Software – Digitale Aura
Software für die Digitale Aura
Schon lange träumen Forscher vom Pervasive Computing, bei dem beliebige Alltagsgegenstände unsere Bedürfnisse erkennen und intelligent agieren können. Geeignete Hardware ist schon vorhanden, was jetzt benötigt wird, sind neue Software und übergreifende Standards.
Intelligente Infotafel: Beim Pervasive Computing sollen künftig Botschaften direkt und gezielt ausgetauscht werden – auch zwischen Dingen und Menschen und deren tragbaren Computern
Plakate, die den Weg zum nächsten Kino weisen, Autos, die Parklücken selbst finden, Hemden, die der Waschmaschine mitteilen, bei wie viel Grad sie gewaschen werden wollen – geht es nach Prof. Alois Ferscha, wird in Zukunft jedes Ding und jeder Mensch von einer "Digitalen Aura" umgeben sein. Das hört sich esoterisch an, aber der Leiter des Instituts für Pervasive Computing an der Johannes Kepler Universität in Linz verbindet damit konkrete VorÂstellungen: "Wir schaffen eine künstliche Aura, indem wir um Personen und Objekte sozusagen einen digitalen Mantel legen. Wenn die Radien zweier solcher Auren zusammenkommen, dann funkt es." Dann werden im HinterÂgrund codierte Präferenzprofile drahtlos ausgetauscht und verglichen. Und so überspielt – wenn das Profil des Empfänger dies zulässt – das Filmplakat einen Trailer des neuesten Kinofilms auf den PDA, oder das Handy teilt seinem Besitzer im Café mit, dass die Dame am Nebentisch ihr Auto verÂkaufen möchte.
Die Technik dafür ist vorhanden: Die Forscher in Linz haben GebrauchsÂgegenÂstände mit Mini-Chips (so genannte RFID-Tags) ausgestattet, in denen die auszutauschenden Daten hinterlegt sind. Die Kommunikation erfolgt über den drahtlosen Funkstandard Bluetooth. Erste Demonstratoren für Medizin, HausÂhalt oder Verkehr existieren. "Die große Herausforderung ist es jetzt, derartige Auren für eine riesige Anzahl von Menschen und Dingen allgemeingültig zu beschreiben, sie mit der Zeit zu verändern, sie drahtlos zu übertragen und zu vergleichen – und dann auch waschbare Mikrochips zu verwenden, die in die Kleidung integriert werden können", sagt Ferscha. Sein Institut arbeitet seit drei Jahren mit dem von Dr. Lothar Borrmann geleiteten Fachzentrum Software & Engineering/Architecture von Siemens Corporate Technology (CT) am Projekt Digital Aura.
Keine Tastatur, keine Maus. Mit Pervasive Computing (PvC) – auch Ubiquitous Computing genannt (siehe Pictures of the Future, Herbst 2002, Allgegenwärtige Computer) – steht uns eine neue Epoche des InformationsÂzeitalters bevor. An die Stelle universell einsetzbarer Computer treten aufgabenÂspezifische, miniaturisierte, einfach und intuitiv handhabbare Rechner, die in den Alltagsgegenständen verschwinden. Auch EingabeÂsysteme wie Tastatur und Maus wird es dafür nicht mehr geben. Der Input erfolgt künftig über elektronische, optische, akustische oder chemische Sensoren und der Output über Aktuatoren wie Motoren oder andere SteuerungsÂeinheiten.
Um diese Welt zu realisieren, müssen die Forscher vor allem eine neue Software entwickeln, die sich:
•  selbst konfiguriert, indem sie sich automatisch wechselnden Umgebungen anpasst,
•  selbst optimiert, indem sie ständig ihr eigenes Verhalten überprüft und die vorhandenen Ressourcen abhängig von den jeweiligen Prozessen einsetzt,
•  selbst organisiert und Entscheidungen systemübergreifend umsetzt,
•  selbst schützt: unberechtigte Zugriffsversuche und Viren erkennt und bekämpft,
•  selbst heilt: Probleme entdeckt und auch behebt, und die
•  zudem fähig ist, zu lernen, indem sie Verhaltensmuster erkennt und sie in interne Management-Mechanismen einbaut.
