej ewolucji gatunku ludzkiego lub wyzwań tożsamościowych, mają wyraźne implikacje kulturowe lub religijne i prawdopodobnie będą mieć większą rozbieżność opinii na ich temat.

Ośrodki badawcze przetwarzania wszechobecnego

Oto lista znanych instytucji, które twierdzą, że skupiają się na wszechobecnym przetwarzaniu danych, posortowanych według krajów:

Kanada

Topological Media Lab , Uniwersytet Concordia, Kanada

Finlandia

Community Imaging Group, Uniwersytet w Oulu , Finlandia

Niemcy

Biuro Telekooperacji (TECO), Karlsruhe Institute of Technology , Niemcy

Indie

Ubiquitous Computing Research Resource Center (UCRC), Centrum Rozwoju Zaawansowanych Komputerów

Pakistan

Centrum Badań Wszechobecnej Informatyki (CRUC), Karaczi, Pakistan.

Szwecja

Mobilne Centrum Życia , Uniwersytet Sztokholmski

Zjednoczone Królestwo

Laboratorium rzeczywistości mieszanej, Uniwersytet w Nottingham

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki