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RIASSUNTO AMBIENT INTELLIGENCE

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RIASSUNTO AMBIENT INTELLIGENCE

Non È un tipo di tecnologia ma un nuovo approccio che mette al centro le persone e i loro requisiti per l’evoluzione della societÀ dell’informazione. Il concetto di Ambient Intelligence (AmI) consiste in una visione dell'information society dove l'enfasi È su una maggiore 'amichevolezza' verso l'utente, su servizi di supporto piÙ efficienti e sul sostegno alle interazioni umane. Le persone sono circondate da oggetti con interfacce intelligenti e intuitive e da un ambiente in grado di riconoscere e reagire alla presenza di individui in modo trasparente, non invadente, spesso invisibile. SCENARI: in generale, storia che descrive come il sistema deve funzionare in relazione con il comportamento degli utenti e da cui i progettisti software ricavano i requisiti del sistema da progettare. Per i progettisti AmI sono di riferimento gli scenari AmI elaborati dall’ISTAG per esemplificare la visione AmI. Si tratta di narrazioni che descrivono servizi futuri(bili) e le modalitÀ con cui le nuove tecnologie di elaborazione distribuita e comunicazione permetteranno agli utenti di usufruire di servizi avanzati, personalizzabili, e di interfacce intelligenti, adattive e non invasive. AML (VISIONE E REALTA’): processori, memorie, sensori, attuatori, sempre piÙ potenti, piccoli e economici: legge di Moore. Evoluzione rapidissima delle comunicazioni: servizi a banda larga su rete fissa e mobile, convergenza voce/dati/multimediale. Comunicazione a corto raggio: Bluetooth, ZigBee. Reti di sensori. Etichette a radio-frequenza (tag RFID) per Identificazione: identificazione di persone, animali, oggetti (es. telepass, tracciabilitÀ, controllo bagagli, antitaccheggio), piccole dimensioni. Localizzazione: GPS, Galileo, Reti cellulari e wireless. gli oggetti della vita quotidiana diventano “smart”: Sono identificati e localizzati da remoto. Portano informazioni con sé. Possono accorgersi di eventi e reagire. Comunicano con altri oggetti e  interagiscono con l’utente. OGGETTI SMART: Embedded: incorporano capacitÀ computazionali e comunicano tra loro; Contextaware: riconoscono l’utente e percepiscono il contesto in cui sta operando; Adattivi: rispondono alle sollecitazioni dell’utente adattandosi al contesto; Personalizzati: il loro comportamento puÃ’ adattarsi in base alle preferenze e esigenze dell’utente. Proattivi: possono presentare comportamenti proattivi, sulla base della previsione di esigenze dell’utente. ALCUNI AMBITI APPLICATIVI: Conoscenza: (apprendimento, cultura, turismo); es: applicazioni di knowledge management che forniscono servizi intelligenti di gestione e condivisione delle informazioni, facendo leva sulla conoscenza dell’ambiente e della situazione in cui si trova l’utente; turismo; formazione; Lavoro in condizioni di mobilitÀ, comunicazione con i colleghi, accesso e gestione di informazioni; soluzioni di mixed reality per aiutare il lavoratore durante i processi decisionali; MobilitÀ es: informazioni aggiornate e contestualizzate per prendere decisioni in breve tempo (ad es. partenze e arrivi, appuntamenti, …). I servizi emergenti di “trasporto intelligente” e “infomobilitÀ”; Casa es: monitoraggio e regolazione dei parametri ambientali (es. temperatura), sicurezza (es.. accesso fisico delle persone), cura della persona, riposo, lavoro e tempo libero; Salute (e-Health) e Assistenza (e-Care) es: realizzazione di servizi di prevenzione delle malattie e di assistenza sanitaria nelle abitazioni dei pazienti e/o in condizioni di mobilitÀ.; Tempo libero (intrattenimento, shopping, gaming, …); Media es: modalitÀ innovative di interazione con l’ambiente intelligente; Sicurezza (protezione personale, emergenze, ambiente) es: servizi per migliorare l’efficacia e la tempestivitÀ degli interventi. Intelligent User Interfaces: le caratteristiche di trasparenza e intelligenza della visione AmI richiedono la definizione di nuovi paradigmi di interazione con l’utente, piÙ naturali ed intuitivi. Se la tecnologia si “dissolve” nell’ambiente, È necessario mettere in discussione i tradizionali metodi di input e output verso/da dispositivi tecnologici, come mouse e tastiera. E’ possibile concepire come input gli aspetti ordinari del mondo reale, ad esempio i suoni, i movimenti delle persone e le loro azioni nell’ambiente fisico. Intelligent User Interfaces: in relazione a ciÃ’, gli aspetti che possono caratterizzare un’interfaccia intelligente sono: input multimodale. Diverse sorgenti di informazione possono essere ricavate dall’ambiente,  anche grazie a tecniche di riconoscimento visivo (espressione del viso, gestualitÀ, posizione) audio (conversazione, rilevazione di suoni ricollegabili ad ambienti particolari), o tattile (pressione o spostamento di oggetti); output multimodale. Analogamente a quanto detto sopra, il sistema puÃ’ presentare all’utente informazioni sotto forme diverse (video,  audio, tattile), spesso integrandole e coordinandole tra loro; gestione dell’interazione. Le interfacce devono adattarsi dinamicamente al contesto e ai particolari aspetti che caratterizzano la situazione che l’utente sta vivendo in quel momento. Ad esempio, in una situazione di trasmissione di informazione, in caso di scarsa disponibilitÀ di banda, puÃ’ essere opportuno preferire dati in formato testuale, evitando immagini e suoni. CONTEXT AWARENESS: capacitÀ del sistema di localizzare e riconoscere oggetti e persone, e le loro intenzioni, elaborare questi dati per interpretare ed analizzare il contesto e adattarsi di conseguenza, per rispondere in modo ottimale ai requisiti dell’utente.



