Federating Location-based Data Services (Föderierte Kontextmodelle)

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1 Federating Location-based Data Services (Föderierte Kontextmodelle) Bernhard Mitschang, Nicola Hönle, Matthias Großmann, Daniela Nicklas, Thomas Schwarz Dagstuhl,

2 Kontext: Nachbarschaft Fahrplan Fahrplan H 16:19 WGS84: 9,175E, 48,7826N H 16:14 Restaurant in 100m? 16:17 H Musikhochschule Stuttgart 2

3 Übersicht Motivation und Ziel Effiziente Verwaltung von Kontextmodellen Föderation von Kontextmodellen Konsistenz in föderierten Kontextmodellen Zusammenfassung 3

4 Kontextbezogene Anwendungen Navigation Fahrzeug-, Fußgänger-, multimodal Informationssysteme Touristen, Hausführungen,... Kommunikationsdienste GeoCast, bestes Netz,... Lernszenarien/Spiele Rallyes, "mixed reality games" intelligente Umgebungen smart room, building, factory Erinnerungsdienste Rucksack komplett? Schuhe kaufen? Lifelog 4

5 Welcher Kontext wird benötigt? Kartendaten: "alles, was auf Karten steht" Straßen, Gebäude, Landmarken, Sehenswürdigkeiten,... Erhebung: aus GIS-Systemen stationäre Objekte, ändern sich selten Dynamischer Kontext: Bewegung und Änderungen Personen, Fahrzeuge, Staus, Wetter,... Erhebung: durch Sensoren Informationskontext: digitale Welt, "Cyberspace" Webseiten, Dokumente, Spielobjekte,... technischer Kontext: die Infrastruktur Zugangsnetze, Netzwerktopologie, Dienste (Drucker, Projektor,...) Musikhochschule Stuttgart 5

6 Anwendungen und ihr Kontext Navigation Kartendaten Lernszenarien, Spiele Informationssysteme dynamischer Kontext digitale Information intelligente Umgebungen Erinnerungsdienste technischer Kontext Kommunikationsdienste hohe Überlappung! 6

7 Anwendungen und ihr Kontext Navigation Lernszenarien, Spiele Informationssysteme gemeinsames Kontext- Modell intelligente Umgebungen Erinnerungsdienste Kommunikationsdienste hohe Überlappung! 7

8 Kontextmodell Anwendungen Anfrage (Filter) Event (Bedingung) Update(id, value) Modellieren Sensoren Kontext- Modell Physische Welt 8

9 Lokale Kontextmodelle Ein lokales Kontextmodell: deckt ein begrenztes räumliches Gebiet ab enthält bestimmte Kontextinformation Modell 3 DB 3 VIT VIT VIT Modell 1 DB 1 wird komplett bei einem Datendienst verwaltet DB 2 Modell 2 räumliche und inhaltliche Überlappung: Mehrfachrepräsentationen von Realweltobjekten 9

10 Globales Kontextmodell Föderation lokaler Kontextmodelle Wiederverwendung von Modelldaten, denn Modellierung ist teuer! Datendienste bleiben autonom Nutzt räumliche Struktur als Integrationskriterium Globales Integrationsschema Verbindet lokale Kontextmodelle zu einem globalen Bild Offen: neue Datendienste, neue Anwendungen Smart Factory City Guide Föderation... Digital Libraries 10

11 Ziel: Globales Kontextmodell durch Föderation ortsbezogener Datendienste Anwendung Anwendung A B N Verzeichnisdienst Föderation Ortsbezogener Datendienst A (Kontext-Server) Ortsbezogener Datendienst B (Kontext-Server) Ortsbezogener Datendienst N (Kontext-Server) 11

12 Effiziente Datenverwaltung (Kontext- Server) 12

13 Datenverwaltung: Merkmale von Kontextdaten low update rate high primarily usage for selection rarely Primär-Kontext: Ort, Typ, ID, Zeit Sekundär-Kontext: Verfügbarkeit, Webseite, Temperatur... 13

14 Spezialisierte Kontext-Server Location Service Spatial Model Server Indoor Spatial Server ContextCube AwareHome Spatial Server SensorContextServer (geplant) Anzahl Objekte 10, ,000 1, Zimmernummer Index- Attribute ID, pos ID, pos kein kein ID, pos ID, pos primarily usage for selection rarely Identität Zimmerposition Name einer Person Farbe Position einer Person Temperatur low update rate high 14

15 Integration existierender Systeme z.b. Wrapper für WWW, Datenbanken, GIS,... Kontext-Server bietet zwei raumbezogene Funktionen: f1: ID location f2: locations 2 ID kein räuml. Zugriff f2: scan, discovery Datendienste Wrapper räumlicher Zugriff: f1,f2 f1 explizite Lokation f1 (Interpretation) implizite Lokation f1 (manuell) keine Lokation 15

16 Föderation 16

17 Anforderungen Transparenz Schema Heterogenität der Systeme Speicherort + Name Verteilung Dynamische Konfiguration von Kontext-Servern Semantische Datenintegration Effizienz Tauglich für Anwendungen auf mobilen Geräten 17

18 Allgemeine Architektur domänenspezifische Query Language Schema- Transparenz Domain Schema Information request Response Semantische Daten- Integration Dynamische Serverkonf., Speicherort- Transparenz Registry Query Processing Result Set Construction Globale Index- Attribute Registration Queries Results Ausnutzen domänenspezifischer Eigenschaften Context Server 18 Context Server

19 Die Nexus-Plattform Sensor Anwendung Anwendung Instance Matching räuml. Verzeichnis (registry) Query Processing räuml. Anfrageschnittstelle Föderation Result Set Construction Mehrwert- Dienste WWW (ext. (ext. Daten) Daten) Kontext- Server Kontext- Server Kontext- Server Kontext- Server Kontext- Server Schema Matching Sensor Sensor Sensor GeoDB Kontext- Server Kontext- Server 19

