Programa de Tercer Ciclo UPV EHU Departamento de

Programa de Tercer Ciclo UPV - EHU Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Sistemas Ubicuos (Parte I) 1. Introducción Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU la buena tecnología es indistinguible de la magia Arthur C. Clark Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Arquitecturas para sistemas ubicuos UPV - EHU 1. 2. 3. 4. 5. Motivación y conceptos Características de los sistemas ubicuos Dispositivos ubicuos Interfaces de usuario Aplicaciones ubicuas e Inteligencia Ambiental Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU Motivación y conceptos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 4

Evolución histórica: 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 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1 computador : N personas 1 computador : 1 persona N computadores : 1 persona

Sistema distribuido = UPV - EHU Sistema en red + Transparencia de nombres Transparencia en la ubicación Alta disponibilidad y tolerancia a fallos Consistencia Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Sistema móvil = UPV - EHU Sistema distribuido + Direcciones de red dinámicas (Mobile IP) Funcionamiento en desconexión Gestión del consumo de energía Gestión de la localización Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU The most profound technologies are those that disappear Mark Weiser The Computer for the 21 st Century 1991 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU La escritura ha necesitado miles de años para llegar a ser una tecnología ubicua. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 9

UPV - EHU Such a disappearence is a fundamental consequence not of technology, but of human psicology Mark Weiser The Computer for the 21 st Century 1991 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

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

Componentes del entorno ubicuo Dos aspectos fundamentales (Weiser) UPV - EHU • Localización – El elemento (de cómputo) sabe dónde está ubicado (es sensible al contexto) • Escala – Un tamaño para cada tarea: tabs, pads, boards Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

El territorio del usuario Metáfora del escritorio tabs UPV - EHU Agenda, calculadora, post-its, lápiz, teléfono. . . pads Libro, cuaderno. . . boards Panel mural, altavoces. . . El escritorio de un sistema windows: ¿ 17’ para una buena metáfora del escritorio? Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

El territorio del usuario Metáfora del escritorio (cont) tabs UPV - EHU Pequeños, baratos y ubicuos. Algunos son privados y se transportan pads No se transportan: se usan y se abandonan (como una hoja de papel) boards Grandes, fijos y públicos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

A device can be a portal into an application/data space, not just a repository of custom software a user must manage. UPV - EHU √ Un sistema de ficheros X Un disco duro (C: ) An application is a means by which a user performs a task, not software written to exploit a device's capabilities. √ Google desktop And 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 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores X Windows Explorer X El escritorio de mi PC

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 21 st Century, 1991 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU Características de los sistemas ubicuos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 17

Sistema ubicuo = UPV - EHU Sistema móvil + Integración física Desaparición mental Sensibilidad al contexto Integración sin costuras Proactividad Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Sistema ubicuo = UPV - EHU Sistema móvil + Smart spaces Invisibility Localized Scalability Uneven conditioning Satyanarayanan, 2001 Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Integración física (Kindberg, 2002) UPV - EHU • Existen entornos con mobiliario inteligente, provisto de sensores y capacidad de proceso y comunicación. • Ejemplo: http: //mediacup. teco. edu/ Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interoperación espontánea (Kindberg, 2002) • Los componentes del entorno interactúan cambiando de identidad y de funcionalidad según las circunstancias. Implica: UPV - EHU – Discubrimiento e integración de servicios. – Movilidad de componentes entre entornos sin necesidad de modificación. • Ejemplo: http: //iwork. stanford. edu Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Integración sin costuras UPV - EHU • Los servicios pueden estar proporcionados por soportes heterogéneos, y el sistema puede commutar de uno a otro soporte dependiendo de su disponibilidad, Qo. S, coste, etc. • El cambio de soporte debe hacerse de forma transparente a la aplicación y al usuario. • Ejemplo: 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 Wi. Fi a proveedor de Internet). Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Sensibilidad al entorno • El sistema percibe los parámetros del entorno: • y se configura de acuerdo a ellos: • Ejemplo: UPV - EHU – – – – Localización y orientación Parámetros físicos Recursos disponibles en el entorno Presencia de otras personas Parámetros fisiológicos del usuario Estado psicológico del usuario Historial reciente. . . – – – Volumen de los altavoces Luminosidad de la estancia Temperatura ambiente Modo de interacción (multimodalidad). . . Es de noche, el usuario nunca hace ni recibe llamadas a esas horas. . . El teléfono móvil detecta que la batería está agotándose. Debería apagarse sin avisar acústicamente. ¿por qué esto no ocurre así ya mismo? Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

