تجارت سیار و محاسبات فراگیر
چکیده
مقدمه
رایانش فراگیر مدل پسادسکتاپ تعامل انسان و رایانه است که در آن پردازش اطلاعات در فعّالیّت‌ها و اشیایی که انسان به طور روزمره با آنها سروکار دارد رواج یافته است. برعکس مدل معمول دسکتاپ که در آن انسان آگاهانه پشت میز رایانه می‌نشیند و کاری انجام می‌دهد، در مدل رایانش فراگیر شخص حتّی بی آن که بداند برای انجام فعالیتی معمولی از بسیاری از سیستم‌ها و وسایل محاسباتی بهره می‌برد.
ایدهٔ رایانش فراگیر به عنوان رایانش نامریی نخستین بار توسط مارک وایزِر در ۱۹۸۸ در شرکت زیراکس مطرح شد.
در حال حاضر رایانش فراگیر حیطه گسترده‌ای از پژوهش‌ها مانند رایانش توزیع‌شده، رایانش سیار، شبکه بیسیم حسگر، تعامل انسان و رایانه و هوش مصنوعی را شامل می‌شود.
برخی از این مدل رایانش به عنوان موج سوم رایانش یاد میکنند. در موج اول افراد زیادی مجبور بودند از یک کامپیوتر به طور مشترک استفاده کنند، در موج دوم هر فرد به یک رایانه دسترسی داشت اما در موج سوم هر فرد به رایانه‌های بسیاری دسترسی دارد. سه مشکل فنی کلیدی در این راه عبارتند از: مصرف انرژی، واسط کاربری و ارتباط بیسیم.
در محیط هاي رایانشی قدیمی، کاربران به یک کامپیوتر رومیزي نیاز داشته و کامپیوترها از طریق سیم و کابل به یکدیگر، به شبکه ها ، به سرورها و دستگاههاي جانبی مانند چاپگر متصلند .این وضعیت استفاده از کامپیوترها را محدود به محیطهاي مجهز به سیم نموده است و مشکلاتی را براي افردي که نیاز به جابه جایی در محل کارشان دارند، به وجود آورده است. خصوصاً فروشندگان، کارمندان، مجریان قانون، بازرسان، کارکنان صنایع همگانی (مانند برق، تلفن و ...) و مجریان، در کل کسانی که متداولاً سفر می کنند، اگر بتوانند از فناوري اطلاعات در شغلشان در محل کار یا سفر استفاده کنند بیشتر تحت تأثیر قرار می گیرند. به علاوه اکثر مردم تمایل دارند که در هر زمان و هر مکان بتوانند به اینترنت متصل شوند و یا از خدمات تلفن همراه استفاده نمایند. یک راه حل براي این وضعیت رایانش سیار می باشد.
رایانش سیار به الگوي محاسباتی که براي کارمندانی که به خارج از محدودهي سازمان سفر میکنند و یا براي هرفردي که در حال حرکت است طراحی شده
است، اشاره دارد. فروشندگان قادر به تهیه ي سند پیشنهاد در ادارات مشتریان می باشند، یک مسافر می تواند تمام ایمیل هاي روزانه را هنگامی که در مسیر است بخواند و پاسخ دهد. یک فرد تا وقتی که باتري دستگاه سیار در حال کار کردن باشد می تواند از آن استفاده کند.
بسیاري از متخصصان بر این باورند که دستگاه کامپیوتري فراگیر ، گام بزرگی در تکامل فرایند دستگاه کامپیوتري می باشد . در محیطی با دستگاه کامپیوتري فراگیر، تقریبا هرچیزي داراي قدرت پردازش و یک اتصال باسیم با بی سیم به شبکه می باشد .مثالی از دستگاه کامپیوتري فراگیر،استفاده از تگ هاي RFID می باشد. ابتکارات بسیار دیگري هم وجود دارند : خانه هاي هوشمند، وسایل هوشمند و شبکه هاي سنسور.
بررسی ادبیات موضوع
در پشت هر تراکنش یا فعالیت تجارت سیار زیرساختهاي نرم افزاری و سخت افزاری و پشتیبانی آنها وجود دارد. بعضی از این زیرساختها (به عناون مثال نقاط دسترسی شبکه، سوئیچهاي سرور ارتباطات سیار ، فرستندگان و دریافت کنندگان سلولی) از اتصال بیسیم پشتیبانی می کنند. دیگر بخش هاي این زیر ساخت (به عنوان مثال ماهواره هاي GPS ، اجاره دهنده هاي GPS، دروازه هاي پروتکل WAP)از دریافت سرویس به صورت اتصال بی سیم پشتیبانی می کنند.
محاسبات فراگیر، نامریی و براي همه جا می باشد؛ این توانایی هاي کامپیوتري هستند که در اجسام دوروبر ماجاسازي شده اند. برعکس، دستگاه کامپیوتري همراه معمولا توسط دستگا ه هایی ارایه شده اند. کامپیوترهاي دستی، تلفن ها، هدست ها و غیره که کاربران همراه خود دارند، حمل می کنند و یا می پوشند. حتی با اینکه دستگاه هاي کامپیوتري همراه به رشد خود از نظر کارکرد، قدرت، و مفیدبودن ادامه می دهند، فناور ي ها ي فراگیر درحال بوجود آمدن هستند .محاسبات فراگیر، دستگاه کامپیوتري تعبیه شده، دستگاه کامپیوتري تکمیلی، یا محاسبات همه جا حاضر نیز نامیده شده است.محاسبات فراگیر در محیط جاسازي شده است اما معمولا همراه نیست. گروهی ، کامپیوتر همه جا حاضر را با ترکیب درجه بالایی از قابلیت تحرك و تعبیه پذیري تعریف می کنند. بنابراین بعنوان مثال، بیشتر وسایل هوشمند در یک خانه هوشمند، نشان دهنده محاسبات فراگیر باسیم، و اجسام همراه با محاسبات تعبیه شده در آنها ، مانند محاسبات تعبیه شده درلباس ها، ماشین ها، و سیستم هاي ارتباط شخصی، نشان دهنده محاسبات همه جا حاضر می باشند. بااین حال، می توان عبارات فراگیر و همه جاحاضر را معادل هم درنظر گرفت . دستگا ههاي کامپیوتري فراگیر در محیط اطراف ما تعبیه شده اند، و می توانند همراه یا ثابت باشند .
منظور از نامریی بودن، این نیست که دستگاه هاي کامپیوتري فراگیر نباید دیده شوند، بلکه برخلاف یک کامپیوتر رومیزي یا دستی، این کامپیوترهاي تعبیه شده به زور وارد آگاهی ما نمی شوند. به موتورهاي الکتریکی فکر کنید. آنها در تمام دستگاه هاي دوروبر ما وجود دارند اما براي ما نامریی هستند و به استفاده از آنها فکر نمی کنیم. کاربر در مورد چگونگی استفاده ازقدرت پردازش در شی مورد نظر فکر نمی کند، بلکه قدرت پردازش، بصورت خودکار در انجام کار به کاربر کمک می کند.
چهار اصل وجود دارند که متضمن تعبیه دستگاه کامپیوتري فراگیر در اجسام بوده و توسعه آنرا تعریف می کنند:
تمرکز زدایی : تمرکز زدایی دستگاه کامپیوتري که با تغییر وضعیت از کامپیوتر پردازنده اصلی متمرکز، به یک کامپیوتر شخصی آغاز شده و در دستگاه کامپیوتري فراگیر ادامه خواهد یافت. درحقیقت، دستگاه هاي کامپیوتري نسل جدید، خود کامپیوترها نخواهند بود بلکه تگ ها، سنسورها،و اجسام معمولی خواهند بود که در یک زیرساختار سرویس محور باهم همکاري می کنند.
گوناگون سازي : دستگاه هاي کامپیوتري از یک کامپیوتر تمام کاربردي بیرون می آیند که بطور کامل به کامپیوتري با دستگاه هاي مخصوص، متنوع شده اي تبدیل می شود که مناسب نیازمندي هاي یک فرد براي یک هدف مشخص خواهند بود. یک شخص می تواند صاحب چندین دستگاه باشد که ازنظر کارکرد اشتراك اندکی دارند، اما هرکدام ابزار جداگانه اي براي هر هدف مشخص خواهند بود.