20 Konsistenz in föderierten Kontextmodellen 20

21 Konsistenzebenen Modell = Daten Schema = Datenmodell Welt systemtranszendent systemimmanent Schema Schema... Mensch Modell 1 Modell 2 Modell... Föderationsschicht Anwendung Anwendung... Nutzer Nutzer... 21

22 Inkonsistenzen SciFi Welt Schema- Matching Schema Philosophie Sensoren Integritätsprüfung Modell Integrität, Vergleich Mensch Psychologie HCI Anwendung 22

23 Modell-Welt Inkonsistenz (eikonisch) fehlende Daten, ungenaue bis falsche Daten Ursachen: Erfassung (Mensch, Sensoren) Verarbeitung (Filterung, Alterung) Maßnahmen: Minimierung von Inkonsistenz (z.b. Sensorfusion) Tolerierung von Inkonsistenz ( Anwendung, Nutzer) Erhöhung der Konsistenz durch weitere Beobachtungen 23

24 Modell-Modell Inkonsistenz zwei Modelle der Welt widersprechen sich Ursachen: Modell-Welt-Inkonsistenz (u.u. direkt nicht feststellbar) Unterschiedliche Interpretation Schema-bedingt (unterschiedliche Schemata) Maßnahmen: Instance-Matching Metadaten Modelldatenfusion 24

25 Zusammenfassung 25

26 Zusammenfassung Kontextbezogene Anwendungen profitieren von ortsbezogenen Datendiensten Räumliche + inhaltliche Überlappung Föderation Effiziente Verwaltung von Kontextdaten: abhängig von Charakteristika Entwurf einer domänenspezifischen Föderationsplattform Problembereich Inkonsistenz 26

27 27

28 Mögliche weitere Folien 28

29 SFB 627 World Models for Mobile Context-Aware Systems Goals: Methods to realize global world model Innovative Context-Aware Applications Mechanisms Start: January 2003 at University of Stuttgart based on the preparatory work of DFG research group nexus 30+ research staff members, 9 research groups First funding period: 4 years Speaker: Kurt Rothermel, rothermel@informatik.uni-stuttgart.de Real World Augmented World Model Information Spaces Multimedia WWW Digital Libraries 29

30 Goals Applications Security and Acceptability Sensor Integration World Model Definition and Management Presentation and Interaction Communication Communication Definition and Management of World Models Model Presentation and Sensors Applications Methods for Access Optimization Model Based Communication Extension Concepts Federated Model Management Integration und Abstraction von Geographic Data Context Sensitive Model Presentation Generation of Model Information, Sensor Integration Campus Information System Smart Factory Navigation for Visually Handicapped... (Industry Partners) Modeling and Consistency 30 Security and Acceptability

31 Modellierung und Datenintegration 31

32 Domänenspezifische Datenaustauschsprachen Anfragesprache AWQL: einfach (räumliche Objektselektion und Projektion) nutzt Schema-Information aus deklariert heterogene Ergebnismengen Serialisierungssprache AWML: "flache" XML-Struktur kann heterogene Ergebnismengen darstellen flexibel für Objektvereinigungen (multiple attributes) 32

33 Standard Class Schema ca. 250 Objekttypen definieren globale Attribute (z.b. type, extent, name, id, url,...) NeXusObject NeXusDataObject SpatialObject entstanden aus Use Case Analyse bildet "upper ontology" für unsere Domäne MobileObject PostIt BuildingElement VIT Road Vehicle Person Street Railway Car Bicycle Building Flat Hotel Hospital Restaurant Shop 33

34 Extended Class Schemata definieren Vererbungsbeziehung in das Standard Class Schema, fügen Attribute hinzu damit möglich: upcast für Anwendungen, die erweitertes Schema nicht kennen einfache semantische Transformation Standard Class Schema Extended Class Schema 1 Italian restaurant pizza-price:... deliver: yes no restaurant menu: URL Other Extended Class Extended Class Schema Class 23 Schemas 34

35 Definition über XML Schemata GML Nexus Standard Attribute Types geometrisch, geographische und temporale Attributstypen Basis Typen, in AWQL auswertbar Nexus Standard Class Schema Nexus Standard Attribute Schema einfache und komplexe Attributstypen Objekttypen AWQL Struktur AWQL Schema AWML Schema AWML Struktur 35

36 AWML: Generische Datenobjekte AWML-Dokument: Folge von <nexusobject>-elementen Darin bestimmt <type> Subelement die weiteren Subelemente 2 Schema-Varianten: Physisch: Generisches AWML Schema für XML Parser Logisch: Nexus Class Schema beschreibt Objekttypenhierarchie <nexusobject> Multi-Type <type>museum</type> <type>shop</type> <NOL>1</NOL> <topic>fine Arts</topic> <audioguide>no</audioguide> <goods>posters</goods> </nexusobject> <nexusobject> <type>road</type> <NOL>2</NOL> <name>main Road</name> <name>highway 17</name> </nexusobject> Multi-Attribute 36

37 Primär- und Sekundär-Kontext Primär-Kontext: wird häufig zur Auswahl/Einschränkung von Kontextinformation verwendet strukturiert Kontextinformation Ort, Identität, Typ, Zeit global index attribute Sekundär-Kontext: wird über den Primär-Kontext referenziert allg. Information, Aktivität,... 37

38 Kontextbezogene Anwendungen benötigen Kontextmodelle Navigation Lernszenarien, Spiele Informationssysteme Kontext- Modelle intelligente Umgebungen Erinnerungsdienste Kommunikationsdienste 38