Мобильное будущее уже началось

Сергей Кузнецов

Обзор майского, 2011 г. номера журнала Computer (IEEE Computer Society, V. 44, No 5, May 2011).

Авторская редакция.
Также обзор опубликован в журнале «Открытые системы»

Тема номера – мобильные вычисления (Mobile Computing). Этой теме посвящены четыре из шести больших статей номера. Приглашённый редактор тематической подборки – Билл Шилит (Bill N. Schilit, Google) Его вводная заметка называется «Мобильный компьютинг: глядя в будущее» («Mobile Computing: Looking to the Future»).

Прошло почти 20 лет с тех пор, как технологический провидец Марк Вайзер (Mark Weiser) предсказал распространение компьютеров размером в дюйм, фут и ярд («The Computer for the 21st Century», Scientific American, Sept. 1991, pp. 94-104). В значительной степени его предсказания уже осуществились — смартфоны (дюйм), планшеты (фут) и подключённые к Internet телевизоры (ярд) резко меняют облик Сети.

Количество «Internet устройств» растёт гораздо быстрее, чем «Internet дексктопов»; многие эксперты предсказывают, что в ближайшие годы число пользователей, выходящих в Интернет с мобильных и встроенных устройств, станет больше числа тех, кто использует для этого настольные компьютеры.

«Умные» устройства так распространились, в том числе, и потому, что мегагерцы, мегабиты в секунду и мегабайты стали такими же коммунальными благами, как вода, газ и электричество. Эти технологии можно назвать «мега-благами» поскольку, как и в случае с перечисленными благами индустриализации, экономия от масштабности распространения и широкая доступность «умных устройств» дает пользователям ряд преимуществ.

Например, благодаря высокоскоростным интегральным схемам стало экономически целесообразным превращение обычных приборов, включая телефоны, фотоаппараты и телевизоры, в «умные» устройства, а благодаря быстрым проводным и беспроводным сетям – передача на эти устройства звука, изображений и видео высокого разрешения. А рост возможностей хранения позволяет компьютерам обрабатывать не компактные удобные для компьютеров ASCII-данные, а удобные для людей аудиовизуальные данные. Эти «мега-блага» были в последние 10 лет важнейшей движущей силой технологического прогресса.

Первая регулярная статья тематической подборки «Слухи о смерти Web сильно преувеличены» (Reports of the Web’s Death Are Greatly Exaggerated) написанаТомми Микконеном и Антеро Тайвалсаари (Tommi Mikkonen, Tampere University of Technology, Finland, Antero Taivalsaari, Nokia Research Center, Finland)

В статье, опубликованной в 2010 году в журнале Wired, Крис Андерсон и Михаэль Вольф (Chris Anderson, Michael Wolff) сделали провокационное заявление: «Всемирная Паутина мертва» («the (World Wide) Web is dead»). Их утверждение основывалось на двух основных аргументах. Первый состоял в том, что интернет-трафик, образуемый скачиванием Web-страниц, с годами намного упал по сравнению с трафиком, образуемым скачиванием видео и музыки. Второй аргумент: пользователи скоро перестанут листать Web-страницы с помощью традиционного браузера, поскольку для большинства сервисов (например, e-mail, Facebook, Twitter и Skype) они предпочитают использовать специализированные приложения. Андерсон и Вольф высказали мнение, что тенденция к использованию таких приложений будет еще более явной на мобильных устройствах, где, по их представлению, браузеры уже проиграли специализированным приложениям.

Несостоятельность первого аргумента Андерсона и Вольфа широко обсуждалась в прессе и в Интернете. Наблюдение, что текстовый трафик мал по сравнению с другими видами трафика, хотя и верно в буквальном смысле, очень обманчиво, так как в то же время использование веб-страниц и браузеров росло почти экспоненциально. Кроме того, браузеры используются для запуска почти всего «тяжелого» трафика в Интернете, т.е. вполне можно сказать, что скачивание видео и музыки – это всего лишь «подтипы» веб-трафика в целом.

Второй аргумент Андерсона и Вольфа про переход от открытого доступа к Web через браузер к специализированным приложениям, вызвал удивительно мало обсуждений. Хотя и есть соблазн думать, что популярность таких приложений для мобильных устройств как-то подтверждает неудачу открытого Web в области мобильных устройств, вполне возможно, что рост специализированных приложений – временный. По мнению авторов данной статьи, на самом деле, открытые приложения в Web со временем станут использоваться чаще специализированных и на мобильных устройствах.

