Как заставить бытовые устройства работать вместе

Сергей Кузнецов
17.02.2005
Открытые системы, #01/2005

Тема декабрьского 2004 года номера журнала Computer (IEEE Computer Society, Vol. 37, No. 12, December 2004) — «Персональные компьютерные системы следующего поколения». Заметим, что речь идет не о «персональных компьютерах» следующего поколения, да и вообще не о персональных компьютерах в привычном понимании этого термина. Скорее, имеется в виду массовое использование разнообразных компьютерных устройств в ближайшие годы. Теме посвящены четыре из пяти больших статей номера.

Тематическую подборку открывает статья Брэда Майерса (Brad Myers), Джеффри Николса (Jeffrey Nichols), Джекоба Воброка (Jacob Wobbrock) из Университета Карнеги-Меллонf и Роберта Миллера (Robert Miller) из Массачусетского технологического института, озаглавленная «Новый уровень использования переносных устройств» (Taking Handheld Devices to the Next Level). В Институте человеко-компьютерных взаимодействий университета Карнеги-Меллона с 1997 года реализуется проект Pebbles (www.cs.cmu.edu/~pebbles), посвященный исследованию возможных применений переносных устройств, подобных карманным компьютерам (КПК) или мобильным телефонам, для более простого и эффективного управления. В ходе проекта, в частности, было реализовано более 30 приложений, обеспечивающих новые способы применения КПК для беспроводного управления в офисах, комнатах для совещаний, учебных классах, квартирах, на заводах и военных командных пунктах. В приложениях для управления персональным компьютером переносное устройство дополняет и контролирует ПК при его обычном функционировании. Выполняемое на КПК приложение общается с ПК при помощи любого беспроводного или проводного соединения (802.11, Bluetooth, последовательный канал, USB и т.п.). Для применения в бизнесе разработано приложение RemoteCommander, позволяющее людям совместно работать с общим персональным компьютером через переносные устройства. Совместно с приложением EdgeWrite, приложение RemoteCommander оказалось полезным для людей с нарушениями двигательного аппарата. Несколько приложений способствуют представлению презентаций, подготовленных в PowerPoint (имитируют и расширяют функции лазерной указки, позволяют на ходу редактировать слайды и т.д.). Все эти приложения были успешно адаптированы для применения на военных командных пунктах. Для применения в области образования были разработаны приложения, облегчающие взаимодействие преподавателя со студентами; с помощью КПК студенты отвечают на вопросы преподавателя. Наконец, для применения КПК в целях управления разнообразными интеллектуальными бытовыми приборами разработан персональный универсальный контроллер (personal universal controller, PUC), интерфейсы которого создаются автоматически на основе спецификаций функциональности устройств, которые представляются на разработанном авторами языке, базирующемся на XML. Проект продолжается; в ближайших планах его участников числится исследование возможностей полезного использования КПК инвалидами, а также продолжение работы над персональным универсальным контроллером.

Авторы следующей статьи — Торстен Пранте (Thorsten Prante), Норберт Стретц (Norbert Streitz) и Петер Тандлер (Peter Tandler). Статья называется «Комнатные средства: компьютеры исчезают, а взаимодействие развивается» (Roomware: Computers Disappear and Interaction Evolves). В Объединенном институте издательских и информационных систем Фраунхофера (Дармштадт, Германия) разрабатывается подход к созданию информационной среды для поддержки совместной работы. Данная среда должна обеспечивать компьютерную поддержку взаимодействия человека с информацией и общения людей. При этом сами компьютеры отступают на второй план, то есть в некотором смысле «исчезают». Подход основан на предложенной авторами идее «кооперативных строений» (cooperative building). Здесь термин «строение» используется, чтобы подчеркнуть, что начальной точкой разработки системы являются архитектурные среды. Эти строения объявляются «корпоративными», поскольку, во-первых, служат целям человеческой кооперации и общения и, во-вторых, в них используются активные и адаптивные компоненты. Авторы называют эти компоненты «комнатными» (roomware). Такие компоненты интегрируют информационную и коммуникационную технологию в элементы комнаты, например в стены и фурнитуру. В статье обсуждается ряд примеров подобных компонентов. DynaWall представляет собой большое, чувствительное к прикосновениям устройство отображения и взаимодействия, монтируемое на стене. Устройство включает три сегмента отображения, управляемые отдельными компьютерами, размером 1,1x4,5 метра. InteracTable — это чувствительный к прикосновениям плазменный дисплей, монтируемый в крышу стола. Размеры экрана дисплея составляют 63x110 сантиметров. CommChair сочетает подвижность и удобство рабочего кресла с функциональностью перьевого компьютера. У этого компонента имеется независимый источник питания, и он соединен со всеми другими компонентами беспроводной сетью. Наконец, ConnecTable — это модульный вариант CommChair. Пользователи могут сидеть перед этим устройством на обычном кресле или поставить его вертикально. Несколько компонентов ConnecTable могут быть «соединены» между собой через сенсоры, которые опознают ближайший экземпляр ConnecTable. В этом расширенном рабочем пространстве возможна коллективная работа пользователей. Компоненты объединяются с помощью программной инфраструктуры BEACH (Basic Environment for Active Collaboration with Hypermedia), предназначенной для синхронизации групповой работы в среде разнородных компьютерных устройств. Часть разработанных компонентов коммерциализована одним из ведущих немецких поставщиков офисной фурнитуры и успешно продается.

