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

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

Ambient Computing

Modul Ambient Computing, Universität zu Lübeck

205

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Lina Schad

Lernen

Lina Schad

Über diese Lernkartei

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

Sprache

Deutsch

Kategorie

Informatik

Stufe

Universität

Erstellt / Aktualisiert

01.03.2017 / 13.08.2018

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Was hat Douglas Englebart erfunden/entwickelt?

1968
Verstärkung des menschlichen Intellekts durch Computer
Erfand Maus
mother of all demos
hypertext (Querverweise)
Objektaddressierung
shared screen collaboration mit audio und video
dynamic file linking

Was hat Myron Krueger erfunden/entwickelt?

1977
Responsive Environments
- Kunst die auf Bewegung und Gesten von Betrachter reagiert durch sensing floors, graphic tables und Videokameras.
Interactive Computer Art - “Komponist” von intelligenten realtime computer mediated spaces. —> System erkennt Ereignisse in der realen Welt (Kontext), Prozessiert diese Events in bedeutsamer Weise, Produziert Feedback —> Beziehung zwischen realer und virtueller Welt geschaffen

Was ist Mobile Computing?

portabel, kabellos, netzwerkend, location sensitive, sicher
1996 PDA Nokia 9000 mobiltelefon mit PDA, SMS, Email, office, html browser
Smartphones: Konvergenz der Funktionen
Computing Trend: früher ein großer Computer den viele Teilen, heute umgekehrt (Handy+Tablet)

Was sind Vor- und Nachteile der Konvergenz der Funktionen?

Vorteile
- Alle Funktionen in einem Gerät
- Kontextawareness durch Sensoren
- Erweiterbar durch Apps
Nachteile
- schlechtere Qualität als einzelne Geräte (Photo)
- Hoher Energieverbrauch
- komplexe Entwicklung aber einfach Nutzung
- nicht erweiterbar

Was ist pervasive Computing?

alles durchdringend
industrielle Interpretation von Ubicom (überall verfügbar, Name der Wissenschaft)
in ein Gerät hineinwachsend
Name der Industrie
eTicket für Flug

Was ist Embedded Computing?

Computer mit bestimmter Funktion in Hard/software Umgebung eingebettet
muss wenig kosten, wenig Platz, wenig Energie, wenig Speicher. braucht speziale CPU (mikrokontroller), speziale operating systems
z.B. Fahrzeug Kontrolle (airbag, ESP), Internet-TV, T-Engine (Open Source!)
z.B. Rasperry PI2, Arduino -> smartes Sofakissen -> Mikroplattform für jeden

Was ist Wearable Computing?

Computer die am Körper sind - digitale Prothesen
früher: Uhren, Hörgerät
Heute smartWatches, Glasses, Shoes
Forschung: Energieversorgung, Formfaktoren und Anwendbarkeit
1976: Roulette Schuh, 2007: Oakley mit Mp3 player, Seit 1980: Steve Mann “Cyborg”
Cyborg: Kombination von biologischen, mechanischen und elektronischen Komponenten in hybride Organismen. Organismus (Minority Report), Cyborgs (Ironman), Cybernetics (I Robot)

Was ist Ubiquitous Computing?

Verteilte Systeme (Kommunikation, Management, Sicherheit)
- Mobile Computing
  - Mobile Netzwerke
  - Informationszugriff
  - Adaptive Applikationen —> Ubiquitous Computing
    - Natürliche Benutzerschnittstellen
    - Kontextadaptivität/Sensoren
    - Smart Spaces
    - Datenschutz
    - Datensicherheit
    - gesellschaftliche Auswirkungen
“Billionen von Sensoren werden die Welt permanent Messen und ein digitales Weltmodell analog zum WWW entstehen”
“Ubicomp ist der logische Schritt in Informationsprozessierung. Es schließt die Lücke zwischen Informationssystemen und Realität”

Was Probleme des Ubiquitous Computing?

Probleme
Ausstattung/Kalibrierung aufwendig
Skalierung (viele Kabel)
Eigentumsansatz
Komplexe, heterogene Hardware und komplexe conflicting Szenarien
Diskrepanz zwischen Modell und Realität
Hohe Datenmengen
Negative Statements
- “Ein Versuch einer gewalttätigen technologischen Penetration unseres Alltags”
- “Totalitarismus”
- Totalität

Was ist Invisible Computing?

