Aplicaciones Móviles Sensibles al Contexto Lic. en Cs. de la Comp. e Ingeniería en Computación

2 - Computación Ubícua Depto. de Ciencias e Ingeniería de la Computación Universidad Nacional del Sur

1er. Cuatrimestre de 2016

La visión del “futuro”: computadoras invisibles “The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it.” Mark Weiser (CEO Xerox PARC) Parte de esta clase fue tomada de: • Presentación de Mark Weiser: "Building Invisible Interfaces" en User Interface, Systems, and Technologies (UIST) Conference, 1994. • Presentación de Mark Weiser: "Does Ubiquitous Computing Need Interface Agents? No." MIT Media Lab Symposium on User Interface Agents, 1992. • Publicación científica de M. Weiser “The Computer for the 21st Century,” Scientific American, Sept. 1991. • Curso “Pervasive Computing” Prof: Chung-Ta King, Department of Computer Science National Tsing Hua University. 2

Productividad • Traten de recordar la última vez que fueron productivos. • Se pueden reconocer algunas características: – Se pierde la noción del tiempo – Se pierde la noción del entorno en el que estamos – Uno está conscientemente enfocado en una meta – Inconscientemente uno extrae conocimiento y habilidades tácitas – La situación se vio enriquecida con detalles y matices que uno tomó inconscientemente en consideración

Las cosas en las que uno no piensa, el contexto tácito, implícito, el mundo que nos rodea…nos vuelve enfocados, eficientes, inteligentes! 3

Una característica de los humanos • Las personas son mas efectivas y auténticas cuando están realmente comprometidas/inmersas, mente y cuerpo, en la tarea a realizar. • Por ejemplo: – El flujo del atleta en plena carrera (“in the zone”). – El uso inconsciente de un lápiz, papel y el lenguaje cuando escribimos. – Cómo maneja un conductor experimentado por la autopista mientras habla, lee carteles de tránsito, etc.

Las tecnologías deberían mejorar esta capacidad de “engancharnos”, fluir con la vida cotidiana y el trabajo. 4

Tecnologías Invisibles • Las tecnologías más exitosas son invisibles: no se interponen entre el usuario y la tarea. • Ejemplos de tecnologías invisibles? • Electricidad: motores eléctricos escondidos en una auto, enchufes en las paredes, baterías y pilas que proveen portabilidad de la energía. • Escritura: primer tecnología de la información, permite de capturar una representación simbólica del lenguaje hablado.

• “Invisible” no se interpone en la realización de la tarea: – Un buen lápiz no se interpone a escribir. – Un buen auto nos permite manejar sin problemas. 5

Tecnologías Invisibles • Las malas tecnologías atraen la atención del usuario hacia ellas, lo desenfocan de la tarea: – Un lápiz roto o un auto que necesita mantenimiento, una mala interfaz ….

• Las computadoras (en general) no son invisibles: dominan la interacción con el usuario. • La computación ubicua se enfoca en el desarrollo de computadoras invisibles. • ¿Cómo hacer computación invisible? • Sistemas informáticos integrados: – Invisibles, omnipresentes (“en todos lados”), nombre acuñado en 1989: “computación ubicua” (ubiquitous/pervasive computing en Inglés). 6

Computación Ubicua • Sistemas informáticos integrados: – Invisibles y omnipresentes.

• Invisibles: pequeños, embebidos, acoplables, … • Omnipresentes: wireless, configurable dinámicamente, acceso remoto, adaptables, … • Objetivos finales: – Tecnología invisible – Integración entre el mundo virtual y el físico – Extraer datos de la información, dejando al descubierto una habilidad mejorada para actuar con esos datos. 7

Computación Ubicua • ¿Cómo hacer computación invisible? – Dispositivos I/O ubicuos e inteligentes. – Cientos de computadoras por persona, pero con un uso casual, de baja intensidad. – Muchos, pero muchos, “displays”: audio, visual, ambiental. – Redes Wireless – Servicios basados en ubicación y sensibles al contexto.

Una computadora debería ser fácil de usar, algo cotidiano que no requiera ningún esfuerzo.

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Ubicomp: Smart Objects • Objetos del mundo físico enriquecidos con habilidades de procesamiento de información • Procesadores Embebidos – en los objetos cotidianos – pequeños, baratos, livianos

• Capacidad de Comunicación – wired o wireless – interacciones y networking espontaneos

• Sensores y Actuadores Fuente foto: www.creativebrief.com

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Smart Objects (cont.) • Capacidad de recordar eventos importantes/pertinentes – Poseen memoria.

• Muestran comportamiento sensible al contexto – Poseen sensores y actuadores. – Perciben y utilizan para el procesamiento datos tales como ubicación, situación, contexto, etc.

