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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 16 Elektrotechnik / Informatik  → Informatik   → Verteilte Systeme  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2013032242665

Titel: Context as a Service
Autor(en): Wagner, Michael
Schlagworte (SWD): Serviceorientierte ArchitekturKontextbezogenes SystemUbiquitous Computing
Klassifikation (DDC): 004 - Informatik (Data processing Computer science)
Issue Date: 22-Mar-2013
Zusammenfassung: In the vision of Mark Weiser on ubiquitous computing, computers are disappearing from the focus of the users and are seamlessly interacting with other computers and users in order to provide information and services. This shift of computers away from direct computer interaction requires another way of applications to interact without bothering the user. Context is the information which can be used to characterize the situation of persons, locations, or other objects relevant for the applications. Context-aware applications are capable of monitoring and exploiting knowledge about external operating conditions. These applications can adapt their behaviour based on the retrieved information and thus to replace (at least a certain amount) the missing user interactions. Context awareness can be assumed to be an important ingredient for applications in ubiquitous computing environments. However, context management in ubiquitous computing environments must reflect the specific characteristics of these environments, for example distribution, mobility, resource-constrained devices, and heterogeneity of context sources. Modern mobile devices are equipped with fast processors, sufficient memory, and with several sensors, like Global Positioning System (GPS) sensor, light sensor, or accelerometer. Since many applications in ubiquitous computing environments can exploit context information for enhancing their service to the user, these devices are highly useful for context-aware applications in ubiquitous computing environments. Additionally, context reasoners and external context providers can be incorporated. It is possible that several context sensors, reasoners and context providers offer the same type of information. However, the information providers can differ in quality levels (e.g. accuracy), representations (e.g. position represented in coordinates and as an address) of the offered information, and costs (like battery consumption) for providing the information. In order to simplify the development of context-aware applications, the developers should be able to transparently access context information without bothering with underlying context accessing techniques and distribution aspects. They should rather be able to express which kind of information they require, which quality criteria this information should fulfil, and how much the provision of this information should cost (not only monetary cost but also energy or performance usage). For this purpose, application developers as well as developers of context providers need a common language and vocabulary to specify which information they require respectively they provide. These descriptions respectively criteria have to be matched. For a matching of these descriptions, it is likely that a transformation of the provided information is needed to fulfil the criteria of the context-aware application. As it is possible that more than one provider fulfils the criteria, a selection process is required. In this process the system has to trade off the provided quality of context and required costs of the context provider against the quality of context requested by the context consumer. This selection allows to turn on context sources only if required. Explicitly selecting context services and thereby dynamically activating and deactivating the local context provider has the advantage that also the resource consumption is reduced as especially unused context sensors are deactivated. One promising solution is a middleware providing appropriate support in consideration of the principles of service-oriented computing like loose coupling, abstraction, reusability, or discoverability of context providers. This allows us to abstract context sensors, context reasoners and also external context providers as context services. In this thesis we present our solution consisting of a context model and ontology, a context offer and query language, a comprehensive matching and mediation process and a selection service. Especially the matching and mediation process and the selection service differ from the existing works. The matching and mediation process allows an autonomous establishment of mediation processes in order to transfer information from an offered representation into a requested representation. In difference to other approaches, the selection service selects not only a service for a service request, it rather selects a set of services in order to fulfil all requests which also facilitates the sharing of services. The approach is extensively reviewed regarding the different requirements and a set of demonstrators shows its usability in real-world scenarios.In Mark Weisers Vision von ubiquitären Computern verschwinden Computer aus dem Blickfeld der Nutzer und