توانایی اتصال: دستگاه هاي کامپیوتري فراگیر مستقل تگ ها، سنسورها، علامت ها بصورت یکپارچه به شبکه یا یکدیگر متصل خواهند شد. براي بدست آوردن این سطح از توانایی اتصال و قابلیت همکار،به استانداردهاي باز معمول نیاز خواهد بود.
سادگی: این دستگاه ها باید بگونه اي طراحی شوند که استفاده از آنها ساده باشد. رابط هاي مستقیم،تشخیص گفتار، عملکرد یک دستی، روشن شدن آنی، و اتصال همیشگی، اندکی از ملزومات براي داشتن قابلیت استفاده بالا درعین سادگی می باشند.
به هنگام ارایه خدمات، موقعیت، می تواند عامل تفاوت مهمی باشد. با این حال، دانستن این که کاربر در گوشه مشخصی از خیابان قراردارد براي برآوردن کامل توقعات و نیازهاي او کافی نیست. به همین دلیل، باید اطلاعاتی مانند وضعیت آب و هوا، زمان روز، تقویم کاربر و دیگر ویژگی هاي
مفهومی مربوطه را در اختیار داشته باشیم. آگاهی مفهومی به محدوده گسترده اي از ویژگی ها ي مفهومی براي فهم بهتر نیازهاي مصرف کننده و تعیین محصولات یا خدماتی اشاره دارد که ممکن است براي برآوردن آن نیازها لازم باشند. آگاهی مفهومی، بخشی از دستگاه کامپیوتري مفهومی است که به تقویت کنش متقابل کاربر به وسیله درك کاربر، مفهوم، و کاربردها و اطلاعات مورد نیاز، بطور نمونه در یک مجموعه عریضی از اهداف کاربر اشاره دارد. دستگاه کامپیوتري مفهومی به ما چشم انداز کاربردهایی را تقدیم می کند که می تواند تمام آرزوهاي ما را پیش بینی کرده و اطلاعات دقیق و خدماتی را براي ما فراهم می سازد که در جستجوي آنها هستیم و همچنین کمک می کند به فیلتر کردن تمام پیام هاي مزاحمی که واقعا برایمان مهم نیستند.
گفته شده که عملکرد رایانش فراگیر تقریبا برعکس واقعیت مجازی است. در حالی‌که واقعیت مجازی افراد را در محیط شبیه‌سازی‌شده توسط رایانه قرار می‌دهد، رایانش فراگیر سعی می‌کند تا رایانه‌ها را مجبور کند تا در محیط خارجی با مردم زندگی کنند. رایانش فراگیر یک گردهم‌آوری بسیار پیچیدهٔ فاکتورهای انسانی، علوم رایانه، مهندسی و علوم اجتماعی است. در مقایسه با آن واقعیت مجازی یک موضوع پیش پاافتاده است .
فناوري شناسایی فرکانس رادیویی ، از امواج رادیویی براي شناسایی اجسام استفاده می کند.یک سیستم RFID مرکب از یک تگ RFID که شامل یک آنتن و چیپی با اطلاعاتی در مورد جسم و یک خواننده(Reader)که شامل یک فرستنده و گیرنده رادیویی است، می باشد.تا زمانی که انرژي فرکانس رادیویی از فرستنده رادیویی ( روي تگ) به آنتن برسد، به چیپ قدرت کافی براي انتشار یک رشته اطلاعات 96 بیتی بدهد که توسط گیرنده رادیویی خوانده شود، تگ RFID غیرفعال باقی می ماند. تعداد دفعاتی که یک بارکد می تواند میزان اطلاعات را نگهدارد سه بار است، و تگ قابل خواندن از طریق مقواي نازك، چوب، پلاستیک در محدوده اي تا 30 پا می باشد. آنگاه ریدر اطلاعات را بصورت بی سیم یا از طریق یک پایه داك به کامپیوتر پردازنده می فرستد .
این فناوری جهت کاربردهای مختلفی به کار می رود.مانند موارد زیر :
ردیابی وسایل نقلیه درحال حرکت. سیستم پیش پرداخت عوارض ezpass.com) E-Z Pass)از RFID استفاده می کند .