• Responden al usuario y pueden ser proactivos – Se comunican con el ambiente. – Estan comunicados con otros objetos inteligentes.

• Procesadores y sensors, pequeños, baratos y móviles – en casi todos los objetos cotidianos – en nuestros cuerpos (“wearable computing”) – Embebidos en el entorno (“ambient intelligence”) 10

Smart Objects

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Facilitadores para UbiComp: Ley de Moore • La capacidad de velocidad de procesamiento y de almacenamiento se duplica cada 18 meses: – “más barato, más pequeño, más rápido”.

• Incremento exponencial – sigue siendo y probablemente siga siéndolo en los próximos 10 años.

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Facilitadores I: Ley de Moore • Los parámetros mas importantes en las tecnologías se duplican can 1−3 años: – ciclos de computación – memoria, discos de estado sólido – bandwidth Problemas:

• Consecuencia: – cada vez mas pequeños

• Incremento en el costo • Energía

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Facilitadores II: Comunicación • Ancho de banda (Fibra óptica: 1 petabit por segundo por cada fibra). • Comunicaciones mediante línea de potencia (Powerline Communications - PLC) – Una cafetera que se puede conectar “automaticamente” a la Internet

• Wireless – – – –

tecnología de comunicación móvil: 3G, 4G, 5G wireless LAN, MAN, WAN Bluetooth Near Field Communication (NFC), etc…

• Room-area networks, body-area networks (wireless network of wearable computing devices) • Internet-on-a-chip (bajo consumo, IoT), Arduino, etc. 14

Facilitadores II: Comunicación • Los objetos en un entorno abierto, distribuido y dinámico se encuentran los unos a otros y forman una comunidad transitoria. – Los dispositivos reconocen que deben agruparse para llevar a cabo una determinada actividad. Home gateway

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Facilitadores III: Materiales • Nombramos “eras” a partir de materiales – Por ejemplo, “Edad de Piedra”, “1st generación de computadoras”

• Más recientemente: semiconductores, fibras – Tecnologías de información y comunicación

• Semiconductores orgánicos – Cambiar la apariencia externa de las computadoras – ventanas inteligentes, papel electrónico, etc

• “Plastic” laser – Sistemas optoelectrónicos, pantallas flexibles,…

• ... 16

Papel Inteligente, Tinta Electrónica • Tinta electrónica – micro capsulas, blancas de un lado y negras del otro – orientadas por un campo eléctrico – El sustrato puede ser un arreglo de transistores de plástico

• Alto contraste, baja energía, flexible • Interactivo: se puede escribir con una lapicera magnética

Fuente de las fotos: www.edn.com gizmodo.com futurevision.rga.com 17

Pantallas plegables • Plegable y enrollable

Fuente de las fotos: www.pcmag.com 18

Ropa Inteligente • Telas y tinturas conductivas – Imprimen patrones electrónicamente activos sobre las telas –

http://www.refinery29.com/2015/12/98912/shiftwear-customizable-digital-sneakers

• Sensores en la piel – Por ejemplo, monitor de pulso, presión arterial, temperatura corporal, etc…

• Ropa para chicos – Consola de juegos en las mangas? – localizador de GPS integrado? – pequeñas cámaras integradas? 19

Wearable Computing http://www.pcworld.idg.com.au/slideshow/536010/pictures-17-hot-newwearable-computers/?image=1

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Facilitadores IV: Sensores/Actuadores • • • • •

Cámaras microscópicas, micrófonos,... Sensor de huella digital Sensores de radio, código de barras, RFID. Sensores de ubicación: receptor de GPS Sensores de movimiento: giroscopio, acelerómetro

Personalized Building Comfort Control http://resenv.media.mit.edu/personalcomfort/

Componentes del Sistema: - actuadores de humedad, - actuadores de ventana, - sensores externos, - sensores en la habitación - nodos coordinadores 21

Si ponemos todo junto… Progreso en – Velocidad de computo – Ancho de banda en comunicaciones – Ciencia de los materiales – Desarrollo de sensores y actuadores – Conceptos de cs de la computación – Miniaturización del hardware – Energía y batería – Nuevas tecnología de display

• Habilita nuevas aplicaciones • Oportunidades de negocio en la era “PostPC” • Nuevos desafíos para los científicos

– ...