interagieren nahtlos mit anderen Computern und Nutzern um Dienste und Informationen bereitzustellen. Durch das Verschieben des Computers in den Hintergrund des Nutzers wird eine andere Art an Anwendungen benötigt, um weiterhin zu interagieren allerdings ohne den Nutzer zu stören. Der Kontext einer Anwendung umfasst alle Informationen, die genutzt werden können um Situationen, Orte oder andere für die Anwendung relevante Objekte zu beschreiben. Kontextsensitive Anwendungen sind in der Lage ihre Umgebung zu überwachen und Wissen über externe Betriebsbedingungen anzusammeln. Diese Anwendungen können ihr Verhalten dynamisch an die gesammelten Informationen anpassen und somit (zumindest einen Teil) der fehlenden Nutzerinteraktion ersetzen. Kontextsensitivität kann also als wichtiger Baustein für Anwendungen im Umfeld von ubiquitären Computern angesehen werden. Dabei müssen kontextsensitive Anwendungen in Umgebungen ubiquitärer Systeme besondere Herausforderungen meistern, wie beispielsweise die Verteilung von Informationen über diverse Geräte, die Mobilität dieser Geräte, Beschränkung von Geräteressourcen und Heterogenität von Informationsquellen. Moderne mobile Geräte sind heutzutage mit schnellen Prozessoren, großem Speicher und mehreren Sensoren, wie Global-Positioning-System-Sensor (GPS), Lichtsensor oder Beschleunigungsmesser, ausgestattet. Da viele Anwendungen im Umfeld ubiquitärer Systeme Kontextinformationen nutzen, um ihre Dienste zu verbessern, eignen sich diese Geräte hervorragend um kontextsensitive Anwendungen auszuführen. Zusätzlich zu den Sensoren können so genannte Kontext-Reasoner und externe Informationsquellen, wie zum Beispiel ein in einem Gebäude installiertes Lokalisierungssystem existieren und somit auch als weitere Informationsquellen auf dem mobilen Gerät genutzt werden. Dabei ist es möglich, dass all diese Sensoren und andere Quellen Informationen des gleichen Typs zur Verfügung stellen. Allerdings können sich diese Dienste in Qualitätsstufen (z. B. Genauigkeit), Darstellungsform der angebotenen Informationen (z.B. Position in Koordinaten und als Adresse dargestellt) und in den Kosten für die Bereitstellung der Informationen unterscheiden (z.B. Batterieverbrauch). Um die Entwicklung von kontextsensitiven selbstadaptiven Anwendungen zu erleichtern, sollten die Entwickler in der Lage sein, transparent auf Kontextinformationen zuzugreifen, ohne sich mit den zugrunde liegenden Techniken bezüglich Zugriff und Verteilung zu beschäftigen. Sie sollten lediglich ausdrücken müssen, welche Art von Information sie benötigen und welche Qualitätskriterien und Kostenlimits bei der Bereitstellung eingehalten werden sollen. Daher benötigen sowohl Anwendungsentwickler als auch Entwickler von Informationsquellen eine gemeinsame Sprache und Vokabular um genau angeben zu können, welche Information sie bereitstellen bzw. benötigen. Diese Beschreibungen müssen anschließend auf Übereinstimmungen überprüft werden. Dabei ist es möglich, dass Informationen zunächst noch transformiert werden müssen, bevor sie den Kriterien des Konsumenten entsprechen. Da es zudem möglich ist, dass mehrere Anbieter zur Verfügung stehen, die die Kriterien erfüllen, wird ein Auswahlverfahren benötigt um den besten Anbieter zu finden. Dabei muss das System die bereitgestellten Qualitätsmerkmale und benötigten Kosten der Kontextquelle gegen die vom Kontextverbraucher erhobenen Anforderungen bezüglich Kosten und Qualität abwägen. Dieses Auswahlverfahren erlaubt es auch, Informationsquellen nur zu aktivieren, wenn diese auch wirklich benötigt werden. Diese explizite Aktivierung bzw. Deaktivierung von lokalen Kontextanbietern reduziert den Ressourcenverbrauch enorm. Eine viel versprechende Lösung ist eine Middleware, die geeignete Unterstützung bereitstellt und dabei die Prinzipien des Service-Oriented Computing wie lose Kopplung, Abstraktion oder Wiederverwendbarkeit von Kontext-Anbietern berücksichtigt. Dies erlaubt uns, Sensoren, Kontext-Reasonern und auch externen Anbietern zu Kontextdienste zu abstrahieren. In dieser Arbeit präsentieren wir unsere Lösung, bestehend aus einem Kontextmodell und einer Ontologie, einer Sprache um Kontextangebote bzw. -anforderungen zu spezifizieren, einem umfassenden Matching- und Mediationsverfahren und einem Auswahlverfahren für geeignete Kontextdienste. Insbesondere das Matching- und Mediationsverfahren und das Auswahlverfahren heben sich von den bereits existierenden Ansätzen ab. Das Matching- und Mediationsverfahren ermöglicht die autonome Erstellung von Ketten sogenannter Kontextvermittler um Informationen aus einer angebotenen Form in die angeforderte Form zu überführen. Der Dienst zur Auswahl von Kontextquellen wählt im Unterschied zu anderen Ansätzen nicht nur einen Service für eine Serviceanfrage, vielmehr wählt er eine Reihe von Diensten um damit alle Anfragen zu erfüllen. Dies erlaubt auch die gemeinsame Nutzung von Kontextquellen durch mehrere Konsumenten. Der präsentierte Ansatz wird ausführlich diskutiert und insbesondere in Bezug auf die unterschiedlichen Anforderungen evaluiert. Dabei zeigen mehrere Demonstratoren die Verwendbarkeit des Ansatzes in realen Szenarios.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2013032242665
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