Pervasive Computing, auch Ubiquitous Computing genannt, ist der wachsende Trend, Rechenkapazitäten (im Allgemeinen in Form von Mikroprozessoren) in Alltagsgegenstände einzubetten, damit diese effektiv kommunizieren und nützliche Aufgaben auf eine Art und Weise ausführen können, die die Notwendigkeit für den Endbenutzer minimiert, mit Computern als Computern zu interagieren. Pervasive Computing-Geräte sind mit dem Netz verbunden und ständig verfügbar.
Im Gegensatz zum Desktop-Computing kann Pervasive Computing mit jedem Gerät, zu jeder Zeit, an jedem Ort und in jedem Datenformat über ein beliebiges Netz erfolgen und Aufgaben von einem Computer auf einen anderen übertragen, wenn sich ein Benutzer beispielsweise von seinem Auto in sein Büro begibt. Pervasive Computing-Geräte haben sich weiterentwickelt und umfassen:
- Laptops;
- Notebooks;
- Smartphones;
- Tablets;
- Wearable Devices;
- und Sensoren (z. B. an Flottenmanagement- und Pipeline-Komponenten, Beleuchtungssystemen, Geräten).
Oftmals als Nachfolger des Mobile Computing betrachtet, umfasst das Ubiquitäre Computing im Allgemeinen drahtlose Kommunikations- und Netzwerktechnologien, mobile Geräte, eingebettete Systeme, tragbare Computer, RFID-Etiketten (Radio Frequency ID), Middleware und Software-Agenten. Internet-Funktionen, Spracherkennung und künstliche Intelligenz (KI) sind oft ebenfalls enthalten.
Wie Ubiquitous Computing eingesetzt wird
Pervasive Computing-Anwendungen wurden für die Nutzung durch Verbraucher und zur Unterstützung von Menschen bei der Erledigung ihrer Arbeit entwickelt.
Ein Beispiel für Pervasive Computing ist eine Apple Watch, die den Benutzer auf einen Telefonanruf aufmerksam macht und es ermöglicht, den Anruf über die Uhr zu tätigen. Ein anderes Beispiel ist ein registrierter Nutzer von Audible, dem Hörbuchserver von Amazon, der sein Buch mit der Audible-App auf einem Smartphone im Zug startet und das Buch zu Hause über Amazon Echo weiter anhört.
Eine Umgebung, in der überall vorhandene Geräte in der Lage sind, irgendeine Form der Datenverarbeitung durchzuführen, kann als allgegenwärtige Datenverarbeitungsumgebung betrachtet werden. Zu den Branchen, die Geld für Forschung und Entwicklung (R&D) für Ubiquitäres Computing ausgeben, gehören die folgenden:
- Energie
- Unterhaltung
- Gesundheitswesen
- Logistik
- Militär
Bedeutung
Da allgegenwärtige Computersysteme in der Lage sind, Daten zu sammeln, zu verarbeiten und zu übermitteln, können sie sich an den Kontext und die Aktivität der Daten anpassen. Das bedeutet im Wesentlichen ein Netzwerk, das seine Umgebung verstehen und die menschliche Erfahrung und Lebensqualität verbessern kann.
Geschichte
Ubiquitäres Computing wurde zuerst im Olivetti Research Laboratory in Cambridge, England, entwickelt, wo der Active Badge, ein „Clip-on-Computer“ in der Größe eines Mitarbeiterausweises, entwickelt wurde, der es dem Unternehmen ermöglichte, den Standort von Personen in einem Gebäude sowie die Objekte, an denen sie befestigt waren, zu verfolgen.
Bild: Dieses Diagramm des Pervasive Computing zeigt die Rolle von Sensoren und anderen eingebetteten Geräten mit geringem Stromverbrauch im Pervasive Computing.
Mark Weiser, der weitgehend als Vater des Ubiquitous Computing gilt, und seine Kollegen bei Xerox PARC begannen bald darauf mit dem Bau früher Inkarnationen von Ubiquitous Computing-Geräten in Form von „Tabs“, „Pads“ und „Boards“.“
Weiser beschrieb das Konzept des Ubiquitous Computing folgendermaßen:
Inspiriert von den Sozialwissenschaftlern, Philosophen und Anthropologen am PARC haben wir versucht, einen radikalen Blick darauf zu werfen, wie Computing und Networking sein sollten. Wir glauben, dass die Menschen durch ihre Praktiken und ihr stillschweigendes Wissen leben, so dass die leistungsfähigsten Dinge diejenigen sind, die in der Anwendung praktisch unsichtbar sind. Dies ist eine Herausforderung, die die gesamte Informatik betrifft. Unser vorläufiger Ansatz: Aktivieren Sie die Welt. Bereitstellung von Hunderten von drahtlosen Computergeräten pro Person und Büro in allen Größenordnungen (von 1-Zoll-Displays bis zu wandgroßen Geräten). Dies erforderte neue Arbeiten in den Bereichen Betriebssysteme, Benutzerschnittstellen, Netzwerke, drahtlose Kommunikation, Displays und vielen anderen Bereichen. Wir nennen unsere Arbeit ‚Ubiquitäres Computing‘. Das ist etwas anderes als PDAs, Dynabooks oder Informationen an Ihren Fingerspitzen. Es ist ein unsichtbares, allgegenwärtiges Computing, das nicht auf einem persönlichen Gerät irgendeiner Art lebt, sondern überall zu finden ist.
