Wireless e Ubiquitous Computing

Presentazione sul tema: "Wireless e Ubiquitous Computing"— Transcript della presentazione:

1 Wireless e Ubiquitous Computing
A cura di Eugenio Marogna e Michele Visciola

2 Contenuti Dal Personal Computer al Personal Dataspace
Ubiquitous Computing e tecnologia Calm I principi ispiratori I bisogni operativi e della mobilità (Always on)

3 Contenuti (cont.) I Protocolli di Comunicazione del Wireless W-WAN
W-LAN Bluetooth

4 Dal Personal Computer al Personal Dataspace
Il PC sta per esaurire il ruolo “accentratore” tra le tecnologie digitali Vecchie funzioni del PC vengono trasferite su nuovi oggetti digitali (e.g. , digital audio MP3) Nuove funzioni vengono create (e-book, portable touch pad per la scrittura) Ovunque saremo, sarà possibile accedere al nostro spazio personale contenente dati, virtualmente tramite uno qualunque dei nuovi e futuri oggetti digitali Siamo entrati in una fase di evoluzione della tecnologia digitale che vede una trasformazione dell’hardware per l’accesso, trattamento e conservazione dei dati. Dal Personal computer i nostri dati e le nostre capacità di accesso alle informazioni si stanno trasferendo su nuovi e numerosi oggetti. Ciò che accomuna questi oggetti è la capacità di interagire con altri oggetti nell’ambiente, con una infrastruttura a rete (wireless) che permette la circolazione dei dati. Inoltre, tutti questi oggetti servono a trattare dati nei formati più vari, hanno un processore e la capacità di comunicare tramite la Rete in modo wireless. Molto probabilmente il PC non scomparirà, ma muteranno le sue funzioni. Infine, sorge un bisogno di integrazione tra questi nuovi oggetti che trasportano, catturano, elaborano e trasmettono informazione. Questo ruolo di integrazione non potrà essere svolto dal PC. Temibili concorrenti del PC sono pronti ad entrare sul mercato per svolgere questa funzione di integrazione tra devices digitali. Ad esempio i cosiddetti Home Media Center, si tratta di box che controllano tutti i devices digitali nella zona circostante (ad esempio una casa, oppure un ufficio) e sono in grado di far accedere l’utente riconosciuto ai dati che occorrono, a prescindere da quale sia il device utilizzato. Dal punto di vista delle funzionalità e della comodità d’uso il Personal Dataspace dovrà poggiare sia su una elevata compatibilità tra gli standard di comunicazione sia su una elevata integrazione tra applicativi in uso

5 Devices digitali wireless
I devices digitali wireless sono oramai dappertutto; altri verranno realizzati e prodotti. Oltre quelli noti, come Cellulari, PDA, PocketPC Sono già sul mercato o nei laboratori oggetti per: La casa: Energy saver, rilevatori per la sicurezza L’ufficio: WebCam, stampanti, scanner L’auto: rilevatori di traffico con funzioni di alert; radar per collision avoidance L’ambiente urbano: Chioschi multimediali

6 I vantaggi operativi del Personal Dataspace
Always on-line e files sempre disponibili (aggiornamento automatico dei dati) Condivisione automatica dei file di dati su ogni device digitale connesso e riconosciuto Indirizzamento automatico dei dati …. E soprattutto Semplificazione ! I vantaggi operativi che oggi riusciamo ad immaginare da un’analisi dell’evoluzione in corso ad opera della tecnologia wireless, implicano in realtà notevoli successi della tecnologia ed il superamento di dure prove al vaglio del mercato e dei comportamenti degli utenti. E’ utile pertanto esaminare dove e come sono state poste le premesse di questa evoluzione. Un ottimo ed obbligato punto di partenza è l’ubiquitous computing (si vedano slide successive) sviluppato nei laboratori di ricerca della XEROX (Xerox Parc) e che ha visto protagonisti Mark Weiser e Seely-Brown

7 Ubiquitous Computing Nella sua forma attuale è stato pensato e realizzato da Mark Weiser, nel 1988 presso il Computer Science Lab allo Xerox PARC. Il PARCTAB system è stato un progetto di ricerca sviluppato allo Xerox PARC per esplorare opportunità ed impatti del mobile in un ambiente di ufficio. Il progetto ha reso possibile la comunicazione fra le applicazioni residenti sui PC aziendali e quelle messe su handset (palmari) tramite transceiver ad infrarossi Mark Weiser è riconosciuto come il padre dello Ubiquitous Computing (UC). Ubiquitous computing può essere considerato come l’opposto della realtà virtuale (RV). Infatti, mentre la RV crea un legame con un mondo generato dai computer, lo UC costringe in qualche modo la “forza” del computing ad adattarsi al mondo abitato dagli uomini. Va comunque considerato che questa visione rappresenta una vera sfida progettuale alla base della quale vi è una non facile integrazione tra le discipline dello Human Factors (ergonomia), della computer science, dell’ingegneria e delle scienze sociali e del design. Secondo Mark Weiser, per 30 anni I progetti di design delle interfacce e dei computer ha perseguito l’obiettivo di rendere le macchine con tecnologia digitale talmente interessanti, eccitanti e divertenti che l’utilizzatore non vorrebbe mai staccarsi da esse. Un percorso opposto a questo è quello in cui il computer diventa “invisibile”. Dovrebbe essere così ben progettato da restare nascosto nel nostro ambiente, adattato in modo naturale, al punto che non dovremmo accorgerci della sua presenza. Dovremmo essere in grado di utilizzarlo senza pensare al suo uso. Da Weiser:I have also called this notion "Ubiquitous Computing", and have placed its origins in post-modernism”