Hardware für jede einzelne Anwendung
Nachteil: Ressourcen/Ergonomie, Wunsch ist Konvergenz
Donald E. Norman (1999)
Appliance - Gerät mit bestimmter Funktion z.B. Toaster
Information Appliance - Gerät spezialisiert für Informationen, z.B. Wissen, Fakten, Bilder, Photos, Sound und bestimmte Aktivitäten Musik, Schreiben... Können untereinander Informationen austauschen. “Jede 6 of 23 Anwendung hat sein eigenes Device speziell für eine Aufgabe. Lernen wie man das Gerät benutzt ist das gleiche wie die Aufgabe zu lernen
z.B. Stift mit Handschrifterkennung (print, send, save), Home Medical Advisor (misst alle Daten und sendet an Arzt), Photografie information appliance (nehme Bilder von Kamerachip und Internet und andere devices)
User centered design: Aufgaben, Bedürfnisse des Users, dann Produkt designen, dann technische Entwicklung

Was wird bei Invisible Computing kritisiert?

Komplexität nur auf anderes Level verschoben
- Umgang mit vielen Geräten
PC ist zu komplex
- general purpose device wie Schweizer Taschenmesser lieber einzeln Messer, Schere...

Was ist Unremarkable Computing?

Weisers Vision fürs Büro (100te kabellose Rechner pro Person
Heimszenario: Wie können 100te Geräte unsichtbar und ästhetisch zugleich sein? Wie können Sie gleichzeitig von mehreren Usern benutzt werden
2002 Tolmie et al: Ethnologische research Methoden: Field Studies, Fragebögen, Video Beobachtung, Verstehen von Komplexität der Routine, unbemerkte Aktionen (Klopfen an der Tür, Wecker klingelt Etc) -> Technologie die in Routine eingebettet werden soll, hat hohe Anforderungen

Was ist Disappearing Computing?

Kognitiv, emotional - Toaster Touch, Spiegel... 2001 Norbert Streitz: erweitert Weisers Aussage - “Technologien, die ein stimmiges und soziales Erlebnis ermöglichen wenn sie mit der Umgebung interagieren und kooperieren, indem sie den angemessenen Angebotscharakter bieten”
physical disappearance: Miniaturisierung und Integration der Geräte in tägliche Artefakte z.B. Kleidung, sodass man sie nicht mehr sieht
mental disappearance: Artefakte können groß sein, werden aber nicht als Computer wahrgenommen z.B. Interaktive Wand/Tisch. Technik rückt in den Hintergrund

Wofür werden Sensor Knoten verwendet?

z.B. SmartIts: Wie Postits (embedded devices), die an alltägliche Objekte “geklebt” werden um sie mit Sensorik, Wahrnehmung, Rechnen, Speicher und Kommunikation auszustatten
- Kontextbewusstsein
Ziel: Jedes reale Objekt kann smart gemacht werden. Für bestimmten Einsatz, wenig Energie, Sensoren und Aktoren, kein Userinterface

Was ist Smart Dust?

Smart Dust
- 2001: Autonomes sensing und communication in Kubikmillimeter
- Kommunikation durch Laser “Morsecode”
- Wetter-/Tierbeobachtung, Krieg?
- Organisch Abbaubar!?

Was ist das Internet der Dinge?

ab 1999 Netzwerk smarter Objekte mit
- eingebetteter Elektronik
- Software
- Sensoren
- Verbindung
Vereinen die reale und virtuelle Welt
Wie ubicomp
Industrie 4.0: Ich weiß immer jeden Zustand.
Ampeln, Uhren, Kühlschränke, Öfen, Klimaanlage, Steckdosen...
Web of Things: Anwendungsschicht für IoT. REST, HTTP, JSON, Websockets

Was ist Calm Computing?

1996: Weiser und Brown: Informationen in die Peripherie verschieben
Peripheral Awareness: Zentrieren von peripheren Objekten zur Aufmerksamkeit
z.B. Car warning lamps, Dangling String (roter riesen Faden im Büro zeigt Datenraten durch Bewegung und Sound), Pin Wheels (an der Decke, zeigen z.B. Web site hits tracking, stock market activity...)
Technik macht sich nur bemerkbar wenn sie gebraucht wird

Was ist Organic Computing?

