Ubiquitous Computing - Die Vision des allgegenwärtigen Computers

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG

2. DIE ALLGEGENWÄRTIGE RECHNERTECHNIK
2.1 ENTWICKLUNGEN HIN ZU EINER SMARTEN UMWELT
2.2 DIE PRINZIPIEN DES UBIQUITOUS COMPUTING

3. DIE HAUPTAUFGABE DES UBICOMPS - IDENTIFIKATION
3.1 SMART CARD
3.2 SMART LABEL

4. ANWENDUNGEN IN INDUSTRIE, MEDIZIN UND ALLTAG

5. AUSBLICK

7. QUELLEN

1. Einleitung

Es ist erstaunlich in welch vergleichsweise kurzer Zeit die Computertechnik in unser Leben eingedrungen ist, sei es der PC, das Mobiltelefon, das Faxgerät oder der PDA. Dabei scheint die Weiterentwicklung zu einer Rechnertechnik, die weit über diese Medien hinaus geht eine fast logische Weiterentwicklung. Diese Entwicklung ist das Ubiquitous Computing eine Rechnertechnik, die zum allgegenwärtigen Medium wird.

Schon heute lassen sich zwei Trends in Richtung Allgegenwart feststellen. Zum einen löst sich die Rechnertechnik immer mehr von den PCs und dringt zunehmend in Gegenstände des Alltags ein und zum anderen entwickelt sich die Forschung im Bereich Maschine-Maschine-Kommunikation immer rasanter.¹ Damit entsteht das, was wir unter UbiComp verstehen, eine allgegenwärtige, untereinander vernetzte Rechnertechnik, die nicht nur in Gegenstände des Alltags, sondern vielleicht auch irgendwann in uns eindringen wird. Visionäre Beispiele für die Anwendung gibt es zu Hauf, so z.B. der Kühlschrank, der seine Bestände eigenhändig auffüllt.

Was sich letztendlich etablieren wird lässt sich mit Bestimmtheit schwer sagen, daher wird sich die Arbeit im Folgenden vor allem auf die Definition des Begriffes UbiComp beziehen und einige Errungenschaften des Selbigen vorstellen. Hierbei wird absichtlich auf utopische oder visionäre Darstellung von Anwendungen und Möglichkeiten verzichtet, um deutlich zu machen, dass Ubiquitous Computing bereits beginnt in unseren Alltag einzudringen und sich dort zu etablieren.

Zuerst soll demnach geklärt werden, was genau Ubiquitous Computing ist und wie man es zu verwandten Begriffen abgrenzt. Daraufhin werden zwei Basisverwendungen von Ubiquitous Computing näher erläutert, um dann im dritten Teil auf konkrete Beispiele einzugehen.

2. Die allgegenwärtige Rechnertechnik

Jane befindet sich am Gate 23 im Flughafen Pittsburgh und wartet auf ihren Anschlussflug. Sie hat viele gro ß e Dokumente ausgesetzt und möchte diese nunüber eine kabellose Verbindung via Email versenden. Leider ist die Bandweite miserabel, da am 22 und 23 sehr viele Passagiere surfen.

Aura²überwacht die Bandweite und stellt fest das Jane mit der momentanen Kapazität nicht in der Lage sein wird ihre Daten zu versenden, bevor ihr Anschlussflug geht. Aura verbindet sich mit dem Flughafen Netzwerk für den Wetter Service und den Flugplan Service und entdeckt dabei das an Gate 15 die Bandweite hervorragend ist und es an dieser Stelle für die nächsten anderthalb Stunden keine Ankünfte oder Abflüge geben wird.

Ein Dialogfensteröffnet sich auf Jane ’ s Bildschirm mit dem Hinweis sie möge sich zu Gate 15 bewegen, welcher nur circa 3 Minuten entfernt ist. Des Weiteren weist Aura sie an ihre Emails nach Priorität zu ordnen, damit die wichtigsten Daten zuerstübermittelt werden. Jane akzeptiert Auras Vorschlag und geht zu Gate 15. Dort schaut sie CNN im Fernsehen bis Aura sie darauf hinweist, dass in Kürze alle Emails verschickt sein werden und sie beginnen kann zu Gate 23 zurückzukehren. Die letzte Nachrichte wurde auf dem Wegübermittelt und Jane ist pünktlich zum einchecken zurück.³

