Software ubiquitaumlrer Systeme (SuS)

Einfuumlhrung und Konzept

httpsesscstu-dortmunddeDETeachingSS2018SuS

Olaf Spinczyk

olafspinczyktu-dortmunddehttpsesscstu-dortmundde~os

AG Eingebettete SystemsoftwareInformatik 12 TU Dortmund

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 2

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 3

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 4

Der Begriff bdquoubiquitousldquo Websters New Encyclopedic Dictionary

Collins-Klett English-German Dictionary

ubiquitous y -bik-wů t- s adj ə ə existing or being everywhere at the same time widely or generally present [from ubiquity from Latin ubique bdquoeverywhereldquo]

ubiquitous adjallgegenwaumlrtig sandstone is ~ in this district Sandstein ist in dieser Gegend uumlberall zu fnden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 5

Der Begriff bdquoUbiquitous Computingldquo

bdquoUbiquitous Computing enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment while making them effectively invisible to the userldquo

Mark Weiser 1993 [1]Stichworte

Benutzbarkeit Vielzahl Physikalische Umgebung Unsichtbarkeit

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 6

Der Visionaumlr Mark Weiser(1952 - 1999)

Praumlgte den Begriff Beeinfusste diverse Forscher

Entwickler und Geldgeberndash 12204 Zitierungen von [2]

laut MS Academic Search (022018)ndash MIPSJoule-Betrachtungenndash ACM SIGOPS Mark Weiser Award

CTO bei Xerox PARC (Palo Alto Research Center)ndash erstes experimentelles bdquoUbiquitous Computing Environmentldquondash Pad Tabs und Boards beeinfussten Hardware-Entwicklungen

und Schlagzeuger der Band bdquoSevere Tire Damageldquo

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 3

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 4

Der Begriff bdquoubiquitousldquo Websters New Encyclopedic Dictionary

Collins-Klett English-German Dictionary

ubiquitous y -bik-wů t- s adj ə ə existing or being everywhere at the same time widely or generally present [from ubiquity from Latin ubique bdquoeverywhereldquo]

ubiquitous adjallgegenwaumlrtig sandstone is ~ in this district Sandstein ist in dieser Gegend uumlberall zu fnden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 5

Der Begriff bdquoUbiquitous Computingldquo

bdquoUbiquitous Computing enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment while making them effectively invisible to the userldquo

Mark Weiser 1993 [1]Stichworte

Benutzbarkeit Vielzahl Physikalische Umgebung Unsichtbarkeit

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 6

Der Visionaumlr Mark Weiser(1952 - 1999)

Praumlgte den Begriff Beeinfusste diverse Forscher

Entwickler und Geldgeberndash 12204 Zitierungen von [2]

laut MS Academic Search (022018)ndash MIPSJoule-Betrachtungenndash ACM SIGOPS Mark Weiser Award

CTO bei Xerox PARC (Palo Alto Research Center)ndash erstes experimentelles bdquoUbiquitous Computing Environmentldquondash Pad Tabs und Boards beeinfussten Hardware-Entwicklungen

und Schlagzeuger der Band bdquoSevere Tire Damageldquo

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 4

Der Begriff bdquoubiquitousldquo Websters New Encyclopedic Dictionary

Collins-Klett English-German Dictionary

ubiquitous y -bik-wů t- s adj ə ə existing or being everywhere at the same time widely or generally present [from ubiquity from Latin ubique bdquoeverywhereldquo]

ubiquitous adjallgegenwaumlrtig sandstone is ~ in this district Sandstein ist in dieser Gegend uumlberall zu fnden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 5

Der Begriff bdquoUbiquitous Computingldquo

bdquoUbiquitous Computing enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment while making them effectively invisible to the userldquo

Mark Weiser 1993 [1]Stichworte

Benutzbarkeit Vielzahl Physikalische Umgebung Unsichtbarkeit

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 6

Der Visionaumlr Mark Weiser(1952 - 1999)

Praumlgte den Begriff Beeinfusste diverse Forscher

Entwickler und Geldgeberndash 12204 Zitierungen von [2]

laut MS Academic Search (022018)ndash MIPSJoule-Betrachtungenndash ACM SIGOPS Mark Weiser Award

CTO bei Xerox PARC (Palo Alto Research Center)ndash erstes experimentelles bdquoUbiquitous Computing Environmentldquondash Pad Tabs und Boards beeinfussten Hardware-Entwicklungen

und Schlagzeuger der Band bdquoSevere Tire Damageldquo

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 5

Der Begriff bdquoUbiquitous Computingldquo

bdquoUbiquitous Computing enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment while making them effectively invisible to the userldquo

