Ableitung komplexer Kontextinformationen und deren Anreicherung aus externen Quellen

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1 Ableitung und deren Anreicherung aus externen Quellen Seminar zum Thema: Mobile and Context-aware Database Technologies and Applications Harald Wonneberger Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 1 / 41

2 Übersicht 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 2 / 41

3 Übersicht 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 3 / 41

4 Unterbewusste Kommunikation Kommunikation zwischen Menschen: Sprache Schriftform Unterbewusste Kommunikation Kommunikation zwischen Mensch-Maschine: Initiierung durch den Menschen Explizit Potential: Unterbewusste Kommunikation zwischen Mensch und Maschine 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 4 / 41

5 Problemsituationen Probleme: Fahrkarte im Bus? Mensakarte in der Mensa? Handy klingelt in einer Besprechung! 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 5 / 41

6 Das Konferenzbeispiel Erkennung der Situation Besprechung findet statt Konsequenz: Alle Handys werden automatisch leise gestellt Kontextsensitives System wird benötigt! 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 6 / 41

7 Was ist Kontext? Information Relevant für Interaktion zwischen Benutzer (B) und Anwendung (A) Charakterisierung der Situation einer Entität Person (auch Benutzer) Objekt (auch Anwendung) Ort Beispiel: Konferenz Situation Situation Information: Gesprächslautstärke (relevant: ja) Information: Außentemperatur (relevant: nein) B A 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 7 / 41

8 Was ist Kontextbewusstsein? Kontextbewusste Systeme Verwendung von Angebot von Informationen und Diensten In Abhängigkeit der Tätigkeit des Benutzers Verwendung: Präsentation von Daten Automatisches Ausführen von Anwendungen Anreicherung mit zusätzlichen Daten 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 8 / 41

9 Schichtenmodell Komplexer Kontext Kontextermittlung Konferenz findet statt Informationsgewinnung Einfacher Kontext warm feucht normale Aktivität Messdaten Rohe Sensordaten Temperatur 24 C Luftfeuchtigkeit 70% Bodenbelastung 315kg 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 9 / 41

10 Komplexe (zeitunabhängig) Komplexe Abstraktion in mehreren Schichten, zeitunabhängig Kontext (3/1) Kontextebenen Kontext (2/1) Kontext (2/2) Kontext (1/1) Kontext (1/2) Kontext (1/3) Zunehmende Komplexität Informationsquellen 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 10 / 41

11 Komplexe (zeitabhängig) Komplexe Abstraktion in mehreren Schichten, zeitabhängig Kontextebenen Kontext (1/1/t1) Kontext (1/2/t2) Kontext (1/3/t3) Zeit 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 11 / 41

12 Probleme der Kontexterkennung Neuartige Technologien Anwendungsspezifische Abstraktion der Daten Aggregation heterogener Daten Speicherung historischer Daten (mobile Anwendungen) 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 12 / 41

13 Übersicht 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 13 / 41

14 Was ist ein Kontextsystem? Framework zur Kontexterkennung Erleichterung der Entwicklungsarbeit Standardisierung von Anwendungen 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 14 / 41

15 Schilit s Kontextsystem (1995) Anwendung 1 Geräte-Agent 1 Geräte-Agent 2 Benutzer- Agent Anwendung 2 optional Aktive Karte Anwendung 3 Geräte-Agent 3 Geräte-Agent Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 15 / 41

16 Dey s Kontext-Toolkit-Framework (2000) Kontext-Architektur Aggregator Anwendung 1 Interpreter A Widget 1 Service Interpreter B Widget 2 Anwendung 2 Discoverer Sensor 1 Sensor Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 16 / 41

17 Übersicht Fuzzy Logik Künstliche neuronale Netze 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 17 / 41

18 Der Fuzzy-Regler 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 18 / 41

19 Komponente 1: Fuzzyfizierung Mit Hilfe von Zugehörigkeitsfunktionen Abbildung von Eingabedaten auf Zugehörigkeit Zugehörigkeit 1 niedrig mittel hoch sehr hoch 0 0 C 15 C 30 C 45 C Temperatur C 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 19 / 41

20 Komponente 2: Inferenz Inferenz durch Regeln: 1. WENN Helligkeit hell UND Temperatur kalt DANN heize 2. WENN Helligkeit dunkel UND Temperatur kalt DANN tue nichts 3. WENN Helligkeit sehr hell UND Temperatur heiß DANN kühle Sensordaten: W(dunkel) = 0,4 W(hell) = 0,8 W(sehr hell) = 0,9 W(kalt) = 0,8 W(warm) = 0,4 W(heiß) = 0,2 Auswertung: 1. W(heize) = min{0,8; 0,8} = 0,8 2. W(tue nichts) = min{0,4; 0,8} = 0,4 3. W(kühle) = min{0,9; 0,2} = 0, Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 20 / 41

21 Komponente 1: Defuzzyfizierung Abbildung der Auswertung auf Zugehörigkeitsfunktionen W(tue nichts) = 0,4 0,8 W(heize) = 0,8 0,4 W(kühle) = 0,2 0, Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 21 / 41

