Kopioi artikkelin PDF-versio
DIEM-hankkeessa kehitetään perustaa erilaisten laitteiden ja järjestelmien yhteentoimivuudelle. Tavoitteena on sujuva vuorovaikutus ihmisen ja tekniikan välillä. Ensimmäisenä hankkeesta hyötyvät rakennusautomaatio, julkiset tilat ja uudenlainen lisätty todellisuus.
DIEM (Devices and Interoperability EcosysteM) käynnistettiin vuonna 2008. Ensimmäisenä vuonna se on tuottanut yleisesti hyödynnettäviä yhteentoimivuus- ja vuorovaikutusratkaisuja sekä esimerkkitoteutuksia valittuihin käyttöympäristöihin.
Mobiililaitteet ja tietokoneet ovat nopeasti kehittyneet multimedialaitteiksi. Samaan aikaan internet on muuttunut asiakirjahausta palveluportaaliksi. Vielä on kuitenkin hyödyntämättä sulautettujen laitteiden sisältämä tieto.
Mobiililaitteiden ja sulautettujen laitteiden kehitys laskentakyvyssä ja liitettävyydessä antaa mahdollisuuden siihen, että erilaisten laitteiden ja järjestelmien välillä voidaan vaihtaa laajasti tietoa. Iso haaste on saada laitteet ymmärtämään toistensa sisältöjä ja tämän tiedon soveltaminen toisenlaisissa, kokonaan uusissa sovellusympäristöissä.
Käyttäjän kannalta ongelmaksi nousee laitteiden suuri määrä ja henkilökohtaisen tai kontekstiin liittyvän tiedon hajautuminen moneen järjestelmään. Yksi DIEM-projektin päätavoitteista on tiedon avaaminen uusille sovelluksille ja tietopohjaiseen sovelluskehitykseen. Erityisesti DIEM on keskittynyt fyysisen tilan sovelluksiin, mutta kehitetyt ratkaisut eivät rajoitu vain näihin. Tulevaisuudessa käyttäjät sallivat älykkäisiin tiloihin tullessaan omien laitteidensa sovellusten hakea tietoa ympäristöstä toimiakseen paremmin. Samoin he antavat tilaan haluamaansa tietoa, eivät komentoja. Sovellusten kehittäjälle älykäs tila on tavallaan haku- ja säilytyspalvelu.
DIEM-projektin ratkaisut mahdollistavat olemassa olevan teknologian ja laitekannan käytön samalla kun uudet innovaatiot voivat keskittyä sovelluksiin. Tämä voi toimia pohjana uusille ekosysteemeille, joissa paikallisen ja sulautetun tiedon helpompi saatavuus ruokkii uutta liiketoimintaa.
Pidemmällä tähtäyksellä älykkäät tilat ovat internetin tavoin erittäin suuri mahdollisuus keksiä uutta tai parantaa nykyisten sovellusten laatua ja käyttäjäkokemusta.
Laitteet toimimaan yhdessä
Laitteiden yhteistoiminta edellyttää kolmen eri tason ratkaisuja. Ensinnäkin tieto täytyy bitteinä saada jollain lailla siirtymään laitteelta toiselle. Tällöin puhutaan fyysisen tai kommunikaatiotason yhteentoimivuudesta. Tyypillisiä ratkaisuja ovat väylät, verkot ja radioyhteydet.
Seuraavaksi laitteiden täytyy tunnistaa, minkälaisia viestejä tai palveluja biteillä halutaan välittää. Nämä palvelutason yhteentoimivuusratkaisut perustuvat yleensä protokolliin ja viestiformaatteihin, kuten uPnP, DLAN tai NoTA.
Kolmantena ja haasteellisimpana edellytyksenä on, että laitteet ymmärtävät, mitä biteillä ja niiden sisältämillä käsitteillä tarkoitetaan. Nämä samat kerrokset löytyvät ihmisten välisestä kommunikaatiosta. Korva muuntaa ääniaallot sanoiksi ja kielen avulla ymmärrämme puhutut lauseet, mutta haasteeksi jää sisällön ymmärtäminen.
DIEM-hankkeessa laitteiden yhteentoimivuutta on lähdetty ratkaisemaan sisältöjen ymmärtämisen kautta. Perustavoitteena on rakentaa infrastruktuuri, jonka avulla ympäristössämme olevat laitteet voivat jakaa tietonsa muille samassa tilassa oleville laitteille. Se, että tieto on yleisesti käytettävissä, ei riitä. Lisäksi tieto pitäisi löytää ja ymmärtää samalla tavalla kuin lähettäjä on sen tarkoittanut.