Besondere Bedeutung kommt dabei der Kontext-Sensitivität zu: Das System muss nicht nur fähig sein, Objekte sowie handelnde Personen und deren Absichten zu erkennen, es muss sich auch auf künftige Situationen einstellen. Obwohl Wissenschaft und Industrie noch am Anfang stehen, lassen sich zwei Schlüsse schon jetzt ziehen: Klassische Programme, die nur eine festgelegte Aufgabe berechnen, haben ausgedient. Für die PvC-Umwelt braucht es systemÂübergreifende Plattformen und Software-Architekturen, die EinzelÂsysteme integrieren – etwa Mobilgeräte, Sensornetzwerke oder auch Anwendungen im Auto oder im intelligenten Heim.
Aura im Büro: Bei Meetings könnten PDA, Handy oder Laptop automatisch miteinander in Kontakt treten und je nach Benutzerprofil Daten austauschen
"Beim Hausbau ist es auch nicht so wichtig, ob Sie auf Ziegel, Steine oder Holz setzen. Genauso kommt es hier nicht auf eine spezielle Programmiersprache an, sondern die Software-Architektur muss stimmen", erläutert der Linzer Informatiker. Daher hat Ferschas Arbeitsgruppe eine neue Architektur entÂwickelt, die aus drei Ebenen besteht: Auf der obersten Schicht laufen die SensorÂdaten der Umgebung ein, etwa Temperatur, Luftfeuchtigkeit, PulsÂfrequenz. Auf der mittleren werden die Daten für die Anwendung aufbereitet und für die unterschiedlichsten eingebetteten Systeme verständlich gemacht. Die Wissenschaftler favorisieren XML (Extensible Markup Language) – eine universelle, von Plattformen und Betriebssystemen unabhängige und erweiterÂbare Datenbeschreibungssprache. Sie haben daher die Profile der Digitalen Aura in XML codiert. Diese enthalten bei Menschen neben Angaben wie Name und Adresse oder öfter veränderlichen Daten wie der Lieblingsmusik in erster Linie Präferenzen und Handlungsabsichten. Entscheidend ist, dass diese situationsbezogen ausgewertet werden. Denn die Lieblingsmusik am Morgen ist vermutlich eine andere als am Abend. Auch unterscheidet sich die BereitÂschaft zum Smalltalk an der Bar sicher von der im Büro.
MOPS bestimmt die Regeln. Bestimmte Regeln sagen schließlich den Mini-Rechnern oder Netzwerken, wie sie sich angemessen verhalten sollen. "Das ist die unterste Ebene der Architektur", sagt Ferscha. Solche Regeln, auch Policys genannt, steuern Motoren, Displays oder ganze Netzwerke und befähigen die Systeme, autonom zu agieren. "Die Regeln sind notwendig, um die Komplexität zu beherrschen. Sie enthalten die Bestandteile Subjekt, Zielobjekt, Ereignis, Bedingung, Aktion. Man kann sie in Datenbanken oder dezentral hinterlegen", erklärt Christoph Niedermeier von der CT-Abteilung Software & Engineering/Architecture. MOPS (Mobility Communication & Policy based Systems) heißt das Projekt, das er gemeinsam mit Wissenschaftlern der Ludwig-Maximilians-Universität in München vorantreibt. Dabei geht es darum, Management-Policys für die künftigen Mobilfunknetze der 4. Generation zu entwickeln: Das MOPS-Szenario sieht vor, dass sich Softwarefehler aus der Ferne beheben oder Updates übers Netz übermitteln lassen. Bis Mitte 2005 möchte die Arbeitsgruppe einen Demonstrator realisieren, mit dem sich die Policy-basierte Steuerung von Software-Downloads auf einer großen Anzahl von Terminals simulieren lässt.
Es wartet noch eine Menge Arbeit auf die Forscher, denn um die PvC-Welt zu verwirklichen, müssen sie für jede Situation solche Verhaltensanweisungen definieren. "Auch die Sicherheit ist ein großes Problem", sagt Alois Ferscha. Wie stellt man fest, ob die Daten von A nach B gegangen sind, und zwar vollständig? Woher weiß ich, ob A wirklich die Person ist, für die sie sich ausÂgibt? Wie lassen sich Fehler etwa bei der Datenübertragung feststellen und beheben? Woher weiß der Nutzer, ob er nicht abgehört wurde? Wie schützt er seine Privatsphäre? Wie kann er sich aus der Digitalen Aura ausklinken?
