AmI-Solertis: online platform to support intelligent behaviors in ambient intelligence environments

Abstract

Ambient Intelligence (AmI) envisages that technology and information flow around the physical environment, and objects are enhanced with computer technology to communicate, share information and collaborate with other technological devices in an intelligent fashion, thus forming a ubiquitous and pervasive computing landscape, where implicit interaction and continuous cooperation is becoming the norm of computer supported activities. AmI constitutes an emerging market that is forecasted to exhibit exponential growth in the forthcoming years. Yet, AmI systems can only maximize their efficiency, extensibility and adaptation to the needs of their users, if they are programmable.This thesis proposes the AmI-Solertis framework which empowers users to create behavior scenarios in AmI by reviewing and modifying the “high-level business logic” of an intelligent environment through an advanced programming platform and an accompanying chat-bot agent. In addition to the framework, the AmI-Solertis Studio offers a complete suite of tools allowing management, programming, testing and monitoring of all the individual artifacts (i.e., services, hardware modules, software components, etc.) of the overall AmI Environment.From an engineering perspective, the AmI-Solertis framework: (i) introduces a unified Hybrid Communication protocol which supports synchronous, asynchronous and event-based communication, (ii) unifies the definition and introduction of new devices, services and software components, (iii) facilitates the integration and usage of heterogenous services in a standardized -yet agnostic- manner, (iv) delivers a scripting mechanism that can dynamically adapt the execution flow and govern the entire AmI environment’s behavior, and (v) offers a standard library of tools (i.e., Analytics and History, Fault Tolerance, Storage Management, Common Utilities) that developerσ can use.From a user perspective, the AmI-Solertis Studio constitutes a web-based Integrated Development Environment (IDE) and Control Center that can be used as a creative tool for designing user experiences in intelligent environments. In particular, the studio: (i) supports the entire development life-cycle of an AmI system, (ii) empower users to explore and adapt software to their personal needs -through user-friendly scripting environment- or develop new innovative applications, (iii) simplifies service discovery, definition, and management, (iv) scaffolds typical designs, (v) offers multiple visual representations, (vi) provides testing facilities, (vii) facilitate collaboration between users, (viii) assists real-time management of the AmI environment, and (ix) delivers an AmI-Solertis virtual agent in the form of a chat-bot, that can communicate with the end-users via a natural language textual interface in order to help them accomplish numerous orchestration-related tasks.

