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El paradigma de la Inteligencia Ambiental

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Introducción al paradigma de la Inteligencia Ambiental para un curso de verano de la UNIA

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El paradigma de la Inteligencia Ambiental

  1. 1. EL PARADIGMA DE LAINTELIGENCIA AMBIENTAL CRISTINA URDIALES GRUPO ISIS
  2. 2. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  3. 3. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  4. 4. ¿QUÉ ES LA INTELIGENCIA AMBIENTAL?DOMOTICA: Tecnología para gestionar las distintasinstalaciones en una ubicaciónINTELLIGENCIA ARTIFICIAL: Capacidad de una máquinapara tomar decisionesRED DE SENSORES: Tecnología de comunicaciones paracompartir información entre distintos dispositivos de formadistribuida INTELLIGENCIA AMBIENTAL
  5. 5. ¿QUÉ ES LA INTELIGENCIA AMBIENTAL?CARACTERÍSTICAS: DISEÑO CENTRADO EN USUARIO (Zelkha & Epstein 1998; Aarts, Harwig & Schuurmans 2001): EMBEBIDA: Integrada en el entorno CONTEXTUAL: sensible a las circunstancias PERSONALIZADA: a las necesidades de cada usuario ADAPTABLE: evoluciona de acuerdo al usuario PREDICTIVA:puede adelantarse a las necesidades.
  6. 6. ¿QUÉ ES LA INTELIGENCIAAMBIENTAL?
  7. 7. LOS RIESGOS DE LA IAm(David Wright, Serge Gutwirth, Michael Friedewald et al., Safeguards in aWorld of Ambient Intelligence, Springer, Dordrecht, 2008): PÉRDIDA DE PRIVACIDAD HIPER-REALIDAD Y DISOCIACIÓN AISLAMIENTO
  8. 8. LOS RIESGOS DE LA IAmEI STAG propone las siguientes vías para facilitar la adopción de la IAm➢ Debería facilitar el contacto humano.➢ Debería promocionar la sociedad, la cultura y el conocimiento.➢ Debería ayudar a adquirir conocimiento y habilidades para el trabajador yel consumidor.➢ Debería inspirar confianza.➢ Debería contribuir a la sostenibilidad -personal, el usuario mediosocial yambiental-➢ Debería proporcionar una convivencia fácil para el usuario medio
  9. 9. PARTES DE UN SISTEMA TECNOLOGÍAS BÁSICAS Entre otras muchas, las más frecuentes implican (Gasson & Warwick 2007): ➢ RFID ➢ Implantes ICT ➢ Sensores ➢ Agentes Software ➢ Computación Afectiva ➢ Nanotecnología ➢ Biometrica
  10. 10. PARTES DE UN SISTEMA COMPONENTES: Elementos físicos del sistema: »Sensores »Actuadores »Unidades de Proceso (o control) »Elementos comunes (gateways, unidades de alimentación, conectores, elementos de señalización ...) PROTOCOLO: Interfaz de intercambio de datos ARQUITECTURA: Gestión y diseño
  11. 11. PARTES DE UN SISTEMA COMPONENTES: SENSORES MINICA I MERAS R VIBRA TION ACCELER OMETERS EM FIELDS EM ULTRAS OUNDS
  12. 12. PARTES DE UN SISTEMA COMPONENTES: SENSORES EJEMPLO: SONAR
  13. 13. PARTES DE UN SISTEMA COMPONENTES: ACTUADORES BINARY OUTPUT ANALOGIC MOTOR SWITCH OUTPUT LIGHT AIR CONDITIONING REGULATION
  14. 14. PARTES DE UN SISTEMA COMPONENTES: ELEMENTOS COMUNES POWER MODULE BUS COUPLER LINE COUPLER
  15. 15. PARTES DE UN SISTEMA PROTOCOLO: Ejemplo de una arquitectura de comunicación de servicios Web services GPRS/3G TCP- IP/HTTP/OSGi RS232, Ethernet, BT, Zb
  16. 16. PARTES DE UN SISTEMA NIVEL FÍSICO
  17. 17. PARTES DE UN SISTEMA ARQUITECTURA DISEÑO CENTRALIZADO SENSORACTUATORPROCESSING UNIT
  18. 18. PARTES DE UN SISTEMA ARQUITECTURA DISEÑO DESCENTRALIZADO SENSORACTUATORPROCESSING UNIT MEDIO COMPARTIDO
  19. 19. PARTES DE UN SISTEMA ARQUITECTURA DISEÑO DISTRIBUIDO SENSORACTUATORPROCESSING UNIT MEDIO COMPARTIDO
  20. 20. PARTES DE UN SISTEMA ARQUITECTURA DISEÑO DISTRIBUIDO SENSORACTUATORPROCESSING UNIT MEDIO COMPARTIDO
  21. 21. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  22. 22. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO La ciudad del futuro (1928) Control climático (1928)
  23. 23. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO MODERN TIMES