Статью «Технология eco-feedback в действии: мотивация осведомленности об энергопотреблении» («Eco-Feedback on the Go: Motivating Energy Awareness») представили Анна Спаньоли, Никола Корради, Лучано Гамберини, Ева Хогган, Джулио Якуччи, Сесилия Кацеф, Лове Бромс и Ли Йонссон (Anna Spagnolli, Nicola Corradi, Luciano Gamberini, University of Padua, Italy, Eve Hoggan, University of Helsinki, Finland, Giulio Jacucci, Aalto University, Finland, Cecilia Katzeff, Loove Broms, Li Jönsson, Interactive Institute, Sweden)

В течение нескольких лет экономия электроэнергии находится в центре внимания разработчиков приложений человеко-машинных взаимодействий (human-computer interaction, HCI), и интерфейсы, обеспечивающие осведомленность пользователей об энергопотреблении, поддерживаются в разнообразных мобильных устройствах. Теперь доступны коммерческие типовые продукты, поддерживающие осведомленность об энергопотреблении, а также средства, которые обеспечивают эффективный мониторинг пороговых показателей потребления электричества. И коммерческие продукты, и исследовательские прототипы направлены на то, чтобы стали не нужны традиционные ежемесячные счета за потребление электроэнергии. Они обеспечивают удобную обратную связь с пользователем на основе использования мобильных телефонов или карманных компьютеров.

Эти технологии с экологической обратной связью обеспечивают различные возможности переосмысления энергопотребления. Обратная связь, ориентированное на некоторое устройство или пользователей, может включать информацию о текущем или прошлом энергопотреблении, различные подсказки и советы. Среда обратной связи включает дисплеи десктопов, мобильные устройства, а также внешние интерфейсы, находящиеся на периферии внимания пользователей. Такой внешний интерфейс может поддерживаться, например, на двери холодильника, меняющей цвет для передачи информации о температуре внутри холодильника.

Хотя обратную связь обеспечивают многие интерфейсы, наблюдается недостаточное внимание к результатам из области экологической психологии (environmental psychology), в соответствии с которыми следует избегать измерений, выраженных в денежных единицах, и ориентации обратной связи на какую-либо конкретную цель типа «ежегодного сокращения энергопотребления на 5%». Для обеспечения принципов разработки интерфейсов обратной связи, основанных на этих идеях, авторы создали приложение EnergyLife для мобильных устройств, которое предоставляет информацию о пороговом потреблении электричества бытовыми, нагревательными, осветительными и другими устройствами, обладающими пороговыми значениями энергопотребления. В настоящее время подобные интерфейсы обеспечиваются для каждого устройства по отдельности.

Цели работы состояли в обеспечении действенной обратной связи без перегрузки информацией пользователей, а также в содействии экономии потребления электричества. Для достижения второй цели в EnergyLife поддерживается игровая среда, обеспечивающая пользователям новые возможности после достижения ими некоторых поставленных целей.

Домовладельцам, использовавшим EnergyLife, за месяц удалось добиться сокращения энергопотребления на 5%. Хотя EnergyLife – это всего лишь исследовательский прототип, авторы статьи полагают, что при создании этого приложения был сделан важный шаг на пути к обеспечению домовладельцев информацией об энергопотреблении и сокращению его текущего уровня.

Авторами статьи «Просмотр “Интернета вещей” с использованием интеллектуальных экранов» («Browsing the Internet of Things with Sentient Visors») являются Антонио Гарсия-Масиас, Хорхе Альварес-Лозано, Пауль Эстрада-Мартинес, Эдгардо Авилес-Лопес (J. Antonio Garcia-Macias, Jorge Alvarez-Lozano, Paul Estrada-Martinez, Edgardo Aviles-Lopez, CICESE Research Center, Mexico)

Еще до изобретения WWW существовали компьютерные системы, с переменным успехом позволявшие пользователям ориентироваться в информационном пространстве Internet. Так, Archie предоставляла доступ к репозиториям данных через FTP, а Gopher – просмотр тем через меню. Но Паутина предоставила новые возможности, которых не было у предшественников: единообразное именование и доступ по URL, и позволила просматривать информацию на основе согласованных парадигмы (гипермедиа) и интерфейса (браузер).