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

UPV - EHU Dispositivos ubicuos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 25

El hardware en la computación ubicua UPV - EHU • La tecnología hardware se difumina en el entorno. El procesamiento de la información se desplaza al fondo: – Centrado en el usuario: se concentra en la tarea, no en la herramienta (desaparece la noción de ordenador como herramienta). – Ordenadores invisibles especializados formando parte integrante del entorno humano. • El ordenador pasa a ser un asistente ubicuo e invisible: computación sin computadores. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

El hardware en la computación ubicua UPV - EHU • Claves: – Miniaturización – Bajo coste – Bajo consumo (los sistemas de alimentación son la asignatura pendiente) – Conectividad inalámbrica • Los dispositivos de interacción son aún necesarios Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Miniaturización • La Ley de Moore se sigue cumpliendo en lo que respecta a capacidad de integración. UPV - EHU Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Fuente: wikipedia. org

Coste • Además, los costes decaen UPV - EHU – por el asentamiento de la tecnología – por producción en masa Fuente: wikipedia. org Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Nuevas tecnologías de almacenamiento • Ejemplo: tarjetas de memoria: UPV - EHU – La densidad de almacenamiento crece a un ritmo superior a la de los discos magnéticos (más del doble por año). – Es previsible que para 2010 una tarjeta de 128 Gb cueste menos de 100 €. Confluencia de los dispositivos de cómputo. Fuente: Sientific American Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Conectividad inalámbrica • Tecnologías – Redes de infrarrojos • Ir. Da – Redes de radio-frecuencia UPV - EHU • Bluetooth, Zigbee • Wi. Fi (IEEE 802. 11), Wi. MAX (IEEE 802. 16) • GSM, GPRS, UMTS – Métodos de identificación • RFID, NFC • Ambito – – Personal Area Networks Local Area Networks Metropolitan Area Networks Wide Area Networks PAN Bluetooth 10 m 0, 5 – 2 Mbps LAN Wi. Fi 100 m 2 – 54 Mbps MAN Wi. MAX 10 Km 1, 5 – 20 Mbps WAN UMTS Todo el mundo hasta 2 Mbps Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Dispositivos • Sensores – – Sensores de entorno Dispositivos biométricos UPV - EHU • Dispositivos para la interacción – De entrada – De salida Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores COPYRIGHT ® 2006 BODYMEDIA, INC. LG. Philips LCD flexible color A 4 -size e-paper display Photo: Company 32

Dispositivos vestibles • Miniaturización para disminuir: UPV - EHU – el peso – la evidencia – el consumo • Aceptabilidad – la monitorización debe ser voluntariamente aceptada por el usuario Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interacción basada en el lenguaje hablado • Traducción texto-a-voz – Síntesis de voz. Actualmente, calidad aceptable. UPV - EHU • Traducción voz-a-texto – Sólo con restricciones (de hablante, semánticas, aprendizaje. . . ). – El caso general (hablantes diversos con discurso continuo) no está aún resuelto. – Problemas: • Necesidad de comprender el contenido del mensaje y de información redundante. • Dependencia del idioma. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU Interfaces de usuario Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 35

