SFB 627: Nexus
home uni uni suche suche sitemap sitemap kontakt kontakt
unilogo Universität Stuttgart
 SFB 627: Nexus

Wissenschaftliche Herausforderungen

English Version
 
Die Entwicklung globaler Umgebungsmodelle beinhaltet nicht nur Fragen der Modellierung und föderierten Verwaltung von Modellen, sondern auch der Kommunikation, der Integration von Sensordaten sowie der Darstellung von Modellinformation. Im Hinblick auf Fragen der Akzeptanz sind überzeugende Sicherheitskonzepte sowie die Berücksichtigung gesellschaftlicher Aspekte von zentraler Bedeutung. Forschungsbedarf sehen wir deshalb insbesondere in den folgenden Bereichen:

 Modellierungs- und Erweiterungskonzepte
 Föderiertes Modellmanagement
 Integration von Zeitkonzepten
 Generische Integration von Sensordaten
 Konsistenzkonzepte
 Modellbasierte Kommunikation
 Sicherheitskonzepte
 Automatisches Erfassen von Modelldaten
 Methoden der Modellpräsentation und -interaktion
 Sicherheit, Akzeptabilität, Betreiberaspekte
 Qualität von Kontextinformationen
 Höherwertiger Kontext
 Homogenisierung der Anfrageverarbeitung
 Anwendungsunterstützung

Modellierungs- und Erweiterungskonzepte


Damit raumbezogene Anwendungen nicht isoliert voneinander, sondern in einer gemeinsamen systemtechnischen und semantischen Umgebung ablaufen können, wird ein umfassendes Umgebungsmodell benötigt, das verschiedene Kontextarten in einer einheitlichen Art und Weise darstellen und verarbeiten kann, insbesondere geographischen Kontext (Straßen, Gebäude, Räume, usw.), dynamischen Kontext (Positionen mobiler Benutzer oder Sensordaten), virtuellen Kontext digitale Dokumente oder virtuelle Litfaßsäulen), sowie technischen Kontext, der in gleicher Weise die verfügbare Infrastruktur abbildet (z.B. die Ausdehnung und Bandbreite von drahtlosen Netzwerken).

Föderiertes Modellmanagement


Durch die föderierte Modellverwaltung soll Anwendungen jederzeit eine einheitliche Sicht auf ein globales Umgebungsmodell geboten werden, obwohl sich dahinter eine Vielzahl heterogener Teilmodelle verbirgt, die von unterschiedlichen Anbietern in einem offenen, weit verteilten System bereitgestellt werden. Dies erfordert eine flexible und skalierbare Architektur, in der eine große Anzahl verschiedener stationärer und mobiler Systemkomponenten miteinander kooperieren, wobei sich die Systemkonfiguration jederzeit dynamisch ändern kann.

Integration von Zeitkonzepten


Mit der Einführung temporaler Aspekte sollen auch vergangene Umgebungsmodellzustände betrachtet werden, die sich ergeben, wenn bei Aktualisierungen des Modells die alten Werte nicht überschrieben, sondern mit Zeitstempeln beibehalten werden. Bei der Speicherung und Verwaltung dieser Zustände sind insbesondere mobile Objekte zu beachten, da ihre Datenhistorien einen wechselnden räumlichen Bezug haben. Die gesammelten Datenhistorien können als Basis von Prognosen und zur Ableitung von Situationen herangezogen werden.

Generische Integration von Sensordaten


Die selektive Sensorintegration soll in Zukunft den jeweiligen Kontext einer Anwendung berücksichtigen. Dazu sollen kognitive Verhaltensmuster entwickelt werden, die es Agenten erlauben, die Sensoren, welche für eine Aufgabe benötigt werden, zu kombinieren und Daten von Sensoren mehrerer Agenten selektiv zu fusionieren. Der Kontext und dessen Inkonsistenzen sollen mit Hilfe von Verhaltensmodellen erkannt, eine die Sensorintegration betreffende Situationsbeschreibung ermittelt und entsprechende reaktive Aktionen und echtzeitbasierte Verhandlungsprotokolle eingeleitet werden um die Inkonsistenzen zu minimieren.