Статью «Ансамбли устройств» (Device Essembles) написали Билл Шилит (Bill Schilit) и Уттам Сенгупта (Uttam Sengupta). Сегодняшние ноутбуки, мобильные телефоны, КПК, цифровые фотокамеры, музыкальные проигрыватели, игровые приставки и многие другие потребительские электронные устройства обладают большим набором мощных и полезных возможностей. Однако попытка заставить эти устройства работать совместно может разочаровать. Для этих целей для замены инфракрасных коммуникаций предлагаются новые маломощные беспроводные технологии, такие как Bluetooth, обеспечивающие сравнительно высокую пропускную способность. В то же время индустрии, производящие и потребляющие электронику, определяют необходимые стандарты интероперабельности. Авторы полагают: при повсеместном наличии беспроводных сетей будет сохраняться тенденция к расширению множества интеллектуальных потребительских электронных устройств со встроенными ИТ-компонентами. В статье приводится обзор исследований (на четырех уровнях: канальном, сетевом, уровне данных и прикладном), которые приближают человечество к эре компьютерных систем, основанных на ансамблях устройств.

Среди развивающихся технологий канального уровня авторы прежде всего выделяют приходящую на смену Bluetooth технологию ультраширокополосных соединений UWB, которая в настоящее время обеспечивает скорость передачи в 40-60 Мбит/с, а в перспективе — до 1 Гбит/с. Оборудование UWB обеспечивает широковещание в широком диапазоне частот при очень низком энергопотреблении. В среде сенсорных сетей имеются сторонники технологии ZigBee (www.zigbee.org), в которой используются нелицензируемые радиочастоты 2,4 ГГц (по всему миру), 915 МГц (Северная Америка) и 868 МГц (Европа). На этих частотах может быть обеспечена пропускная способность в 250 Кбит/с (10 каналов), 40 Кбит/с (6 каналов) и 20 Кбит/с (1 канал). Ожидается, что в зависимости от мощности питания и особенностей внешней среды длина зоны передачи будет составлять от 10 до 80 метров. Наконец, организация Near Field Communication Forum (www.nfc-forum.org) предложила технологию NFC, основанную на распознавании радиочастоты. Радиус действия данной технологии составляет несколько дюймов, поэтому может оказаться удобным использовать ее как вспомогательную для Wi-Fi, Bluetooth и UWB.

Среди развитых структур сетевого уровня выделяется Jini компании Sun Microsystems. Федерация Jini означает набор автономных совместно работающих устройств. Структура включает поисковые службы, обеспечивающие информацию о доступных устройствах. Перед включением устройства в федерацию нужно назначить для него IP-адрес, маску подсети, а также, не обязательно, шлюз и DNS-сервер. Microsoft, Intel и ряд других компаний продвигают сетевую структуру Universal Plug and Play (UPnP, www.upnp.org). На основе согласованного протокола самонастройки раскрытия в UPnP допускается построение собственного API-устройства для реализации протоколов прикладного уровня. С использованием специального протокола Simple Service Discovery Protocol (SSDP) устройства могут извещать о своем присутствии в сети и раскрывать доступные устройства. Автоматическое конфигурирование происходит за счет автоматического назначения устройствам IP-адресов и доменных имен с использованием протокола DHCP или резервного пула.