Mark Weiser 1993 [1]Stichworte

Benutzbarkeit Vielzahl Physikalische Umgebung Unsichtbarkeit

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 6

Der Visionaumlr Mark Weiser(1952 - 1999)

Praumlgte den Begriff Beeinfusste diverse Forscher

Entwickler und Geldgeberndash 12204 Zitierungen von [2]

laut MS Academic Search (022018)ndash MIPSJoule-Betrachtungenndash ACM SIGOPS Mark Weiser Award

CTO bei Xerox PARC (Palo Alto Research Center)ndash erstes experimentelles bdquoUbiquitous Computing Environmentldquondash Pad Tabs und Boards beeinfussten Hardware-Entwicklungen

und Schlagzeuger der Band bdquoSevere Tire Damageldquo

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 6

Der Visionaumlr Mark Weiser(1952 - 1999)

Praumlgte den Begriff Beeinfusste diverse Forscher

Entwickler und Geldgeberndash 12204 Zitierungen von [2]

laut MS Academic Search (022018)ndash MIPSJoule-Betrachtungenndash ACM SIGOPS Mark Weiser Award

CTO bei Xerox PARC (Palo Alto Research Center)ndash erstes experimentelles bdquoUbiquitous Computing Environmentldquondash Pad Tabs und Boards beeinfussten Hardware-Entwicklungen

und Schlagzeuger der Band bdquoSevere Tire Damageldquo

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 7

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 8

Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020Beginn 1996 geschaumltzt auf 2005-2020

bdquoThe third wave of Computing ldquo [3]Phase IMainframe Era

Phase IIPC Era

UumlbergangInternet Era

Phase IIIUC Era

ndash viele Menschenein Computer

ndash Experten noumltig

ndash ein Menschein Computer

ndash benoumltigt volleAufmerksamkeit

ndash Mainframes ingroszligem Stil

ndash Informationsfut

ndash viele Rechnerteilen sicheinen Menschen

ndash Dinge des taumlglLebens werdenverbunden

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 9

Die Essenz Typische Eigenschaften Viele eingebettete und ggf transportable Geraumlte

ndash Stromsparend klein billig Transparente Kommunikation

ndash Kurze Strecken meist drahtlos Verschiedenste Dienste fuumlr den Menschen

ndash Weitestgehend unsichtbarndash bdquoCalm Technologyldquo Bei Bedarf aus der Peripherie ins Zentrum unserer

Auffassung und wieder zuruumlck Geraumlte haben Sensoren

ndash Physikalische Welt wird im Rechner abgebildet

Mehr Spaszlig und Lebensqualitaumlt

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 10

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 11

Analogie Motoren Beginn des letzten Jahrhunderts

ndash Werkstaumltten haben genau einen Motorder dutzende von Maschinen antreibt

Heutendash Jedes Geraumlt hat

einen oder viele Motorenniemand beachtet sie noch

Sobald wir eine Technologie beherrschenwandert sie in den bdquoHintergrundldquo

Quelle Arnulf BetzoldHolzbausatz bdquoWerkstatt um 1900ldquo

ldquoThe most profound technologies are those that disappear They weave themselves into

the fabric of everyday life until they are indistinguishable from itrdquo [2]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 12

Fruumlhe Prototypen 1989-1992 Active Badge System [4]

ndash Cambridge University Computer Laboratory 1991-2000 Pads Tabs und Boards

ndash Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 13

Das bdquoActive Badge Systemldquo (1989) Zweck

ndash Lokalisierung von Personenin Buumlroumgebungen

Technikndash Mitarbeiter tragen

personalisierte bdquoBadgesldquo 55 x 55 x 7 mm 40 g

ndash Badges senden periodischalle 10s ein IR-Signal

ndash Sensoren in allen Raumlumen erlauben die Zuordnung Badge-Raum Anwendung

ndash 1500 Badges und 2000 Sensoren an verschiedenen Universitaumlten und anderen Forschungsinstitutionen

ndash Zentrale Anwesenheitskartendash Halbautomatische Telefonweiterleitung

Quelle Roy Want

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 14

PARC Tabs Prototyp heutiger PDAs

und Internet Tablets Technik

ndash 78 x 105 x 24 cmndash 215 gndash Akku 12 Std eff 2 Wochenndash Anzeige monochrom 128 x 64ndash Touch Screenndash IR-Schnittstellendash 8051 CPU