Si distingue in: passive context awareness: il tipo di adattamento al contesto viene scelto dall’utente; active context awareness: È l’applicazione che sceglie il tipo di adattamento e lo attua; soluzioni intermedie. CONTEXT PROVIDER: entitÀ che raccolgono i dati rilevanti per la descrizione del contesto. Tipologie di sistemi per la raccolta dei dati: dispositivi hardware (es. sensori, dispositivi intelligenti); software (es. applicazioni di agenda/calendario); l’utente stesso (es. input manuale dei dati di descrizione del contesto). Context Provider: tecnologie allo stato dell’arte. Dati di localizzazione utente: GPS, reti cellulari (outdoor); RFID, Bluetooth, telecamere (indoor); Dati ambientali: servizi meteo, sensori di temperatura, pressione ecc. Dati di attivitÀ dell’utente: applicativi software di calendario e agenda; accelerometri, speech detector; aggregazione ed inferenza sui dati precedenti. Tecnologie di Localizzazione: Posizione simbolica:  idea “astratta” di dove si trova l’oggetto , es. ufficio, casa, teatro, cinema,ecc. Posizione fisica: posizione geografica rispetto a un sistema di riferimento. Principali tecnologie per la localizzazione: Outdoor: Global Positioning System (GPS), Galileo, Reti cellulari; Indoor: RFID, Bluetooth, WiFi. TECNICHE. Triangolazione: proprietÀ del triangolo per individuare la posizione di un oggetto. Lateration: calcolo la posizione di un oggetto su un piano in base alla distanza da 3 punti (non sulla stessa linea); Direct Measurement of Distance; Time of Flight: es. GPS; Attenuation. Angulation: Analisi di immagini: (Statica, Differenziale (calcolo differenze tra scene successive per tracciare lo spostamento); ProssimitÀ: (Determinare quando l’oggetto È vicino ad una posizione conosciuta): contatto fisico, wireless access points, automatic ID systems. GPS: nato nel 1973 per scopi militari,  promosso dal Dip. della Difesa americana, per assistenza alle navi militari. Uso civile dai primi anni ’80. Sistema complessivo composto di tre moduli: segmento spaziale, segmento di controllo, segmento di utilizzo. GPS (componenti): segmento spaziale: costellazione satellitare di 24 satelliti operativi e alcuni di riserva orbitanti a quota 20.183 km con periodo 11 ore e 56 minuti. visibilitÀ di almeno 4 satelliti in qualunque luogo e ora del pianeta con un’elevazione superiore a 15°. Operazioni: trasmissione dati a terra (segnale GPS), mantenimento del riferimento Temporale,  ricezione ed esecuzione di istruzioni da parte del segmento di controllo. Segmento di controllo: 5 stazioni a terra disposte in posizione pressoché equatoriale intorno al globo. Operazioni: tracciamento dei satelliti (calcolo e monitoraggio di tavole che forniscono le coordinate dei satelliti), verifica degli orologi di bordo, correzione orbitale, memorizzazione di nuovi dati sui satelliti. Segmento di utilizzo: utenza munita di ricevitori passivi con antenna posizionata sul punto della superficie terrestre di cui si vogliono determinare le coordinate. Operazioni: il segnale inviato dai satelliti viene captato dal ricevitore, si determina il tempo t impiegato dal segnale a percorrere la distanza tra satellite e ricevitore ΔS (ΔS = t*c [c velocitÀ della luce nel vuoto]). Precisione (5-10m; 1-3 m). Sistema di riferimento del GPS: Sistema di riferimento cartesiano WGS84: origine: centro di massa della terra, asse z: parallelo alla direzione del polo convenzionale; asse x: dato dall’intersezione del piano equatoriale ortogonale all’asse z col piano del meridiano di Greenwich; asse y: ortogonale a x e z. Ellissoide che approssima il geoide (differenze medie pari a ± 50 m) coordinate espresse come coordinate cartesiane (x,y,z), coordinate ellissoidiche φ, λ, H (latitudine, longitudine, altezza), coordinate cartografiche piane. GALILEO: Iniziativa europea per lo sviluppo di un sistema di navigazione satellitare globale, Global Navigation Satellite System (GNSS). Costellazione di 30 satelliti, distribuiti su 3 piani orbitali, fino a 23.616 km di altezza. Servizi: Open