2. Universidad Nacional de San Marcos
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I. Introducción a los Sistemas Ubicuos
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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Las redes a los sistemas ubicuos
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¿Adónde nos puede llevar la tecnología…?
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Sistema clásico. El usuario en el bucle.
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Entorno inteligente. El usuario sale del bucle…
Bla Bla
Interacciona con el
entorno de manera natural
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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)
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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.
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I. Introducción a los Sistemas Ubicuos
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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Componentes del entorno ubicuo
Según Weiser divide en Dos aspectos fundamentales
a los componentes de los entornos ubicuo.
• Localización
El elemento de cómputo sabe dónde está ubicado.
• Escala
Un tamaño para cada tarea: tabs, pads, boards
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Mark Weiser ha propuesto tres modelos básicos que puedan ser
considerados para desarrollar sistemas ubicuos:
Dispositivos que pueden llegar
a medir metros.
Dispositivos del tamaño de una mano
Dispositivos de escasos
centímetros, que pueden ser
llevados por un usuario
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I. Introducción a los Sistemas Ubicuos
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. La visión de Weiser
3. Características de los sistemas ubicuos
4. Aspectos de diseño
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Integración física
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (proactividad)
Entornos con mobiliario
inteligente, provisto de
sensores y capacidad de
proceso y comunicación.
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Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (proactividad)
• 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.
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Integración sin costuras
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (proactividad)
• 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
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (proactividad)
• El dispositivo móvil de un usuario percibe
los 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
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Proactividad
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (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.
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Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Integración física
Adaptabilidad a las condiciones del entorno
Integración sin costuras
Sensibilidad al contexto
Interacción transparente (proactividad)
Sistema ubicuo
=
Sistema móvil
+
Espacios inteligentes
invisibilidad
Escalabilidad localizada
acondicionado desigual
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I. Introducción a los Sistemas Ubicuos
1. Contexto tecnológico y definiciones
2. 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
22. Universidad Nacional de San Marcos
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II. Dispositivos ubicuos
1. Evolución histórica de la tecnología hardware
2. Soporte para las comunicaciones
3. Tipos de dispositivos
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Dispositivos ubicuos
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Claves tecnológicas de los dispositivos ubicuos
• Miniaturización
Para portabilidad e integración (desaparición física)
• Gran capacidad (memoria, proceso)
Información multimedia
Procesamiento de inferencias sobre información de contexto
• Bajo consumo
Funcionamiento autónomo
• Conectividad inalámbrica
Para portabilidad e integración (desaparición física)
• Bajo coste
Implica estandarización y producción a gran escala
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Miniaturización
•La Ley de Moore se ha seguido
cumpliendo:
“El número de transistores de los
microprocesadores se duplicaría
cada 18 meses”.
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Miniaturización
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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.
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II. Dispositivos ubicuos
1. Evolución histórica de la tecnología hardware
2. Soporte para las comunicaciones
3. Tipos de dispositivos
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Infraestructuras de redes
• Infraestructura de comunicación
Infraestructura de comunicaciones de datos cableada específica (p.e.:
Ethernet)
Gran ancho de banda
× Requiere instalación
Utilización de otras infraestructuras ya existentes (p.e.: Cableado telefónico,
red eléctrica)
Ubicuas
× Ancho de banda limitado
Inalámbrica
WiFi, WiMax
GPRS, 3G, 4G….
• Medio de acceso al entorno
Por definición, comunicación inalámbrica:
Los dispositivos son móviles
No pueden estar sujetos a conexión/desconexión “física”
Proporciona la base para la multimodalidad
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Conectividad inalámbrica
• Tecnologías
Redes de infrarrojos
IrDa
Redes de radio-frecuencia
Bluetooth, Zigbee
WiFi (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
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II. Dispositivos ubicuos
1. Evolución histórica de la tecnología hardware
2. Soporte para las comunicaciones
3. Tipos de dispositivos
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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 robots
Monitorizando un sujeto (dispositivos
biométricos)
• Redes de sensores
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Dispositivos para la interacción
Parte física de la interfaz del
usuario con el entorno
Interacción basada
en 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.
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III. Plataformas y arquitectura middleware
1. Middleware vs sistema operativo
2. Compatibilidad
3. Arquitecturas middleware. Ejemplos
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Plataformas y arquitectura middleware
Arquitectura
Middleware
Sistema Operativo o
Plataforma.
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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).
39. Universidad Nacional de San Marcos
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III. Plataformas y arquitectura middleware
1. Middleware vs sistema operativo
2. Compatibilidad
3. Arquitecturas middleware. Ejemplos
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Compatibilidad
• 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).
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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.
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Compatibilidad: emulación
Emulación
Software
Emulación
Hardware
Virtualización
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Compatibilidad: Java
Compatibilidad: micronúcleos
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III. Plataformas y arquitectura middleware
1. Middleware vs sistema operativo
2. Compatibilidad
3. Arquitecturas middleware. Ejemplos
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Arquitectura middleware
46. Universidad Nacional de San Marcos
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Arquitecturas middleware para sistemas ubicuos
Ejemplo:
Gaia Active Spaces (Roman, 2002)
47. Universidad Nacional de San Marcos
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Arquitecturas middleware para sistemas ubicuos
Ejemplo:
Aura (Garlan, 2002)
48. Universidad Nacional de San Marcos
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Arquitecturas middleware para sistemas ubicuos
Ejemplo:
Arquitectura Jini
49. Universidad Nacional de San Marcos
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Arquitecturas middleware para sistemas ubicuos
Ejemplo:
AmbienNet