Ambient Intelligence - ein Überblick


Seminararbeit, 2008

22 Seiten, Note: 3,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

2 Anwendungsbereiche des AmI
2.1 Das intelligente Heim
2.2 AmI für Gesundheit
2.3 Ambient Assisted Living (AAL)

3 Intelligente Benutzerschnittstellen
3.1 Tangible User Interfaces
3.2 Multimodale Interfaces
3.2.1 Multimodale Eingabe
3.2.2 Multimodale Ausgabe
3.3 Interaktionsmanagement

4 Software-Agenten
4.1 Agenten für AmI
4.2 Multi-Agenten Systeme (MAS) für AmI

5 Sensornetz
5.1 Einführung
5.2 Sensorknoten und Sensorarchitektur
5.3 Kommunikationsprotokolle vom Sensornetz
5.3.1 Media Access Control (MAC)
5.3.2 Routing-Protokolle

6 Context-Awareness
6.1 Einführung
6.2 Schlüsseltechnologien der Context-Awareness
6.2.1 Sensortechnik
6.2.2 Technik der Inferenzmaschine

7 Fazit

Literaturverzeichnis

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- 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.

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.

3 Intelligente Benutzerschnittstellen

In diesem Kapitel wird die Technologie der intelligenten Benutzerschnittstellen vorgestellt, die eine wichtige Rolle im AmI spielt.

3.1 Tangible User Interfaces

Unter Tagible User Interface (TUI) versteht man eine Benutzerschnittstelle, die einem Com- puterbenutzer die Interaktion mit der Maschine durch Alltagsgegenstände erlaubt [8], d. h., durch TUI sind die physikalischen Objekte in der realen und in der virtuellen Welt gleich. Man bedient physikalische Objekte in der realen Welt, um die Aufgabe in der virtuellen Welt zu schaffen. TUI bietet eine nahtlose Schnittstelle zwischen der realen und der virtuellen Welt. Ziel von TUI ist es, durch die Berührbarkeit von digitalen Informationen die nahtlose Integra- tion von realer und virtueller Welt zu erreichen.

Die Motivation für die Einführung von TUI ist deutlich. Als moderne Menschen leben wir in zwei Welten, in der realen Welt und in der Welt der Informationen. An die reale Welt sind wir gewohnt, die virtuelle Welt braucht jedoch viele Erkenntnisse und Erfahrungen. Zwischen den beiden Welten fehlt eine einfache und nahtlose Interaktionsmethode. Normale Computer können diese Forderung jedoch nicht erfüllen. Durch die Verwendung von normalen und rea- len Objekten wird die Benutzung von Benutzerschnittstellen bei TUI einfacher. Die Benutzer haben dann das Gefühl, dass sie die digitalen Informationen direkt greifen können. Das Kon- zept des TUI wurde unter diesem Hintergrund vorgestellt.

TUI ist anders als die klassische grafische Benutzeroberfläche, bei der man durch Tastatur, Maus und Bildschirm mit dem Computer interagieren. Im Gegensatz dazu verwendet man bei TUI alltägliche Gegenstände, dabei haben die Benutzer das Gefühl, dass sie sich noch in der realen Welt befinden2. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass es bei TUI keine strikte Trennung von Ein- und Ausgabe gibt, während bei der Verwendung von herkömmlichen grafischen Benutzeroberflächen diese Unterscheidung jedoch unvermeidlich ist.

Die Wissenschaftler, die sich mit TUI beschäftigen, können viele Errungenschaften vorweisen.

Clear Board “ [8], das von Ishii und Kobayashi 1994 entwickelt wurde, ist ein Beispiel dafür. Es ist ein System, bei dem die Oberfläche in der realen Welt als Integrationsmedium von physikalischen Räumen und virtuellen Räumen verwendet wird. Übrigens ist das „Clear Board“ ein Konzept, bei dem man TUI am frühsten verwendet hat. Das System des „Clear Board“ bietet eine Benutzeroberfläche, die Video- und Zeichenfunktion integriert. Damit ha- ben die Benutzer das Gefühl, dass sie sich von Angesicht zu Angesicht unterhalten und dis- kutieren. Außerdem wird diese Oberfläche auch als Ein- und Ausgabegerät verwendet, damit alle Benutzer ihre Ideen teilen können. Abbildung 1 zeigt eine Situation, in der das „Clear Board“ benutzt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Clear Board, aus: [8]

Ein anderes Beispiel ist das so genannte „ Bricks: Graspable User Interfaces “ [8], das von Fitzmaurice, Ishii und Buxton 1995 entwickelt wurde. Bei diesem System kann man die vir- tuellen Objekte durch physikalische Gegenstände (bricks) direkt manipulieren. Die virtuellen und physikalischen Objekte sind hier verbunden und synchronisiert. Es gibt keine zahlenmä- ßige Einschränkung von „bricks“. Man kann einzelne oder mehrere „bricks“ gleichzeitig be- nutzen, um virtuelle Objekte zu bewegen, kombinieren etc. Abbildung 2 zeigt die Idee dieses Systems.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Bricks, aus: [8]

Es gibt viele Techniken, die helfen, TUI zu verwirklichen:

Sensoren und drahtlose Kommunikation:

Bei TUI muss man die Bewegung von realen Objekten verfolgen oder ihre Lage positio- nieren, um die realen Objekte mit der virtuellen Umgebung zu verbinden. Sensoren, die in den realen Objekten installiert werden, sind eine Lösung dafür. Eine andere Alternative ist die 3D Positionierungstechnik.

[...]


1 RFID steht für Radio Frequency Identification.

2 Eine Tastatur oder eine Computermaus ist real, verarbeiten sie aber nur abstrakte Eingaben.

Ende der Leseprobe aus 22 Seiten

Details

Titel
Ambient Intelligence - ein Überblick
Hochschule
Universität Trier
Note
3,0
Autor
Jahr
2008
Seiten
22
Katalognummer
V117658
ISBN (eBook)
9783640210084
ISBN (Buch)
9783640210602
Dateigröße
529 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Ambient, Intelligence
Arbeit zitieren
Jiakang Bai (Autor), 2008, Ambient Intelligence - ein Überblick, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/117658

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