Context modeling and context retrieval in mobile usage scenarios – a framework for context-aware mobile applications

Die fortschreitende Verbreitung drahtloser Kommunikationsnetze sowie immer leistungsfähigerer mobiler Computer schafft ein großes Potenzial für ein breites Spektrum innovativer Anwendungen. Kontextsensitive Applikationen adaptieren die Gegebenheiten der jeweiligen Situation des Nutzers, wodurch neuartige, intelligente Anwendungen und Benutzungsschnittstellen möglich werden. Die zunehmende Menge verfügbarer Sensortechniken und die daraus resultierende Vielfalt erfassbarer Kontextinformationen erschweren jedoch vermehrt die Verbreitung dieser Applikationen. Ein Rahmenwerk zur Kontextrepräsentation soll die Entwicklung kontextsensitiver Applikationen ohne Berücksichtigung von Details der Kontexterfassung und -verwaltung ermöglichen. Außerdem sollen Austausch und Wiederverwendbarkeit von Kontextinformationen zwischen Applikationen und Nutzern gestattet werden. In dieser Arbeit wird ein solches Rahmenwerk entwickelt. Zu Beginn steht die Untersuchung von Fragen der Kontextmodellierung, auf deren Grundlage anschließend eine Konzeption erarbeitet wird. Der praktische Teil der Arbeit führt eine Referenzimplementation des Systems durch um zu evaluieren, ob die Konzeption auf Basis aktueller Technologien in die Realität umgesetzt, und als Grundlage für weitere Untersuchungen herangezogen werden kann.The progressive spreading of wireless networks and increasingly powerful mobile computers creates a big potential for a wide spectrum of innovative applications. Context-aware applications adapt the circumstances of the user s current situation which enables new and intelligent user interfaces. Nevertheless, the sheer diversity of exploitable contexts and the plethora of sensing technologies are actually working against the deployment of context-aware systems. A framework for context retrieval should enable the development of context-aware applications without considering details of context acquisition and context management. Moreover, exchange and reusability of context information should be allowed between applications and users. In this work such a framework is developed. At the beginning, an investigation of questions of context modeling is accomplished. After that, a concept is compiled on that foundation. In the practial part of this thesis a reference implementation of the system is conducted to evaluate whether the concept can be put into practice, and be pulled up as a basis for other investigations

Kostenmodell der Kontextkommunikation und Kontextverarbeitung in Ubiquitären Informationsumgebungen

Die Grundidee ubiquitärer Informationssysteme ist es, dass Kleinstcomputer mehr und mehr in die Arbeits- und Lebensumgebung sowie alltägliche Gegenstände dieser Umgebungen eingebettet werden und dort demBenutzer Dienste anbieten, die ihn bei der Erledigung seiner täglichen Aufgaben unterstützen. Dabei ist eines der primären Ziele diese Dienste und die Geräte, welche die Dienste erbringen so unaufdringlich wie möglich zu gestalten. Kontext bildet dabei die Basis der Interaktion zwischen Benutzer und ubiquitärer Informationsumgebung. Kontext bezeichnet im Forschungsbereich Ubiquitous Computing Informationen über die Situation und die Umstände, die Grundlage für die Erbringung eines Dienstes sind. Kontextsensitive Anwendungen sind in der Lage auf diese Kontexte zu reagieren und und ihr Verhalten entsprechend anzupassen. Aus dem in [24] eingeführten, systemnahen Kontextmodell sowie bekannten Modellen der Kommunikation in Netzwerken und bereits in der Literatur beschriebenen Kontextmodellen, wird in diesem Artikel ein Kostenmodell für die Kommunikation und Kontextverarbeitung in ubiquitären Informationsumgebungen abgeleitet. Dieses Kostenmodell hat zum Ziel, die verschiedenen möglichen Modellierungsansätze hinsichtlich ihrer Kosten vergleichbar zu machen und so Hinweise für die effiziente Modellierung der Kommunikation und Verarbeitung von Kontexten zu geben