22 Komponente 1: Defuzzyfizierung Ermittlung des Ergebniswertes 0,8 0,4 Flächenschwerpunkt 0,2 X 0,0 1,0 Ergebniswert = 0, Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 22 / 41

23 Komplexe mit Fuzzy-Logik Anwendungsbeispiel: Erkennung vordefinierter Situationen Lineare Zugehörigkeitsfunktionen Ermittlung der Wahrscheinlichkeit, mit der eine Situation vorliegt Verwendung mehrerer Eingabedaten Eingabedaten min ,75 1 Ws 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 23 / 41

24 Übersicht Fuzzy Logik Künstliche neuronale Netze 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 24 / 41

25 Das Perzeptron Künstliche Neuronale Netze (KNN) Keine Berechnung des Ergebnisses Erkennung durch Muster Keine explizite Speicherung von Berechnungsfunktion Lernfähig Grundlage: Perzeptron 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 25 / 41

26 Bestandteile des neuronalen Netzes Neuronale Zellen Eingabedaten Gewichtungsfaktoren Ausgabewert Topologie des gesamten Netzes 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 26 / 41

27 Funktionsweise Berechnung des Ausgabewertes anhand der gewichteten Eingaben Berechnung der Aktivierung der Zelle Berechnung des Ausgabesignals 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 27 / 41

28 Training des Netzes Vorgegebene Eingabe- und Ausgabedaten Vergleich der Datensätze mit den tatsächlichen Ausgabewerten Korrektur der Gewichtungen 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 28 / 41

29 Das Konferenzbeispiel in einem KNN Eingabeschicht Licht Pers. Rauch Lauts. Temp. Zeit CO2 Blutdr. versteckte Schicht 1 Out 0,7: Konferenz 0,7 < Out 0: keine Konferenz Out Ausgabeschicht 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 29 / 41

30 Übersicht 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 30 / 41

31 Wo sind Daten vorhanden? Veränderung der Umgebung Internet/(W)LAN Internet/(W)LAN Kontextsystem Datenbank 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 31 / 41

32 Wie wird auf Daten zugegriffen? Beispiel Integration von Daten: Internes System Termindaten DB Schnittstelle unbekannt Web Service könnte Grundlage bilden Straßenkarte DB Internet Internet 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 32 / 41

33 Web Services Schnittstelle für Datenaustausch WSDL: Web Service Description Language UDDI: Universal Description, Discovery and Integration Standard SOAP: Simple Object Access Protocol UDDI WSDL finden / binden Service Broker bekannt machen WSDL Service Konsument Datenaustausch Service Anbieter SOAP XML-RPC 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 33 / 41

34 Probleme von Web Services Sicherheit SOAP basiert auf HTTP, keine Sicherung HTTPS nicht möglich, da keine Ende-zu-Ende-Verbindung Viele Firewalls prüfen Port 80 nicht standardmäßig Web Services sind Angriffen ausgesetzt Verknüpfung mehrerer Web Services Kein einheitlicher Standard Abbildung von Geschäftsprozessen muss möglich sein Mangelnde Interpretation Nur der Datentyp von Ein- und Ausgabe ist definiert Für Interpretation sind Zusatzdaten notwendig Automatische Interpretation schwierig 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 34 / 41

35 Verknüpfung von Web Service und Kontextdaten Idee: Übermittlung der Kontextdaten an Web Service Verarbeitung der Daten durch Web Service Rücksendung des Ergebnisses an den Anwender Modifikation des Übertragungsprotokolls SOAP 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 35 / 41

36 Übertragung der Kontextdaten 49 27' N, 7 46' O Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 36 / 41

37 Verarbeitung der Kontextdaten Lokale Verarbeitung Kontext-Plugins ' N, 7 46' O Entfernte Verarbeitung Kaiserslautern Kontext-Services 49 27' N, 7 46' O Kaiserslautern 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 37 / 41

38 Rückblick Was ist Kontext? Was ist Kontextbewusstsein? Verschiedene Abstraktionsebenen Probleme kontextsensitiver Systeme Schilit (1995) Dey (2000) Fuzzy Logik Künstliche neuronale Netze Web Services Web Services und 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 38 / 41

39 Grundsätzliche Probleme Wo sind die kontextsensitiven Systeme?? Kaum Anwendungen in Betrieb Ablehnung durch Benutzer Unterschied zwischen Kontexterkennung und Überwachung Privatsphäre Grenzen des Computers Beurteilung des Informationsgehalts Technische Gesamtimplementierung 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 39 / 41

40 Blick in die Zukunft Vision von kontextsensitiven Systemen rückt näher Frameworks existieren Methoden existieren Erste Erfolge zu verzeichnen Auch das Konferenzbeispiel könnte bald umgesetzt werden 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 40 / 41

41 Fazit Handys werden wohl erst mal weiterklingeln! 2007 Seminar Informationssysteme, AG DBIS Seite 41 / 41