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UbiComp: Características generales

Interfaces Transparentes

Sensibilidad al Contexto

Capturar Experiencia del Usuario 23

UbiComp: Características generales (cont.) INTERFACES TRANSPARENTES • Ocultan su presencia al usuario • Proveen interacción entre el usuario y la aplicación • Ejemplos: – reconocimiento de gestos – reconocimiento de voz y lenguaje natural – libre de mediadores para la interacción (stylus, lápiz magnético) – percepción computacional, etc. 24

UbiComp: Características generales (cont.) INTERFACES TRANSPARENTES Realidad: – Touch screens dominan los dispositivos móviles – Los teclados y el mouse (o track pad) son interfaces aun muy usadas

Se necesitan: – Interfaces flexibles – Interfaces variadas que pueden proveer funcionalidades similares

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UbiComp: Características generales (cont.) SENSIBILIDAD AL CONTEXTO Contexto – información a cerca del entorno con el cual la aplicación (y el usuario) está asociado. • UBICACIÓN (y proximidad) y TIEMPO son ejemplos simples de contexto. • Aplicaciones Sensibles al : – puede sensar y capturar el contexto en el que se encuentra, – le puede asignar significado y – cambia su comportamiento de acuerdo a eso.

Es importante que permitan una personalización rápida de sus servicios. 26

UbiComp: Características generales

Interfaces Transparentes

Sensibilidad al Contexto

Capturar Experiencia del Usuario 27

UbiComp: Características generales (cont.) CAPTURA AUTOMÁTICA • Habilidad de capturar nuestras experiencias cotidianas y hacerlas disponibles para uso futuro. Problemas: – Múltiples streams (canales) de información – Sincronización temporal – Correlación e integración

Desarrollo de herramientas automáticas que apoyen la captura, integración, razonamiento, y futuro acceso de la información. 28

UbiComp: Desafíos • ¿Cómo integrar dispositivos de comunicación móviles en infraestructuras complejas de información? • ¿Qué tipo de soporte se necesita para mantener esas estructuras? • ¿Qué efecto tendrá en la manera en que trabajamos y vivimos? • Problemas sociales: “Individualidad Restringida”. • ¿Cómo desarrollar y manipular sistemas de software sensibles al contexto que sean adaptables? • Fuentes de alimentación alternativas

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UbiComp: Más desafíos • Usuarios y administradores requieren seguridad y privacidad para sus datos y recursos (confidencialidad, integridad, disponibilidad) – La confianza es mas baja en sistemas “volátiles”: – ¿Cuánta privacidad podemos realmente tener o esperar? – Anonimicidad, preservar la identidad del usuario y ubicación – Esteganografía y criptografía – Reconocimiento de caras, uso de huellas dactilares, etc...

• Los dispositivos portables pueden ser más fácilmente robados o alterados. • Un diseño de seguridad de un sistema no debería confiar en la integridad de ningún subconjunto de dispositivos. 30

UbiComp: Más desafíos (cont.) • Aplicación: descubrir contactos en común entre usuarios cercanos sin compartir las agendas privadas. • Problema: requiere computo intensivo. • Una solución: realizar el computo más extensivo en la nube. – Problemas de brechas de seguridad y perdida de información privada. – Se necesita sistemas mas seguros para que este modo de computación funcione. – Operación offline – evitar protocolos de seguridad que se basan en acceso online continuo a un servidor. 31

UbiComp: Más desafíos (cont.) • Secure multiparty computation (SMC): – Permite realizar procesamiento sobre datos encriptados – Los usuarios pueden mantener su información privada encriptada mientras las aplicaciones pueden hacer uso de servidores en la nube. – Los protocolos SMC son actualmente eficientes en un desktops y servidores…requieren más poder de computo qe el disponible en un dispositivo móvil. – Aun incrementando el poder computacional de los dispositivos, las limitaciones de ancho de banda y consume de bacteria siguen siendo un problema importante. 32

UbiComp: Más desafíos (cont.) • Diseño de protocolos de seguridad adecuados: – Outsourcing de tareas complejas en servidores en la nube que no puedan conocer (mediante criptografía) los detalles del computo que está realizando. – Uso de dispositivos multicore para paralelizar el computo y realizar el computo completamente en el dispositivo.

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Ciencias que enriquecen UbiComp • Cs. de la Computación Teórica: seguridad en redes, encriptación, estenografía, etc… • Sistemas Operativos: escalables a relojes de mano, O.S. extensibles por el usuario, confiabilidad sin redundancia, O.S. de bajo consumo,… • Interfaces de usuario, hardware y software para detección y uso de gestos,… • Networking, hardware y software: protocolos móviles, conexiones confiables, variaciones de ancho de banda, caching en presencia de redes lentas, … • Arquitecturas de computadoras, hardware y software: nuevos estilos y patrones (post-it-note computers). 34

En resumen…

La computación ubicua enfatiza las metáforas de la vida, la interacción con otras personas, invisibilidad, y lidera la búsqueda de nuevos descubrimientos en ciencias de la computación. “Using a computer should be as refreshing as taking a walk in the woods.”

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