Kontextbereitstellung in offenen, ubiquitären Systemen

Die Vision des "Ubiquotous Computing" verspricht schon lange eine Welt, in der jeder Dienst zu jeder Zeit an jedem Ort verfügbar ist. Darüber hinaus soll die Alltagswelt mit Rechnern durchsetzt sein, ohne dass die Benutzer diese als solche bewusst wahrnehmen. Durch Kooperation und Informationsaustausch sollen die Benutzer unaufdringlich bei ihren Aufgaben unterstützt werden, genau abgestimmt auf ihre jeweilige Situation. Dafür bedarf es kontextsensitiver Dienste. Kontextsensitive Dienste sind nicht neu: Das Licht im Auto wird automatisch angeschaltet, sobald es draußen dunkler wird. Hierzu sind Sensoren und Aktuatoren fest verknüpft. Um der Vision von ubiquitären Computersystemen näher zu kommen, ist es wichtig, dass Kontextinformationen auch in spontanen, dynamischen Konfigurationen bereitgestellt, gefunden, ausgetauscht und verstanden werden können. Dies ist die Ausgangssituation dieser Arbeit: Kontextbereitstellung in offenen, ubiquitären Systemen. Dazu werden mehrere Beiträge geliefert: Eine Modellierung für Kontextinformationen, eine darauf aufbauende, dynamische Beschreibung für Kontextinformationsdienste und die Einführung von Kontextkonstruktionsbäumen, mit denen auf nicht-verfügbare Kontextinformationen geschlossen werden kann, oder mit denen diese wenigstens abgeschätzt werden können

Improving Context Recognition In Ubiquitous Computing Environments

Ziel dieser Arbeit ist es, kontextverarbeitende Anwendungen einer ubiquitären Informationsumgebung, systematisch umzustrukturieren und zu erweitern, so dass eine signifikante Verbesserung in der Erkennung von Kontexten erreicht werden kann. Dazu wurde das Konzept des systematischen Kontextmanagements eingeführt, das eine neue Schicht innerhalb kontextverarbeitender Systeme bildet. Voraussetzung für effiziente Qualitätssicherungsmechanismen ist eine systematische und formale Ausgestaltung der Repräsentation, Verarbeitung und Kommunikation von Kontexten. Ein solches formales Modell einer ubiquitären Informationsumgebung wurde hier eingeführt. Es bildet die Grundlage des Qualitätsmanagements für Kontexte. Der zentrale Beitrag dieser Arbeit ist ein Qualitätsmanagementsystem für Kontexte auf der Basis von Kontextattributen. Attribute sind dabei allgemeine Eigenschaften von Kontextdaten, welche von der semantischen Bedeutung, die Kontexte für die Anwendungen einer ubiquitären Informationsumgebung haben, unabhängig sind. Das vorgestellte Modell definiert vier solche Attribute: das Kontextalter, die räumliche Herkunft des Kontextes, die Verlässlichkeit der Kontextinformation und die informationelle Abhängigkeit von Kontexten. Für jedes dieser Attribute werden konkrete Algorithmen und Verfahren eingeführt, welche die quantitative Beurteilung der Qualität einer Kontextinformation erlauben. Diese werden innerhalb der neu eingeführten Kontextmanagementschicht in einem Qualitätsfilter umgesetzt. Durch die Filterkomponente erhalten alle Artefakte die Möglichkeit, dynamisch die eingehenden Kontexte auf der Basis ihrer Qualitätsmaße zu filtern und so ihre eigene Dienstqualität zu verbessern. Im Ergebnis konnte, durch das hier vorgestellte Kontextmanagementsystem, eine Verbesserung der Erkennungsrate von Artefakten einer ubiquitären Informationsumgebung um bis zu 48% nachgewiesen werden.The goal of this work was to gain a significant improvement of context recognition rates of applications in ubiquitous computing environments by systematically restructuring and enhancing them. To reach this goal the concept of "Systematic Context Management" was introduced that forms a new processing layer in context sensitive systems. Systematic and formal definitions of context representation, context processing and context communication are required to build efficient quality management mechanisms. Such a formal model of a ubiquitous computing environment is introduced in this thesis. It represents the basis of a quality management system for context data. The central contribution of this work is a quality management system for contexts on basis of Context Attributes. Context Attributes are general attributes of context data that are independent from the semantically meaning of the context for an application in a ubiquitous computing environment. The presented model defines four Context Attributes: context age, spatial origin of contexts, context reliability and informational interdependence of contexts. For each of these attributes concrete algorithms and methods have been developed that allow for the quantitative assessment of context quality. These algorithms and methods are implemented in a quality-filter that is part of the newly introduced context management layer. With this filter component artefacts gain the ability to dynamically filter contexts on basis of their quality allowing for an improvement of the service quality of those artefacts. As a result of this work, it was possible to prove that by the introduction of the context management system developed in this thesis, the context recognition rate of artefacts in a ubiquitous computing environment can be improved by up to 48%