Später schrieb er:
Seit 30 Jahren ist das meiste Schnittstellendesign und das meiste Computerdesign auf den Weg der „dramatischen“ Maschine gegangen. Ihr höchstes Ideal ist es, einen Computer so aufregend, so wunderbar, so interessant zu machen, dass wir nie mehr ohne ihn sein wollen. Einen weniger ausgetretenen Pfad nenne ich den „unsichtbaren“: Das höchste Ideal ist es, einen Computer so eingebettet, so passend, so natürlich zu machen, dass wir ihn benutzen, ohne überhaupt darüber nachzudenken. (Ich habe dieses Konzept auch „Ubiquitäres Computing“ genannt und seine Ursprünge in der Postmoderne verortet.) Ich glaube, dass sich in den nächsten 20 Jahren der zweite Weg durchsetzen wird. Aber das wird nicht einfach sein; nur sehr wenig von der Infrastruktur unseres derzeitigen Systems wird überleben. In den letzten vier Jahren haben wir am PARC Versionen der zukünftigen Infrastruktur in Form von zentimeter-, fuß- und metergroßen Computern gebaut, die wir Tabs, Pads und Boards nennen. Unsere Prototypen haben sich manchmal bewährt, sind aber häufiger daran gescheitert, unsichtbar zu sein. Auf der Grundlage unserer Erkenntnisse erforschen wir nun einige neue Richtungen für Ubicomp, darunter das berühmte ‚Dangling String‘-Display.
Der Begriff Pervasive Computing wurde Ende der 90er Jahre durch die Gründung der IBM-Abteilung für Pervasive Computing populär. Obwohl der Begriff heute synonym verwendet wird, stellte Professor Friedemann Mattern von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich in einer Arbeit aus dem Jahr 2004 fest:
Weiser sah den Begriff „Ubiquitous Computing“ in einem eher akademischen und idealistischen Sinne als eine unaufdringliche, auf den Menschen ausgerichtete Technologievision, die erst in vielen Jahren verwirklicht werden wird, doch die Industrie hat den Begriff „Pervasive Computing“ mit einer etwas anderen Ausrichtung geprägt. Dieser bezieht sich zwar auch auf die allgegenwärtige Informationsverarbeitung, zielt aber primär darauf ab, diese Informationsverarbeitung in naher Zukunft in den Bereichen des elektronischen Handels und der webbasierten Geschäftsprozesse einzusetzen. In dieser pragmatischen Variante – bei der neben verschiedenen mobilen Geräten wie Smartphones und PDAs auch die drahtlose Kommunikation eine wichtige Rolle spielt – fasst Ubiquitous Computing bereits Fuß in der Praxis.
Pervasive Computing und das Internet der Dinge
Das Internet der Dinge (IoT) hat sich weitgehend aus dem Pervasive Computing entwickelt. Obwohl einige behaupten, dass es kaum oder gar keine Unterschiede gibt, entspricht das IoT eher dem Pervasive Computing als Weisers ursprünglicher Auffassung vom Ubiquitous Computing.
Wie beim Pervasive Computing kommunizieren die mit dem IoT verbundenen Geräte miteinander und liefern Benachrichtigungen über die Nutzung. Die Vision des Pervasive Computing ist eine weit verbreitete Rechenleistung, die in Alltagsgegenständen des täglichen Lebens steckt. Das Internet der Dinge (IoT) ist auf dem besten Weg, diese Vision zu verwirklichen und alltägliche Gegenstände in vernetzte Geräte zu verwandeln, erfordert jedoch bisher einen hohen Konfigurationsaufwand und eine Interaktion zwischen Mensch und Computer – etwas, was beim Ubiquitous Computing nach Weiser nicht der Fall ist.
Das Internet der Dinge kann drahtlose Sensornetzwerke nutzen. Diese Sensornetzwerke sammeln Daten von den einzelnen Sensoren der Geräte, bevor sie an den IoT-Server weitergeleitet werden. In einer Anwendung der Technologie, z. B. beim Sammeln von Daten darüber, wie viel Wasser aus den Wasserleitungen einer Stadt austritt, kann es sinnvoll sein, zunächst Daten vom drahtlosen Sensornetz zu sammeln. In anderen Fällen, zum Beispiel bei tragbaren Computergeräten wie einer Apple Watch, ist es besser, die Datenerfassung und -verarbeitung direkt an einen Server im Internet zu senden, in dem die Computertechnologie zentralisiert ist.
Vorteile des Pervasive Computing
Wie oben beschrieben, erfordert das Pervasive Computing weniger menschliche Interaktion als eine allgegenwärtige Computerumgebung, in der es zwar mehr angeschlossene Geräte gibt, aber die Extraktion und Verarbeitung von Daten mehr Eingriffe erfordert.
Da Pervasive-Computing-Systeme in der Lage sind, Daten zu sammeln, zu verarbeiten und zu übermitteln, können sie sich an den Kontext und die Aktivität der Daten anpassen. Das bedeutet im Wesentlichen, dass ein Netzwerk, das seine Umgebung verstehen kann, die menschliche Erfahrung und Lebensqualität verbessern kann.
Beispiele
Beispiele für Pervasive Computing sind elektronische Mautsysteme auf Autobahnen, Tracking-Anwendungen wie Life360, die den Standort des Nutzers, die Geschwindigkeit, mit der er fährt, und die Akkulaufzeit seines Smartphones verfolgen können, Apple Watch, Amazon Echo, intelligente Ampeln und Fitbit.