8 CALM Technology I principi della tecnologia Calm:
L’uso della tecnologia deve risultare rilassante come può esserlo indossare un paio di scarpe comode. La tecnologia serena o tranquilla è la tecnologia che sdrammatizza il suo utilizzo Una tecnologia calm attira sia il centro che la periferia e ondeggia dall’uno all’altra Per risultare Calm la tecnologia deve poggiare sulle affordance (lett. “invito all’azione”) Il mainframe, il PC e Internet impegnano notevolmente la persona che li usa L’utente di queste tecnologie percepisce chiaramente che le sta utilizzando e deve impegnarsi per utilizzarle al meglio L’UC implica, invece, la totale trasparenza del computer durante il suo utilizzo Un PDA impegna ancora l’utente nel suo utilizzo I computers annegati all’interno di un videoregistratore, un impianto hifi, un giocattolo o un elettrodomestico non vengono, invece, percepiti dall’utente, durante l’uso dell’apparato principale Collegando gli apparati a Internet si connetterebbero le informazioni della casa con quelle del Mondo L’orologio che si riposiziona sull’ora esatta dopo una interruzione elettrica Il giocattolo che si aggiorna da solo, con una nuova versione del software Il forno a microonde che scarica nuove ricette La percezione dello UC è paragonabile a quella della SCRITTURA ELETTRICITA’ Quando scriviamo (leggiamo) la nostra percezione è concentrata sull’argomento che stiamo scrivendo (o leggendo) non sul mezzo di comunicazione (la scrittura) Quando colleghiamo un apparato alla presa sul muro, siamo concentrati sul funzionamento dell’apparato Il quotidiano consegnato sulla porta, un paio di scarpe non hanno un contenuto tecnologico inferiore a un PC, a un cellulare, alla posta elettronica L’impatto emotivo è però enormemente diverso. La differenza sta nel modo in cui gli oggetti tecnologici attirano la nostra attenzione Periferia è ciò con cui relazioniamo senza un’attenzione esplicita: Guidando un’auto, l’attenzione (il centro) è sulla strada, l’autoradio, il passeggero, ma non sul rumore del motore Un rumore anomalo, però, attira immediatamente la nostra attenzione: la relazione con il rumore del motore era così presente da porre rapidamente l’attenzione su di esso La tecnologia deve spostare la nostra attenzione dalla periferia al centro e poi di nuovo alla periferia In questo modo si ottengono due effetti rilassanti: Possiamo percepire più cose in periferia che non al centro: la periferia veicola le informazioni senza sovraccaricare Portando al centro quanto prima era in periferia, ne prendiamo il controllo L’affordance (concetto dovuto agli studi sulla percezione umana di Gibson) è la relazione tra un oggetto e le intenzioni, le percezioni e capacità di una persona Il lato di una porta che si può solo spingere offre, porge questa azione offrendo una placca completamente liscia, anziché una maniglia I campi di utilizzo della tecnologia mobile spingono verso una realizzazione CALM I vincoli tecnologici e funzionali richiedono soluzioni che sfruttino la periferia per attirare l’attenzione dell’utente solo quando necessario.

9 Schema architetturale
Questo schema illustra un archetipo di comunicazione wireless: Una centralina ad infrarossi ricevente e trasmettitrice che è sempre in collegamento con devices digitali. E’ uno schema che troveremo riproposto con alcune varianti nelle applicazioni successive all’esperienza fatta alla Xerox

10 Il transceiver infrarosso
Questo è un esempio di rice-trasmittente ad infrarosso con chips integrati che colloquiano con corrispondenti collocati all’interno dei devices (oggetti) digitali. Nella tecnologia wireless occorrono inoltre dei canali di trasmissione dei segnali o canali di comunicazione che allo stato attuale hanno differente livello di maturità e di accettazione sul mercato. Saranno però protagonisti per diversi anni e pertanto occorre conoscerli

