Všudypřítomné výpočty - Ubiquitous computing

Všudypřítomné počítače (neboli „ ubicomp “) jsou pojmy v oblasti softwarového inženýrství , hardwarového inženýrství a počítačové vědy, kde se výpočetní technika objevuje kdykoli a kdekoli. Na rozdíl od stolních počítačů může všudypřítomný výpočet probíhat pomocí jakéhokoli zařízení, v jakémkoli místě a v jakémkoli formátu. Uživatel komunikuje s počítačem, který může existovat v mnoha různých formách, včetně přenosných počítačů , tabletů a terminálů v každodenních předmětech, jako je lednička nebo brýle . Mezi základní technologie pro podporu všudypřítomných počítačů patří internet , pokročilý middleware , operační systém , mobilní kód , senzory , mikroprocesory , nová I/O a uživatelská rozhraní , počítačové sítě , mobilní protokoly, umístění a určování polohy a nové materiály.

Toto paradigma je také popisováno jako všudypřítomné počítače , okolní inteligence nebo „everyware“. Každý termín zdůrazňuje trochu jiné aspekty. Pokud jde primárně o zahrnuté objekty, je také známý jako fyzické počítače , internet věcí , haptické počítače a „věci, které myslí“. Spíše než navrhnout jedinou definici pro všudypřítomné výpočty a pro tyto související termíny byla navržena taxonomie vlastností pro všudypřítomné počítače, ze kterých lze popsat různé druhy nebo varianty všudypřítomných systémů a aplikací.

Všudypřítomné výpočetní technologie se dotýkají distribuovaných počítačů , mobilních počítačů , lokalizačních počítačů, mobilních sítí, senzorových sítí , interakce člověka s počítačem , inteligentních domácích technologií s vědomím kontextu a umělé inteligence .

Základní koncepty

Všudypřítomné výpočty jsou konceptem využití malých počítačů připojených k internetu a levných počítačů, které pomáhají automatizovaným způsobem s každodenními funkcemi. Například domácí všudypřítomné výpočetní prostředí by mohlo propojit ovládání osvětlení a prostředí s osobními biometrickými monitory vetkanými do oděvu, aby bylo možné nepřetržitě a nepostřehnutelně modulovat podmínky osvětlení a vytápění v místnosti. Další běžný scénář předpokládá, že lednice „vědí“ o svém vhodně označeném obsahu, schopné naplánovat různé nabídky z aktuálně připraveného jídla a varovat uživatele před zastaralými nebo zkaženými potravinami.

Všudypřítomné výpočty představují výzvy napříč počítačovou vědou: v návrhu a inženýrství systémů, v modelování systémů a v návrhu uživatelského rozhraní. Současné modely interakce člověk-počítač, ať už z příkazového řádku , založené na nabídce nebo založené na GUI , jsou nevhodné a neadekvátní všudypřítomnému případu. To naznačuje, že „přirozené“ interakční paradigma vhodné pro plně robustní všudypřítomné výpočetní systémy teprve musí vzniknout - ačkoli v této oblasti existuje také uznání, že v mnoha ohledech již žijeme ve světě ubicomp (viz také hlavní článek o přirozeném uživateli rozhraní ). Mezi současná zařízení, která této poslední myšlence poskytují určitou podporu, patří mobilní telefony , digitální zvukové přehrávače , radiofrekvenční identifikační značky, GPS a interaktivní tabule .

Mark Weiser navrhl tři základní formy pro všudypřítomná výpočetní zařízení :

  • Záložky : a nositelné zařízení, které je asi centimetr velikosti
  • Pady : ruční zařízení o velikosti přibližně decimetru
  • Desky : interaktivní větší zobrazovací zařízení, které je asi metr velikosti

Všudypřítomná výpočetní zařízení navržená Markem Weiserem jsou založena na plochých zařízeních různých velikostí s vizuálním zobrazením. Kromě těchto konceptů existuje velké množství dalších všudypřítomných výpočetních zařízení, která by mohla existovat. Některé z dalších forem, které byly konceptualizovány, jsou:

  • Prach : miniaturizovaná zařízení mohou být bez vizuálních výstupních displejů, např. Mikro elektromechanických systémů ( MEMS ), od nanometrů přes mikrometry až po milimetry. Viz také Chytrý prach .
  • Kůže : Tkaniny na bázi světelných a vodivých polymerů, organická počítačová zařízení, lze zformovat do pružnějších nerovinných zobrazovacích ploch a produktů, jako jsou oděvy a závěsy, viz displej OLED . Zařízení MEMS lze také namalovat na různé povrchy, takže různé struktury fyzického světa mohou fungovat jako síťové povrchy MEMS.
  • Jíl : soubory MEMS lze formovat do libovolných trojrozměrných tvarů jako artefakty připomínající mnoho různých druhů fyzických objektů (viz také hmatatelné rozhraní ).