Anwendungndash Lokalisierung der Mitarbeiterndash MenschMaschine-Schnittstelle

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 15

PARC Pads Familie von elektronischen Notizbloumlcken

ndash X-Windows-kompatibelndash Touch Screen mit Stiftndash Mikrophonndash Drahtlose Netzwerkanbindung

(IR und Funk)

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 16

PARC Liveboards Eine elektronische Tafel Technik

ndash 83 x 52 x 30 Zoll 250 kgndash Anzeige

monochrom 1024 x 768 farbig 640 x 480 NTSC Video

ndash Stereo-Tonndash PCSun Workstation

Anwendungndash Kollaboratives Arbeiten

Flip Chart Gemeinsame SkizzenDiagramme

ndash Videokonferenzen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 17

Zwischenfazit oder was bdquoUbiquitousComputingldquo nicht ist

zB Virtual Reality (VR)ndash Bei VR werden Gegenstaumlnde

der realen Welt im Rechnernachgebildet

Selbst der Benutzer bdquoverlaumlsstldquodie reale Welt

ndash Bei bdquoUbiquitous Computingldquoreichern Computer die realeWelt an

Durch Vernetzung undInformationsaustausch koumlnnensie dem Menschen vieles abnehmen

Quelle Xerox PARC

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 18

Herausforderungen Hardware

ndash Preis Groumlszlige Sensorik Stromquellen Stromverbrauch Software

ndash Kontextabhaumlngigkeitndash Nutzerschnittstellenndash Verteilte Systemendash Mobilitaumltndash Skalierbarkeitndash Verlaumlsslichkeitndash Interoperabilitaumltndash bdquoEntdeckungldquo von Ressourcen und Dienstenndash Datenschutz und -sicherheit

Die Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der InformatikDie Vision des bdquoUbiquitous Computingldquoberuumlhrt viele Teilbereiche der Informatik

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 19

Eingebettete Systeme

Die technische Basis des bdquoUbiquitous Computingldquo ist die allgegenwaumlrtige Praumlsenz kooperierender

eingebetteter Rechnersysteme

bdquoUbiquitous Computingldquo und bdquoEingebettete Systemeldquosind Begriffe auf unterschiedlichen Ebenen

UC Eine Vision fuumlr eine bessere Welt ES Eine technische Grundlage

Nicht alle eingebetteten Systeme haben etwas mitbdquoUbiquitous Computingldquo zu tun

bdquoUbiquitous Computingldquo ist mehr als eine technische Fragestellung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 20

Verwandte Begriffe (1) Pervasive Computing

ndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash deutsch bdquodurchdringendldquo wohl gepraumlgt durch IBM

Proactive Computingndash wird praktisch synonym zu bdquoUbiquitous Computingldquo verwendetndash Fokus auf bdquoRechner die unsere Wuumlnschen erahnen und fruumlhzeitig

agierenldquo gepraumlgt durch Intel Ambient Intelligence

ndash Fokus auf bdquointelligenteldquo Wohn- und Arbeitsumgebungenndash gepraumlgt durch EU-Foumlrderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 21

Verwandte Begriffe (2) Cyber-physical Systems

ndash Fokus auf die Interaktion kuumlnstlichereale Welt Industrie 40 Internet of Things

ndash Fokus auf die industrielle Anwendungen hellip

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 22

Taxonomie der Forschungsprobleme nach Satyanarayanan [5]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 23

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 24

Die Prognose

Que

lle M

ark

Wei

ser

ww

wu

biq

com

ist tendenziell richtig Q12011 wurden laut IDC 371800000 Handys verkauft

ndash 20 mehr als im Q12010 PC-Markt 2011 wuchs nur noch um 4 Gartner 012014

PC shipmentsdeclined 69ldquo

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 25

Die Technologie Miniaturisierung

ndash erlaubt heute durchaus 100 Computer pro Kubikmeter Energieversorgung

ndash Energie ist uumlberall man muss nur stromsparende Computer bauen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 26

Miniaturisierung Smart DustBeispiel Spec Motes(UC Berkeley)

2 x 25 mm AVR-artiger RISC Kern 3K Speicher Funksender

gt 40 Fuszlig innen 192Kbps Programmierung in C uumlber eine SPI-Schnittstelle Kosten ca $070