Entwicklung eines Frameworks unter Verwendung von Kontextinformationen und kollektiver Intelligenz

Die Bedeutung von Daten, Informationen und Wissen als Faktor für wirtschaftliches und gesellschaftliches Handeln ist enorm und wächst noch weiter an. Ihr Austausch kennzeichnet und bestimmt die Globalisierung und den digitalen Wandel weit mehr als der Austausch von Waren. Grundlage dieser Entwicklung sind in erster Linie die enormen Fortschritte der Informations- und Kommunikationstechnik, die inzwischen insbesondere die Verfügbarkeit von Daten und Informationen nahezu zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort ermöglichen. Allerdings führt die riesige, rasant weiterwachsende verfügbare Menge an Daten und Informationen zu einer Überflutung in dem Sinne, dass es immer schwieriger wird, die jeweils relevanten Daten und Informationen zu finden bzw. zu identifizieren. Insbesondere beim Einsatz von Softwaresystemen ergibt sich aber für die Nutzer der Systeme häufig situations‑/kontextabhängig ein drängender Informationsbedarf, u.a. deshalb, weil die Systeme in immer kürzeren Zyklen verändert bzw. weiterentwickelt werden. Die entsprechende Suche nach Informationen zur Deckung des Informationsbedarfs ist jedoch häufig zeitaufwendig und wird vielfach „suboptimal“ durchgeführt. Michael Beul geht in seiner Arbeit der Frage nach, wie die Suche und Bereitstellung von relevanten Informationen erleichtert bzw. automatisiert durchgeführt werden kann, um eine effektivere Nutzung von Anwendungssystemen zu ermöglichen. Er erarbeitet ein Framework, welches insbesondere mit Hilfe von Konzepten der kollektiven Intelligenz eine kontextabhängige Echtzeit-Informationsbeschaffung für Nutzer softwareintensiver Systeme in den verschiedenen Anwendungsdomänen ermöglicht

Von persönlicher Schutzbekleidung zum mobilen Schutzassistenzsystem

Miniaturized and embedded computers open new prospects for Personal Protective Equipment (PPE). PPE will recognize context and react on environmental hazards in an autonomous way in the future. Networked components may predict dangerous situations. These complex systems demand a new participatory design process because the new protective functions have to adjust between user and automated technique for practical use. This PhD thesis deals with the user-oriented development process for these new ambient assisted protection systems. A specific workflow follows the process-oriented and networked character of the new mobile protection system. In addition designated design attributes motivate the need of clothing related solutions

Ein Integrations- und Darstellungsmodell für verteilte und heterogene kontextbezogene Informationen

