Ambient Intelligence - ein Überblick

Jiakang Bai Überblick über Ambient Intelligence____

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Abstract

Ambient Intelligence (AmI) ist im Moment weltweit eine der neuesten Technologie. Diese Ausarbeitung gibt einen Überblick über AmI, die mit dem Konzept des „ubiquitous compu- ting“ verwandt ist und Zusammenhang mit vielen anderen neuen Technologien wie künstliche Intelligenz, intelligente Benutzerschnittstellen, Agententechnologie, context-awareness, draht- lose Sensornetze usw. steht. AmI wird als die Computertechnologie der Zukunft betrachtet. Die Hauptanwendungen dafür werden im menschlichen Leben gefunden, d. h., AmI integriert sich in die Umgebung, in der die Menschen im Alltag leben. Viele Wissenschaftler haben un- terschiedliche Szenarien vorgestellt, wie AmI unser Leben verändern kann. Ähnlich wie ande- re neue Technologien ist AmI noch nicht ausgereift. Dabei gibt es auch Hindernisse, die in der Zukunft gelöst werden müssen.

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Inhaltsverzeichnis

1  Einführung  3

2  Anwendungsbereiche des AmI  5

2.1  Das intelligente Heim  5

2.2  AmI für Gesundheit  5

2.3  Ambient Assisted Living (AAL)  5

3  Intelligente Benutzerschnittstellen  6

3.1  Tangible User Interfaces  6

3.2  Multimodale Interfaces  8

3.2.1  Multimodale Eingabe  8

3.2.2  Multimodale Ausgabe  8

3.3  Interaktionsmanagement  9

4  Software-Agenten  10

4.1  Agenten für AmI  10

4.2  Multi-Agenten Systeme (MAS) für AmI  11

5  Sensornetz  12

5.1  Einführung  12

5.2  Sensorknoten und Sensorarchitektur  12

5.3  Kommunikationsprotokolle vom Sensornetz  14

5.3.1  Media Access Control (MA)C  14

5.3.2  Routing-Protokolle  15

6  Context-Awareness  17

6.1  Einführung  17

6.2  Schlüsseltechnologien der Context-Awareness  17

6.2.1  Sensortechnik  17

6.2.2  Technik der Inferenzmaschine  18

7  Fazit  19

  Literaturverzeichnis  20

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1 Einführung

Ambient Intelligence (AmI), das ursprünglich auf Emile Aarts von Philips Research zurück geht, ist eine neue technologische Vision, dessen Ziel ist, die Benutzerschnittstellen in die Umgebung, in der Menschen im Alltag leben, zu integrieren, d. h., die Umgebung soll sensitiv und adaptiv auf die Anwesenheit von Menschen und Objekten reagieren und dabei den Men- schen vielfältige Dienste bietet [1]. AmI steht vor allem im Zusammenhang mit dem europäi- schen Forschungsprogramm Information Society Technologies (IST) und ist verwandt mit dem stärker Hardware-orientierten Ansatz der US-amerikanischen Forschung, Ubiquitous Computing [2].

Mit der Entwicklung der Computer-Technologie kann man Hardware immer kleiner machen und die Leistungen der Computer sind auch besser geworden. So kann man kleinere Compu- ter oder Hardware besser in unsere Umgebung einbetten, was ein wichtiges Merkmal des AmI ist. Eine weitere zentrale Besonderheit ist, dass die eingebetteten Computer sensitiv und adap- tiv auf die Bedürfnisse der Menschen sind, d. h., die Computer sind intelligent. Ein Beispiel ist ein intelligentes Zimmer. Es gibt ein eingebettetes System im Zimmer, also in unserer Umgebung, in der wir wohnen. Dieses Zimmer soll unsere Bedürfnisse befriedigen, bei- spielsweise wenn man die Kaffeetasse am Morgen in der Hand halt, dann erfährt das System durch den integrierten Sensor in der Kaffeetasse, dass die Bewohner des Zimmers schon auf- gestanden sind, anschließend wird das Fernsehen eingeschaltet, weil sich die Bewohner des Zimmers gerne Nachrichten schauen, wenn sie Kaffee trinken. In diesem einfachen Beispiel gibt es eingebettete Computer oder Sensoren in der Kaffeetasse und dem Fernsehen. Bei be- stimmten Aktivitäten reagiert die Umgebung, also die Objekte oder die Geräte. Traditionell sind diese Objekte passiv, aber jetzt sollen sie aktiv werden. Dieses intelligente Zimmer soll auch personalisiert werden, weil unterschiedliche Bewohner unterschiedliche Bedürfnisse haben. Dieses wird durch AmI ermöglicht.

