Pervasive Computing - Cheatsheet

Grundlagen und Definitionen des Pervasive Computing

Definition:

Pervasive Computing (oft auch als Ubiquitous Computing bezeichnet) meint das nahtlose Einbinden von Rechentechnik in den Alltag, sodass sie ständig verfügbar ist, aber kaum wahrgenommen wird.

Details:

• Allgegenwärtige Datenverarbeitung und Kommunikation im Hintergrund
• Integration von Rechentechnik in alltägliche Objekte
• Kontextsensitivität: Systeme reagieren auf den Nutzerkontext
• Vernetzung und Interoperabilität unterschiedlicher Geräte
• Ziel: Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit und Effizienz
• Beispiele: Smart Homes, Wearable Technology, IoT (Internet of Things)

Sensorik und Aktorik in Ubiquitous Computing Systemen

Definition:

In Ubiquitous Computing beschreibt Sensorik die Erfassung von Umgebungsdaten, während Aktorik auf die Interaktion bzw. Rückwirkung auf die Umgebung abzielt.

Details:

• Sensordaten werden oft in Echtzeit verarbeitet.
• Typische Sensoren: Temperatur, Licht, Bewegung, Feuchtigkeit.
• Typische Aktoren: Motoren, Lautsprecher, Lichter.
• Wichtige Begriffe: Sensorfusion, Aktorsteuerung.
• Herausforderung: Energieeffizienz, Latenzzeiten.

Ethik und Datenschutz im Pervasive Computing

Definition:

Im Pervasive Computing sind Ethik und Datenschutz zentrale Themen, die sicherstellen sollen, dass Technologien verantwortungsbewusst und unter Achtung der Privatsphäre eingesetzt werden.

Details:

• Datenminimierung: Nur notwendige Daten erfassen und speichern.
• Transparenz: Nutzer muss über Datenerfassung und -nutzung informiert sein.
• Zustimmung: Einwilligung der Nutzer zur Datennutzung einholen.
• Anonymisierung: Persönliche Daten wenn möglich anonymisieren.
• Datensicherheit: Schutz vor unberechtigtem Zugriff und Datenverlust.
• Gesetzeskonformität: Einhaltung gesetzlicher Vorschriften wie DSGVO.

Interoperabilität und Standards für Integrationsplattformen

Definition:

Fähigkeit verschiedener Systeme und Organisationen, miteinander zu kommunizieren und zu interagieren, durch standardisierte Schnittstellen und Protokolle.

Details:

• Standards erleichtern den Datenaustausch und die Zusammenarbeit zwischen Systemen.
• Vermeidung von Vendor-Lock-in durch offene Standards.
• Beispiele für Standards: REST, SOAP, MQTT, OPC UA.
• Erfordert oft Konformitätstests und Zertifizierungen.
• Interoperabilität auf verschiedenen Ebenen: Daten-, Anwendung-, Infrastruktur-Ebene.

Protokolle für drahtlose Kommunikation in Sensornetzen

Definition:

Protokolle ermöglichen drahtlose Kommunikation zwischen Sensorknoten in einem Sensornetzwerk; Optimierung für Energieeffizienz, Datenübertragung und Netzwerklebensdauer.

Details:

• Ziel: Minimierung des Energieverbrauchs
• Typen: MAC-Protokolle (Medium Access Control), Routing-Protokolle
• MAC-Protokolle: TDMA, CSMA/CA
• Routing-Protokolle: Proaktive (z.B. OLSR), Reaktive (z.B. AODV)
• Herausforderungen: Energieeffizienz, Skalierbarkeit, Robustheit

Smart Homes und intelligente Gebäude als Anwendungsbeispiele

Definition:

In der Vorlesung Pervasive Computing illustrieren Smart Homes und intelligente Gebäude die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologie in Alltagsgegenstände und -umgebungen.

Details:

• Automation von Haushaltsgeräten und Systemen mittels Sensorik und Aktorik
• Überwachungs- und Sicherheitssysteme (z.B. Kameras, Alarmsysteme)
• Intelligente Energieverwaltung und Umweltsteuerung
• Vernetzung und Interoperabilität verschiedener Geräte und Systeme
• Nutzerzentrierte Adaptivität und Personalisierung
• Anwendung von maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz

Mikrocontroller und Prozessorarchitekturen

Definition:

Mikrocontroller: Integriertes System mit CPU, Speicher und Peripheriegeräten auf einem Chip. Prozessorarchitekturen: Struktur und Organisation eines Prozessors (z.B. ARM, x86).

Details:

• Mikrocontroller: oft in Embedded Systems, gesteuert durch Firmware
• ARM-Architektur: verbreitet in mobilen Geräten, energieeffizient
• x86-Architektur: benutzt in PCs, leistungsstark, komplexeres Design
• Von-Neumann-Architektur: gemeinsamer Speicher für Daten und Programme, flexibles Design
• Harvard-Architektur: separate Speicher für Daten und Programme, schneller Zugriff
• RISC (Reduced Instruction Set Computing): einfache Befehle, schnellere Ausführung
• CISC (Complex Instruction Set Computing): komplexe Befehle, mehr Funktionen pro Befehl
• Parallele Verarbeitung: mehrere Befehle gleichzeitig ausführen

Software-Frameworks und APIs für die Systemintegration

Definition:

Verwendung von Software-Frameworks und APIs zur Ermöglichung der Interoperabilität und nahtlosen Kommunikation zwischen verschiedenen Softwaresystemen.

Details:

• Erlauben Wiederverwendung von Code
• APIs bieten standardisierte Schnittstellen
• Vereinfachen Entwicklung und Wartung
• Bsp.: RESTful APIs, SOAP, gRPC
• Frameworks wie Spring, .NET, Django
• Zentrale Konzepte: Endpunkte, Authentifizierung, Datenformate (JSON, XML)