Umgebungsmodelle für mobile kontextbezogene Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kontextbezogene Anwendungen sind gerade dabei den Schritt von der Forschung in die Anwendung zu gehen. Darunter versteht man Anwendungen, die sich an Parametern wie Ort, Umgebung, und Situation des Nutzers orientleren. Im SFB Nexus wird untersucht, wie sich dieser Kontext in Umgebungsmodelle abbilden lässt. Die Idee ist dabei, dass ein großes verteiltes Umgebungsmodell alle Kontextdaten sammelt und diese für die Anwendungen abrufbar macht. Die Ergebnisse der Nachwuchsgruppe erlauben es nun, solche Anwendungen einfacher und schneller zu bauen. Hierfür wurde der Ansatz der modellgetriebenen Softwareentwicklung verfolgt. Das bedeutet, dass der Programmierer in der sogenannten Problem-Domäne arbeitet. Konkreter ausgedrückt heißt das, der Programmierer kann mit Begriffen wie Situation, Ort und Umgebung umgehen, ohne sich darum kümmern zu müssen, wie diese als Datenstrukturen im Umgebungsmodell abgelegt sind, oder geändert und abgefragt werden. Dadurch wird ein großer Teil der Komplexität verborgen, was die Programmierung vereinfacht. Der Programmierer kann sich also auf seine wesentliche Aufgabe konzentrieren: er spezifiziert WAS das System tun soll. Er muss sich aber nicht darum kümmern, WIE das System diese Leistung im Einzelnen erbringen soll. Um diese Konzept testen zu können, wurde eine graphische Programmiersprache konzipiert, die es erlaubte, ein „Smart Home" zu programmieren. Steuerbare Gegenstände angefangen bei der Beleuchtung über Bewegungssensoren bis hin zu Fernseher und Stereoanlage stehen in dieser Programmiersprache als Symbole zur Verfügung. Vermittels des Umgebungsmodells weiß die Programmierumgebung, welche dieser Gegenstände in einem Raum oder Gebäude zur Verfügung stehen. Desweiteren kann die Programmierumgebung auf Positionsdaten von Personen und mobilen Geräten zugreifen. Zuletzt sind auch Ergebnisse der Situationserkennung (Meeting, Party, Fernsehabend) als Entitäten in der Programmierumgebung bereitgestellt. Der Programmierer kann nun beispielsweise ein Programm schreiben, welches automatisch das Licht in Wohnzimmer und Flur anschaltet, wenn eine Person im abgedunkelten Wohnzimmer fernschaut und jemand an der Haustür klingelt. Eine sogenannte Modelltransformation überführt dieses Programm in Quellcode, welcher wiederum mit dem Umgebungsmodell interagiert. Die graphische Programmiersprache vereinfacht diese Aufgaben soweit, dass auch technikinteressierte Endanwender in der Lage sind, solche Programme zu verfassen und damit ihre Umgebung zu automatisieren. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt in der Laufzeltunterstützung solcher Anwendungen. Das Nexus Umgebungsmodell wird durch eine Föderation von Kontextservern realisiert. Diese speichern allgemein relevante Kontextdaten (Ort, Situation, etc.), aber nicht zwangsläufig Applikations-spezifische Daten, die nicht von allgemeinem Interesse sind. Der verfolgte Lösungsansatz liegt nun darin, die Anwendungen über ein Peer- to-Peer Overlay Netz (kurz P2P) miteinander zu verbinden, so dass Nutzer der Anwendung direkt untereinander Daten austauschen können, auch wenn diese nicht auf den Kontextservern verwaltet werden können. Bisher waren P2P-Systeme nicht in der Lage, kontextbezogene Daten zu speichern. Hierfür ist es beispielsweise notwendig, Informationen über ein bestimmtes geographisches Gebiet abzufragen. Daher entwickelte die Nachwuchsgruppe zwei P2P Systeme (Geostry und Symstry). Beide können ortsbezogene Daten speichern und schnell abfragen. Dabei arbeitet Geostry auf geographischen Koordinaten (wie auch GPS). Symstry hingegen arbeitet auf symbolischen Koordinaten (beispielsweise postalische Adressen). Welche Art von Koordinaten sinnvoll ist hängt von der Anwendung ab. Ein weiteres Problem in diesem Zusammenhang ist das Bootstrapping. Die Anwendung muss stets einen Klienten finden, der dem P2P System bereits beigetreten ist. Hierfür haben wir verschiedene Protokolle entwickelt. Nur mit solchen Protokollen ist es überhaupt möglich ein P2P System bei Bedarf automatisch aufzubauen und ihm beizutreten. Zusammenfassend bedeutet das, dass die Ergebnisse der Arbeitsgruppe sowohl die Entwicklung als auch die Laufzeltunterstützung kontextbezogener Anwendungen deutlich verbessert haben. Einige US-amerikanische Web Betreiber wie Foursquare, Facebook, Google und Twitter integrieren mittlerwelle kontextbezogene Elemente in ihre Dienste, insbesondere Geodäten. Sie bilden daher einen zentralen Kontextserver. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe könnten nun auch dazu verwendet werden, kontextbezogene Automatisierungen zu entwickeln, die anstatt der Nexus Kontextserver solche der Web Betreiber nutzen. Diese haben aber in Hinsicht auf den Datenschutz einen schlechten Ruf. Durch eine Anwendung der von uns entwickelten P2P Protokolle ist es möglich, kontextbezogene Anwendungen anzubieten, ohne alle persönlichen Daten zentral in einer Datenbank zu speichern. Das bedeutet, man könnte unsere Arbeiten aus dem Blickwinkel des Datenschutzes weiterentwickeln, um zu verhindern, dass riesige Datenbanken mit personenbezogenen Daten erstellt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A P2P-Framework for Context-based Information. 1st International Workshop on Requirements and Solutions for Pervasive Software Infrastructures (RSPSI) at Pervasive 2006, Dublin, Ireland, May 7, (2006)
Knoll, M.; Weis, T.
