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L’informatique diffuse, du concept aux réalités

Michel Banâtrebanatre@irisa.fr

Projet ACES (Ambient Computing and Embedded Systems)

INRIA-Rennes Bretagne Atlantique

Contexte

INRIA Rennes Bretagne Atlantique, équipe ACES (Ambiant Computing and Embedded Systems)

Ubiquitous computing / Informatique diffuse: depuis 1998

Sensibilité au contexte, systèmes d’information spontanés, spatial programming…

ApplicationsConfrontation avec la réalité indispensable en informatique diffuseDéveloppement de pilotes importants, nombreuses collaborations industrielles d’envergures.

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Un premier exemple

Ubi-Board

Plan de l’exposé

Principes de l’informatique diffuseDifférentes approches: virtuelles ou physiquesSystèmes d’informations spatiauxRésultatsDu concept aux « dures » réalitésConclusion

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Principes de l’informatique diffuse (1)

ObjectifsCoupler étroitement systèmes de traitement de l’information et monde réel, afin de faciliter les activités humaines dans l’environnement (réel)

Le système d’information (SI) et ses supports technologiques se placent à arrière-plan, du point de vue des usagers (notion d’informatique invisible):

Différence importante avec l’informatique mobile

Le SI est contrôlé implicitement par les activités réelles

PrincipeFusionner le système d’information et le monde réel

Etendre potentiellement chaque objet de la vie courante avec desmoyens de calcul et/ou de communication sans fil

Le SI « perçoit » l’environnement, et adapte ses traitements automatiquement

Les activités de l’environnement agissent sur le SI implicitement

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Principes de l’informatique diffuse (2)

AvantagesInteractions implicites (disparition du calculateur),

Sensibilité au contexteLe fonctionnement se greffe aux activités/déplacements et interactions existantes, en les facilitant et les enrichissantde façon complètement transparente.

Utilisation intuitive, appropriation immédiate par les usagers

Prise en compte « native » du handicapCulturel: langue

Physique: malvoyance

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Approche « virtuelle »

PrincipeID / contexte sur le terminalRequête auprès d’une plateforme de serviceRetour service / info personnalisé sur le terminal mobile

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Geo (lat;lng)TagID…

NFC read

Profile ID, contexte

GPS

Plateforme de service

Profiles, contenus

Infos / service

GPRS3GWLAN

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Approche « physique »

Objets physiques = symboles d’informationProcessus de traitement de l’information intégrés dans les activités réelles au travers d’objets physiques « étendus »

Sensibilité au contexte par capture des informations environnantes (indices), par le terminal et/ou l’environnementRépartition de la diffusion de l’information dans l’environnement (multi-device, multi-modalité)

Infos commerciales

Informations de vol

Indication d’orientationProfil, préférences…

Indication « malvoyant »…

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Approche physique / purement diffuse Propriétés

Description de contexte riche et dynamique, directement à partir d’objets physiques.

Non limité à la seule « personnalisation », support des groupes et de contextes exprimés par composition d’objets physiques

Favorise la conception d’applications ayant un fonctionnement impliciteConstruction des applications autour d’interactions entre objets physiques, sans solliciter (= perturber) l’usagerPrise en compte « naturelle » du handicap, sans requérir une conception dédiée

ExtensibilitéLes services peuvent se distribuer spatialement, et ne nécessitent pas de plateforme de service distante, que ce soit pour un tracking des usagers ou pour la distribution des informations (mode purement local possible)

Respect de la vie privée Ne requiert pas de profiles stockés sur une plateforme de service (= No Big Brother) Les attributs descriptifs peuvent être complètement anonymes

Déploiement possible dès à présentLa perception du contexte repose sur l’environnement, pas le terminal mobileS’accommode au parc mobile existant (pas de dépendance NFC, …)

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Systèmes d’information spatiauxPrincipe

Considérer l’espace physique comme une mémoire, ou une base de données

Fournir une telle abstraction aux applications

Concept de « programmation spatiale »

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SI spatiauxProgrammation spatiale

Une information associée à une entité physique (objet ou personne) remplit un espace (de taille et forme spécifiée) autour de l’entitéLes applications peuvent ainsi lire et écrire des informations « dans l’espace physique », aussi facilement que dans une base de donnéeLe mouvement d’entités physiques se traduit implicitement par l’évolution des informations accessibles en un point donné de l’espaceDans ce modèle, l’exécution d’un programme est directement lié au placement et à la mobilité d’entités physiques

<a><f>

<d><a>

<b><c>

<g>

<e>

Mouvement d’une application

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SI spatiaux

L’exemple du caddy

Prix total dépendant des articles présents dans un volume (i.e. le caddy)

Ajouter un article: incrément du prixRetirer un article: décrément du prix

Les opérations « incrément » ou « décrément » sont activées implicitement en fonction du déplacement des articles (entrer ou sortir du « volume » défini par le caddy)

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SI spatiauxIntérêts

Des structures de données et des « flots »d’information existent déjà dans le monde réel pour certaines applications

Caddy …

Développement et prototypage plus simple des applicationsPermet d’aboutir à des solutions simples et efficaces

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SI spatiauxProblèmes à résoudre

