The Pull Paradigm : foundations of user-centric advanced driver assistant systems based on bidirectional car2X communication

This thesis develops applications for vehicular ad-hoc networks that go far beyond the currently established areas of driving safety and traffic efficiency. The ad-hoc network is regarded as a dynamic information resource which is available to any vehicle at any time. In contrast to current state-of-the-art research, the proposed Pull Paradigm starts at the user\u27s vehicle rather than at an information source somewhere in the network, e.g. a braking car. To access information from highly dynamic ad-hoc networks, bidirectional communication and information discovery and retrieval play a vital role. Therefore, in the course of the work, the applicability of the Pull Paradigm to established vehicular ad-hoc networks is thoroughly examined and missing aspects are identified. It turns out that a number of enhancements to almost all layers of the network stack are necessary in order to apply the Pull Paradigm using existing technology. The central elements here are two novel algorithms for managing information flow and dissemination in ad-hoc networks, which are at first formulated from the abstract perspective of graph theory. Using the knowledge gained leads to the development of PADE, a platform that supports development of vehicular ad-hoc network applications. The designed algorithms are then implemented as a routing scheme, integrated and evaluated in large, simulated city scenarios. Furthermore, PADE combines real\u27\u27 and simulated communication technologies and abstracts from them, so that applications can be transferred from the lab into a test vehicle with minimal effort. In order to achieve this ambitious goal, PADE builds on a number of existing simulation and communication technologies. The practical applicability of the Pull approach is shown in two demonstrators that are integrated into a BMW 5 series test vehicle. The presentation module of the PADE platform was tested in the currently largest field operational test for vehicular ad-hoc communication. Over 400 drivers in 120 vehicles experienced the system on a daily basis.In dieser Doktorarbeit werden Anwendungen für Fahrzeug Ad-hoc Netzwerke erarbeitet, die weit über die derzeit etablierten Bereiche der Fahrsicherheit und Verkehrseffizienz hinausgehen. Das Ad-hoc Netzwerk wird dabei als dynamische Informationsressource angesehen, die jedem Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Forschung geht das vorgestellte Pull Paradigma vom Fahrzeug des Benutzers und nicht von der Informationsquelle aus, z.B. einem bremsenden Fahrzeug. Für den Zugriff auf Informationen aus hochdynamischen Ad-hoc Netzen, spielen bidirektionale Kommunikation, Informationssuche und -rücktransport eine entscheidende Rolle. Im Verlauf der Arbeit wird deshalb die Anwendbarkeit des Pull Paradigmas auf etablierte Fahrzeug Ad-hoc Netze untersucht und fehlende Aspekte identifiziert. Es zeigt sich, dass eine Reihe an Erweiterungen auf fast allen Ebenen des Netzwerkstapels nötig sind damit die bestehende Technologie um das Pull Paradigma erweitert werden kann. Zentraler Punkt hierbei sind zwei neuartige Algorithmen zur Informationsverwaltung und -verbreitung in Ad-hoc Netzwerken die zunächst abstrakt aus Sicht der Graphentheorie formuliert werden. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse wird PADE, eine Plattform zur Entwicklung von Anwendungen für Fahrzeug Ad-hoc Netze, entwickelt. Die entworfenen Algorithmen werden dann als Routingverfahren im Netzwerkstapel realisiert, in diesen integriert und auf großflächigen Stadtszenarien im Simulator evaluiert. Des Weiteren vereint PADE echte\u27\u27 und simulierte Kommunikationstechnologien und abstrahiert von diesen, sodass Anwendungen mit minimalem Aufwand vom Labor in ein Testfahrzeug überführt werden können. Um dieses ambitionierte Ziel zu erreichen, wird auf einer Reihe bereits bestehender Simulations- und Kommunikationstechnologien aufgebaut. Die praktische Anwendbarkeit des Pull Paradigmas wird anschließend in zwei Demonstratoren implementiert und in ein BMW 5er Testfahrzeug integriert. Das Präsentationsmodul der PADE Plattform wurde im derzeit weltgrößten Feldversuch für Fahrzeug Ad-hoc Kommunikation von über 400 Fahrern in 120 Fahrzeugen im Alltag getestet