- Customizable Pervasive Applications. IEEE Pervasive Computing & Communications (PerCom 2006), Pisa, Italy (2006)
Weis, T.; Handte, M.; Knoll, M.; Becker, C.
- Optimizing Locality for Self-Organizing Context-based Systems. International Workshop on Self-Organizing Systems (IWSOS 2006), Passau, Germany, September 18-20, (2006)
Knoll, M.; Weis, T.
- Scripting your Home. 2nd International Workshop on Location- and Context-Awareness (LoCA 2006), Dublin, Ireland, May 10-11 (2006)
Knoll, M.; Weis, T.; Ulrich, A.; Brändle, A.
- Towards a General Purpose User Interface for Service-oriented Context-aware Applications. Advanced Visual Interfaces (AVI), Venezia, Italy, May 23-26, (2006)
Weis, T.; Saternus, M.; Knoll, M.; Brändle, A.; Combetto, M.
- Towards a Programming Paradigm for Pervasive Applications based on the Ambient Calculus. International Workshop on Combining Theory and Systems Building in Pervasive Computing (CTSB) at Pervasive 2006, Dublin, Ireland, May 7 (2006
Weis, T.; Becker, C; Brändle, A.
- "A middleware for context-aware applications and services based on messenger protocols," in PERCOMW '07: Proceedings of the Fifth IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops. Washington, DC, USA: IEEE Computer Society, 2007
M. Saternus, T. Weis, M. Knoll, and F. Dürr
- Decentralized bootstrapping in pervasive applications. Proceedings of the Fifth IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications, PerCom 07, Work in Progress Session, White Plains, NY, USA, March 2007
Mirko Knoll, Arno Wacker, Gregor Schiele, Torben Weis
- Rapid Prototyping for Pervasive Applications, IEEE Pervasive, 6(2):76-84, April 2007
Torben Weis, Mirko Knoll, Andreas Ulbrich, Gero Mühl, Alexander Brändle
- Symstry: Ein P2P-System für Ortsbezogene Anwendungen, Kommunikation in Verteilten Systemen (KiVS 2007), Bern, Swiss, February 26 - March 2, 2007
Martin Saternus, Mirko Knoll, Frank Dürr, Torben Weis
- Bootstrapping in Peer-to-Peer Systems, Proceedings of the 14th International Conference on Parallel and Distributed Systems, ICPADS 2008, Melbourne, Victoria, Australia, December 8-10, 2008
Mirko Knoll, Arno Wacker, Gregor Schiele, and Torben Weis
- Replication in Peer-to-Peer Systems, 3rd International Workshop on Self-Organizing Systems (IWSOS2008), Vienna, Austria, December 10-12, 2008
Mirko Knoll, Haitham Abbadi, and Torben Weis
- Bootstrapping Peer-to-Peer Systems Using IRC. Proceedings of the 5th International Workshop on Collaborative Peer-to-Peer Systems, COPS09, 18th IEEE International Workshops on Enabling Technologies: Infrastructures for Collaborative Enterprises, WETICE 2009, Groningen, The Netherlands, June 29th - July 1st, 2009
Mirko Knoll, Matthias Helling, Arno Wacker, Sebastian Holzapfel and Torben Weis
- Gears4Net - an Asynchronous Programming Model. Proceedings of the Workshop on Parallel Programming Models and Systems Software for High-End Computing (P2S2), 38th International Conference on Parallel Processing 2009 (ICPP09), Vienna, Austria, Sept. 22-25, 2009
Martin Saternus, Torben Weis, Sebastian Holzapfel, Arno Wacker
- „Geostry A Peer-to-Peer System for Location-based Information", Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2009
Knoll, M.
