Die Rolle der Information in einer vernetzten Welt

Transkript

1 Die Rolle der Information in einer vernetzten Welt Nachhaltigkeit und Informationsgesellschaft Manfred Broy Lehrstuhl für Software & Systems Engineering Technische Universität München Institut für Informatik

2 You'll see more and more perfection of that - computer as servant. But the next thing is going to be computer as a guide or agent. Steve Jobs

3 Die digitale Revolution... Nahezu alle technischen Geräte (Auto, Zug, Roboter,...) enthalten heute digitale Hardware Software bieten neuartige Funktionen und sind global (d.h. über globale Netze) vernetzt Völlig neue Geräte, Funktionen, Dienste und Anwendungen Tablets Digitale Bücher e-books Fly by Wire Simulation Assistenzsysteme... Wesentliche Informationen liegen in den Netzen Wesentliche Prozesse und Dienstleistungen sind digital unterstützt Virtual Engineering Internet Banking Manfred Broy 3

4 Die digitale Revolution... Wenig hat unsere technische und gesellschaftliche Welt in den letzten 40 Jahren so nachhaltig verändert wie neuartige Funktionen auf Basis digitaler Hardware und Software Manfred Broy 4

5 Was treibt die digitale Revolution... Das Mooresche Gesetz: Die Leistung in der digitalen Hardware wächst exponentiell (Verdoppelung der Leistung alle 1 1/2 Jahre bei gleichem Preis) In 10 Jahren: Faktor 100 In 20 Jahren: Faktor Digitale Netze Übertragungsleistung wächst exponentiell Die Flexibilität programmierbarer Hardware: Die gleiche Hardware kann durch Programmierung (durch Software) für völlig unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden Beispiel Skype Die schier unbegrenzte Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten In nahezu jedem Anwendungsgebiet eröffnen Hardware/ Softwaresysteme neue Möglichkeiten Informatiksysteme als Teil der Wirklichkeit erweiterte Wirklichkeit Manfred Broy 5

6 Informatik ändert unsere Möglichkeiten... Herzschrittmacher Nerven auf Si Millionen Lines of Code im Space Shuttle Smart Phone Airbag Manfred Broy 6

7 Die Stufen der Informatik Maschinelle Informationsverarbeitung: Rechnen, Übertragen, Speichern, Darstellen Regeln und Steuern - Eingebettete Informatik: Information aufnehmen (Physikalische Phänomene über Sensoren in digitale Information umwandeln), Information verarbeiten, Information unmittelbar zur Wirkung bringen (digitale Information über Aktuatoren in physikalische Phänomene umwandeln), Sonderfall: Mensch Maschine Interaktion Wissensorientierte Informatik: Unterstützung von Menschen in ihrer Wissensarbeit Betriebliche Informationssysteme... Manfred Broy 7

8 Schier unbegrenzte Einsatzbreite... Berechnungen (Hochleistungsrechnen) Simulation Wetter Atomare Reaktionen Zerlegung großer Zahlen in Primfaktoren Animation in Spielfilmen Management großer Datenmengen Data Mining Verwaltung von Abrechnungsdaten Mobile Telefonie - Skype Eingebettete Systeme Fly by Wire... Robotik Softwarebasierte Funktionen im Automobil Manfred Broy 8

9 Intelligente Embedded Systems erfassen autonom und zuverlässig über Sensoren ihre Umgebung beeinflussen und steuern ihre Umgebung durch Aktuatorik erfüllen automa<sch der Lage entsprechend ihre Aufgaben, auch in extremen Situa<onen (z.b. unter Echtzeitbedingungen, in unwirtlicher Umgebung) Beispiel: Sicherheitsmantel um Automobil

10 Evolu3on von Embedded Systems zu Cyber- Physical Systems Cyber- Physical Systems Systems- of- Systems Intelligente und Koopera<ve Embedded Systems Intelligente Embedded Systems Embedded Systems 10

11 Das Internet ein weltweites Netzwerk aus vielen Rechnern/Rechnernetzwerken, durch das Daten ausgetauscht werden ermöglicht die Nutzung von Internetdiensten wie , Telnet, Usenet, Dateiübertragung, WWW, zunehmend auch Telefonie, Radio und Fernsehen. Connectivity: jeder Rechner kann weltweit mit jedem anderen Rechner verbunden werden Datenaustausch über die technisch normierten Internetprotokolle Manfred Broy 11