Integrating Usability Models into Pervasive Application Development

This thesis describes novel processes in two important areas of human-computer interaction (HCI) and demonstrates ways to combine these in appropriate ways. First, prototyping plays an essential role in the development of complex applications. This is especially true if a user-centred design process is followed. We describe and compare a set of existing toolkits and frameworks that support the development of prototypes in the area of pervasive computing. Based on these observations, we introduce the EIToolkit that allows the quick generation of mobile and pervasive applications, and approaches many issues found in previous works. Its application and use is demonstrated in several projects that base on the architecture and an implementation of the toolkit. Second, we present novel results and extensions in user modelling, specifically for predicting time to completion of tasks. We extended established concepts such as the Keystroke-Level Model to novel types of interaction with mobile devices, e.g. using optical markers and gestures. The design, creation, as well as a validation of this model are presented in some detail in order to show its use and usefulness for making usability predictions. The third part is concerned with the combination of both concepts, i.e. how to integrate user models into the design process of pervasive applications. We first examine current ways of developing and show generic approaches to this problem. This leads to a concrete implementation of such a solution. An innovative integrated development environment is provided that allows for quickly developing mobile applications, supports the automatic generation of user models, and helps in applying these models early in the design process. This can considerably ease the process of model creation and can replace some types of costly user studies.Diese Dissertation beschreibt neuartige Verfahren in zwei wichtigen Bereichen der Mensch-Maschine-Kommunikation und erläutert Wege, diese geeignet zu verknüpfen. Zum einen spielt die Entwicklung von Prototypen insbesondere bei der Verwendung von benutzerzentrierten Entwicklungsverfahren eine besondere Rolle. Es werden daher auf der einen Seite eine ganze Reihe vorhandener Arbeiten vorgestellt und verglichen, die die Entwicklung prototypischer Anwendungen speziell im Bereich des Pervasive Computing unterstützen. Ein eigener Satz an Werkzeugen und Komponenten wird präsentiert, der viele der herausgearbeiteten Nachteile und Probleme solcher existierender Projekte aufgreift und entsprechende Lösungen anbietet. Mehrere Beispiele und eigene Arbeiten werden beschrieben, die auf dieser Architektur basieren und entwickelt wurden. Auf der anderen Seite werden neue Forschungsergebnisse präsentiert, die Erweiterungen von Methoden in der Benutzermodellierung speziell im Bereich der Abschätzung von Interaktionszeiten beinhalten. Mit diesen in der Dissertation entwickelten Erweiterungen können etablierte Konzepte wie das Keystroke-Level Model auf aktuelle und neuartige Interaktionsmöglichkeiten mit mobilen Geräten angewandt werden. Der Entwurf, das Erstellen sowie eine Validierung der Ergebnisse dieser Erweiterungen werden detailliert dargestellt. Ein dritter Teil beschäftigt sich mit Möglichkeiten die beiden beschriebenen Konzepte, zum einen Prototypenentwicklung im Pervasive Computing und zum anderen Benutzermodellierung, geeignet zu kombinieren. Vorhandene Ansätze werden untersucht und generische Integrationsmöglichkeiten beschrieben. Dies führt zu konkreten Implementierungen solcher Lösungen zur Integration in vorhandene Umgebungen, als auch in Form einer eigenen Applikation spezialisiert auf die Entwicklung von Programmen für mobile Geräte. Sie erlaubt das schnelle Erstellen von Prototypen, unterstützt das automatische Erstellen spezialisierter Benutzermodelle und ermöglicht den Einsatz dieser Modelle früh im Entwicklungsprozess. Dies erleichtert die Anwendung solcher Modelle und kann Aufwand und Kosten für entsprechende Benutzerstudien einsparen