AmI steht in einem engen Zusammenhang mit anderen Forschungsbereichen. Ubiquitous Computing (UbiComp) ist einer davon. Es bezeichnet die Allgegenwärtigkeit (engl. ubiquity) der Informationsverarbeitung im Alltag des Menschen [3]. Die konkrete Unterscheidung zwi- schen AmI und UbiComp ist schwer zu sagen. In den Literaturen wird UbiComp als techni- sche Basis von AmI angesehen und der Fokus des AmI liegt mehr auf die Menschen in der Umgebung und die Interaktionen zwischen Menschen und Geräten. Alle Geräte in der Umge- bung und die Menschen werden durch ein mobiles Netzwerk vernetzt. Den Geräten ist be- wusst, wann die Menschen was brauchen und können so entsprechende Dienste anbieten. Die Rechenprozesse passieren überall und passen sich der Änderung von Umgebung und mensch- licher Aktivitäten an. Ein anderer Forschungsbereich von AmI sind die intelligenten Systeme, die Lernalgorithmen, Spracherkennung, Sprachübersetzung, Analyse von Situationen usw. als Schwerpunkte behandeln. Der dritte Bereich ist die so genannte context-awareness. Ein Sys- tem ist context-aware, wenn es Kontexte verwendet, um den Nutzern relevante Informationen und Dienste zu bieten, die von den Aufgaben der Nutzer abhängig sind [4]. D. h. ein context-

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aware System kann auf relevante Ereignisse in der natürlichen Umgebung reagieren bzw. die- se zur weiteren Bearbeitung nutzen. In diesem Bereich erforscht man die Interaktionen der Gegenstände mit ihrer Umgebung.

Das Forschen im Bereich des AmI hat große Bedeutung. Der IST hat eine Reihe von Szena- rien entwickelt, um zu erklären, welche Vorteile diese Forschung bringt und welche Potenzia- le das AmI besitzt. In einem dieser Beispiele trifft eine Frau, die in einem kaufmännischen Beruf tätig ist, auf viele Situationen, in denen AmI angewendet wird, so z. B. Am Flughafen, im Hotel, in einem Tagungszentrum, im Auto und auf der Autobahn. In jedem Fall bieten die eingesetzten Geräten in ihrer Umgebung Just-In-Time Dienste, beispielsweise die Vereinfa- chung von Zollbezahlung [5].

Diese Szenarien zeigen, wie AmI unser Leben verbessern kann. Die Entwicklung der Compu- tertechnologie bietet die Möglichkeit, dass AmI mehr und mehr in der Praxis angewendet wird. Intelligente Häuser sind die ersten Anwendungen, die AmI findet. In den folgenden Kapiteln werden die Technologien und Anwendungen von AmI detailliert dargestellt.

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2 Anwendungsbereiche des AmI

In diesem Kapitel werden verschiedene Anwendungsbereiche des AmI dargestellt, um AmI besser zu erläutern.

2.1 Das intelligente Heim

Heute werden die AmI-basierten Technologien meistens „zu Hause“ verwendet, so ist der Heimbereich der besten Bereich, in dem man AmI erforscht und untersucht. In einem intelli- genten Heim werden die Bewohner und ihre Aktivitäten durch viele Sensoren beobachtet und entsprechende Dienste werden angeboten. Das Projekt Phillips Homelab [6] hat viele Unter- suchungen und Forschungen durchgeführt, um ein AmI-basiertes Heim besser zu gestalten. Viele neue Ideen und Konzepte wurden zu diesem Zweck untersucht, wie z. B. die Sprache- und Gesteerkennung, drahtlose Netzwerke, der Umgang von Menschen mit Computersyste- men usw.

2.2 AmI für Gesundheit

Im Gesundheitsbereich können die AmI-basierten Technologien sowohl in den Krankenhäu- sern als auch in den privaten Wohnungen eingesetzt werden. So können in einem Kranken- haus beispielsweise leere Betten automatisch erfasst und gemeldet werden oder das Personal je nach Situation zugewiesen werden. Zu Hause kann z. B. ein „intelligenter“ Medizinschrank ihrem Benutzer die korrekte Menge der Tabletten informieren und bei den leeren Medikamen- tenverpackungen dem Hausarzt melden.

2.3 Ambient Assisted Living (AAL)

Das AAL geht es hauptsächlich um das Leben in einer unterstützenden Umgebung (Heim). Die Motivation von AAL sind die Bedürfnisse, die ältere und kranke Bevölkerungen haben. Diese Bedürfnisse können beispielsweise Gesundheit, Sicherheit, Unabhängigkeit usw. sein. So wurde das Konzept AAL entwickelt, um ihre Unabhängigkeit zu erhöhen, ihr tägliches Leben zu unterstützen, die Kommunikation mit medizinischem Umfeld und Notfallsystemen zu ermöglichen, ihren Gesundheitszustand zu überwachen etc. Das AAL steht im engen Zu- sammenhang mit dem Heim- und Gesundheitsbereich. Es gibt viele Projekte, die in diesem Bereich beschäftigen. Das deutsch-ungarische BelAmI-Projekt [7] ist ein Beispiel davon.

Es gibt auch andere Gebiete, in den AmI angewendet werden kann. Z. B. beim Straßenver- kehr werden die Situationen des Verkehrs automatisch erfasst und der Verkehrsleitzentrale gemeldet, so kann der Verkehr situationsgerecht gesteuert werden. Beim Bereich Logistik und

Handel werden durch „RFID-Chips“ 1 (Funketiketten) eine Identifikation von Behältern auch

aus Entfernungen möglich ist.

1 RFID steht für Radio Frequency Identification.