Service: applicazioni di interesse generale, disponibilitÀ gratuita di segnali di tempo e posizionamento. ricevitori semplici e poco costosi, risoluzione di alcuni metri, integrabilitÀ con GPS, Commercial service: applicazioni professionali e commerciali. Segnali criptati. Public regulated service: applicazioni governative, di polizia e doganali. elevata disponibilitÀ e continuitÀ del segnale, Safety of Life Service: applicazioni sui trasporti  Search and Rescue Service: localizzazione con estrema precisione. Context Provider: RFID una tecnologia emergente: Radio Frequency Identification: Tecnologia per la identificazione automatica di oggetti, animali o persone basata sul leggere a distanza informazioni contenute in un tag RFID usando dei lettori RFID. Un tag RFID e' costituito da un microchip che contiene dati (tra cui un numero univoco universale scritto nel silicio) e una antenna che permette di ricevere e di trasmettere radiofrequenza ad un transceiver RFID. RFID: Caratteristiche tecniche: esistono tre tipologie di tag  passivi: senza batteria si attivano solo in presenza del lettore; distanze lettore/tag 10/20 cm; frequenze 125/134 khz o 13.56 Mhz. Semi-passivi: con batteria interna per aumentare distanza di lettura; freq. 868/915 Mhz. Attivi: con batteria, trasmettono autonomamente; distanze in decine di mt; freq. > 2,4 GHz. RFID: ModalitÀ di utilizzo: Quando il tag È attivato, il transceiver legge l’ID. Quando il tag È attivato, resta attivo finchÈ puÃ’ essere letto dal transceiver, diventa inattivo quando È al di fuori del range di lettura del transceiver. Quando un tag È attivato puÃ’ funzionare da “interruttore”, attivando o disattivando un evento leggere nuovamente il tag permette di ritornare allo stato precedente. RFID: Vantaggi: Non deve essere “vicino” per essere letto come le bande magnetiche. Non deve essere visibile per essere letto come per i codici a barre. Si possono anche aggiungere informazioni (65 kb) sui chip in funzione della tipologia del Chip (Read Only, Read Once, Read and Write). L'identificazione e la verifica avviene in 1/10 di secondo. La comunicazione puÃ’ essere in chiaro o crittata.Ma.. Problemi di privacy? RFID: Applicazioni: Le principali applicazioni: Le soluzioni su tag 125/134 kHz: tracciabilita' animali (cani e mucche), apertura serrature (settore alberghiero e controllo accessi). Le soluzioni su tag 13,56Mhz. standard ISO 15693 per la tracciabilitÀ (alimentare, prodotti, etc), borsellini elettronici non bancari (villaggi vacanze, discoteche etc). standard ISO 14443 (ad alta sicurezza) per carte bancarie, tessere documenti di identita' elettronici. Le soluzioni con tag UHF (ISO 18000, 868/915 Mhz ) per la logistica sia interna che esterna d'azienda. Le soluzioni con tag 2.4GHz per la mobilita' (telepass e similari) e gli interporti. Bluetooth: Standard industriale, specifiche pubblicate da Bluetooth Special Interest Group (SIG). Sistema di comunicazione a corto raggio, per l’interconnessione di dispositivi e lo scambio dati. Fequenze libere di 2,4 Ghz. La versione 2.0 gestisce velocitÀ di trasferimento dati fino a 2,1 Mbit/s. Fase di Discovery, Paging, Connessione. Un dispositivo abilitato Bluetooth cerca altri dispositivi coperti dal segnale (10 metri in ambienti chiusi), non È stato pensato per la localizzazione perÃ’.Localizzazione con Bluetooth: individuazione binaria – Si basa sulla vicinanza del dispositivo Bluetooth ad un access point (AP). In particolare È necessaria la presenza di un AP in ogni stanza, il sistema individua l'AP piÙ vicino, e indica la rispettiva stanza. individuazione analogica – Si basa sulla potenza del segnale ricevuto. Gli AP sono sparsi (10-15 m di distanza). Per ogni dispositivo viene calcolata la distanza da ogni AP, e poi viene triangolata la posizione. Esempio di configurazione: Ogni posizione È rappresentata da un segnale Bluetooth, programmato per rappresentare la posizione secondo uno standard. Un software di localizzazione sul dispositivo mobile dell’utente scansiona i segnali. Quando