Web 2.0 идет дальше организации и поиска информации, предоставляя средства для создания пользовательского контента и социальных сетей. Не так давно в Семантической Паутине началась реализация предвидения семинара Тима Бернерса-Ли (Tim Berners-Lee) о появлении читабельных для машин мета-данных, что позволит агентам и другим программам получать доступ к Паутине более интеллектуальным образом.

Четвертая стадия эволюции Паутины вырисовывается в наше время, когда к Internet подключаются самые разные устройства – сенсоры, бытовые приборы, осветительные приспособления, приводы и т.д. В этом «Интернете Вещей» (ИВ) разработчики улучшают обычные приборы с помощью технологий (например, встроенных микроконтроллеров и радиопередатчиков), чтобы предоставить им вычислительные и коммуникационные возможности, тем самым создавая «умные объекты».

При разработке интеллектуальных экранов следует учитывать наличие шести измерений проектного решения

Авторы полагают, что можно расширить текущую парадигму универсального просмотра информации в ИВ. Как бы то ни было, любой пользователь должен учитывать важные различия между Internet и ИВ, который состоит скорее из комбинации виртуальных и физических объектов, чем из документов. Эти различия приводят авторов статьи к некоторому пространству проектных решений ИВ-браузеров, называемых «интеллектуальными экранами», и разработке прототипа соответствующей системы.

Последнюю статью тематической подборки под названием «Преобразование смартфонов в автомобильные платформы приложений» («Morphing Smartphones into Automotive Application Platforms») написали Раджа Бозе, Йорг Бракензиек, Кейн-Янг Парк и Джонатан Лестер (Raja Bose, Jörg Brakensiek, Keun-Young Park, Jonathan Lester, Nokia Research Center Palo Alto).

Появление доступных всем хранилищ приложений (application store) вкупе с совершенствованием возможностей программного обеспечения и аппаратуры превращает смартфоны в электронное подобие швейцарских армейских ножей. Смартфоны обеспечивают разнообразные сервисы от поддержки навигации до развлечений, и мобильные приложения обеспечивают доступность контента в любое время и в любом месте.

Однако автомобилисты не наблюдают значительных изменений в доступности контента из-за необходимости обеспечения безопасности. Многие водители страдают опасной привычкой использовать мобильные устройства во время управления автомобилем, из-за чего принимаются все новые законы, запрещающие водителям отвлекаться. Но по мере дальнейшей индустриализации общества все больше времени люди проводят за рулем. Даже если владельцы автомобилей решаются установить дорогостоящие информационно-развлекательные системы (in-vehicle infotainment – IVI), обычно они оказываются ограниченными небольшим набором приложений, обеспечиваемым производителем автомобиля. Это связано с замкнутой и специализированной природой существующих платформ.

Компания Nokia совместно с компанией Consumer Electronics разработала технологию Terminal Mode, позволяющую преобразовывать смартфоны из платформ мобильных приложений в автомобильные платформы приложений. Эта технология открывает новые возможности для разработки и внедрения мобильных приложений, ориентированных на их безопасное использование внутри автомобилей.

Вне тематической подборки опубликованы две большие статьи. Статью «На пути к Web равных возможностей: приложения, стандарты и инструменты, повышающие уровень доступности» («Toward an Equal Opportunity Web: Applications, Standards, and Tools that Increase Accessibility») написали Лурдес Морено, Палома Мартинес, Анна Иглезиас и Белен Руиз-Мезква (Lourdes Moreno, Paloma Martínez, Ana Iglesias, Belén Ruiz-Mezcua, Carlos III University of Madrid).

Развитые Internet-приложения (rich Internet applications, RIA) и поддерживающие их технологии, такие как JavaScript и Flash, встраивают программные компоненты в агентов пользователей или в браузеры на стороне клиента, что позволяет повысить динамичность Web-контента и сделать Web-сайты более привлекательными и интерактивными. На основе асинхронных клиент-серверных коммуникаций RIA могут обеспечить интерактивность, близкую к той, которой обладают десктопные приложения. Однако от этой интерактивности выигрывают не все пользователи. Например, пользователям-инвалидам приходится получать доступ к Web с помощью вспомогательных технологий, таких как скринридер, читающий вслух содержимое экрана дисплея. Поскольку RIA-технологии относятся в методам программирования на стороне клиентов, все программные компоненты требуется загрузить до начала взаимодействия. Поэтому, например, скринридер не может прочитать обновленный вариант экрана, что снижает уровень доступности контента пользователям.