V knize Manuela Castella The Rise of the Network Society Castells uvádí koncept, že bude probíhat nepřetržitý vývoj výpočetních zařízení. Říká, že budeme postupovat od samostatných mikropočítačů a decentralizovaných sálových počítačů k všudypřítomnému počítači. Castellsův model všudypřítomného výpočetního systému používá příklad internetu jako začátek všudypřítomného výpočetního systému. Logická progrese z tohoto paradigmatu je systém, kde se tato síťová logika stává použitelnou v každé oblasti každodenní činnosti, v každém místě a v každém kontextu. Castells počítá se systémem, kde budou miliardy miniaturních, všudypřítomných interkomunikačních zařízení šířeny po celém světě, „jako pigment v barvách na zdi“.

Lze vidět, že všudypřítomné výpočty se skládají z mnoha vrstev, z nichž každá má své vlastní role, které dohromady tvoří jeden systém:

  • Vrstva 1: Vrstva správy úkolů
    • Monitoruje uživatelské úkoly, kontext a index
    • Mapujte úkol uživatele, který potřebuje pro služby v prostředí
    • Ke správě složitých závislostí
  • Vrstva 2: Vrstva správy prostředí
    • Sledovat zdroj a jeho možnosti
    • Chcete -li mapovat potřebu služby, stavy konkrétní schopnosti na úrovni uživatele
  • Vrstva 3: Vrstva prostředí
    • Sledovat relevantní zdroj
    • Spravovat spolehlivost zdrojů

Dějiny

Mark Weiser razil frázi „všudypřítomné počítače“ kolem roku 1988, během svého působení ve funkci hlavního technologa výzkumného centra Xerox Palo Alto (PARC) . Weiser, sám i s ředitelem a vedoucím PARC Johnem Seely Brownem , napsal některé z prvních prací na toto téma, z velké části jej definoval a načrtl jeho hlavní obavy.

Rozpoznání účinků rozšíření výkonu zpracování

Weiser si uvědomoval, že rozšíření zpracovatelské síly do každodenních scénářů by vyžadovalo porozumění sociálním, kulturním a psychologickým jevům přesahujícím jeho vlastní rámec, byl ovlivněn mnoha obory mimo počítačovou vědu, včetně „ filozofie , fenomenologie , antropologie , psychologie , postmoderny , sociologie vědy a feministické kritiky “. Jasně hovořil o „humanistickém původu„ neviditelného ideálu v postmoderním myšlení ““ a odkazoval také na ironicky dystopický román Philipa K. Dicka Ubik .

Andy Hopper z Cambridgeské univerzity ve Velké Británii navrhl a předvedl koncept „teleportování“ - kde aplikace sledují uživatele, ať se pohybuje kdekoli.

Roy Want, zatímco výzkumník a student pracující pod vedením Andyho Hoppera na univerzitě v Cambridgi, pracoval na „Active Badge System“, což je pokročilý lokalizační výpočetní systém, ve kterém se snoubí osobní mobilita s počítačem.

Bill Schilit (nyní ve společnosti Google) také udělal nějaké dřívější práce na toto téma a zúčastnil se raného workshopu Mobile Computing, který se konal v Santa Cruz v roce 1996.

Ken Sakamura z University of Tokyo , Japonsko vede všudypřítomné sítě laboratoře (UNL), Tokyo , stejně jako T-Engine fórum . Společným cílem specifikace Všudypřítomné sítě společnosti Sakamura a fóra T-Engine je umožnit vysílání a příjem informací jakémukoli každodennímu zařízení.

MIT také přispěla významným výzkumem v této oblasti, zejména konsorciem Things That Think (režie Hiroshi Ishii , Joseph A. Paradiso a Rosalind Picard ) v Media Lab a úsilí CSAIL známém jako Project Oxygen . Dalšími významnými přispěvateli patří University of Washington 's Ubicomp Lab (režie Shwetak Patel ), Dartmouth College ' s DartNets Lab , Georgia Tech 's College of Computing , Cornell University je lidé uvědomili Computing Lab , NYU je interaktivní telekomunikační program , UC Irvine 's Department of Informatics, Microsoft Research , Intel Research and Equator, Ajou University UCRi & CUS.

Příklady

Jedním z prvních všudypřítomných systémů byl „Live Wire“ umělkyně Natalie Jeremijenko , známý také jako „Dangling String“, nainstalovaný v Xerox PARC během působení Marka Weisera. Jednalo se o strunu připojenou k krokovému motoru a ovládanou pomocí připojení LAN ; síťová aktivita způsobila škubnutí řetězce, což dalo periferně znatelný údaj o provozu. Weiser to nazval příkladem klidné technologie .

Současným projevem tohoto trendu je rozšířená distribuce mobilních telefonů. Mnoho mobilních telefonů podporuje vysokorychlostní přenos dat, videoslužby a další služby s výkonnými výpočetními schopnostmi. Ačkoli tato mobilní zařízení nejsou nutně projevem všudypřítomné výpočetní techniky, existují příklady, jako například japonský projekt Yaoyorozu („Eight Million Gods“), ve kterém mobilní zařízení spojená s identifikačními značkami pro radiofrekvenci ukazují, že všudypřítomné výpočetní prostředky již v nějaké formě jsou.