UPV - EHU Reconocimiento de ¿¿Recocimiento de arroz? ? voz Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaz de usuario para computación ubicua UPV - EHU • Elementos básicos del sistema de interacción: – Dispositivos de entrada – Dispositivos de salida – Diálogo • adaptado a la persona que realiza una tarea en un contexto (menús reducidos optimizado por frecuencia de uso, tareas automatizadas. . . ) Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Requisititos de las interfaces móviles • Para procesadores móviles UPV - EHU – Poco consumo – Capacidad de cálculo limitada • Dispositivos de entrada/salida especiales – Que no interfieran en otras tareas – Que ocupen la vista, las manos y el oído lo menos posible • Interacción inteligente (adaptable) – Dependiente del usuario – Adecuada a la tarea – Consciente del contexto Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado de usuario UPV - EHU • Selección de parámetros relevantes y observables • Definición del conjunto de valores de los parámetros • Definición de un comportamiento adecuado para cada tipo de usuario • Estereotipos de usuario – Múltiples tipos de usuarios. Adaptación restringida – Conjunto de valores de los parámetros que caracterizan a un determinado tipo de usuarios – Leyes de inclusión • Razonamiento sobre los valores actuales de los parámetros observados en el usuario (Motor de inferencia) • Asignación de un estereotipo • Detección y resolución de contradicciones • Adaptación a los cambios en los parámetros • Adaptación de la interacción al usuario actual Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado de usuario Aplicación: sistema de información con interfaz hablada para conductores de vehículos alquilados • Selección de parámetros relevantes y observables UPV - EHU • Lengua materna • Conocimiento de la ciudad • Definición del conjunto de valores de los parámetros • Lengua materna: Inglés, francés, castellano, . . . • Conocimiento de la ciudad: nada, poco, medio, alto, muy alto. • Definición de un comportamiento adecuado para ese tipo de usuarios • Lengua materna: Información en la lengua correspondiente • Conocimiento de la ciudad: Descripción de la ruta con mayor o menor detalle • Estereotipos de usuario – Conjunto de valores de los parámetros que caracterizan a un determinado tipo de usuarios • Extranjero (inglés/francés, nada) • Nacional (castellano, nada/poco) • Local (castellano, alto/muy alto) Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Estereotipos Idio ma Ciudad UPV - EHU Inglés Nada Poco francés Extranjero perdido castellano Nacional Regular Bastante Extranjero no perdido Local Mucho Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Transiciones entre estereotipos UPV - EHU Extranjero perdido bajo Nacional alto castellano bajo alto Extranjero no perdido Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores castellano bajo Local

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado de usuario UPV - EHU • Razonamiento sobre lo valores actuales de los parámetros observados en el usuario (Motor de inferencia): dice: “help me” • Lengua materna: Inglés • Conocimiento de la ciudad: ? . Inferencia: nada – Asignación de un estereotipo: • Estereotipo: extranjero (inglés, nada) – Detección y resolución de contradicciones • El usuario dice: “busco hotel” Inferencia: Lengua materna: Castellano (contradice el estereotipo) – Adaptación a los cambios en los parámetros • Nuevo estereotipo: nacional (castellano, nada) • Adaptación de la interacción al usuario actual Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado de usuario UPV - EHU Dos problemas importantes: • Adquisición de los valores iniciales de los parámetros: – Fase previa a la interacción • Cuestionario (molesto, poco fiable) – Durante la interacción • Asignación estereotipo inicial • Detección (posibilidad de errores) • Falsa adaptación – Parámetros mal interpretados (v. g. : idioma francés para un inglés, conocimiento de la ciudad alto para un extranjero. . . ) – Recuperación de un estado válido Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado del contexto • Selección de parámetros relevantes y observables • ¿Qué información de localización puedo conocer? • Definición del conjunto de valores de los parámetros • ¿Qué valores puede tomar cada parámetro de localización? UPV - EHU • Definición de un comportamiento adecuado para cada contexto • ¿Cómo se comporta el sistema para cada valor de cada parámetro de localización? • Estereotipos de contexto – Conjunto de valores de los parámetros que caracterizan a un determinado contexto • Leyes de inclusión • Razonamiento sobre lo valores actuales de los parámetros observados en el usuario (Motor de inferencia) • Asignación de un estereotipo • Detección y resolución de contradicciones • Adaptación a los cambios en los parámetros • Adaptación de la interacción al contexto actual Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado del contexto UPV - EHU Aplicación: sistema de gestión de comunicaciones personales ubicuas • Selección de parámetros relevantes y observables • Lugar de acceso • Tipo de comunicación deseable • Definición del conjunto de valores de los parámetros • Casa, oficina, coche, calle • Texto, voz, multimedia • Definición de un comportamiento adecuado para cada contexto • Tabla Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Modelado de tarea. Ejemplo • Selección del conjunto de tareas que el usuario pueden realizar • Tabla de características de tareas por usuario y contexto Usuario X Casa Oficina Coche Calle Comunicación de voz Telefonía Fija Telefonía fija sobre IP GSM (teléfono móvil) Comunicación multimedia (banda ancha) PCMódem (ADSL o fibra) 802. 11 LAN No accesible WAP (PDA/teléfo no móvil) Comunicación de texto PDAMódem (ADSL o fibra) E-mail (802. 11 LAN) No accesible GSM-SMS UPV - EHU Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Interfaces ubicuas adaptativas. Modelado del contexto Aplicación: sistema de gestión de comunicaciones personales ubicuas • Estereotipos de contexto UPV - EHU – Conjunto de valores de los parámetros que caracterizan a un determinado contexto • Combinaciones lugar/tipo de comunicación • Razonamiento sobre lo valores actuales de los parámetros observados en el usuario (Motor de inferencia) • Asignación de un estereotipo: – detección del lugar de acceso – Detección del modo de comunicación (v. g. : coche voz) • Detección y resolución de contradicciones: (v. g. : voz en oficina) • Adaptación a los cambios en los parámetros: tranferencia de la comunicación de un soporte a otro ¿uy de un modo a otro? Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