Quelle UC Berkeley Lab Notes

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 27

Energieversorgung Energy HarvestingBeispiel TE-Power Node

Arbeitet ohne Batteriendash Thermogenerator erzeugt aus

einer Temperaturdifferenz eine Spannung

ndash Wandlung auf 24 Vndash Aufadung eines Kondensator

MSP430 Micro-Controller TI CC2500 Funkmodul System kann zyklisch (1 x pro

Sek) Messwerte per Funk liefern

Quelle Micropelt GmbH

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 28

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (1) Thinking Carpet

ndash Infneon und Vorwerk Technik

ndash Bis zu 25 vernetzte Mikrocontrollerpro Quadratmeter

ndash Sensoren fuumlr Vibration Druckund Temperatur

Anwendungenndash Alarm- Klima- und Leitsystem-

technik zB automatische Tuumlroffner automatische Lichtschalter Sicherheitsbereiche uumlberwachen Personenzaumlhlung

Quelle Vorwerk Teppichwerke

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 29

Aktuelle bdquounbemerkteldquo Beispiele (2) RFID-Etiketten

ndash Vereinfachen Warenwirtschaft und Logistik

ndash Helfen Personen zu identifzieren

Quelle BBC News Quelle BMI

VIP MemberChip Baja Beach Club Barcelona Deutscher Reisepass (bdquoePassldquo)

Quelle Eric van Osten RFID Product News

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 30

Kritik Generelle Fragen Verlust der Privatsphaumlre

ndash Wollen wir jederzeit lokalisierbar sein Verlust der Selbstbestimmung

ndash Treffen Computer zu viele Entscheidungenfuumlr uns

ndash Was duumlrfen Computer entscheiden Physische Selbstbestimmung

Massen an Computerschrott Realisierbarkeit

ndash Ist Hardware wirklich billig genugndash Skalieren die Netzwerke hinreichend gutndash Wie kommt man durch die Uumlbergangsphasendash Wie baut man ubiquitaumlre Systeme

Quelle A Greenfeld [6]

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 31

Fazit Hardware

ndash Die Zahl der Rechner in unserer Welt wird zunehmenndash Die Art der Systeme wird je nach Aufgabe variierenndash Vernetzung spielt eine wachsende Rolle

Softwarendash Anforderungen an ubiquitaumlre Softwaresysteme erfordern neue

Methoden bei der Entwicklung Gesellschaft

ndash Ein verantwortungsvoller Umgang ist sehr wichtig Informatik

ndash Ubiquitous Computing ist und bleibt ein bedeutendes interdisziplinaumlres Forschungsfeld

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 32

Inhalt Einfuumlhrung

ndash Visionenndash Realitaumlten

Konzept der Lehrveranstaltungndash Zielendash Uumlberblickndash Voraussetzungenndash Uumlbungenndash Leistungsnachweis

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 33

Ziele Systemsoftware fuumlr ubiquitaumlre Systeme bewerten modifzieren oder

entwickeln koumlnnenndash Theorie und Praxis

Grundlagen und Konstruktionsprinzipien verstehenndash Primaumlr auf den verschiedenen Ebenen der Systemsoftwarendash Beispiele aus Industrie und Forschungndash Finden von Gemeinsamkeiten

Mit typischen Randbedingungen umgehen koumlnnen zBndash Ressourcenknappheit bzgl Speicher Energie Rechenleistung Netzndash Kontextabhaumlngigkeit des Verhaltensndash Sicherheit Zuverlaumlssigkeit Schutz der Privatsphaumlre

Einzelne Entwicklungsmethoden vertiefen zBndash Software-Produktlinienndash Generische und aspektorientierte Programmierung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 34

Uumlberblick Kapitel

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 35

Uumlberblick Querschnittsthemen

Hardware

Betriebssystem

Middleware

Datenhaltung

Anwendung

MicrocontrollerInstruktionssatzFunktechnologienSensoren

OSEKAUTOSARTinyOS

MPUCiAO Virtualisierung

OSEKCOMAUTOSAR RTE

RPCUPNP

Peer-to-peer

TinyDBFAME-DBMS

COUGARSQL

Datenanalyse

Einfuumlhrung

Abschluss

Java PlattformenModel-Driven Everyware-Prinzipien

RessourcenverbrauchSpeicher Energie

SicherheitKontext

GPSGPS

Indoor-Indoor-Lokali-Lokali-sierungsierung

Adap-Adap-tierungtierung

MPUMPU

VirtuelleVirtuelleMaschi-Maschi-nennen

Krypto-Krypto-graphiegraphie

auf der Suche nach Gemeinsamkeiten und Konstruktionsprinzipien

Cooperative IOCooperative IO

ProduktlinienProduktlinien

Thumb-InstrThumb-Instr

AOP FOPAOP FOP

Low-PowerLow-PowerSleep ModesSleep Modes

StatischeStatischeAnalyseAnalyse

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 36

Voraussetzungen Grundkenntnisse in

ndash Betriebssystemendash Rechnernetzendash Eingebettete Systeme

Programmierkenntnisse inndash CC++

Interesse anndash eingebetteten Systemenndash neuen Ansaumltzen der Softwaretechnik und Programmiersprachen