11 Canali di comunicazione
Protocolli di comunicazione: W-WAN (Cellulari, WAP, GSM, GRPS, UMTS) W-LAN/IEEE W-PAN (Bluetooth) I protocolli possono essere raggruppati in funzione della distanza che coprono: W-WAN (Wireless-Wide Area Network) copre distanze di kilometri W-LAN (Wireless-Local Area Network) copre distanze di poche centinaia di metri W-PAN (Wireless-Personal Area Network) copre distanze di decine di metri Inoltre: Mentre per W-WAN occorre una notevole potenza di trasmissione (e quindi occorrono licenze per occupare specifiche bande di frequenza, per le quali vanno pagati i diritti di uso, e.g. 3G/UMTS); per W-LAN e W-PAN è sufficiente una potenza di trasmissione inferiore che spesso permette l’uso di bande di frequenza per le quali non occorre una licenza sui diritti d’uso. Normalmente per W-LAN e W-PAN viene utilizzata la frequenza 2.4 GHz. L’uso comune di questa frequenza da parte dei due standard crea però delle frizioni sul mercato, che non permettono di stabilire ancora con certezza se i due stadard coesisteranno o meno. Si veda in seguito

12 .                                                                                                                                                                  In questo grafico sono illustrate le differenze di range (capacità di trasmissione) dei tre canali di comunicazione ed inoltre viene indicata la potenza necessaria di trasmissione per gli standard di comunicazione e per le relative tecnologie. Il grafico mostra che non c’è incompatibilità tra le tre tecnologie, sebbene sia facile prevedere delle interferenze quando IEEE e Bluetooth operano in contemporanea, in quanto entrambi gli standard viaggiano nello spettro 2.4 GHz. Ci sono solo vantaggi da un uso adeguato e differenziato dei tre standard Una conseguenza sul piano operativo è una riduzione delle capacità di prestazione di entrambi gli standard (performance degradation) che è appunto un effetto della interferenza. Sono in corso studi, test e protocolli di intesa per superare queste limitazioni.

13 W-Wide Area Network Principali caratteristiche:
Copre un territorio di centinaia di chilometri Richiede una elevata potenza di trasmissione La velocità di trasmissione dei dati non è altrettanto elevata Finora è una tecnologia che si è ben adattata agli usi per la comunicazione a voce (comunicazione e coordinamento tra persone) Trasmettere dati via cellulare non è ancora un processo sufficientemente veloce a causa del tempo necessario per far pervenire i dati dal device mobile (telefonino o quant’altro) fino alla torretta rice-trasmittente più vicina.. Inoltre rendere la trasmissione più veloce con le batterie oggi in uso è altamente improbabile, a causa del forte calore che batterie più potenti emetterebbero. Si ritiene che questo sia uno dei motivi dei ritardi della telefonia 3G (terza generazione) e dell’applicazione della banda larga: Finché non si trova una fonte di alimentazione wireless che riscalda meno delle batterie sarà difficile far accettare agli utenti questa tecnologia. A parità di tecnologie una soluzione a questo problema è il ravvicinare le torrette di rice-trasmissione. Inoltre, L’uso del W-WAN per la trasmissione dei dati presenta notevoli difficoltà di accettazione nel mercato degli utenti (si veda prossima slide)