ردیابی مردم. ورود و خروج دانش آموزان از ساختمان مدرسه - سیستم ردیابی کودکان را به والدین - پاسپورت ها ي امریکایی
ردیابی اجسام شخصی.
محافظت از مکان هاي امن.
ضبط تراکنش ها.
یک تگ RFID براي خوانده شدن نیازي به خط دید ندارد.روي کاغذ هم چاپ نمی شوند.بنابراین احتمال پاره شدن،کثیف شدن یا گم شدن آنها کمتر است ونه فقط کارخانه سازنده و محصول، بلکه آیتم را نیز شناسایی می کند .
دستگاه کامپیوتري نامرئی و در هرجا، فرصت ارایه محصولات و خدمات جدید به مشتریان را فراهم می سازد، اما در جهان دستگاه هایی که در چند شبکه جاسازي شده اند، حریم شخصی در معرض خطر بزرگی قرار می گیرد .براي اینکه سیستم هاي فراگیر گسترش زیادي بیابند، باید بر بسیاري از موانع فنی، اخلاقی و قانونی مرتبط با دستگاه کامپیوتري همراه فائق آمد .همانند موانع کوچک و منحصربفردي که برسر راه دستگاه کامپیوتري همه جا حاضر وجوددارد.
بدنه تحقیق
زمينه(Context) و سيستم هاي آگاه به زمينه
هر موجوديت يا شي موجود در محيط، جزئي از زمينه است و هر اطلاع يا دانشي راجع به هر كدام از اين موجوديتها نوعي اطلاع از زمينه مي‌باشد. موجوديتهايي چون عوامل انساني، شرايط محيطي، ابزار موجود در محيط و … كه اطلاعاتي چون موقعيت مكاني، زمان، درجه حرارت، ميزان روشنايي، ميزان سر و صدا، نقش كاربر و اطلاعاتي نظير نوع ارتباط شبكه اي و … از آنها بدست مي‌آيند.
سيستم هاي مبتني بر زمينه (Context-Aware) :
سيستم هايي كه بطور فعال با موجوديتهاي محيط در تماس و تبادل اطلاعاتي هستند و فعاليتهاي خود را با استفاده از اطلاعات بدست آمده از محيط انجام مي‌دهند.
مدل كردن زمينه در محيط محاسبات فراگير به معنای بيان و نمايش محيط شامل ابزار و اطلاعات موجود در آن به شکل ساختارمند و رسمي (Formal)می باشد.
ايجاد لايه اي مستقل از جزئيات محيط ، منجر به آسودگي در تهيه و پياده سازي برنامه هاي كاربردي در محيط محاسبات فراگير مي‌شود و تهيه كنندگان نرم‌افزار تمركز خود را روي فعاليت هاي اصلي (توليد و توسعه نرم‌افزار) متمركز مي‌كنند و درگير پيچيدگي ها نمي‌شوند . این مورد ، هدف مدل کردن زمینه می باشد .با توجه به هدف محيط محاسبات فراگير، ابزارها بايد بتوانند اطلاعات و دانش زمينه را درک نموده، از آن استفاده کنند و به تبادل آن بپردازند. محيط محاسبات فراگير با توجه به انواع و اقسام موجوديت هاي فيزيکي و غير فيزيکي و اطلاعات گوناگون موجود در محيط آن ، از پيچيدگي هايی برخوردار است .با توجه به این موارد، توسعه سيستمهاي مبتني بر زمينه بدون داشتن مدلي مناسب براي ارائه و نمايش دانش محيط، کاري بسيار مشکل و هزينه‌بر است .
مسائل عمده‌اي كه در مدل كردن زمينه با آنها مواجه هستيم عبارتند از :
اطلاعات موجود در محيط، طبيعي و غير ساختارمند (غير فرمال) هستند.
محيط همواره در حال تغيير است و هر لحظه ممكن است تصميم يا واقعه جديدي اتفاق بيفتد.دانش همواره در حال تغيير است .
زمينه بايد توسط عوامل غير انساني و بطور اتوماتيك، پردازش و درک شود.