  24. 24. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO Restaurantes giratorios (1930) Control de emisiones CO2 (1932) UNBUILT AMERICA [1976] Alison Sky + Michelle Stone
  25. 25. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO El microondas (1937) Prensa entregada por fax (1938)
  26. 26. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO Granjas automatizadas (1939) Domótica (1939)
  27. 27. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO Ciudades subterráneas (1950) Dispensadores de comida (1940)
  28. 28. HISTORIA: VISIÓN DEFUTURO Cocina high tech (1968) Electrodomésticos (1950)
  29. 29. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADKIT BITS [D.Ince, G. Story & G. Thorpe] Architectural Design [Junio 1973]
  30. 30. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADPRIMITIVE HUTS [Wes Jones] Pamphlet Architecture Nº12 [1987] Building, Machines
  31. 31. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADControl and Choice [Archigram. W.Chalk,P. Cook, D. Crompton & R. Herron] 1967 Control and Choice. Peter Cook. 1972. Archigram
  32. 32. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADTHE HOUSE IS AN ELECTRONICSDEVICE FOR LIVING IN (Shinkenchiku90) The Japan Architect [1990] Nº 403 404
  33. 33. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADNichii Obihiro Department Store A Style for the year 2001. AU Special Issue [summer 1985]
  34. 34. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADLA MOVILIDAD COMO OPCIÓN DEFUTURO. 1969MEDIKIT [T. Dougdale + B. Busfield + D.Conway] Experimental Architecture [1970] Peter Cook
  35. 35. HISTORIA: EL AYER DE ACTUALIDADPiel Neumática de protección de una granjafrente a la polución [Haus Rucker-Co] Arquitectura Radical. Catálogo de la exposición en el CAAM Las Palmas [2002]
  36. 36. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  37. 37. COMUNICACIÓN UBICUADEFINICIÓN“Ubiquitous Communication can be broadly defined, but not restricted to, theprocess by which communications between multiple agents can happensimultaneously and without the restrictions of time.”
  38. 38. COMUNICACIÓN UBICUAHARDWARE DE SOPORTE PAR TRENZADO: Configuración típica en bus Habitualmente dos pares: datos (CSMA) y alimentación (24V) y servicios de alimentación complementarios RED ELÉCTRICA: No lleva línea de control y se alimenta a 230 V. Generalmente ruidoso RADIO FREQUENCIA: Permite evitar el cableado IR: Para control remoto y similar NET: Backbone y acceso IP Ethernet, 10 Mbps (IEC 802-2).
  39. 39. LA INSTALACIÓN TRADICIONAL
  40. 40. LA INSTALACIÓN CON BUS DEDICADO
  41. 41. LA INSTALACIÓN CON BUS DEDICADO LINETREE STAR
  42. 42. ESPECIFICACIONES FÍSICAS EJEMPLO: PAR TRENZADO
  43. 43. ESPECIFICACIONES FÍSICAS EJEMPLO: PAR TRENZADO Technical data of an electrical segment:  Random topology.  Total capacity of one segment: (measured at 10 KHz) -no bus coupling unit, line coupler, line repeater: 100 nF max. -with bus coupling unit, line coupler, line repeater: 120 nF max. Bus line resistance between power supply and bus coupling unit, line coupler or line repeater: 25Ω max. Bus line resistance between two bus coupling units, line couplers or line repeaters: 50Ω max. Minimum resistance between two power supplies: 15Ω Minimum bus line length between two power supplies: 200 m.
  44. 44. ESPECIFICACIONES FÍSICAS EJEMPLO: PAR TRENZADOTechnical data of an electrical segment:Voltage drop on bus line between power supply and bus couplingunit or line coupler: 5 Vmax.• Maximum bus line length of a segment: 1000 mMaximum bus line length between two devices: 700 m Max. bus line length between power supply and bus device: 350 m• No terminating resistances required.• The bus coupling units (BCU) are supplied with a rated voltage of 24V DC through the bus. Max. number of bus devices of an electrical segment: 64.