Die "Kontextsensitivität" genannte systematische Berücksichtigung von Umweltinformationen durch Anwendungssysteme kann als Querschnittsfunktion im betrieblichen Umfeld in vielen Bereichen einen Nutzen stiften. Wirklich praxistaugliche kontextsensitive Anwendungssysteme, die sich analog zu einem mitdenkenden menschlichen Assistenten harmonisch in die ablaufenden Vorgänge in der Realwelt einbringen, haben einen enormen Bedarf nach umfassenden, d.h. diverse Aspekte der Realwelt beschreibenden Kontextinformationen, die jedoch prinzipbedingt verteilt in verschiedenen Datenquellen, etwa Kontexterfassungssystemen, Endgeräten sowie prinzipiell auch in beliebigen anderen, z.T. bereits existierenden Anwendungen entstehen. Ziel dieser Arbeit ist die Verringerung der Komplexität des Beschaffungsvorganges von verteilten und heterogenen Kontextinformationen durch Bereitstellung einer einfach verwendbaren Methode zur Darstellung eines umfassenden, aus verteilten und heterogenen Datenquellen zusammengetragenen Kontextmodells. Im Besonderen werden durch diese Arbeit zwei Probleme addressiert, zum einen daß ein Konsument von umfassenden Kontextinformationen mehrere Datenquellen sowohl kennen und zugreifen können und zum anderen über die zwischen den einzelnen Kontextinformationen in verschiedenen Datenquellen existierenden, zunächst nicht modellierten semantischen Verbindungen Bescheid wissen muß. Das dazu entwickelte Kontextinformationsintegrations- und -darstellungsverfahren kombiniert daher ein die Beschaffung und Integration von Kontextinformationen aus diversen Datenquellen modellierendes Informationsintegrationsmodell mit einem Kontextdarstellungsmodell, welches die abzubildende Realweltdomäne basierend auf ontologischen Informationen durch in problemspezifischer Weise erweiterte Verfahren des Semantic Web in einer möglichst intuitiven, wiederverwendbaren und modularen Weise modelliert. Nach einer fundierten Anforderungsanalyse des entwickelten Prinzips wird dessen Verwendung und Nutzen basierend auf der Skizzierung der wichtigsten allgemeinen Verwendungsmöglichkeiten von Kontextinformationen im betrieblichen Umfeld anhand eines komplexen betrieblichen Anwendungsszenarios demonstriert. Dieses beinhaltet ein Nutzerprofil, das von diversen Anwendungen, u.a. einem kontextsensitiven KFZ-Navigationssystem, einer Restaurantsuchanwendung sowie einem Touristenführer verwendet wird. Probleme hinsichtlich des Datenschutzes, der Integration in existierende Umgebungen und Abläufe sowie der Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit des Verfahrens werden ebenfalls diskutiert.Context-awareness, which is the systematic consideration of information from the environment of applications, can provide significant benefits in the area of business and technology. To be really useful, i.e. harmonically support real-world processes as human assistants do it, practical applications need a comprehensive and detailed contextual information base that describes all relevant aspects of the real world. As a matter of principle, comprehensive contextual information arises in many places and data sources, e.g. in context-aware infrastructures as well as in "normal" applications, which may have knowledge about the context based on their functionality to support a certain process in the real world. This thesis facilitates the use of contextual information by reducing the complexity of the procurement process of distributed and heterogenous contextual information. Particularly, it addresses the two problems that a consumer of comprehensive contextual information needs to be aware of and able to access several different data sources and must know how to combine the contextual information taken from different and isolated data sources into a meaningful representation of the context. Especially the latter information cannot be modelled using the current state of the art. These problems are addressed by the development of an integration and representation model for contextual information that allows to compose comprehensive context models using information inside distributed and heterogeneous data sources. This model combines an information integration model for distributed and heterogenous information (which consists of an access model for heterogeneous data sources, an integration model and an information relation model) with a representation model for context that formalizes the representation of the respective real world domain, i.e. of the real world objects and their semantic relations in an intuitive, reusable and modular way based on ontologies. The resulting model consists of five layers that represent different aspects of the information integration solution. The achievement of the objectives is rated based on a requirement analysis of the problem domain. The technical feasibility and usefulness of the model is demonstrated by the implementation of an engine to support the approach as well as a complex application scenario consisting of a user profile that integrates information from several data sources and a couple of context-aware applications, e.g. a context-aware navigation system, a restaurant finder application as well as an enhanced tourist guide that use the user profile. Problems regarding security and social effects, the integration of this solution into existing environments and infrastructures as well as technical issues like the scalability and performance of this model are discussed too

Mobilität, Adaptivität und Kontextbewusstsein im E-Learning

Lucke, U., & Specht, M. (2012). Mobilität, Adaptivität und Kontextbewusstsein im E-Learning. Zeitschrift für interaktive und kooperative Medien, i-com, 01/2012.Wireless networks and mobile devices are widely available. This allows not only for education independent from time and place. Also, adaption to individuals, places, and situations may be realized, and different scenarios are seamlessly converging