… mit Bluetooth: Mit einer Bluetooth-Erweiterung lässt sich der BildschirmÂinhalt eines Handys auf einem Navigations-Display darstellen und das Gerät von dort aus steuern. Mit dieser Siemens-Lösung für eine drahtlose Kommunikation im Auto können aktuelle Verkehrsinformationen mitsamt den mitgelieferten Straßenkarten direkt vom Mobiltelefon ins Autocockpit überÂtragen werden. Außerdem bietet Siemens eine Freisprecheinrichtung an, bei der das Handy irgendwo im Auto liegen kann. Alle Telefonfunktionen werden via Bluetooth in ein leicht und sicher zu bedienendes Zusatzgerät übertragen.
Angesichts der vielen Fragen ist klar, dass PvC in absehbarer Zukunft nicht flächendeckend, sondern nur in einigen Bereichen (siehe Kästen) verwirklicht werden kann. Zudem mangelt es an Standards. Bislang hat sich die Industrie nicht auf die entsprechenden Funkprotokolle, Sprachen oder Software-Architekturen einigen können. "Das Thema ist einfach zu vielfältig und die Unternehmen sind nach wir vor in der Findungsphase. Die Wege, die sie derzeit einschlagen, sind komplett unterschiedlich", meint Dr. Michael Berger von der CT-Abteilung Information & Communications/Intelligent Autonomous Systems, der für Siemens Com und Siemens VDO entsprechende PvC-Lösungen entwickelt.
Durchbruch durch Standards. Besonders gut illustriert dies das Thema Vernetzung. Eine Infrastruktur existiert schon lange, nach wie vor herrscht aber Unsicherheit, welche drahtlosen Standards dominieren werden (siehe Software-Trends). So schreiben die Autoren einer Studie des Zentrums für Technologiefolgen-Abschätzung Swiss in Bern: "Viele Geräte werden vermutÂlich zwar das Internetprotokoll (IPv6) unterstützen. Für Netzwerk-Anwendungen sind aber darüber hinaus auch Protokolle für verteilte Architekturen erforderlich. Hierzu gibt es eine Vielzahl Systeme, die bisher noch proprietär und nicht interoperabel sind. Die Entwicklung von herstellerübergreifenden Standards steht noch aus und verhindert den Durchbruch entsprechender Systeme."
Alois Ferscha ist dennoch zuversichtlich, dass PvC Wirklichkeit wird. "Mit der Fähigkeit zur Vernetzung ist der erste Schritt getan. Der nächste Schritt sind dann die vernetzten, allgegenwärtigen Computersysteme, die Situation und Absicht des Menschen erkennen und ihn in bestmöglicher Weise unterstützen."
                                                                                                      Evdoxia Tsakiridou
Ein heißer Kandidat zur Vernetzung von Heimgeräten ist der Standard des Universal Plug & Play-Forums (UPnP, siehe Software-Standardisierung). Er betrifft Geräte mit Netzwerkschnittstellen, die IP-Kommunikation unterÂstützen – etwa Ethernet, Funk (Bluetooth, WLAN), FireWire. Die erste ProduktÂgeneration von Internet-Gateways, WLAN-Zugangspunkten und Digital-Media-Adaptern mit UPnP ist schon in den Läden. Weitere Anwendungen präsentierte das Fraunhofer-Institut Fokus auf der Messe eHome Anfang September 2004 in Berlin. Das Team um Thomas Luckenbach entwickelte einen Media Server für den PC. Computer, Fernseher, Video und andere Haushaltsgeräte erkennen sich automatisch. Der Nutzer kann damit Geräte unterschiedlicher Hersteller in ein Hausnetz einbinden und auf verteilte Daten zugreifen: Die Set-top-Box im Wohnzimmer holt sich Fotos vom PC im Arbeitszimmer, der gerade auf Videos der Set-top-Box zugreift, während MP3-Musikdateien zwischen den Kinderzimmern hin- und herwandern. Auch verschiedene Heimnetze können kommunizieren. So erhält die VerwandtÂschaft in den USA Urlaubsbilder aus Deutschland, und ein Studienkollege aus Prag schickt MP3-Dateien. Auch der Zugriff auf andere Heimnetze ist möglich, etwa für Ferndiagnose oder -wartung – vorausgesetzt der Anwender besitzt einen passenden Schlüssel. UPnP hat die Industrie überzeugt: "Es zeichnet sich ab, dass Firmen wie Philips, Sony, Microsoft, Samsung, HP, Intel und Siemens darauf aufbauen werden", sagt Markus Wischy vom CT-Fachzentrum Software & Engineering.