Konsistenzkonzepte


Wurden bei Konsistenzbetrachtungen zunächst nur exakte Daten herangezogen, so erfolgte in einem weiteren Schritt eine zusätzliche Erweiterung um die Aspekte der Kontextqualität. Die Einführung der sogenannten degradierten Information erfordert gleichzeitig die Definition eines Qualitätskalküls zur Bestimmung der Degradierung von Kontext sowie dem Ableiten von höherwertigem Kontext, der wiederum durch Merkmale der Degradierung ausgezeichnet ist. Die Festlegung solcher Kalküle soll mit der Installation des Querschnittsprojekts Q in dieser Fördeperiode erfolgen. Die Konsistenz betreffenden Arbeiten konnten in Förderperiode 1 durch die Erstellung eines teilprojektübergreifenden Konsistenzberichts abgeschlossen werden. Diese Konzepte dienen SFB-weit als Richtlinie.

Modellbasierte Kommunikation


Das Nexus-System ist offen für ein breites Spektrum an Endgeräten, Kommunikationsnetzen sowie Nutzungsszenarien. Um Kommunikationsvorgänge, insbesondere die Übermittlung von Modelldaten, in dieser heterogenen Umgebung effizient zu gestalten, ist eine anwendungs- und schichtübergreifende kontextbezogene Adaptionssteuerung erforderlich. Hierbei ergeben sich durch die Berücksichtigung von Kontextinformationen (aktuelle Kommunikationsressourcen, Nutzersituation, usw.) weit reichende Optimierungsmöglichkeiten für Adaptionsentscheidungen.
Umgebungsmodellinformationen können ferner genutzt werden, um Nachrichten gezielt an Benutzer mit einem bestimmten Kontext, beispielsweise an einem bestimmten Ort oder in einer bestimmten Situation, zuzustellen. Spezielle Overlay-Netzstrukturen und kontextbasierte Vermittlungsalgorithmen dienen der effizienten Zustellung solcher Contextcast-Nachrichten.

Sicherheitskonzepte


Benutzer, Betreiber und Inhalteanbieter kontextbezogener Systeme haben unterschiedliche Sicherheitsanforderungen. Für die Benutzer ist die Kontrolle über die eigenen Daten ist eine wichtige Anforderung, wohingegen Betreiber und Inhalteanbieter sicherstellen müssen, dass ihre Daten und Dienste nur von autorisierten Benutzern in Anspruch genommen werden und dass deren Nutzung erfasst und abgerechnet werden kann. Voraussetzung für die Akzeptanz kontextbezogener Dienste ist deshalb eine Sicherheitsarchitektur, welche diese Anforderungen sowie weitere rechtliche und regulative Rahmenbedingungen ausgewogen berücksichtigt.

Automatisches Erfassen von Modelldaten


Detaillierte räumliche Umgebungsmodelle sind in großem Umfang nur dann möglich, wenn die erforderlichen Modelldaten automatisch erfasst und die räumlichen Modelle automatisch aufgebaut bzw. nachgeführt werden können. Bisherige Verfahren zur Gewinnung von Modellinformationen sind um Techniken der Sensorfusion und zusätzliche Informationsquellen wie etwa natürlich sprachliche Texte zu erweitern. Entscheidend für die Beurteilung der Kontextqualität ist die Erfassung, Speicherung und Weiterverarbeitung von Qualitätsinformationen. Dabei müssen die Qualitätsdaten so in die Umgebungsmodellverwaltung integriert werden, dass Anwendungen auf diesen zuverlässig arbeiten können.

Methoden der Modellpräsentation und -interaktion


Im Bereich der Modellpräsentation und -interaktion werden effiziente Methoden entwickelt, um Benutzern und Anwendungen, insbesondere den Teilprojekten des SFB, einen intuitiven Zugriff auf Informationen des Umgebungsmodells zu ermöglichen. Die Herausforderung ist dabei, dass abhängig von Kontextinformationen (Position, Richtung, Endgerät, Metadaten, Datentyp, etc.) eine angepasste Visualisierung ermittelt und entsprechend konfiguriert wird. Die Integration kontextbasierter Interaktionsverfahren erlaubt dabei eine Steuerung der Darstellungen durch Kontextinformationen, wie beispielsweise durch Position und Richtung.