Ambient Devices vytvořil „kouli“, „palubní desku“ a „ maják na předpověď počasí “: tato dekorativní zařízení přijímají data z bezdrátové sítě a hlásí aktuální události, jako jsou ceny akcií a počasí, jako Nabaztag produkovaný Violet Snowden .

Australská futurista Mark Pesce vyrábí vysoce konfigurovatelný 52- LED LAMP povolen lampu, která využívá Wi-Fi s názvem MooresCloud po Gordon Moore .

Společnost Unified Computer Intelligence Corporation uvedla na trh zařízení s názvem Ubi - všudypřítomný počítač navržený tak, aby umožňoval hlasovou interakci s domovem a poskytoval neustálý přístup k informacím.

Všudypřítomný výpočetní výzkum se zaměřil na budování prostředí, ve kterém počítače umožňují lidem soustředit pozornost na vybrané aspekty prostředí a působit v rolích dohledu a tvorby politik. Všudypřítomné výpočty kladou důraz na vytvoření rozhraní lidského počítače, které dokáže interpretovat a podporovat záměry uživatele. Projekt MIT's Oxygen se například snaží vytvořit systém, ve kterém je výpočet všudypřítomný jako vzduch:

V budoucnosti bude výpočet zaměřen na člověka. Bude všude volně dostupný, jako baterie a zásuvky nebo kyslík ve vzduchu, který dýcháme ... Nebudeme muset nosit vlastní zařízení s sebou. Místo toho nám konfigurovatelná generická zařízení, ať už ruční nebo vestavěná v prostředí, přinesou výpočet, kdykoli to budeme potřebovat a kdekoli budeme. Při interakci s těmito „anonymními“ zařízeními přijmou naše informační osobnosti. Budou respektovat naše touhy po soukromí a zabezpečení. Nebudeme muset psát, klikat nebo se učit nový počítačový žargon. Místo toho budeme komunikovat přirozeně pomocí řeči a gest, která popisují náš záměr ...

Toto je zásadní přechod, který se nesnaží uniknout z fyzického světa a „vstoupit do nějakého kovového, gigabajtem zamořeného kyberprostoru“, ale spíše k nám přivede počítače a komunikaci, čímž se stanou „synonymem užitečných úkolů, které provádějí“.

Síťové roboty propojují všudypřítomné sítě s roboty a přispívají k vytváření nového životního stylu a řešení pro řešení různých sociálních problémů, včetně stárnutí populace a ošetřovatelské péče.

Problémy

Soukromí je snadno nejčastěji uváděnou kritikou všudypřítomných počítačů (ubicomp) a může být největší překážkou jeho dlouhodobého úspěchu.

Problémům veřejné politiky často „předcházejí dlouhé stíny, dlouhé aktivity“, které se objevují pomalu, v průběhu desetiletí nebo dokonce století. Při rozhodování o politice je zapotřebí dlouhodobý pohled, protože to pomůže identifikovat dlouhodobé problémy nebo příležitosti související s všudypřítomným počítačovým prostředím. Tyto informace mohou snížit nejistotu a řídit rozhodnutí tvůrců politik i těch, kteří se přímo podílejí na vývoji systému (Wedemeyer et al. 2001). Jednou z důležitých úvah je míra, do jaké se různé názory vytvářejí na jeden problém. Některé problémy mohou mít silnou shodu ohledně jejich důležitosti, i když existují velké rozdíly v názorech na příčinu nebo řešení. Jen málo lidí se například bude lišit v hodnocení vysoce hmatatelného problému s fyzickým dopadem, jako jsou teroristé využívající k ničení lidského života nové zbraně hromadného ničení. Výše popsaná problémová prohlášení, která se zabývají budoucím vývojem lidského druhu nebo výzvami k identitě, mají jasné kulturní nebo náboženské důsledky a pravděpodobně budou mít na ně v názorech větší rozdíly.

Všudypřítomná výpočetní výzkumná centra

Toto je seznam významných institucí, které tvrdí, že se zaměřují na všudypřítomné počítače seřazené podle zemí:

Kanada

Topological Media Lab , Concordia University, Kanada

Finsko

Community Imaging Group, University of Oulu , Finsko

Německo

Telecooperation Office (TECO), Karlsruhe Institute of Technology , Německo

Indie

Všudypřítomné výpočetní centrum pro výzkum (UCRC), Centrum pro rozvoj pokročilých počítačů

Pákistán

Centrum pro výzkum všudypřítomných počítačů (CRUC), Karáčí, Pákistán.

Švédsko

Centrum mobilního života , Stockholmská univerzita

Spojené království

Laboratoř smíšené reality, University of Nottingham

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy