09 sistemas ubicuos

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Mg.Ing. Wilbert Chávez Mg.Ing. Wilbert Chávez IrazábalIrazábal

Sistemas Ubicuos

I. Introducción a los Sistemas Ubicuos

Universidad Nacional de San Marcos Universidad Nacional de San Marcos Facultad de Ingeniería Electrónica y ElectricaFacultad de Ingeniería Electrónica y Electrica

1. Contexto tecnológico y definiciones2. La visión de Weiser3. Características de los sistemas ubicuos4. Aspectos de diseño

Las redes a los sistemas ubicuos

¿Adónde nos puede llevar la tecnología…?

Sistema clásico. El usuario en el bucle.

Entorno inteligente. El usuario sale del bucle…

Interacciona con el entorno de manera natural

Bla Bla

Tipos de sistemas ubicuos

• Entornos inteligentes 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• Ambient Intelligence (AmI)

Inteligencia Ambiental (AmI)

Se refiere a los entornos electrónicos que sean sensibles y receptivos a la presencia de la gente.

La inteligencia ambiental es una visión sobre el futuro de la electrónica de consumo, las telecomunicaciones y la informática que fue desarrollada originalmente a finales de 1990 para el período de tiempo 2010-2020.

Componentes del entorno ubicuo

• LocalizaciónEl elemento de cómputo sabe dónde está ubicado.• EscalaUn tamaño para cada tarea: tabs, pads, boards

Según Weiser divide en Dos aspectos fundamentales a los componentes de los entornos ubicuo.

Mark Weiser ha propuesto tres modelos básicos que puedan ser considerados para desarrollar sistemas ubicuos:

Dispositivos de escasos centímetros, que pueden ser llevados por un usuario

Dispositivos del tamaño de una mano

Dispositivos que pueden llegar a medir metros.

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Integración físicaAdaptabilidad a las condiciones del entorno

Integración sin costurasSensibilidad al contexto

Interacción transparente (proactividad)

Integración física

Entornos con mobiliario inteligente, provisto de sensores y capacidad de proceso y comunicación.

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Adaptabilidad a las condiciones del entorno

• Los servicios pueden estar proporcionados por soportes heterogéneos, y el sistema puede conmutar de uno a otro soporte dependiendo de su disponibilidad, QoS, coste, etc.

• Ejemplos: La telefonía móvil de datos utiliza

diferentes protocolos dependiendo de la calidad de la señal.

En una comunicación entre dispositivos móviles, el sistema podría decidir conmutar de red de telefonía móvil a telefonía IP si en un momento dado detecta recursos para ello.

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Integración sin costuras

• 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.

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

• El dispositivo móvil de un usuario percibelos parámetros del entorno:Localización y orientación: Entrando en Lima Cuadra. Tiempo: 21:00 Velocidad: Baja Ruido ambiente: Bajo Luminosidad ambiente: Media

• Actúa de acuerdo a ellos: Muestra el mapa de Lima Cuadrada Luminosidad de la pantalla: Normal Salida de audio: No

Sensibilidad al contexto

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Proactividad

• 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.

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Sistema ubicuo=

Sistema móvil+

Espacios inteligentesinvisibilidad

Escalabilidad localizadaacondicionado desigual

Aspectos de diseño en los sistemas ubicuos

1. Evolución histórica de la tecnología hardware2. Soporte para las comunicaciones3. Tipos de dispositivos

II. Dispositivos ubicuos

Dispositivos ubicuos

Claves tecnológicas de los dispositivos ubicuos

• MiniaturizaciónPara portabilidad e integración (desaparición física)• Gran capacidad (memoria, proceso)Información multimediaProcesamiento de inferencias sobre información de contexto• Bajo consumoFuncionamiento autónomo• Conectividad inalámbricaPara portabilidad e integración (desaparición física)• Bajo costeImplica estandarización y producción a gran escala

Miniaturización

•La Ley de Moore se ha seguido cumpliendo:

“El número de transistores de los microprocesadores se duplicaría cada 18 meses”.

Miniaturización

Nuevas tecnologías de almacenamiento

Tarjetas de memoria:

• La densidad de almacenamiento ha crecido a un ritmo superior a la de los discos magnéticos.Confluencia de los dispositivos de cómputo.

Infraestructuras de redes• Infraestructura de comunicaciónInfraestructura de comunicaciones de datos cableada específica (p.e.: Ethernet) Gran ancho de banda × Requiere instalaciónUtilización de otras infraestructuras ya existentes (p.e.: Cableado telefónico, red eléctrica) Ubicuas × Ancho de banda limitadoInalámbricaWiFi, WiMax GPRS, 3G, 4G….• Medio de acceso al entornoPor definición, comunicación inalámbrica:Los dispositivos son móvilesNo pueden estar sujetos a conexión/desconexión “física”Proporciona la base para la multimodalidad

Conectividad inalámbrica

• Tecnologías Redes de infrarrojos IrDaRedes de radio-frecuenciaBluetooth, ZigbeeWiFi (IEEE 802.11), WiMAX (IEEE 802.16)GSM, GPRS, UMTS, LTE… Métodos de identificación RFID, NFC• Ámbito Personal Área Networks Local Área Networks Metropolitan Área Networks Wide Área Networks

Tipos de dispositivos

• Sensores• Actuadores• Dispositivos para la interacción

Sensores• Luminosidad, presencia, movimiento,

posicionamiento, orientación, temperatura..• Pueden estar:Empotrados en el entorno Integrados en vehículos o robotsMonitorizando un sujeto (dispositivos

biométricos)• Redes de sensores

Dispositivos para la interacción

Parte física de la interfaz del usuario con el entorno

Interacción basadaen el lenguaje hablado

• Traducción texto-a-voz• Traducción voz-a-texto• Necesidad de comprender el contenido del mensaje y de información redundante.• Dependencia del idioma.

III. Plataformas y arquitectura middleware

1. Middleware vs sistema operativo2. Compatibilidad3. Arquitecturas middleware. Ejemplos

Plataformas y arquitectura middleware

ArquitecturaMiddleware

Sistema Operativo oPlataforma.

Reparto de funciones: SO vs Mw

• Modificar el SO es laborioso y cuesta alcanzar versiones estables.

• Trasladar la funcionalidad al Mw es más sencillo pero ofrece peor rendimiento.

Ejemplos: Gaia, Aura, sistemas basados en Jini-Java.• Micronúcleos: Solo el soporte básico (cambio de contexto,

interrupciones...) en el espacio del núcleo; el resto de funciones, como cliente-servidor en espacio de usuario.

Ejemplo: Mach 3.0, utilizado en MacOS X e iOS (iPhone).

• Sistemas heterogéneos:¿cómo conseguir que las aplicaciones puedan migrar entre plataformas (Hw o SO) diferentes?• Soluciones: Disponer de versiones de las aplicaciones para cada plataforma. Utilizar una plataforma Mw común (ej: Java). Utilizar emuladores para homogeneizar plataformas.• Condicionantes: Compatibilidad hacia atrás. Precio (Sw libre vs propietario). Recursos limitados (p. ej., en sistemas empotrados).

Compatibilidad

Compatibilidad: emulación

• Emulación software Se interceptan los traps de las llamadas al sistema del

SO emulado y se interpretan en el SO anfitrión. Ejemplo: Wine.• Emulación hardware Se emula el entorno Hw completo. Ejemplo: BOCHS• Virtualización Emulación Hw de lo estrictamente necesario:• Llamadas al sistema• Acceso a los dispositivos El resto de las IM se ejecutan nativamente. Requiere análisis del código en tiempo de ejecución. Ejemplos: VMware, VirtualPC, Win4Lin, Parallels.

Compatibilidad: emulación

Emulación Software

Emulación Hardware

Virtualización

Compatibilidad: micronúcleos

Compatibilidad: Java

Arquitectura middleware

Arquitecturas middleware para sistemas ubicuos

Gaia Active Spaces (Roman, 2002)

Ejemplo:

Aura (Garlan, 2002)

Ejemplo:

Arquitectura Jini

Ejemplo:

AmbienNet

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