  45. 45. ESTANDARES PROBLEMAS ORIGINALES »Sistemas cerrados y propietarios »Aplicaciones ad-hoc »Programación e interfaces complejas »Falta de compatibilidad »Costes elevados STANDARES
  46. 46. ESTANDARES
  47. 47. ✔Sencillo✔Abierto✔Barato✗Poco fiable
  48. 48. ESTANDARES ✔Medio ✔Compatible ✗Caro ✔Muy fiable
  49. 49. ESTANDARES ✔Medio ✔Compatible ✗Caro ✔Muy fiable
  50. 50. COMUNICACIONESINALÁMBRICAS ANCHO DE BANDA, RANGO & CONSUMO (WIRELESS)
  51. 51. COMUNICACIONESINALÁMBRICAS ANCHO DE BANDA, RANGO & CONSUMO (WIRELESS)
  52. 52. COMUNICACIONESINALÁMBRICAS ANCHO DE BANDA, RANGO & CONSUMO (WIRELESS)
  53. 53. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  54. 54. COMPUTACIÓN UBICUADEFINICIÓN“Ubiquitous computing (ubicomp) is a post-desktop model of human-computerinteraction in which information processing has been thoroughly integrated intoeveryday objects and activities”.
  55. 55. COMPUTACIÓN UBICUA
  56. 56. COMPUTACIÓN UBICUALa evolución de las unidades de proceso MICROPROCESADOR 0 MICROCONTROLADOR
  57. 57. COMPUTACIÓN UBICUA ELECTRÓNICA TRADICIONAL MICROCONTROLADOR
  58. 58. COMPUTACIÓN UBICUA TIPOS DE MICROCONTROLADORES MICROCONTROLADORES DE PROPÓSITO GENERAL Y BAJO COSTE MICROCONTROLADORES DE ULTRA-BAJO CONSUMO MICROCONTROLADORES DE PRESTACIONES MEDIAS –Variantes en bajo consumo –Nuevos periféricos (Ethernet, VGA, LCD, Touch-screen, etc…) –Arquitecturas estándar –Posibilidad de trabajar con sistema Operativo limitado MICROCONTROLADORES DE ALTAS PRESTACIONES –Sistemas operativos estándar (linux, windows CE, …) –Capacidades gráficas elevadas –Prestaciones equiparables a PCs de hace pocos años PROCESADORES DIGITALES DE SEÑAL (DSPs) PROCEDADORES DE ARQUITECTURA MIXTA –DSP+Microprocesador DISPOSITIVOS PROGRAMABLES (FPGAs) –Concepto de Hardware Libre
  59. 59. COMPUTACIÓN UBICUA ULTRA-BAJO CONSUMO Dispositivos portátiles limitados en tamaño y peso. –Ejemplo: • Dispositivo alimentado con pila de botón de 80 mAH y consumo medio 8 uA => duración 1,14 años Dispositivos a batería con duraciones exigidas muy elevadas: –Ejemplo: • Nodo de red de sensores inalámbrica con duración exigida 8 años y cosumo medio 200 uA. => Batería necesaria 15.000 mAH. Dispositivos alimentados por cable y conectados en bus de larga distancia: –Fuentes de alimentación más simples –Mayor número de nodos por fuente de alimentación
  60. 60. COMPUTACIÓN UBICUA ULTRA-BAJO CONSUMO Dispositivos portátiles limitados en tamaño y peso. –Ejemplo: • Dispositivo alimentado con pila de botón de 80 mAH y consumo medio 8 uA => duración 1,14 años Dispositivos a batería con duraciones exigidas muy elevadas: –Ejemplo: • Nodo de red de sensores inalámbrica con duración exigida 8 años y cosumo medio 200 uA. => Batería necesaria 15.000 mAH. Dispositivos alimentados por cable y conectados en bus de larga distancia: –Fuentes de alimentación más simples –Mayor número de nodos por fuente de alimentación
  61. 61. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA Microbot insectoide
  62. 62. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA Microbot insectoide PROCESADO AUTÓNOMO
  63. 63. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA Microbot insectoide CONTROL REMOTO Microbot Módulo Microcontrolador Radio Radiofrecuencia Módulo Control Radio desde PC Control desde PDA
  64. 64. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA Redes de sensores SENSADO DISTRIBUIDO
  65. 65. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA TOMA DE DECISIONES Redes de sensores DISTRIBUIDA
  66. 66. COMPUTACIÓN UBICUACOMUNICACIÓN INTEGRADA TOMA DE DECISIONES Redes de sensores DISTRIBUIDA
  67. 67. INTRODUCCIONHISTORIACOMUNICACIÓN UBICUACOMPUTACIÓN UBICUAIMPLANTACIÓN
  68. 68. CASAS INTELIGENTES
  69. 69. CASAS INTELIGENTES HOUSE-n (MIT)
  70. 70. EDIFICIOS INTELIGENTES Jumeirah Tower (Dubai)
  71. 71. ESTRUCTURASINTELIGENTES St. Anthony Falls (Arlington)
  72. 72. CIUDADES INTELIGENTES FUSIONOPOLIS (A*STAR)
  73. 73. CIUDADES INTELIGENTES FUSIONOPOLIS (A*STAR)
  74. 74. ENTORNOS INTELIGENTES Jumeirah (Dubai)
  75. 75. ENTORNOS INTELIGENTES Jumeirah (Dubai)

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