Computer design auf biologischen Prinzipien beruhend
Self-CHOP: configuration (robotik wie zellen), healing, optimization, protection (Virenschutz) Self-X: explanation, describing...
NANO-BOTS

Was ist Ambient Intelligence?

context aware (Ot, Wer, Stimmung)
interactive (natürlich)
personalisiert (Rechts-/Linkshänder)
Multimodal, adaptive, antizipatorisch (Wunsch vorhersagen), sozialisiert (an Regeln/Religion/Kultur anpassen), empathisch (angepasstes Licht), Bewusstsein (eigene Wünsche)
Intelligenz = Bewusstsein, Trainieren, Fähigkeit bewegen -> selbst Laufen
Smart = programmierbar - wenn das ist mache ich das (Zustand)
Ambient Intelligence = Smartness
EU-Ziele: Mensch Maschinenkommunikation, ubiquitär, smarte Objekt. “größere Nutzerfreundlichkeit, effizienterer support, user Ermächtigung, Unterstützung von menschlicher Interaktion. Personen werden unsichtbar umgeben sein von intelligenten, intuitiven Schnittstellen die eingebettet in alltägliche Objekte sind und die Umgebung erkennen und auf Anwesenheit von Individuen und Objekten reagieren können.

Was ist Ambient Computing?

Kombination aus Ambient assisted living(/...) und ubiquitous computing, pervasive etc.
Gruppe am ITM seit 2010
Infrastruktur, Services und Interaktion in Ambient Spaces
Ambient Computing ist Kombination vieler Trends, keine neue Technologie

Ambient Begriffserklärung

Adjektiv

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

bestehend oder gegenwärtig

Ambient Begriffserklärung

Herkunft

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

ambire
- umhergehen
erste bekannte Nutzung
- 1596

Ambient Begriffserklärung

Nomen

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

umfassende Atmosphere
- Umwelt
erste bekannte Nutzung
- 1624

Was ist Ambient Light

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Umgebungslicht
- natürliches Licht
  - Sonne, Mond, ...
- künstliches Licht
  - Lampen
Philips Patent
- künstliches Licht hinter dem Fernseher -> erweitert das Bild

Was ist Ambient Occlusion?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Umgebungsverdeckung
Methode um Schatten für 3d Computergrafiken zu Erzeugen
- für realistische Schatten

Wer hat Ambient Music "erfunden"?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Brian Eno

Was ist Ambient Media?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Werbung die in der Umgebung integriert ist

Beispiele für Ambient Media

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Bushaltestellenhäuschen mit integriertem Bildschirm
Werbung auf Bierdeckeln
Uhrenwerbung auf Haltegriffen im Bus
Werbung in Spiegeln
...

Wann und wo wurde der Abacus erfunden?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

1100 v.Chr. in Indonesien

Was ist der Abakus?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Rechenhilfsmittel
quasi erster Ambienter Computer
- zwar nicht digital
- mobil
- neues Interface
- visuelle Darstellung
schneller als Taschenrechner
Erweiterung einer manuellen Fähigkeit
- Body Extender

Wer war Vannevar Bush?

amerikanischer Ingenieur
Mitglied im Manhattan Projekt
Erfindung des Memex

Wer ist J.C.R. Licklider?

Psychologe und Akustiker
Begründer des Felds des Computer Interface Designs
hatte die Idee über Software, die in einem Netzwerk existiert und von dort überall hin migriert werden kann
- Web Services?!
Idee für ein "Intergalatisches Netzwerk"
- Internet!

Wer hat das Computer Interface Design begründet?

J.C.R. Licklider

Wer hatte die Idee zu einem "intergalaktischen Netzwerk"?

J.C.R. Licklider

Wer war Douglas Engelbart?

1925-2013
beschäftigt im Augmentation Research Center am Stenford Research Institute in Menlo Park
wollte menschlichen Verstand mit Computern erweitern
Erfinder von
- Maus
- Hypertext
- Objektadressierung
- Dynamische Dateiverlinkung
- Vater der Demos

Wer hat die Maus entwickelt?

Douglas Engelbart

Wer hat den Hypertext entwickelt?

Douglas Englebart

Wer hat die Objektadressierung entwickelt?

Douglas Englebart

Wer hat die dynamische Dateiverlinkung erfunden?

Douglas Engelbart

Wer hat die erste Demo überhaupt gemacht?

Douglas Engelbart

1 / 205

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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