12 World Wide Web Manfred Broy 12

13 World Wide Web World Wide Web: Netz von Informationen mit HTTP als Protokoll, mit dem der Browser Informationen vom Webserver anfordert HTML als Dokumentenbeschreibungssprache, die festlegt, wie die Information gegliedert ist und wie die Dokumente verknüpft sind (Hyperlinks) URLs als eindeutige Adresse (z. B. einer Webseite), die in Hyperlinks verwendet wird. Web 2.0: interaktiver und kollaborativer Elemente des www - social media Web 3.0: Semantische Web Future Internet - Mobile IP Internet der Dinge und Dienste - CPS Manfred Broy 13

14 Das Internet der Dinge: Was ist das? Profane Idee: Dinge bekommen Internetadressen und werden mit dem Internet verbunden. Reichen die Internetadressen aus? IPv6: 128 bits - mehr als d.h. mehr als IP Adressen pro Kopf der Menschheit Etwas differenzierter Geräte (Ampeln, Handies, Autos, Flugzeuge, Gebäude,...) mit eingebetteten Softwaresystemen werden direkt ins Internet verbunden Tauschen wechselseitig Daten aus und nutzen wechselseitig Dienste Das Internet wird Real World Aware Manfred Broy 14

15 From Embedded to Cyber-Physical Systems Interfaces to users, to the physical world and to cyberspace Physical World HMI Embedded Embedded System Embedded System System CPS HMI Cyberspac e Services & Data Manfred Broy 15

16 Cyber-Physical Systems (CPS) Die Synergie und zunehmende Integration dreier zentraler Innovationsfelder Digitaler Technologie Eingebettete Systeme mobile Endgeräte Globale Netze (World Wide Web, Internet, Mobile TelCo) Hochleistungssoftwaresysteme führt auf Cyber-physical Systems (CPS)... der Bogen schließt sich! Manfred Broy 16

17 Software ist überall autonome Automobile Manfred Broy 17

18 Software ist überall Ubiquituous Intelligent Services Google Brille Smart Labels Manfred Broy 18

19 Die Vision... Umfassende Vernetzung? Rechner eingebettet überall? Information umfassend vernetzt - just in Time? Automatisierte Reaktion punktgenau? Integrierte Assistenz? Multimodale Kommunikation? Data Mining? Soziale Netze? Autonome Fahrzeuge? Business Intelligence?... Manfred Broy 19

20 Vernetzte Mobilität Beispiel: Autonomes Fahren Manfred Broy 20

21 Vernetzte Industrie Industrie 4.0 Manfred Broy 21

22 Die schier unbegrenzte Einsatzbreite... Mobile Telefonie Consumers Electronics Eingebettete Systeme im Verkehr Fly by Wire Softwarebasierte Funktionen im Automobil Verkehrssteuerung Produktion Robotik Medizintechnik Haustechnik Energienetze Assistenzsysteme Cash Systeme... Manfred Broy 22

23 Die Visionen... Smart Objects / Smart Devices Pervasive Computing - alles durchdringende Vernetzung des Alltags Ubiquitous Computing - Allgegenwärtigkeit Nomadic Computing - Mobile computing Ambient Intelligence Organic Computing Self-X-Systems Biologically-inspired computing with organic properties Real World Awareness Internet of Things Internet of (physical) services Systems of systems Cyber-Physical Systems... Manfred Broy 23

24 Die Herausforderungen Markt und Applikationsfelder Wirtschaftliche Bedeutung - Hebelwirkung Gesellschaftliche Rolle - Veränderung der Gewohnheiten Neue Geschäftsmodelle - wirtschaftl. Ecosysteme Produkte und Dienste Multifunktionalität Verteilung & Vernetzung Ubiquitär, Pervasive, Context Awareness Sicherheit (Safety & Security) Vernetzte Applikationen: Dienstbündel Entwicklung: Beherrschung Engineering Qualität, Kosten, Zeit - Komplexität Wartung und Evolution Produktlinien Manfred Broy 24

25 ... aber was ist mit der Nachhaltigkeit? Nachhaltigkeit ein Begriff mit vielen Facetten Wikipedia sagt... Nachhaltigkeit ist ein Handlungsprinzip zur Ressourcen- Nutzung, bei dem die Bewahrung der wesentlichen Eigenschaften, der Stabilität und der natürlichen Regenerationsfähigkeit des jeweiligen Systems im Vordergrund steht. Also Nachhaltigkeit in der Informationsgesellschaft = Green IT Die Gleichung greift zu kurz Manfred Broy 25