Avoimessa käytössä olevan tiedon avulla voidaan sitten rakentaa lukemattomia erilaisia sovelluksia, jotka ylittävät perinteiset sovellusalueiden rajat. Nämä sovellukset ovat laitteistoriippumattomia ja voivat hajautua usean laitteen kesken.
Laatikkoon sivulle 34 on koottu DIEM-hankkeessa kehitetyn Smart-M3-yhteentoimivuusratkaisun keskeiset osat. Tavoitteena M3:ssa ovat olleet yksinkertaisuus, riippumattomuus loppusovelluksista ja käyttötilanteista sekä avoimuus eri valmistajien ja eri laitteiden osallistumiseen. On pyritty ratkaisuun, joka olisi mahdollisimman helppo ja yksinkertainen erityyppisten sulautettujen laitteiden valmistajille sekä teknisesti, taloudellisesti että poliittisesti. Tiedon jakaminen M3:n kautta ei edellytä sopimuksia eikä sitoumuksia kenenkään kanssa. M3 on julkaistu Open Source -lisenssillä vapaasti käytettäväksi.
Tällä hetkellä Smart-M3:sta on valmiina referenssitoteutus ja Open Source -paketti, joka julkistettiin tänä syksynä. Jatkossa tutkimus tulee keskittymään ominaisuuksien parantamiseen ja täydentämiseen sekä erityyppisten älykkäiden ympäristöjen rakentamisen tukemiseen. Kuitenkin jo tällä hetkellä on selvää, että M3 tarjoaa todellisen mahdollisuuden uudenlaisiin business- ja yrityssovelluksiin, jotka ylittävät perinteisiä toimialarajoja.
Mukautuvia käyttöliittymiä
Ihmisen ja teknologian vuorovaikutuksen tutkimuksen kannalta DIEM-hanke ja siinä kehitettävä yhteentoimiva laiteympäristö tarjoavat monia mielenkiintoisia haasteita. Työssä on tarkasteltu käyttäjälähtöisiä monilaiteympäristöön soveltuvia suunnittelu- ja arviointimenetelmiä, uusia vuorovaikutustapoja eri laitteiden ja tilojen käyttämiseen sekä uudenlaisia ratkaisuja käyttöliittymän toteutusalustoihin. Käyttöliittymien kehityksessä lähdettiin liikkeelle käyttäjien tarpeiden kartoituksesta ja käyttöskenaarioiden luomisesta. Tuloksena syntyneissä skenaarioissa yhteentoimivaa monen laitteen ympäristöä käytetään uudenlaisiin tarkoituksiin. Ne myös linkittävät yhteen hankkeen eri sovellusalueita, kuten rakennusautomaatiota ja julkisia tiloja.
Monilaiteympäristössä perinteiset käyttöliittymien suunnittelu- ja arviointimenetelmät eivät yleensä riitä. Tämän vuoksi yksi keskeinen osa hanketta on kehittää sellaisia suunnittelu- ja arviointimenetelmiä, jotka ovat käyttökelpoisia uudenlaisessa alati muuttuvassa käyttöympäristössä. Siinä vuorovaikutus järjestelmän kanssa on usein luonteeltaan myös moniaistista. Moniaistisuus antaa myös mahdollisuudet nykyistä luonnollisempien, tehokkaampien ja ilmaisukykyisempien käyttöliittymien kehittämiseen.
Mukautuvuus on keskeinen osa näitä järjestelmiä, koska käyttötilanteen mukaan tietyt käyttötavat voivat olla toisia suositeltavampia tai toimivampia. Näin on esimerkiksi silloin, kun valaistusolosuhteet muuttuvat tai kun liikutaan eri tavoin. DIEM-hankkeessa kehittettyjä ratkaisuja on tarkoitus soveltaa kaikenlaisten yhteen liittyvien laitteiden kanssa, joten etukäteen ei voida tietää, millaiseen vuorovaikutukseen käyttäjän late joutuu. Tämän vuoksi järjestelmän pitää tietää laitteiden ominaisuudet ja tarjota käytettäväksi sellaiset vuorovaikutustavat, joita laite ja käyttäjää ympäröivä tila tukevat.
Keskeinen osa DIEM-hankkeen käyttöliittymätutkimusta on uudenlaisen ohjelmistoalustan kehittäminen. Siinä lähtö-kohdaksi on otettu open source -lähestymistapa ja mahdollisuus ajaa monipuolisiakin käyttöliittymiä web-selainympäristössä. Ideana on, että käyttöliittymä ladataan verkosta ja ladattu ohjelma suoritetaan käyttäjän laitteessa. Silti tarjolla ovat kaikki tavallisissakin sovelluksissa käytettävissä olevat vuorovaikutustavat eikä käyttöympäristö sinänsä välttämättä näytä ollenkaan nettiselaimelta.
