SEMINARIOS DE DOCTORADO 2005-2006
Doctorado en Ingeniería Informática y
de Telecomunicación
Escuela Politécnica Superior,
Universidad Autónoma de Madrid
23 de Marzo de 2006, 12:00
Salón de Grados, Escuela Politécnica
Superior, Universidad Autónoma de Madrid
Tratamiento
de Información Contextual
en Entornos Inteligentes
Pablo A. Haya Coll
Escuela Politécnica Superior, UAM
Resumen
A finales de los años 80 surge la Computación
Ubicua cuando
Mark Weiser propone trasladar la capacidad de computación de los
rígidos y voluminosos ordenadores personales a miles de
dispositivos diseminados por el entorno, de forma que las computadoras
se fundan con el entorno hasta volverse invisibles al usuario. En la Computación Ubicua la
interacción persona-ordenador se expande a todo el espacio,
dando lugar a entornos capaces de adquirir información de forma
autónoma y de emplearla para adaptarse a las necesidades de sus
ocupantes. Esta interacción entre el entorno y el usuario se ve
beneficiada al considerar información contextual como puede ser
la localización, la tarea que está realizando el usuario,
otros recursos que se encuentren cerca, las condiciones ambientales del
entorno, etc. Este conocimiento implícito de la situación
hace posible que el entorno responda con cierto grado de proactividad,
de forma que se libera la atención del usuario cuando no sea
imprescindible.
La combinación de la información contextual con los entornos inteligentes conlleva una
serie de complicaciones que dificultan el desarrollo de aplicaciones sensibles al contexto.
Se han de integrar y gestionar una mezcla heterogénea de
tecnologías que permitan capturar, distribuir y modificar el
contexto teniendo en cuenta que esta información contextual
proviene de fuentes de diversa naturaleza, y que se puede describir en
diferentes niveles de abstracción. A esto hay que añadir
que la configuración del entorno es dinámica, de manera
que pueden aparecer y desaparecer nuevos componentes del entorno. El
resultado es que el desarrollador de aplicaciones sensibles al contexto
se encuentra ante una casuística difícil de manejar debido al elevado
número de posibles configuraciones.
La propuesta de esta tesis radica en un capa de
contexto que sirve como pegamento para conseguir la sinergia necesaria
entre los elementos ubicuos que constituyen el entorno inteligente.
Ésta aporta: (a) una representación estándar del
contexto que es independiente de su naturaleza y nivel de
abstracción. Se provee de un modelo unificado del mundo
reduciendo la complejidad en el acceso a la información
contextual. (b) Un mecanismo flexible para poder almacenar y distribuir
esa información que facilita la configuración y
reutilización de los distintos componentes del entorno.
La implementación de la capa de contexto
reside en una estructura de datos global denominada pizarra. Esta
pizarra constituye un modelo del mundo, donde se encuentra almacenado
todo el contexto generado por los componentes del entorno y por el
mismo entorno. La pizarra almacena la información en forma de
grafo, donde cada vértice representa una entidad, como puede ser
un usuario, una aplicación, un dispositivo, una
habitación, etc. El contexto se representa mediante un lenguaje
común, de tal forma que conviven en la pizarra
información procedente de los sensores --como el estado de los
dispositivos físicos-- con contexto deducido a partir de la
información sensorial, como por ejemplo el número de
personas que hay en el entorno, o la tarea que está realizando
una persona en cada momento.
Gracias a esta arquitectura se consigue un
acoplamiento débil entre los diversos componentes en tres
niveles: temporal, espacial y funcional. Este anonimato permite que la
conexión o desconexión de un componente en el entorno se
realice de forma transparente al resto.
La capa de contexto que se propone ha sido probada
en un entorno inteligente
real equipado como un salón de una casa convencional y, en
parte, como una oficina. Este prototipo incluye dispositivos de
distintas tecnologías, varias aplicaciones
sensibles al contexto
y dos interfaces de usuario de distinta de naturaleza que se generan
automáticamente a partir del modelo del entorno almacenado en la
pizarra.
Abstract
Ubiquitous Computing arised
during the late eighties with Mark Weiser's proposal of bringing
computing capabilities from the rigid and voluminous personal computer
to thousand of devices scattered throughout the physical environment.
Computers would seamlessly integrate with the environment, becoming
invisible to users. In the field of Ubiquitous
Computing,
human-computer interactions is expanded to the space around the user.
The environment is able to acquire information by itself and use it to
adapt to its occupant's requirements. This interaction between the
environment and the user is enhanced when contextual information --such
as location, user's activity, nearby resources, environmental
variables, etc.-- is taken into account. This implicit information
about the current situation allows the environment to respond with
certain degree of proactivity, so that the users' attention need not be
constantly dedicated to interaction.
The combination of contextual information and intelligent environments entails
several issues that complicate the development of context-aware applications.
A heterogeneous mixture of technologies that capture, distribute and
modify the context must be integrated and managed. Context information
can be obtained from different sources and can be described at multiple
levels of abstraction. Besides, the environment configuration can
change dynamically, when environment components are attached or
detached at run time. The result is that the developer of context-aware
applications is confronted with a huge space of possible
configurations.
This thesis presents a proposal for a context-based
architecture that achieves the required synergy among the ubiquitous
component of an intelligent environment. The proposal contribution is
summarized as follows: (a) a model of context information that is
independent of the nature of the source, and capable of combining
different degrees of abstraction. (b) a flexible communication
mechanism that allows storage and retrieval of context information.
This mechanism facilitates reusability and configuration of the
different components of the environment.
The context layer implementation relies on a global
data structure, the blackboard. This blackboard stores a model of the
world, which includes all the prominent information related to the
environment and its components. The model is maintained as a graph,
where each vertix is an entity that can represent a user, a device, a
room, etc. The context is defined by means of a common language, so
that information from different sources coexists in the blackboard.
Data sources include sensors --such as physical device status-- and
context derived from these sensors, such as the number of persons to be
found in the environment or inference on their current activities.
This architecture achieves a loose coupling between
the different components, in three levels: temporal, spatial and
functional. This anonymity is necessary to allow transparent insertion
and removal of components.
The proposed context layer has been tested in a
real-world intelligent environment,
outfitted as a conventional living-room and, partly, as an office. This
prototype includes components of various technologies, multiple
context-aware applications, and two user interfaces with different
modalities, generated automatically from the model of the environment
stored in the blackboard.
Pablo A. Haya Coll
Pablo A. Haya Coll es Ingeniero en Telecomunicación por
la Universidad Politécnica de Madrid en 1999. Desde 2002 trabaja
como profesor ayudante de la
Escuela Politécnica Superior. La realización de su tesis
doctoral ha estado enmarcada en el proyecto Interact (TIC2000-0464) el
cual dió como fruto un Entorno Inteligente en la
Universidad Autónoma de Madrid. Actualmente está
involucrado en el proyecto U-CAT (TIN2004-03140),
en donde se aplica la computación ubicua a entornos educativos,
y en el proyecto ITech Calli ("Dentro de la Casa"), cuyo objetivo
desarrollar un Entorno Inteligente en una universidad mexicana. Sus
principales campos de investigación
incluyen: Computación ubicua, Entorno Inteligentes,
modelización de información contextual y Aplicaciones
sensibles al Contexto.