26 Nachhaltigkeit in der Informationsgesellschaft? Nachhaltigkeit, lateinisch "perpetuitās", ist das Beständige und Unablässige wie auch das ununterbrochen Fortlaufende, das Wirksame und Nachdrückliche oder einfach der Erfolg bzw. die Wirksamkeit einer Sache. Die Gemeinsamkeit aller Nachhaltigkeitsdefinitionen ist der Erhalt eines Systems bzw. bestimmter Charakteristika eines Systems, sei es die Produktionskapazität des sozialen Systems oder des lebenserhaltenden ökologischen Systems. Es soll also immer etwas bewahrt werden zum Wohl der zukünftigen Generationen. Bernd Klauer: Was ist Nachhaltigkeit? 1999 Manfred Broy 26

27 Nachhaltigkeit in der Informationsgesellschaft! Neuausrichtung des Begriffs Nachhaltigkeit auf die Besonderheiten der Informationsgesellschaft Wie passt der Begriff zu einem Gebiet, dass sich so schnell und dynamisch entwickelt ( alles wächst exponentiell ) Nachhaltigkeit in der Informationsgesellschaft Unnötige Komplexität die Menschen überfordert die technisch nicht beherrschbare Systeme schafft vermeiden Legacy vermeiden Keine Entwicklungen in Sackgassen Unternehmen auf Überleben in der Digitalen Revolution ausrichten Digitale Gesellschaft lebenswert gestalten Manfred Broy 27

28 Informatik und Gesellschaft... Human Factors Die besondere Relevanz der Informatik für die Gesellschaft Informatikwerkzeuge führen auf neue Formen der Kommunikation und sozialen Interaktion verstärken nicht unsere physischen sondern unsere kognitiven Möglichkeiten ermöglichen und suggerieren neue Sichten auf die Welt schaffen neuartige Möglichkeiten und erfordern somit rechtliche und ethische Gestaltung erweitern unsere Welt um eine digitale Schattenwelt (nicht Second Life sondern digitaler Spiegel in der Cloud ) verändern das Machtgefüge (sozial, wirtschaftlich, rechtlich, politisch, militärisch...)... und erfordern deshalb eine intensiven Diskurs! Manfred Broy 28

29 Digitale Revolution: Gesellschaft und Nachhaltigkeit Datenschutz und Privacy Das Recht auf Privatheit und Integrität Informationelle Selbstbestimmung Meinungsäußerung Kontrolle über private Daten Vermeiden der Komplexitätsfalle Vermeiden der Legacyfalle Software als Teil der Infrastruktur Nachhaltige Software Manfred Broy 29

30 Innovative Dienste und soziale Medien im Netz erfordern... Die Verwaltung personenbezogenen/vertraulichen Daten einheitlich für unterschiedliche Dienste (Rechtekonzept) Formen der Selbstbestimmung über die Daten Verbindliche Regeln für die Weitergabe von Daten Die Verknüpfung von Diensten die mit personenbezogenen/vertraulichen Daten arbeiten Kontrolle über Daten zweck- und dienstbezogen Verlässliche Kategorisierung von Diensten (Zertifizierung) Vertrauenswürdig beabsichtigter Umgang mit Daten entspricht den Vereinbarungen Technisch keine Probleme durch technische Mängel Manfred Broy 30

31 Die Stolpersteine und Erfordernisse... Digitaler Schatten Digitale Identität Wer verwaltet die persönlichen Daten... Sicherheit Rechtemanagement Nur wenn diese Problematik gut gelöst wird, kann Vertrauen entstehen Innovative personenbezogene Dienste realisiert werden Manfred Broy 31

32 Fazit Die Möglichkeiten der Cyber-Physical Systems sind nahezu unbegrenzt Ortsunabhängigkeit und Mobilität Vernetzung Konnektivität Einbindung an Prozesse der Realität Physikalität Semantische Interpretation Context Awareness - Situativität Big Data Data Mining Distributed Control - Selbstorganisation Dienstorientierung - Interoperabilität... Industrie 4.0 steht für die nächste Welle der industriellen Revolution die Welle hat uns bereits erreicht Manfred Broy 32