К счастью, с использованием Semantic Web разработчики интерфейсов могут обеспечить их адаптацию к конкретным потребностям пользователей, позволяя агентам пользователей и браузерам понимать семантическую разметку. В Web-сайтах, разработанных в соответствии с руководством по обеспечению доступности Web-контента (Web Content Accessibility Guidelines, WCAG), обеспечивается семантика разметки, которая может интерпретироваться вспомогательными технологиями и успешно транслироваться пользователям. В дополнение к методам, уже обеспечивающим динамические контекстные подсказки, разработчики могут использовать API, обеспечивающими вспомогательным технологиям доступ к динамическому контенту. Еще более важно то, что интерактивные технологии могут обеспечить дополнительные возможности обучения пользователей-инвалидов. Например, для пользователей со слабыми способностями к обучению может обеспечиваться мультимодальное взаимодействие, поскольку они могут приспособить интерфейс к своим потребностям, что позволит им выбрать наиболее подходящий Web-контент.

Однако цели обеспечения равных возможностей не так уж легко достичь. Для полностью статической Web-страницы достаточным является эффективное линейное представление, но в интерактивной технологии возможны обновления контента, препятствующие линейному подходу. Пользователи должны знать о возможности обновления и иметь возможность доступа к новому контенту без нарушения выполнения текущей задачи. Для этого вспомогательные технологии должны достаточно хорошо понимать семантику. Для повышения уровня доступности контента требуется разработка новых инструментальных средств, а также средств тестирования, упрощающих и ускоряющих разработку приложений Web 2.0.

Последняя крупная статья майского номера называется «Разработка неоднородных роботехнических систем: подход на основе программной архитектуры» («Engineering Heterogeneous Robotics Systems: A Software-Architecture-Based Approach»). Ее авторами являются Невад Медвикович, Хуссейн Таджали, Джошуа Нарсиа, Иво Крка, Юрий Брюн и Джордж Эдвардс (Nenad Medvidovic, Hossein Tajalli, Joshua Garcia, Ivo Krka, University of Southern California, Yuriy Brun, University of Washington, George Edwards, Blue Cell Software).

Роботехнические системы демонстрируют характеристики, свидетельствующие в пользу программной инженерии. К числу этих характеристик относятся высокий уровень неоднородности подсистем; строгие эксплуатационные требования, диктуемые потребностью во взаимодействии с реальным миром в реальном времени; сложность системы, справиться с которой не может одиночный разработчик.

Разработчики роботехнических систем все чаще применяют методы программной инженерии, однако распространенной практикой является разработка с нуля для каждой новой роботехнической системы аппаратов принятия решений и управления. После этого обнаруживается, что это программное обеспечение неотделимо от остальной части системы, и с нуля разрабатывается вся система в целом.

Эту проблему только частично облегчает использование библиотек роботехнического программного обеспечения, таких как Player and CLARAty. Хотя эти библиотеки включают промежуточное программное обеспечение, ориентированное на роботехнику, поддерживающее инфраструктуру систем и помогающее реализовать, например, распределенные коммуникации и мобильность кода, существующие решения никаким образом не способствуют поддержке на всем цикле разработке структуры системы, сформированной на стадии ее проектирования.

Кроме того, использование этих библиотек приводит к созданию приложений, которые невозможно портировать на роботехнические платформы, еще не поддерживающие данную библиотеку. Подобным образом, разработчикам приходится самим придумывать решения (например, для динамической загрузки компонентов), не поддерживаемые в используемой ими библиотеке.

Подходы, основанные на использовании методов программной инженерии для создания роботехнических систем, обеспечивают повторное использование проектных решений и реализацию инфраструктурных программных средств. Однако в этих подходах часто игнорируются важные проблемы программной инженерии, например, на стадии начального проектирования не исследуется пространство проектных решений, отсутствует анализ моделей системы и т.д.

Подход, предлагаемый авторами статьи, позволяет преодолеть эти недостатки. Основой подхода является архитектура программного обеспечения, т.е. набор основных проектных решений, встраиваемых в компоненты системы (операционные сущности, производящие вычисления), коннекторы (сущности, поддерживающие взаимодействие и координацию компонентов) и конфигураторы (собирающих компоненты и коннекторы в соответствии с целевой топологией системы).

До следующей встречи, Сергей Кузнецов (kuzloc@ispras.ru).