Toteutukset perustuvat Javascriptin ja Qt-kirjastojen käyttämiseen sekä dynaamisesti muokattavissa olevaan ohjelmakoodiin. Hankkeessa kehitettyjä käyttöliittymäalustoja löytyy open source -jakeluna (niitä löytyy tämän artikkelin nettilinkeistä).
DIEM-hankkeen toisen vuoden aikana näitä tutkimus- ja kehityskohteita tuodaan käyttöön niitä hyödyntäville: suunnittelu- ja testausmenetelmät sovellusalueiden tutkijoille, vuorovaikutusmenetelmät sovellusten käyttöön ja ohjelmistoalusta hankkeen käyttöliittymätoteutusten pohjaksi.
Tulevaisuuden talotekniikka
Talotekniikkaa ovat pitkään hallinneet laitejärjestelmät, jotka kommunikoivat huonosti keskenään. Suojatut tietoliikenneohjelmat ja verkkoratkaisut toimivat vain samaan tuoteperheeseen kuuluvien mittarien ja säätimien kanssa.
Samaan aikaan laitteiden ja viihde-elektroniikan määrä on kasvanut kodeissa ja asunto-osakeyhtiöissä. Talotekniikan hallinta on monimutkaistunut ja samalla sen käytettävyys on vaatinut asukkailta jatkuvaa huomiota. Siksi talotekniikan digitalisoituminen ja automatisoituminen edellyttää laitteiden integroimista toisiinsa siten, että asukkaiden on vaivatonta käyttää laitteita yhdessä.
Tulevaisuuden talotekniikka toimii avoimessa järjestelmässä, jossa kodintekniikkaa ja elektroniikkaa kytketään toisiinsa ja laitteita ohjataan tavanomaisten kytki-mien lisäksi esimerkiksi matkapuhelimella, digitv:n kaukosäätimellä tai eleillä. Digitaalisen ohjauksen sydän on "kodin ohjauskeskus", kuten There Gate (alunperin Nokialla kehitetty Home Control Centre), johon kodin eri laitteet on yhdistetty. Käyttö-liittymän kautta voidaan ohjata patterien lämpötilaa, ilmastointia ja vedenkulutusta. Lisäksi käyttöliittymä tarjoaa vaihtoehtoja yksittäisten laitteiden kuten viihde-elektro-niikan etäohjaukseen.
DIEM:ssä tavoitteena on luoda yhteinen käyttöliittymä, jonka avulla asukas voi säätää tai käyttää laitteita kulloinkin kätevimmällä tavalla. Laitteita voi myös etäseurata ja etäohjata internetin kautta. Lukeminen onnistuu yhtä hyvin paikan päällä kiinteistössä kuin toisella puolella maapalloa. Samalla tavalla voidaan myös lähettää ohjauskäsky eri järjestelmille, esimerkiksi lämmitysjärjestelmälle silloin, kun ulkolämpötila muuttuu.
Käytännössä kaikki tänä vuonna asennetut sähkömittarit ovat etäluettavia. Ne avaavat uuden väylän energiankäytön seuraamiselle ja vähentämiselle. Asukkaiden, isännöitsijöiden ja muiden toimijoiden on mahdollista seurata koko kiinteistön tai yksittäisen laitteen kulutusta. Kiinteistöhuolto voi vastaanottaa ennakoivaa huoltotietoa ja hälytyksiä laitevioista, jännitevaihteluista tai vaikkapa ilmastoinnin toimintahäiriöistä. Jakeluverkkoyhtiö voi seurata verkon kuormitusta, alentaa yhteistyössä asiakkaiden kanssa kulutushuippuja ja antaa asiakkaille reaaliaikaista kulutus- ja kustannuspalautetta.
Julkiset tilat
Kehitettyjä ratkaisuja haluttiin pilotoida julkisessa tilassa, ja valinta kohdistui kuntosalikeskukseen. Osaltaan valintaan vaikuttivat kasvanut tietoisuus liikunnan tär-keydestä kansanterveydelle, ihmisten lisääntynyt kiinnostus terveydestään ja alan liiketoiminnan nopea kasvu.