Η ∆ιάχυτη Νοημοσύνη (∆Ν) οραματίζεται περιβάλλοντα στα οποία η τεχνολογία και οι πληροφορίες ‘ρέουν’ συνεχώς, και τα φυσικά αντικείμενα είναι επαυξημένα με υπολογιστική τεχνολογία ώστε να μπορούν να επικοινωνούν, να ανταλλάσσουν δεδομένα και να συνεργάζονται με έναν ‘ευφυή’ τρόπο, δημιουργώντας έτσι ένα διευρυμένο υπολογιστικό τοπίο, στο οποίο η έμμεση αλληλεπίδραση και η διαρκής συνεργασία μεταξύ του περιβάλλοντος και των χρηστών επιτρέπουν την υπολογιστική υποστήριξη καθημερινών δραστηριοτήτων. Η ∆ιάχυτη Νοημοσύνη αποτελεί μια ραγδαία αναπτυσσόμενη οικονομία η οποία προβλέπεται να αυξηθεί εκθετικά στα επόμενα χρόνια. Ωστόσο, τα διάφορα συστήματα ∆Ν θα πρέπει να είναι εύκολα προγραμματίσιμα, ώστε να μεγιστοποιήσουν την αποτελεσματικότητα τους, την επεκτασιμότητα τους και την προσαρμοστικότητα τους στις ανάγκες των τελικών χρηστών.Προς αυτή την κατεύθυνση, η παρούσα διατριβή προτείνει την τεχνολογική πλατφόρμα AmI-Solertis, η οποία επιτρέπει στους χρήστες της να καθορίσουν την ‘ευφυή’ συμπεριφορά του περιβάλλοντος ∆Ν, δημιουργώντας μικρό-προγράμματα (AmI scripts) μέσω μιας διαδικτυακής προγραμματιστικής πλατφόρμας (AmI Solertis Studio) και ενός συνοδευτικού ψηφιακού βοηθού (chat-bot agent). Επιπρόσθετα, μια πλήρης σουίτα εργαλείων διευκολύνει την διαχείριση, τον προγραμματισμό, τον έλεγχο και την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των επιμέρους υποδομών του συνολικού περιβάλλοντος ∆Ν (π.χ., υπηρεσίες, συσκευές, λογισμικό, κλπ.). Από τεχνολογικής σκοπιάς, η πλατφόρμα AmI-Solertis: (i) προτείνει ένα υβριδικό πρωτόκολλο επικοινωνίας το οποίο υποστηρίζει τόσο σύγχρονη όσο και ασύγχρονη αλληλεπίδραση (π.χ., events) μεταξύ των διαφόρων συστημάτων, (ii) ενοποιεί τον ορισμό και την εισαγωγή νεών συσκευών, υπηρεσιών και λογισμικού ανεξαρτήτως του τύπου τους, (iii) διευκολύνει την ενσωμάτωση και χρήση ετερογενών υπηρεσιών μέσω ενός προτυποποιημένου -και ταυτόχρονα τεχνολογικά ανεξάρτητου (agnostic)- μηχανισμού, (iv) παρέχει ένα σύστημα μικρό-προγραμματισμού (scripting) που επιτρέπει την δυναμική προσαρμογή και έλεγχο της συμπεριφοράς του συνολικού περιβάλλοντος ∆Ν, και (v) προσφέρει μια πρότυπη προγραμματιστική βιβλιοθήκη εργαλείων προς τους τελικούς προγραμματιστές για την διευκόλυνση τους (π.χ., ∆εδομένα και ιστορικό χρήσης, Αντιμετώπιση ‘βλαβών’ σε πραγματικό χρόνο, Κατανεμημένος χώρος αποθήκευσης δεδομένων).Από τη σκοπιά των χρηστών του, το AmI-Solertis Studio αποτελεί ένα ∆ιαδι- κτυακό Περιβάλλον Προγραμματισμού (Integrated Development Environment (IDE)) και ένα Κέντρο ∆ιαχείρισης το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο ‘δημιουργίας και σχεδιασμού’ εμπειριών χρήσης σε περιβάλλοντα ∆Ν. Συγκεκριμένα, το περιβάλλον: (i) υποστηρίζει τους προγραμματιστές καθ´ όλη την διάρκεια ανάπτυξης ενός μικρο-προγράμματος ∆Ν, (ii) επιτρέπει στους χρήστες να εξερευνήσουν και να προσαρμόσουν μικρό-προγράμματα ∆Ν στις δικές τους προσωπικές ανάγκες ή να αναπτύξουν νέες καινοτόμες εφαρμογές μέσω ενός φιλικού προς τους χρήστης περιβάλλοντος προγραμματισμού, (iii) απλοποιεί τον εντοπισμό, τον ορισμό και την διαχείριση υπηρεσιών ∆Ν, (iv) δημιουργεί πρότυπα project skeletons κατάλληλα για περιβάλλοντα ∆Ν, (v) παρέχει πολλαπλές εναλλακτικές αναπαραστάσεις, (vi) προσφέρει βασικές υπηρεσίες testing, (vii) διευκολύνει την συνεργασία μεταξύ των χρηστών, (viii) υποβοηθά σε πραγματικό χρόνο την διαχείριση ενός περιβάλλοντος ∆Ν, και (ix) εισάγει τον ψηφιακό βοηθό του AmI-Solertis στην μορφή ενός chat-bot, που χρησιμοποιεί φυσική γλώσσα για να ανταλλάσσει μηνύματα με τους τελικούς χρήστες ώστε να τους βοηθήσει να εκτελέσουν διάφορες βασικές εργασίες διαχείρισης ή προγραμματισμού.