rileva un beacon, richiede la posizione. Posizione indicata dal nome del dispositivo, stringa con struttura gerarchica <cittÀ> <indirizzo> <istituto> <dipartimento> <stanza>. Discussione: Vantaggi  facilitÀ di uso, disponibilitÀ di dispositivi Bluetooth, basso consumo di energia e basso Costo. Problemi corretto posizionamento del beacon ingresso. PiÙ beacon in stanze grandi, interferenza. Context Management (CM): Funzioni principali: Interpretare i dati contestuali grezzi in ingresso; Realizzare una rappresentazione coerente corretta del contesto (modello); Inferire dati non rappresentati in modo esplicito nel modello; Comunicare con le applicazioni Consumer. CM: Problemi da affrontare: Acquisizione dati: interfacciare sorgenti informative eterogenee, controllare la qualitÀ dei dati in ingresso. Rappresentazione del contesto: modellare il contesto dell’utente, scegliere modalitÀ di rappresentazione, scegliere meccanismi di reasoning sul modello. Comunicazione con le applicazioni: scegliere modalitÀ e tecnologie. CM: Possibili soluzioni: Acquisizione dati: Convertire i dati di input in un formato comune (xml?), Utilizzare meta-dati di qualitÀ allegati ai dati di input (accuratezza, precisione, ecc..). Rappresentazione del contesto: Reti semantiche, topic maps, grafi concettuali; Database relazionali; Ontologie; Comunicazione con le applicazioni consumer: ModalitÀ richiesta/risposta e/o publish&subscribe; Usare standard che permettano interoperabilitÀ (Web Services). CM: Ontologie: Ontologia È un termine, preso in prestito dalla filosofia, che indica la rappresentazione delle entitÀ appartenenti al mondo/dominio (che si vuol descrivere) e di come queste siano correlate tra loro. Una ontologia puÃ’ contenere descrizioni di classi, proprietÀ e loro istanze ed ha una semantica ben formalizzata.  I linguaggi utilizzati per descrivere ontologie possono essere: SHOE, XOL, RDF, DAML+OIL e OWL. Il linguaggio di riferimento attuale per le ontologie È OWL (W3C). Vantaggi di OWL [Gu]: la maggior espressivitÀ rispetto agli altri linguaggi basati su RDF; condivisione della conoscenza sul contesto tra sistemi diversi, cioÈ l’ottimo grado di interoperabilitÀ; supporta processi automatici di reasoning. CM: Reasoning: Ragionamento automatico sulle informazioni contenute dal  modello per inferire ulteriori proprietÀ del contesto corrente.  Reasoning basato su regole pre-definite:  Logica del primo ordine (predicati del 1° ordine); Logiche temporali  quando la variabile temporale È importante); Description logic (per trattare gerarchie complesse);  Fuzzy logic (per dati contestuali incerti, ancora non molto usata). Reasoning su ontologie basato sulla sintassi del linguaggio (ad es. OWL o RDF). Approccio ibrido: regole piÙ ontologie. Forme di apprendimento automatico basato su reti bayesiane o neurali (approccio complesso). Context Consumer: Il termine Context Consumer si riferisce in modo generico a entitÀ (e.g. applicazioni, controllori) che fanno uso dei dati contestuali per adattare il proprio comportamento al contesto. Possibili modalitÀ di adattamento: adattamento del comportamento al contesto dell’utente (ad esempio adattamento del contenuto presentato all’utente); fornire servizi di assistenza context–aware (e.g. fornire informazioni in modo automatico o proattivo); fornire supporto al lavoro collaborativo (e.g. condivisione di risorse) e decision support; riconfigurare l’ambiente fisico e/o strumentale (e.g. regolazione temperatura, luci, audio, video, etc.)Meccanismi di adattamento al contesto: Due fasi: Decisione in base al contesto: Rule based: il comportamento adattativo È definito in base ad una serie di regole, che associano a determinati contesti le azioni opportune. Tali regole sono generalmente espresse in termini di condizioni ed azioni. La valutazione È effettuata dal Rule Engine: Machine learning: apprendere il comportamento piÙ appropriato nei differenti contesti basandosi sull’esperienza passata.













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