اطلاعات يکسان زمينه مي‌توانند به شکل هاي مختلفي نمايش داده شوند.
بدليل وجود تعداد بي شمار منابع كسب اطلاعات نظير سنسورها و … اطلاعات در چنين سيستمي جاري است بنابراين ملاحظات امنيتي و محافظتي بايد در مدل ارائه شده مورد توجه قرار گيرد.
مدلهاي موجود براي مدل كردن زمينه:
مدل كليد-مقدار: Key-Value
مدل هاي مبتني بر زبانهاي برچسب گذاري (MarkUp-Scheme)
مدل هاي شي‌گرا (Object Oriented)
مدل هاي مبتني بر گرافهاي زمينه‌اي (Contextual Graph)
مدل هاي مبتني بر وب (Web-Based)
مدل هاي مبتني بر منطق (Logic Based)
مدل هاي مبتني بر هستان شناسي (Ontology)
ملاكهاي مقايسه بين مدلها:
حمايت از توزيع شدگي: بدليل اينكه محيط محاسبه فراگير طبيتا يك محيط توزيع شده است.
ماژولار بودن و قابليت اعتبار سنجي جزئي: اجزاء فراوان و پارامترهاي گوناگون دخيل در محيط نياز به يك مدل پيمانه‌اي را لازم مي‌كند. رديابي خطاها و بررسي مدل در يك مدل غير پيمانه‌اي وقت و هزينه بسياري را طلب مي‌كند.
ميزان رسمي بودن مدل (Formality)
قابليت مواجهه با نقص و ابهام اطلاعات : منابع دانش در چنين محيطي ابزارهاي فيزيكي هستند كه گاها ممكن است داده‌هاي نادرستي را ارائه كنند يا حتي داده‌اي ارائه نكنند لذا مدل بايد بتواند به نوعي قابليت مواجهه با اين مشكلات را داشته باشد. مثلا در موارد خطا بتواند دانش مورد نياز را از ساير منابع بدست آورد.
قابلت كار با انواع و اشكال مختلف دانش : در چنين محيطي ممكن است يك مجموعه اطلاعات به صورت هاي متفاوتي بيان شود.
قابليت استفاده مجدد از مدل و توسعه آن
قابليت اجرايي شدن در محيط جاري با در نظر گرفتن وضعيت فعلي
قابليت مواجهه با تغييرات : از آنجا كه محيط محاسبه فراگير همواره در حال تغيير است مدليمناسب است كه پاسخگوي اين حجم تغييرات باشد.
قابليت استنتاج روي مدل
مفهوم Ontology : یکی از مفاهیمی که بطور گسترده در وب معنایی مورد استفاده قرار می گیرد و ادراك مشترك در يك موضوع خاص است كه به صورت مجموعه‌اي از موجوديت ها، ارتباطات، توابع و احكام و نمونه‌ها تصور مي‌شود. (نوعي بيان رسمي مفاهيم و ارتباطات آنها با يکديگر)
مدل مبتني بر Ontology در مدل کردن زمينه ترکيبي است از روشهاي استفاده از زبانهاي MarkUp ، روشهاي شئ‌گرا و روشهاي مبتني بر منطق .این مدل ، Ontology انتخاب مناسبي براي مدل كردن محيط محاسبه فراگير است . هدف ، ارائه يك Shared Ontology يا Upper Ontology است كه بتواند مفاهيم كلي محيط را مدل نمايد و قابليت تبادل متقابل با ساير Ontology هاي موجود داشته باشد. بنابراين براي بيان يك دامنه خاص ديگر لازم نيست كار از صفرشروع شود زيرا مدل مفاهيم کلي قبلا ايجاد شده‌اند.
مدل CONON :
به نمايش زمينه در محيط يک خانه‌ي هوشمند اتلاق می شود.
مدل زمينه به دو بخش upper Ontology و specific Ontology تقسيم مي‌شود که اولی به مفاهيم كلي محيط و دومی به مفاهيم وابسته به كاربرد اتلاق می شود .مفاهيم كلي عبارتند از :CompEntity, Location, Person, Activity .