Dieses Szenario zeigt, dass man unter Ubiquitous Computing keine allgemeine Weiterentwicklung der Rechnertechnik versteht, sondern viel mehr eine Einbettung eben dieser in die natürliche Umwelt. Letztendlich ermöglicht die Einbettung der Rechnertechnik von jeder Stelle aus, zu jeder Zeit einen Zugriff auf Daten durch mobile Geräte, die mit der smarten Umwelt kommunizieren. Ubiquitous Computing (i.F. UbiComp) bedeutet aus dem Englischen übersetzt allgegenwärtige Rechnertechnik und lässt sich im eben skizzierten Beispiel wiederfinden. Synonym mit dem Begriff Ubiquitous Computing wird häufig der Begriff Pervasive Computing verwand. Pervasive Computing meint wieder rum, das Eindringen von Rechnertechnik in die Umwelt. Damit beschreibt dieser Begriff eher den Vorgang des Eindringens und UbiComp eher die Situation der Allgegenwart, dennoch sind beide Begriffe ähnlich, was ihre synonyme Verwendung durchaus rechtfertigt.

Im Zusammenhang mit der Allgegenwart spricht man von dem Einläuten des PostPC-Zeitalter⁴, welches besagt, dass die Rechnertechnik nicht mehr an den Schreibtisch gebunden ist und folglich der Nutzer ebenfalls nicht mehr an seinen Schreibtisch, sondern sowohl die Rechnertechnik, als auch der Nutzer werden mobil. Ein anderer Aspekt des PostPC-Zeitalters ist nicht nur die Mobilität, sondern vor allem auch die Einbettung der Rechnertechnik in Alltagsgegenstände. Damit wird ein Computer nicht mehr als solcher wahrgenommen, man nutzt seine Technik, doch die Technik verhält sich so natürlich, dass die Technik als solche in den Hintergrund tritt und nur seine Aufgabe bewusst wird. Die Technik tritt somit hinter Aufgabe und Gegenstand zurück, wird damit unbewusst und dadurch wiederum allgegenwärtig.

Wie bereits erwähnt wird der Begriff UbiComp synonym mit Pervasive Computing benutzt, dass dies durchaus seine Berechtigung hat, wurde bereits erläutert. Im Folgenden soll dennoch eine kleine Differenzierung vorgenommen werde, ganz besonders in Abgrenzung zum Begriff des Mobile Computing⁵. Unter Mobile Computing versteht man IT-Dienste, die physikalisch mit dem Besitzer und dessen Endgerät herumgetragen werden. Kennzeichnend dafür ist, dass kein automatischer Austausch zwischen Umwelt und Endgerät stattfindet. Zu dieser Kategorie zählen beispielsweise Handy und PDA. Diese ermöglichen zwar einen mobilen Datenaustausch, aber nur, wenn vom Besitzer bestimmte Schritte ausgeführt werden.

Beim Pervasive Computing kann sich das rechnergestützte Endgerät nahtlos an die übermittelte Umwelt anpassen. Allerdings besteht hier eine Abhängigkeit von Gerät und Umwelt, d.h. die smarte Umwelt muss das Gerät erkennen, um es mit Informationen zu versorgen und umgedreht ist das Gerät auf die Informationen angewiesen, um sich an die Umwelt anzupassen.

Beim Ubiquitous Computing steht vor allem die Frage der Mobilität im Vordergrund. Das bedeutet wiederum, dass es einen konstanten Austausch zwischen Gerät und Umwelt gibt, der sich selbstständig injiziert. Anhand dieser kurzen Gegenüberstellung lässt sich noch einmal die Nähe der beiden Begriffe Pervasive- und Ubiquitous Computing feststellen. Daher soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass in der Fachliteratur beide Begriffe das Phänomen des Eindringens von Rechnertechnik in die Umwelt beschreiben, trotz dass nicht immer eine Hundertprozentige Übereinstimmung der beiden Begriffe besteht. Im Folgenden soll daher weiterhin der Begriff des UbiComp verwendet werden

Im nun folgenden Kapitel soll darauf eingegangen werden, welche Entwicklungen notwendig waren und sind um unsere Umwelt smarter werden zu lassen.

2.1 Entwicklungen hin zu einer smarten Umwelt

Drei Trends sind Vorraussetzung für eine Entwicklung des UbiComps gewesen.⁶ Zum einen, dass die Mikroprozessoren immer kleiner wurden (der kleinste ist gerade so groß wie ein Staubkorn) und zum anderen, dass ebenfalls Sensoren in der Herstellung immer kleiner und billiger wurden. Sensoren die auf funkbasierten Technologien beruhen sind z.B. Bluetooth oder optische Kommunikation, wie Infrarot. Diese ermöglichen spontane Vernetzungen von Geräten im Funkbereich zum Zweck wechselseitiger Kommunikation. In diesen adhoc Netzwerken können die Geräte in Zukunft unter Umständen sogar selbstständig handeln.