Kuntosaliympäristö tarjoaa hyvän lähtökohdan kehitettäessä älykästä liikuntaympäristöä. Se sisältää valmiiksi mekaanista vastusta ja fysiologista toimintaa mittaavia antureita sekä salin toimintaa tukevia tieto-järjestelmiä. Tällä hetkellä nämä järjestelmät eivät ymmärrä toistensa tuottamaa tietoa eivätkä siten pysty hyödyntämään tietoja toiminnassaan. DIEM:in julkisten tilojen tutkimuksessa etsitään keinoja, joilla järjestelmien tuottama tieto on kaik-kien osajärjestelmien käytössä. Vasta silloin voidaan puhua älykkäästä liikuntaympäristöstä ja sen mahdollistamista uusista palveluista käyttäjille.
Vaikka ihmisen fysiologista harjoittelua on tutkittu todella laajasti, niin antureiden, laitteistojen ja tietojärjestelmien yhteistoiminnasta ja sen mahdollistamista uusista palveluinnovaatioista on hyvin vähän kokemuksia. Jotta pilotoinnin pohjaksi saataisiin todellisilta käyttäjiltä tietoa ja uusia innovatiivisia ideoita, järjestettiin alan harrastajille ja ammattilaisille innovaatiokilpailu. Kilpailussa pilotoitiin Oulun yliopiston Mgroup-tutkimusryhmän kehittämää InnoCoop-metodia. Metodi pohjautuu ajatukseen yhdistää avoin käyttäjälähtöinen yhteissuunnittelu ketterään innovaatiokilpailuun, jonka avulla saadaan pitkälle jalostuneita ja helposti sovellettavia tuotoksia kuten aitoja käyttäjätarinoita.
Innovaatiokilpailussa viisihenkiset joukkueet kilpailivat keskenään ja kehittivät ideoitaan kahden viikon ajan. Samaan aikaan vertailuryhmän jäseniltä kerättiin ideoita ja kokemuksia yleisesti käytössä olevalla Focus Group -menetelmällä. Alustavien tulosten perusteella InnoCoop näyttäisi tuottavan pitemmälle vietyjä radikaaleja tuotekonsepteja kuin perinteiset metodit.
Osa käyttäjien synnyttämistä ideoista toimii tulevien pilottien teknisen määrittelyn ja toteutuksen lähtökohtina. Lisäksi niitä voidaan käyttää selvittämään, kuinka hyvin toteutus vastata käyttäjien tarpeita ja vaatimuksia. Lopputuloksena pyritään saamaan aikaan mahdollisimman tarkasti käyttäjien tarpeet tyydyttävä tuote- ja -palvelualusta.
Mobiili sekoitettu todellisuus
Tapamme havaita ympäröivää maailmaa on muuttumassa, koska voimme kytkeytyä internetiin ja siten informaatioon missä ja milloin vain. Kytkeytyminen digitaaliseen informaatioon on sulautumassa osaksi arkipäivän rutiinejamme luoden uuden fyysisyyden ja digitaalisuuden yhdistävän, sekoitetun todellisuuden (mixed reality). Paikkatietoiset mobiililaitteet, globaalit paikkapohjaiset palvelut ja online-geodata tulevat vaikuttamaan havaintoomme ympäröivästä maailmasta ja tarjoavat uuden informaatiokerroksen kaikkien saataville juuri siellä missä he ovat.
Yksinkertaistaen voidaankin sanoa, että ihmiset haluavat tietää, mitä tapahtuu sekä heidän fyysisessä ympäristössään että ajan ja paikan päälle rakentuvassa digitaalisessa ympäristössä. Haluamme olla tietoisia omista aktiviteeteistamme, muista ihmisistä, tuotteista, palveluista ja yrityksistä. Ihmiset käyvät läpi informaatiota löytääkseen juuri heille relevanttia tietoa, mikä tekisi ympäröivän maailman paremmin ymmärrettäväksi. Juuri tämä asioiden läpinäkyvyys voi auttaa meitä arkipäivän pienissä ja suurissa päätöksissämme.
DIEM-hanke kehittää algoritmeja, menetelmiä ja palvelusovelluksia pilotoidakseen käyttäjä- ja yhteisölähtöistä sekoitetun todellisuuden sisällön tuottamista ja kuluttamista. Tässä ns. lisätyssä todellisuudessa (augmented reality) digitaalinen informaatio tuodaan ja lisätään ihmisten arkipäivän havaintoon ympäröivästä maailmastaan mobiilikommunikaation kautta.
