Ambient Computing

Modul Ambient Computing, Universität zu Lübeck

Modul Ambient Computing, Universität zu Lübeck


Lina Schad
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über das Thema Ambient Computing auf Universitätsniveau. Sie behandeln zentrale Konzepte wie Ambient Intelligence, Ubiquitous Computing und Embedded Computing, sowie deren Anwendungen und Technologien. Die Karteikarten eignen sich für Studierende und Forscher, die sich mit der Integration von Technologie in den Alltag und die Interaktion zwischen Mensch und Maschine auseinandersetzen.
Karten
205
Lernende
5
Sprache
Deutsch
Kategorie
Informatik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
01.03.2017 / 13.08.2018

Lernkarten

Was war einer der ersten batteriebetriebenen Laptops?

  • Gavilan SC
  • 1983
  • Gavilan OS und MS-DOS 2.11
  • 400x64 LCD Display, Tastatur, Touch-pad Maus und Diskettenlaufwerk
  • 5MHz, 4x32KB Memory

Was bedeuted PDA?

Personal Digital Assistant

Was ist ein PDA?

  • kleiner, kompakter Computer
  • hauptsächlich für die persönliche Kalender-, Adress- und Aufgabenverwaltung genutzt
  • Bedienung erfolgt of über ein berührungsempfindliches LC-Display
  • von Smartphones verdrängt

Was ist Ubiquitous Computing?

  • ubiquitous: überall zur gleichen Zeit da seiend 
    • allgegenwärtig
    • Widerspruch
      • Komponente kann massenhaft verteilt, aber nicht überall zugleich sein
  • Computer überall im Ambiente verfügbar
  • aber nicht sichtbar

Was ist das Problem an Ubiquitous Computing?

  • Interaktion mit nicht sichtbaren Computern??
  • Welche Interaktionsmöglichkeiten
  • Widerspruch: Wenn man weiß wie damit interagieren, weiß man, dass ein Computer da ist
  • => Man muss wissen was da ist

Wer ist der "Ur-Vater" von Ubiquitous Computing?

Mark Weiser

Wann hat Mark Weiser den Begriff des Ubiquitous Computing geprägt?

1980s

Was ist eine völlig alltägliche ubiquitäre Technologie?

Schrift

Was denken Weiser und Kollegen von Xerox Parc über personal computers (Laptops, Tablets, etc.) ?

  • nur eine Übergangslösung
  • nicht die Lösung für die Ausschöpfung des ganzen Potentials von Informationstechnologie
    • da eine vollständig integrierte, unsichtbare Nutzung nicht möglich ist
    • nicht wie bei der Schrift z.B.

Warum sind Weiser und Kollegen der Auffassung, dass Computer auf Dauer nicht mehr sichtbar sein müssen?

  • auf Grund der menschlichen Psychologie
  • wenn Menschen etwas wirklich gut können, dann "verschwindet" diese Fähigkeit im Hintergrund
    • man benutzt sie ohne sich dessen bewusst zu sein
  • wenn es so weit ist, dann kann man die Fähigkeit/Technologie ohne darüber nachzudenken nutzen und hat wieder Kapazitäten um Neues zu lernen

Miniaturisierung - Konsequenzen

  • immer mehr Rechenleistung in großen Rechnern
  • immer kleinere Computer
    • smart Dust

Miniaturisierung - Speicherkapazität

  • Digitalisierung von Informationen hat die Größe von Speichermedien stark reduziert
  • Anzahl an Bits pro Quadratzentimeter vergrößert
  • Informationsdichte

Problematik von Ernergieversorgung

  • Speicher- , Plattenkapazitäten und Verarbeitungsgeschwindigkeit wachsen exponential
  • Batterie-Energiedichte entwickelt sich nur linear
  • Großes Problem für mobile Geräte

Koomey's Law

Die Menge an Batteriekapazität, die für eine feste Größe an Rechenleistung benötigt wird halbiert sich alle 1,5 Jahre (thermodynamisches, theortisches Limit wird 2048 erreicht)

Energieproblem I - Größenformat: Groß

  • Wachsende Anzahl an Geräten
  • Energieverbrauch enorm (z.B. Standby)
    • Kühlung von Serverfarmen ist teilweise energieverbrauchender als die Berechnungen

Energieproblem I - Potentielle Lösungen

  • Ausnutzen der Umgebung
    • Kalte Standorte für Serverfarmen wählen, um mit Außenluft Server zu kühlen
  • der Umwelt dienen: eigentlich unerwünschte "Nebenprodukte" gewinnbringend verkaufen/nutzen
    • durch Serverfarmen produzierte Wärme für Heizungen verwenden
  • Verwendung in der Umgebung: Verbindung zweier Funktionalitäten
    • Server-Heizungen für den normalen Haushalt
    • ABER Technische Herausforderungen
      • Isolation
      • Sicherheit
      • Zero-Touch-Management

Was ist Energy Harvesting?

  • Energiegewinnung aus der Umwelt/Umgebung
  • Quellen
    • Flüssigkeit
    • Wind
    • Licht
    • Biomasse
    • Temperatur, usw.

Energieproblem II - Größenformat: Klein

  • Geräte sind zu klein für richtige Akkus/Batterien (mit der genötigten Kapazität)
  • Kommunikation benötigt "viel" Energie

Smart Dust - Kommunikationsprinzip

  • Radiofrequenz-Kommunikation
    • benötigt vergleichsweise wenig Energie
    • durch Antennengröße stark eingeschränkt
  • Licht
    • Sichtkontakt nötig (oder über Spiegelkonstruktion)
  • Passive optische Kommunikation
    • keine eingene Lichtquelle, sondern über Reflektion
  • Aktive optische Kommunikation
    • Laser

Beispiel für Micro Computer

Michigan Mirco Mote (M^3)

  • Layerd Mirco Computer
  • Programmier- und Aufladbar über Licht

Energieeinheiten

  • Energie: Kapazität um Arbeit durchzuführen
  • [E]=J
  • 1 cal = 4,19 J
  • Leistung: Arbeit x Zeit
  • [P] = W = J/s
  • => 100 kcal = 115 W

Wie kann man Objekte mit einem aktiven System identifizieren?

mittels

  • Barcode-Reader
  • Camera
  • etc

Wie kann man Objekt Entitäten identifizieren?

  • mit einem aktiven System
  • oder sie identifizieren sich selber

Wie können sich Objekte selber identifizieren?

  • RFID
  • Bluetooth
  • WLAN
  • GSM
  • etc

Wie können sich Subjekte identifizieren?

  • ID Cards
  • Fingerabdruck
  • Eyetracking
  • SmartCard
  • OCR
  • DNA
  • etc

Wie können Subjekte identifiziert werden?

  • Kamera
  • Stimme
  • Gesten
  • Sound
  • etc

Welche Identifikationstechnologien gibt es?

  • Barcodes
  • RFID
  • Visual Rcognition
  • Acoustic Fingerprinting
  • Biometrical Systems
  • Chemical / DNA Markers
  • Keystroke Patterns
  • Sound Patterns
  • Signatures

Was ist RFID?

 

Drahtlose Übertragung von Informationen und Energie

Welche Geräte braucht man für die Übertragung bei RFID?

  • Transponder
  • Reader

Wie ist ein Transponder für RFID aufgebaut?

  • Microchip
  • Memory
  • Wireless Coupling Element

Was ist der Transponder für RFID?

Ein Tag, der sich am/im Objekt befindet, welches identifiziert werden soll

Welche Arten von RFID Transpondern gibt es?

  • aktive
  • passive

Aus welchen Teilen besteht ein RFID Reader?

  • Transmitter/Receiver Module
  • Kontrolleinheit
  • Kopplungselement
  • Interface für Systemzugriff

Wann und von wem wurde RFID erfunden?

  • 1948
  • Harry Stockmann

Was bedeutet RFID?

Radio Frequency Identification

Seid wann wird RFID aktiv verwendet?

1960s

Welche Operationsmodi werden bei RFID hauptsächlich verwendet?

  • induktives Koppeln
  • Rückstreuungskoppeln

RFID

Induktives Koppeln

  • Tag hat große Spule
    • dient als Antenne
  • Spule des Readers erzeugt ein starkes, hochfrequentes elektromagnetisches Feld
    • durchdringt Spule des Tags
    • erzeugt mittels Induktion eine Spannung
      • Stromquelle des Mikrochips
  • kurze Distanzen
    • einige Zentimeter
    • bis max. wenige Meter

RFID

Rückstreuungskopplung

  • Radar Effekt wird ausgenutzt
  • Reader versorgt Transponder mit Strom
  • Transponder kontrolliert wie viel von der elektromagnetischen Welle zurück geworfen wird
  • Reader kann reflektierte Wellen von ausgesendeten unterscheiden
    • mittels Richtungskoppler
  • Reichweite um 100m

Was ist der Radareffekt?

elektromagnetische Welle wird an Transponder Antenne reflektiert, wenn die Resonanzfrequenz identisch ist

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