Freude anndash praktischen Uumlbungen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 37

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (1) Ulrich Gabor

ndash bdquoTafel-Rechneruumlbungenldquo (alternierend)ndash Vertiefung des Vorlesungsstoffsndash Praktische Programmieraufgabenndash Besprechung der Aufgaben

ndash Raum TUumlRUuml-Mo OH12 3032TUumlRUuml-Di OH12 3032

ndash Zeit Mo1215-1345 oder Di 1215-1345ndash Start Mo 1604 bzw Di 1704

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 38

Vorlesungsbegleitende Uumlbungen (2) eZ430-Chronos

(Exemplarisch fuumlr ubiquitaumlre Rechnersysteme)

ndash Microcontroller MSP 430 (27MHz)16 Bit RISC ArchitekturSpeicher 4 Kbyte RAM32 Kbyte FLASH ROM

ndash On-Chip Funkmodulndash Diverse Stromsparmoumlglichkeitenndash Sensoren fuumlr Beschleunigung Druck

Temperatur Batteriespannungndash Display Taster ndash AO-StuBS BS-Familie

aspektorientiert merkmalbasiert konfguriert

Aufgabenndash Sensorprogrammierung Kommunikation Maszligschneiderung

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 39

PruumlfungSchein Muumlndliche Pruumlfung (ca 30 Minuten)

uumlber 6 SWS (4V+2Uuml) 9 Credit Pointsndash Abgedeckt wir der Stoff der Vorlesung und Uumlbung

Unbenoteter Teilnahmeschein fuumlrndash Erfolgreiche Bearbeitung aller Uumlbungsaufgabenndash Aktive Teilnahme

Anrechenbarkeitndash Informatik Diplom Wahlveranstaltung

Schwerpunktgebietet 1 (SW-Konstr) 2 (Rechnerarchitektur Eingebettete Systeme und Simulation) und 3 (Verteilte Systeme)

ndash Informatik Master Basismodul INF-MA-222 Schwerpunktgebiet B (Eingebettete und Verteilte Systeme)

ndash alle anderen bitte fruumlhzeitig Anrechenbarkeit klaumlren

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 40

Hausaufgaben Anmeldung zur Uumlbung mit Hilfe von ASSESS

ndash httpsesscstu-dortmunddeASSESS

ndash spaumltestens bis 13042018 (Freitag) 1300

1 Uumlbungsblatt ansehen

ndash Falls moumlglich bdquoThe Computer for the 21st Centuryldquo von Mark Weiser [2] lesen

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41

10042018 SuS 011 Einfuumlhrung 41

Literatur[1] M Weiser Some Computer Science Issues of Ubiquitous Computing

Communications of the ACM Vol 36 No 7 Juli 1993[2] M Weiser The Computer for the 21st Century Scientifc American

Vol 265 No 3 pp 94-104 September 1991[3] M Weiser and J S Brown The Coming Age of Calm Technology in

Beyond Calculation The Next 50 Years Copernicus New York USA 1997

[4] R Want A Hopper V Falcao and J Gibbons The Active Badge Location System ACM Transactions on Information Systems Vol 10 No 1 pp 91-102 Januar 1992

[5] M Satyanarayanan Pervasive Computing Vision and Challenges IEEE Personal Communications Vol 8 2001

[6] A Greenfeld Everyware The Dawning Age of Ubiquitous Computing New Riders Publishing 2006

• Folie 1
• Folie 2
• Folie 3
• Folie 4
• Folie 5
• Folie 6
• Folie 7
• Folie 8
• Folie 9
• Folie 10
• Folie 11
• Folie 12
• Folie 13
• Folie 14
• Folie 15
• Folie 16
• Folie 17
• Folie 18
• Folie 19
• Folie 20
• Folie 21
• Folie 22
• Folie 23
• Folie 24
• Folie 25
• Folie 26
• Folie 27
• Folie 28
• Folie 29
• Folie 30
• Folie 31
• Folie 32
• Folie 33
• Folie 34
• Folie 35
• Folie 36
• Folie 37
• Folie 38
• Folie 39
• Folie 40
• Folie 41