Wie bereits angesprochen, sprechen diese Technologien für die Erreichung des PostPC-Zeitalters. Auch Mattern⁷ spricht sich dafür aus, merkt aber gleichzeitig an, dass wir uns durchaus bereits auf dem Weg befinden, die Ära des PostPC- Zeitalters aber noch nicht erreicht haben, obwohl die Entwicklung sich rasant in diese Richtung bewegt. Dafür, dass wir uns in einer Übergangsphase und somit noch im Personal Computing Alter befinden, sprechen allein schon die Betrachtung unseres Alltags, die zwar Spuren von UbiComp aufweist, aber dennoch von Personal Computing dominiert ist.

Mattern weist daraufhin welch wichtige Vorreiterrolle die Entwicklung des Internets in Bezug auf die Mobilisierung der Rechnertechnik spielt und begründet den zentralen Stellenwert des Internets wie folgt:

„War anfangs die Vernetzung allerdings noch eher ein Mittel, um durch die Nutzung gemeinsamer Ressourcen und den Austausch von Dateien die klassische Zweckbestimmung des PCs aufzuwerten, so ist es heute meist umgekehrt - es ist nicht mehr der PC, der im Mittelpunkt steht und an den man die Netzperipherie anschließt, sondern das Netz als solches hat eine unabhängige, dauerhafte Existenz angenommen und spielt die dominante Rolle: PC werden heute oft deswegen angeschafft, weil es das Internet gibt und durch sie der Zugang zum WWW mit seinen vielfältigen Informationsressourcen überhaupt erst möglich wird!“⁸

An diesem Punkt soll noch einmal auf den Begriff des Mobil Internet verwiesen werden, der seinerseits einen weiteren wichtiger Schritt hin zur Mobilisierung und Loslösung vom Personal Computer darstellt.

Technologien des Mobile Internet findet sich vor allem in Handytechniken, wie UMTS, WAP oder dem japanischem Standart I-Mode.⁹ Das ermöglich somit eine mobile Mensch-Mensch Kommunikation, z.B. via E-Mails, aber auch eine mobile Mensch-Maschine-Kommunikation, in Form von z.B. WAP-Seiten.

UbiComp hingegen wird vorrangig von einer Maschine-Maschine- Kommunikation oder einer Maschine-Umweltkommunikation bestimmt sein und lässt sich dadurch als Weiterentwicklung des Mobilen Internet verstehen. Dabei spielt vor allem der Faktor des Verschwindens, der im Verlauf schonöfter angesprochen wurde, eine wichtige Rolle. Die Rechnertechnik wird eben nicht nur mobil, sondern unsichtbar, d.h. sie wird in Gegenstände des Alltags eingebettet und somit unbewusst und allgegenwärtig. Nach Weiser¹⁰ soll die Technologie ganz unaufdringlich um uns herum existieren: „As technology becomes more imbedded and invisible, it clams our lives by removing the annoyances... The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it.”¹¹

Bemerkenswert ist, dass es beim Ubiquitous Computing nicht darum geht durch Rechnertechnik künstliche Welten zu schaffen, sondern Technik in eine natürliche Umwelt zu integrieren. Die Rechnertechnik entwickelt sich demnach weniger in die Richtung der virtuellen Realität, wie von vielen Kritikern angenommen, sondern hin zu einer stärkeren Orientierung auf die reale Welt.

An dieser Stelle soll noch einmal ein wenig genauer auf die drei Trends eingegangen werden, die zu Beginn des Kapitels genannt wurden. Gerade im Bereich der Mikroelektronik ging eine höchstrasante Entwicklung von statten. Damit trifft ein Gesetz zu das in den Sechszigern von Gordon Moore, dem Gründer der Firma Intel aufgestellt wurde. Nach seiner Ansicht schreitet die Mikroelektronik soweit fort, dass sich innerhalb von 18 Monaten, nach Moore, die Leistungsfähigkeit eines Chips verdoppelt.¹² Damit konnte die Mikroelektronik nicht nur bei der rasanten Weiterentwicklung von Rechnertechnik mithalten, sondern ist mehr oder weniger sogar die Basis dafür geworden. Diese Steigerung lässt sich dennoch nicht nur bei der Chipherstellung beobachten, sondern ebenso bei anderen wichtigen Rechnertechniken, wie Kommunikationsbandbreite und Speicherkapazität. Was dabei ebenfalls wichtig erscheint, ist die Tatsache, dass trotz höherer Leistungsfähigkeit der Preis erschwinglich bleibt, bzw. erschwinglich wurde, denn erst so lässt sich mit dem Produkt arbeiten.¹³