Sicherheit, Akzeptabilität, Betreiberaspekte


Fragestellungen zu den Themen Sicherheit und Akzeptabilität sowie Betreiberaspekte ziehen sich durch weite Teile des SFB. Ziel der zweiten Förderperiode ist es, den vielfältigen Sicherheitsanforderungen, die an kontextbezogenen Systeme gestellt werden, auf ausgewogene Weise gerecht zu werden. Dazu muss in einer interdisziplinären Zusammenarbeit eine umfassende, multilaterale und ökonomisch tragfähige Sicherheitsarchitektur erstellt werden, in welcher sowohl die verschiedenen Randbedingungen des Systems als auch die Sicherheitsanforderungen aller Beteiligten identifiziert werden, so weit wie möglich integriert und effizient gelöst werden oder gegebenenfalls gegeneinander abgewogen werden.

Qualität von Kontextinformationen


Kontextinformationen können sich aufgrund ihrer Heterogenität und verschiedener Formen der Kontextgewinnung maßgeblich in ihrer Qualität unterscheiden. Die Verarbeitung und Föderation von Kontextinformationen verschiedener Anbieter erfordert daher ein Referenzmodell zur Metrisierung und Bewertung von Kontextqualität. Dieses muss sowohl die verschiedenen Abstraktionsebenen von Kontextinformation (Sensordaten, beobachtbarer Kontext, Situation) als auch die unterschiedlichen Aspekte von Kontextqualität (Degradierung, Konsistenz, Vertrauen) umfassen.

Höherwertiger Kontext


Das Umgebungsmodell verwaltet bisher beobachtbare Kontextinformationen, wie sie beispielsweise aus Sensoren gewonnen werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass viele kontextbezogene Anwendungen an höherwertigen Kontextinformationen (Situationen) interessiert sind, die aus beobachtbarem Kontext abgeleitet werden müssen.
Aus vorhandenem beobachtbarem Kontext werden Informationen abgeleitet, die im Gesamten als höherwertiger Kontext (Situationen) bezeichnet werden. Da die Ableitung von Situationen sehr aufwändig und auch Kontext abhängig sein kann, ist es sinnvoll, hierfür allgemeine und wiederverwendbare Methoden und Konzepte zu entwickeln. Diese sollen zunächst auf Anwendungsebene entwickelt und später in die Umgebungsmodelldatenverwaltung integriert werden.

Homogenisierung der Anfrageverarbeitung


Für den Umgang mit hochdynamischen Daten sind über einfache Anfrage-Antwort-Muster hinaus zusätzliche Interaktionsformen wie kontinuierliche Anfragen, Anfragen auf Datenströmen oder Benachrichtigungen über das Eintreten von bestimmten Zuständen oder Situationen notwendig. Hierfür muss untersucht werden, wie unterschiedliche Zugriffsmuster und Interaktionsformen flexibel über eine einheitliche Anfrageschnittstelle realisiert werden können. Domänen- und anwendungsspezifische Funktionalität (z.B. Navigationsberechnungen) soll in die allgemeine Anfrageverarbeitung integriert werden. Als Grundlage wird ein Konzept für eine homogenisierte Anfrageverarbeitung benötigt, das verschiedene operatorbasierte Verarbeitungsmethoden zusammenführt.

Anwendungsunterstützung


Die Entwicklung komplexer, kontextbezogener Systeme erfordert neue oder erweiterte Methoden der Softwaretechnik. Kontextbezogene Anwendungen müssen sich kontinuierlich an die physische Welt anpassen und müssen daher hochgradig adaptiv sein. Erschwerend kommt hinzu, dass Sensoren die physische Welt auf Grund von Messfehlern nur unscharf oder gar fehlerhaft wahrnehmen. Anwendungen haben also stets mit unscharfen oder fehlerhaften Daten zu rechnen. Bisherige Anwendungsmodelle sind für solche Annahmen nicht geeignet. Weitere Herausforderungen ergeben sich auch, wenn kontextbezogene Anwendungen nicht isoliert, sondern in bestehenden, häufig prozessorientierten Umgebungen ablaufen.