Lisäinformaation pitäisi liittyä mahdollisimman saumattomasti reaalimaailman havaintoomme niin, että siinä otetaan huomioon esimerkiksi tilan geometria ja valaistusolosuhteet. Näin käyttäjä voi katsoa ympäröivää maailmaa vaikkapa puhelimen kameran läpi ja nähdä sekä reaalitodellisuuden että siihen saumattomasti lisätyn informaation. Osoittamalla esimerkiksi kauppaa, hotellia tai ravintolaa voisi samalla saada tiedon näiden tarjoamista palveluista. Lisätty todellisuus laajentaa näin käyttöliittymämme mobiililaitteesta koko ympäristöömme ja suoraan kanssakäymiseen sen kanssa.
Internetin suora liittäminen reaalimaailmaan tuo mukanaan ongelman informaation relevanttiudesta sen käyttäjälle. Informaationäkymä helposti sekoittuu sekamelskaksi, jossa käyttäjä ei löydä hänelle juuri tällä hetkellä merkityksellistä tietoa. Monimuotoisen multimedian keskellä käyttäjän on vaikeaa määritellä tekstuaalisia hakuja.
Ratkaisuna DIEM-hanke tutkii yksilön kontekstitiedon hyväksikäyttöä määrittämään, mitä informaatiota kussakin tilanteessa tarvitaan. Tämä kontekstitieto voi sisältää esimerkiksi käyttäjän digitaalisen sisällön käytön historiaa, hänen kanssakäymistään muiden ihmisten kanssa sekä jatkuvasti muuttuvaa sijaintitietoa. Koska mobiililaitteet kulkevat mukanamme kaikkialle, ne voivat kuvata kontekstimme hyvinkin tarkasti. Kontekstin tulisi myös määrittää, milloin informaatiota voidaan esittää käyttäjälle. Näin informaation tarjoamista voidaan välttää esimerkiksi ihmisen ollessa erityisen stressaantunut tai kun hän on ylittämässä ajotietä.
Sekoitettu todellisuus mullistanee tapamme kytkeytyä digitaaliseen informaatioon ja kommunikoida muiden kanssa ollessamme liikkeellä. Maailma ympärillämme muuttuu interaktiiviseksi. Tämän mullistuksen kohdalla monet vanhat tavat muuttuvat. Informaatiota ei enää haeta rauhallisessa toimisto- tai kotiympäristössä vaan juuri silloin, kun sitä tarvitaan.
Jaettava tieto kuvataan yhteisen mallin perusteella muodostetussa formaatissa, joksi DIEM-hankkeessa on valittu netin web-palveluista tuttu RDF (resource description framework). Siinä tieto esitetään yksinkertaisessa muodossa predikaattina, subjektina ja objektina. Tiedon tuottajien ja käyttäjien yhteisellä mallilla varmistetaan tiedon sisällön ymmärtäminen samalla tavalla.
Tieto jaetaan yhteisen muistivaraston kautta, jota M3:ssa kutsutaan semanttiseksi informaation välittäjäksi (SIB, Semantic Information Broker). Se sisältää RDF-varaston lisäksi tiedon hallintaan liittyvät perusfunktiot ja tuen erilaisille kyselykielille (query languages), joiden avulla tietoa haetaan.
Tiedon käyttäjien ja välittäjien välillä on määritelty tiedonsiirtoprotokolla (SSAP, smart space access protocol), jonka avulla kommunikoidaan.
Tiedon käyttäjiä eli tilassa olevia erilaisia laiteita kutsutaan tietoprosesseiksi (Knowledge Process), sillä ne itse asiassa muodostavat laitteiden yhteistoiminnan älykkyyden.
Fyysisen ja palvelukerroksen ratkaisuina käytetään olemassa olevia teknologioita, joihin rakennetaan liitännät.
Sovellusten ja tiedon jakamisen tueksi on kehitetty työkaluja, jotka piilottavat sekä kokonaisuusmallin että M3:n sisäisen tallennusformaatin ohjelmoijalta. Tarkoituksena on tarjota yksinkertainen ja ohjelmoijalle tuttu rajapinta, jota on helppo käyttää.
Contact person for the project is Petri Liuha (petri.liuha@nokia.com)
Kirjoittajat: Roope Raisamo, Petri Liuha, Juha-Pekka Soininen, Kary Främling, Ville-Veikko Mattila, Pertti Puolakanaho, Vesa Tornberg, Kari Liukkunen ja Antti Lappeteläinen
Yhteyshenkilö: petri.liuha@nokia.com
Tutkimus: DIEM
Shok: Tivit Oy
Prosessorin 11/2009 linkkipankin kautta päästään DIEM-hankkeen omille sivuille, Smart-M3-projektin sivuille ja JavaScript- sekä QtScript-aiheisille sivuille.