Das führt, weitergedacht, letztlich dazu, dass kommunizierende Prozessoren im Überfluss hergestellt werden können und das zu einem Preis, der die Verwendung durchaus rechtfertigt. Ein Beispiel dafür sind die Smart Labels oder auch RFID-Chips, die teilweise schon in der Textilindustrie Verwendung finden¹⁴. Sie sind für eine Kurzeitverwendung konzipiert und trotz der Technik die dahinter steht, sind sie preislich so erschwinglich, dass dadurch die Verwendung als Wegwerfcomputer sicherlich gerechtfertigt ist.

Ein weiterer Fortschritt in Bezug auf die Technik ist die Genauigkeit der Sensornetze. Gerade über kurze Distanzen können sie Daten in einer Genauigkeit übermitteln, die es so noch nicht gab. Die Sensoren benötigen weiterhin keine Infrastruktur, d.h. sind arbeiten kabellos und lassen sich somit unsichtbar „einbauen“. Die Sensoren nehmen Parameter der Umwelt auf, sowie Temperatur, Luftzusammensetzung, Lichtintensität, Luftfeuchtigkeit etc. und verarbeiten diese in Echtzeit. Damit sind sie so zusagen unabhängig von der Intervention eines Bedieners.¹⁵

In den vorangegangenen Ausführungen ging es vor allem, um die Möglichkeiten und Entwicklungen der Computer-Hardware. Die wie deutlich wurde eine Vernetzung von Umwelt und Maschine möglich machen und damit letztlich bereit für eine allgegenwärtige Rechnertechnik sind.

Der Aspekt, der in Bezug auf intelligentes Handeln von Maschinen ein weit schwierigeres Feld ist, ist die Software, deren Aufgabe es ist einkommende Daten auszuwerten und einzelne zusammenhängende Vorgänge auf Basis der Daten adäquat zu steuern. Das heißt die Software muss adhoc Netzwerke bilden, die den Anforderungen und einkommenden Daten entsprechen, sie muss gemäß der Konstantheit ihrer Einsatzes mit der Energie haushalten und, ganz wichtig, fehlertolerant sein.¹⁶ Es bleibt also ab zuwarten, wann eine Software diesen Anforderungen nicht nur in Echtzeit gerecht wird, sondern ebenfalls in Bezug auf Sicherheit und Stabilität mit konstanter Qualität und Verlässlichkeit arbeitet.

Letztendlich lässt sich zusammenfassen, dass durch die Verbilligung und Verkleinerung der Prozessor- und Sensortechnik eine Einbettung in Alltagsgegenstände möglich geworden ist, an die vor einigen Jahren nicht zu denken war. Dennoch, bei allen Möglichkeiten, die wir mittlerweile haben, ist nicht absehbar welche Konsequenzen eine Digitalisierung und Technisierung unserer Alltagswelt haben wird.

[...]

¹ Vgl. Weber (2003)

² aura.research.microsoft.com

³ Vgl. Quelle

⁴ Vgl. Mattern [http://library.fes.de/fulltext/stabsabteilung/01183.htm#E9E3] (30.06.05)

⁵ Vgl. Müller et. al. (2003)

⁶ Vgl. Müller, Eymann, Kreutzer (2002)

⁷ Vgl. Mattern (2003)

⁸ Vgl. Mattern (2003), S. 2

⁹ Vgl. Mattern (2003)

¹⁰ Mark Weiser († 1991) war leitender Wissenschaftler am Forschungszentrum XEROX in Palo Alto und prägte schon 1990 den Begriff Ubiquitous Computing.

¹¹ Weiser (1991) [zitiert nach] Mattern (2003)

¹² Vgl. Coroama et. al (2004)

¹³ Vgl. Mattern (2003)

¹⁴ Vgl. Kapitel 3.2

¹⁵ Vgl. Hansmann/ Merk/ Nicklous/ Stober (2001)

¹⁶ Vgl. Hansmann/ Merk/ Nicklous/ Stober (2001)