Supporter l’adressage spatial d’informationsRefléter la mobilité d’un processus dans cet espace d’informations

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SI spatiauxModèle

Couverture spatiale (portée) d’une informationPropriété géométrique : volume sphérique

Un volume quelconque pourra être approché par un ensemble de sphèresAppartenance, ou non, à un volume quelconque, (déterminée via des contrôles implicites aux entrées ou aux sorties)

Gestion de l’information, (modèle LINDA)Informations structurées sous forme de tuplesUn tuple toujours associé à un objet physique

<10int, ‘pierre’string, 50.3float>

<5><‘a’>

<‘somme’,10>

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SI spatiauxContexte spatial

PrincipeUn tuple-space est associé à une entitémobileLes tuples visibles dans le tuple-space sont ceux couvrant spatialement l’entité

<‘a’>

<12,‘b’> <‘c’,5><‘a’>

<12,‘b’><‘a’> <12,‘b’> <‘c’,5>

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SI spatiauxInteraction avec le contexte spatial

Opérations/APIOut(t)

Publication d’un tupleRd(m)

Lecture d’un tuple (parmi ceux correspondants à un motif)Bloquant jusqu’à ce qu’une correspondance soit trouvée

Capture(m)Lecture de l’ensemble des tuples correspondant à un motifBloquant jusqu’à ce qu’au moins une correspondance soit trouvée

Drop(t)Retrait d’un tuple (possible uniquement pour l’entité àl’origine du out(t) correspondant)

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SI spatiauxImplémentation physique

Les objets physiques sont capables De publier des tuplesDe percevoir les tuples des objets situés àproximité

Gestion du tuple-spaceCalculateur embarqué

Couverture spatiale/volumique des tuples

Interface de communications courte portéeInfrarouge, IEEE 802.11, Bluetooth, RFID, WiFi, …

Combinaison de différents interfaces (i.e., Bluetooth et RFID)

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Résultats

Support pour la conception et la mise en œuvre de services diffus

Modèle de programmationLogiciels (pour terminaux mobiles et systèmes embarqués) Systèmes complets

Boitiers embarqués ARM, x86 (Geode …)Acquisition de contexte via RFID, bluetooth, WLAN, ou code graphique (optique)

Diffusion de contenu : Bluetooth vocal, Bluetooth data, WLAN, cellulaire, …

ApplicationsWebWalker, un Web physique.Ubi-Bus, un système d’aide aux malvoyants dans les transports urbains.Ubi-Q, gestion de file d’attente pour les services à ressource unique (enregistrement, DAB, …).Ubi-Board, un diffuseur d’information sensible au contexte.

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Vidéo Ubi-Bus

Ubi-Bus

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Du concept aux dures réalités (1)

Prise en compte de « l’aujourd’hui » pour nos solutionsS’adapter naturellement aux technologies d’ aujourd’hui et de demain

Utilisation harmonieuse des codes barres, des QR codes, du RFID, de Bluetooth, …

Carte de transport, ticket d’entrée, carte de fidélité,…

Pérennité des solutionsIl est important de ne pas attendre les solutions de demain pour un déploiement (NFC,…)

Deux exemples de solutionsLes « Points d’information »

Exemple de « couplage » carte RFID (indices/profil et adresse BT) et terminal BT associé (oreillette,…)

« Hall d’accueil »

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Du concept aux dures réalités (2)Point d’information

Coupler « intuitivement » au mobile de l’usager (par exemple, via sa carte de fidélité à base de RFID/QR code)Délivre de l’information contextuelle suivant la collecte des indices (RFID, QR code,…) associés aux objets à proximité

Contenus:images, sons,

Applications…

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Solutions issues d’Ubi-Board (3) Hall d’accueil

Je viens voirMr Banâtre

du projet ACES

projet ACES

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Conclusion (1)Démarche scientifique pionnière, débutée il y a dix ans (informatique spontanée/ spatiale).

L’informatique diffuse est un support « naturel » pour les systèmes d’information, (urbains, distribution, transport,..), elle permet de rendre l’environnement « intelligent »:

Interaction d’objets portant des informations dans un espace donné:

Transport,

Musée,

Tourisme,

Service de proximité,

Sécurité,…

Faciliter l’accessibilité à de nombreux services

Surmonter les handicaps

Physiques,

et/ou culturels (langue)

Conclusion (2)

Nouvel axe de rechercheCouplage d’objets et contrôle d’intégrité

Association dynamique d’objets physiques et contrôle de leur intégrité dans des volumes physiques/spatiaux déterminés.

Applications:Grande distribution: lier des objets à leur acquéreur, i.e. « la bouteille d’eau et les yaourts de Pierre »Transport: gestion des bagages d’un voyageur sous les aspects de la sécurité/intégrité

Premières solutions en cours d’expérimentation

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Conclusion (3)valorisation

Plusieurs pilotes/systèmes expérimentauxJCDecaux,ADP,Bouygues,Parlement Européen.

Nombreux contacts/discussions avancées:Futuroscope,Métropoles régionales,Air-France….

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Conclusion (4)

Valorisation industrielle de toutes ces technologies, via la start-up UbiSphèreissue de l’INRIA.

Technologies disponibles dès aujourd’hui pour être déployées