14 Wireless Application Protocol (WAP)
Perché non funziona? Gli altri media sono più semplici da usare e meno costosi Non esistono killer application per le quali siano accettabili interruzioni nella comunicazione e bassa velocità di trasmissione Le connessioni tramite circuiti (switch) non reggono ai requisiti d’uso e funzionali delle comunità mobili (utenza professionale) Per approfondimenti Si veda : Una tecnologia si afferma non per le sue potenzialità, ma perché viene scelta e privilegiata nei comportamenti di tutti i giorni dagli utilizzatori reali C’è una notevole differenza tra telefonia mobile e navigazione mobile Mentre la prima tecnologia si è affermata definitivamente nei comportamenti degli utenti; per la seconda si tratta di trovare interfacce utente che funzionino. Una tecnologia che soddisfi pienamente i requisiti utente per la navigazione mobile in Internet deve ancora uscire dai tanti laboratori nei quali in questo momento ferve la ricerca. Se continuiamo questo confronto tra le tecnologia mobile per comunicare in voce ed il WAP scopriamo dove sono i problemi, perché il WAP non funziona. Con il cellulare, in fondo, sta a noi decidere come e quando tenere aperte o chiuse le nostre vie di comunicazione. E traiamo vantaggi facilmente percettibili, tanto da porre in sotto-ordine i costi più alti rispetto ad altre forme di comunicazione. Non è un vantaggio poter raggiungere (così come essere sempre raggiungibili da) chi vogliamo, quando vogliamo, da dove vogliamo? Esso facilita la nostra vita e crea un contesto in cui non si subisce l’interruzione di un programma di azioni. 1) I servizi a cui si può accedere oggi su WAP sono offerti da altri media in modo più semplice (nessun costo di apprendimento da parte degli utenti), più rapido (velocità di accesso maggiore), con minori costi economici. 2) L’incremento dei servizi non aumenta le potenzialità d’uso del mezzo se prima non si risolvono i problemi fondamentali di facilità d’uso. Un confronto con il PDA (Portable Data Assistant) permette di chiarire il problema. Il PalmPilot (per fare un nome) è il derivato di alcuni Data Organizer che erano stati lanciati sul mercato in emulazione del Newton della Apple. A seguito di analisi di usabilità è pervenuto nella versione a noi nota con i 4 bottoni di accesso sull’interfaccia hardware, che permettono di semplificare in ogni momento l’interazione. Il test di usabilità impiegato è stato denominato un po’ per gioco, un po’ per enfasi: il “phone test”. L’interfaccia doveva superare la prova della comunicazione di un utente al telefono, appunto, e consisteva in questo: Un utente doveva inserire nel Palm semplici dati comunicatigli al telefono (come ad esempio, ti andrebbe bene l’appuntamento alle 12 di giovedì 27?) da un interlocutore non informato che non avrebbe dovuto accorgersi, per la rapidità di esecuzione del compito, che l’utente stesse usando qualcosa di più sofisticato di un foglio di carta con penna. 3)L’informazione viene impacchettata in treni di bit che viaggiano in modo continuo su Internet. Con il WAP siamo ancora alle connessioni tramite circuiti switch, come del resto con le telefonate. Ciò crea notevoli problemi di uso che potranno forse essere risolti con la banda larga, oppure adottando le stesse soluzioni adottate da Cisco per Internet (treni di dati impacchettati, appunto) ancor prima che arrivi la banda larga e l’UMTS. Resta comunque il punto fondamentale che oggi l’esperienza dell’utente con il wireless è ancora caratterizzata dalle interruzioni e dalla discontinuità dovuta alla caduta di affidabilità delle reti di comunicazione wireless. In qualunque momento la transazione dati può fallire, dando luogo ad esperienze del tutto anomale con altri mezzi di comunicazione. Nell’interazione uomo-apparato mobile, se è possibile anche più che per altre forme di interazione uomo-computer, “the user is the king”.

15 W-Local Area Network Principali caratteristiche:
Si tratta dello standard IEEE appositamente disegnato per collegamenti wireless che coprono un range di decine o poche centinaia di metri (medium range) Richiede un dispendio energetico notevole (medium power) E’ indicata per un uso negli uffici e nei luoghi pubblici (aeroporti, stazioni, rifornitori su autostrade) Spesso sostituisce o migliora il funzionamento delle applicazioni via cavo; quindi le applicazioni che copre sono praticamente le stesse ( ; Web browsing) ed i devices che serve sono gli stessi: server, desktop computer e notebook. Le distanze che copre sono 10 volte quelle coperte da Bluetooth Per poter ottimizzare i consumi di energia elettrica occorrono device di una certa grandezza dotati di adeguate batterie. E’ in grado di trasmettere dati ad una velocità di 11 Mbps nel raggio di 100 metri Non è uno standard in grado di trasportare voce, mentre è altamente compatibile con i protocolli di trasmissione dati di Internet e le relative tecnologie

16 W-Personal Area Network
Principali caratteristiche: Si tratta dello standard Bluetooth , disegnato in Svezia per far comunicare device collocati in un range di pochi metri (massimo 10- low range) Richiede una bassa potenza e poco dispendio energetico (low power) E’ indicata anche per un uso in ambienti domestici Bluetooth era un vichingo e fu re della Danimarca tra il 940 ed il 981. Aveva una particolare abilità a far parlare e collaborare persone, tanto che sotto il suo dominio la Danimarca e la Svezia furono unificate. Lo standard è infatti “cross-industry”: molte industrie (inizialmente del Nord-Europa) vi hanno aderito Trasporta dati alla velocità di 1Mbps nel raggio di 10 metri e consuma solo 1% della potenza occorrente nelle W-LAN Usa lo spettro di trasmissione 2,4GHz (radio frequenza) come il W-LAN La tecnologia Bluetooth permette il trasferimento dei dati in pacchetti che vengono decomposti al momento dell’invio del messaggio e ricomposti dal ricevente. Ciò consente una ottimizzazione nell’erogazione dei servizi Lo standard Bluetooth funziona già su alcuni cellulari che sono in grado di comunicare con i computer

17 Conclusioni I trend evolutivi della tecnologia wireless pongono una sfida progettuale fondata su un utilizzo ottimale delle potenzialità delle tecnologie, ma anche su una migliore comprensione dei comportamenti umani, dei vincoli di contesto e dei vincoli d’uso