UPV - EHU Aplicaciones ubicuas e inteligencia ambiental Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 49

Aplicaciones pre-ubicuas Integración física UPV - EHU Interoperación espontánea E-mail desde dispositivos móviles Los dispositivos actuales no están integrados físicamente en un entorno El servicio depende de un proveedor fijo Dispositivos móviles en una red inalámbrica Integración entre ellos; no con otros elementos del entorno Intervención manual para acceso a recursos √ Sólo hay interacción entre elementos de ese entorno específico Progresiva integración de servicios web en dispositivos El ser humano está en el bucle Tazas inteligentes de Media. Cup Web Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Ambitos de aplicación • Smart spaces (Aura, Gaia, Plan. B) – – UPV - EHU • • Domótica Educación Entornos asistenciales inteligentes Entornos industriales Redes de sensores Recuerdos digitales (My. Life. Bits) Internet Distributed Computing Escenarios ISTAG para Am. I (año 2010) – – Maria: Road Warrior Dimitrios: Digital Me Carmen: Traffic, sustainability & commerce Ambient for social learning Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Ejemplos cercanos. . . UPV - EHU • Espacios inteligentes: Plan. B (URJC) http: //lsub. org/who/nemo/ • Aplicaciones móviles: SEBIK (Ikerlan) • Entorno asistencial: Am. IChair (UPV, Dep ATC) • Redes de sensores Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Inteligencia Ambiental (Am. I) UPV - EHU • Es una rama de la Inteligencia Artifical. • En un entorno ubicuo, el volumen y la complejidad hacen que la información sea inmanejable por el usuario. • El reto es representar el sentido común humano. • Am. I implica no sólo interacción, sino también percepción. • El humano sale del bucle de la interacción. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Inteligencia Ambiental (Am. I) UPV - EHU • Una definición: – Capacidad de un entorno para proporcionar características tales como interacción espontánea, sensibilidad al contexto, proactividad, y otras que contribuyen a que las aplicaciones de entorno muestren un comportamiento inteligente. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Aspectos a estudiar en los sistemas ubicuos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Interfaces Entornos inteligentes Arquitecturas Infraestructuras Tecnologías de red y dispositivos Aspectos éticos y sociales Aplicaciones Seguridad e integridad Metodologías UPV - EHU Herramientas y plataformas Inteligencia Ambiental (Am. I) 55