شکل زیر شمایی از upper ontology را نمایش می دهد :
مشكلات CONON:
يك Ontology تقريبا مستقل است و قابليت استفاده مجدد را ناديده مي‌گيرد.هم چنین تمام جوانب يک محيط Pervasive را در نظر نمي‌گيرد و محدود است. (مثلا مفهوم زمان يا کنترل دسترسي)
مدل CoBrA :
هدف : مدل کردن زمينه در محيط يک اتاق کنفرانس هوشمند .
موجوديت هاي کلي در نظر گرفته شده در CoBrA :
محل - عامل(Agent) - محل جغرافیایی عامل - فعالیت های عامل .
موجوديت ها و روابط آن ها در مدل CoBrA در شکل زیر به نمایش در آمده اند :
مدل اجرايي پيشنهادي در CoBrA :
این مدل از جملات با فرمت OWL استفاده مي‌كند و در مديريت زمينه، يك Broker دارد كه خود شامل بخش هاي زير است:
پايگاه دانش - موتور استنتاج مفهوم - بخش جمع‌آوري اطلاعات - بخش مديريت کنترل دسترسي
مشكلات CoBrA:
يك Ontology مستقل بدون درنظر گرفتن ساير Ontology ها براي استفاده مجدد متقابل می باشد. هم چنین تمام جوانب يک محيط هوشمند در آن در نظر گرفته نشده‌اند. برخي از آنها به Broker سپرده شده اند. مثل کنترل دسترسي .
مدل SOUPA :
بهبود مدل CoBrA است . مثل CONON با دو بخش در نظر گرفته شده است :
Core SOUPA: مفاهيم كلي موجود در محيط محاسبات فراگير
Extension SOUPA: مفاهيم وابسته به دامنه در محيط محاسبات فراگير
مدل پيشنهادي در SOUPA با توسعه مبتني بر كاربر اتاق كنفرانس هوشمند در شکل زیر مطرح شده است :
این مدل از مفاهيم ساير Ontology هایی که تا حدی استاندارد و عمومی شده اند استفاده کرده و بعضا اعمال تغييرات در آنها مورد توجه قرار گرفته است .قابلیت استفاده مجدد و توسعه در آن دیده شده است.تا حدودي پيچيده است .ممکن است کارايي مناسبي نداشته باشد مثلا در استنتاج . مثال : شخص A در زمان t در کجا (موقعيت مکاني) قرار دارد؟
دسته‌بندي آنتولوژي‌ها مي‌تواند متفاوت باشد. با توجه به اینکه همواره ابزاری در هر محیطی موجودست.به عنوان مثال آنتولوژي Device اگر در بخش هسته قرار گيرد ممکن است باعث بهبود کارايي شود.
مدل پيشنهادي براي نمايش زمينه در محيط يک خانه‌ي هوشمند :
مقايسه بين مدلهاي مبتني بر Ontology:
در مدلهاي ارائه شده فقط به پاسخ دهي مدل در برابر برخي سناريوهاي از پيش در نظر گرفته شده، اکتفا شده است.
به عنوان ملاک مقایسه پاسخ دهي به خودي خود ملاك درستي نيست. شايد زمان پاسخ دهي به استنتاج‌ها يك ملاك قابل قبول باشد.
ملاك مقايسه بين Ontology ها كلا يك متد تعريف شده و معيني ندارد.
کارهاي پيش رو در اين زمينه :
پرداختن به بحث ارزيابي مدل هاي مبتني بر Ontology و استخراج عوامل و پارامترهاي موثر در آن.
ارزيابي مدلهاي موجود مبتني بر Ontology و مدل پيشنهادي.
تغييرات احتمالي در مدل پيشنهادي با توجه به نتايج بدست آمده از مراحل فوق.
پرداختن به استنتاج در Ontology ها و تلاش براي ارائه يک روش مناسب و کلي در اين راه.
مراجع
R. Masuoka, B. Parsia and Y. Labrou, “Task Computing - The Semantic Web Meets Pervasive Computing”, ISWC 2003(2nd Intl. Semantic Web Conference) Industrial, Florida , October 2003.
] T. Strang and C. Linnhoff-Popien, “A Context Modeling Survey”, In Proceedings of the Workshop on Advanced Context Modelling, Reasoning and Management, 2004.