Для обеспечения интероперабельности устройств на уровне данных требуются возможности синхронизации, передачи и форматирования данных. Многие компании поддерживают централизованную архитектуру синхронизации данных между несколькими мобильными устройствами; авторы отмечают решения компаний Apple (iSync), Microsoft (ActiveSync), Intellsync. Над стандартизацией средств синхронизации данных в беспроводной среде (стандарт SyncML) работает альянс Open Mobile Alliance. Исследователи также активно изучают возможности синхронизации в стиле peer-to-peer. Для обеспечения развитых возможностей передачи данных в нескольких исследовательских проектах разрабатываются распределенные системы хранения данных в беспроводных средах. Что же касается форматов данных, то, несмотря на отмечаемые авторами усилия по стандартизации, в ближайшее время для поддержки интероперабельности ансамблей устройств будет требоваться преобразование форматов данных.

Наконец, по поводу прикладного уровня авторы указывают на необходимость дополнительных исследований особенностей построения интерфейсов ансамблей устройств. В частности, требует изучения, какая часть этой трудоемкой работы может быть автоматизирована.

Чандра Нараянасвами (Chandra Narayanaswami) и М.Т. Рагхунат (M.T. Raghunath) представили статью, озаглавленную «Расширение области применений цифровых камер» (Expanding the Digital Camera’s Reach). Развитие нанотехнологий может вскоре привести к появлению запоминающих устройств с плотностью записи в 125 Гбайт на квадратный дюйм. Авторы полагают, что это приведет к тому, что вскоре цифровые камеры исчезнут как отдельное потребительское устройство и будут производиться исключительно комбинированные устройства с функциями мобильного телефона и цифровой фотокамеры. При этом комбинированные устройства будут обладать настолько емкой памятью, что ее будет хватать без стирания ранее запомненных фотографий на все время жизни устройства. Эти устройства будут всем замечательны, но у них, естественно, будет очень небольшой дисплей. Как демонстрируют авторы, при необходимо ограниченных общих размерах комбинированного устройства невозможно существенно повысить возможности дисплея за счет разрешающей способности. Предлагается «футуристическая» идея грядущего симбиоза мобильных телефонно-фотографических устройств со стационарными дисплеями. Мобильное устройство должно само обнаруживать свое нахождение в зоне обслуживания стационарного дисплея, вступать с ним в переговоры по поводу обслуживания и пользоваться его услугами (скажем, для демонстрации фотографий). Помимо изложения этой идеи, авторы обсуждают проблемы, которые придется решать при появлении устройств с такой большой памятью, варианты использования таких устройств, их возможную архитектуру.

Единственная большая статья, не вошедшая в тематическую подборку, написана группой авторов из разных организаций. Первым в списке авторов указан Микаель Линдвалл (Mikael Lindvall). Статья называется «Скорая разработка программного обеспечения в крупных организациях» (Agile Software Development in Large Organizations). Как отмечается в одном из исследований, «имеется множество субъектных доводов в пользу применения скорых методов в проектах разработки некритичных программ». Впрочем, информации об использовании этого подхода при разработке критически важных программных систем не приводится. Понятно, что перед масштабным использованием любой новой технологии нужно убедиться в том, что она действительно работает в требуемом контексте. Это особенно важно для крупных организаций по причине их сложной структуры и потребности интеграции новых и существующих технологий и процессов. С целью дополнительной оценки скорых методов и изучения опыта их практического использования несколько компаний–участников консорциума Software Experience Center решили провести серию исследований по применимости скорых методов в своих организациях. В проекте участвовали компании ABB, DaimlerChrysler, Motorola и Nokia. В статье анализируются результаты, полученные компаниями в следующих областях:

• выявление бизнес-причин, вызвавших потребность в оценке скорых методов;
• выяснение того, удалось ли достичь поставленных целей при выполнении пилотных проектов;
• формулировка уроков, полученных в связи с несовместимостью проектной среды;
• определение выводов по поводу будущего использования скорых методов.

Авторы статьи заключают, что скорые методы отвечают потребностям крупных организаций, в особенности потребностям небольших взаимодействующих групп разработчиков. Однако для интеграции новых методов с существующими процессами и системами поддержки качества требуется существенная работа. Подробное изложение результатов исследования можно найти на сайте http://fc-md.umd.edu/projects/Agile/3rd-eWorkshop/ summary3rdeWorksh.htm.

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