Κεφάλαιο 7 Προοπτικές

Transcript

1 Κεφάλαιο 7 Προοπτικές Well we know where we're goin', but we don't know where we've been And we know what we're knowin', but we can't say what we've seen And we're not little children, and we know what we want And the future is certain, give us time to work it out... Talking Heads, Road to Nowhere, LP: Little creatures (1985) 7.1 Σύντοµη ανασκόπηση των ρευµάτων τροχιάς αντικειµένων Η αναζήτηση ενός προτύπου για την περιγραφή των αντικειµένων του φυσικού κόσµου, σε πρώτο στάδιο οφείλει να προδιαγράψει την οντολογία τους, κάνοντας τη βασική διάκριση µεταξύ της ζωής (απαρχή, εξαφάνιση, διάσπαση κ.ά.) και της κίνησής τους. Η εργασία αυτή εντάσσεται στο πλαίσιο της µελέτης κινούµενων αντικειµένων και µάλιστα επικεντρώνεται µόνο σε σηµειακά αντικείµενα. Σηµείο εκκίνησης για το εξειδικευµένο µοντέλο που προτείνεται αποτελεί η θεώρηση της τροχιάς των κινούµενων σηµειακών αντικειµένων ως ρεύµατος δεδοµένων µε επιπρόσθετα χωροχρονικά χαρακτηριστικά. Μερικά από τα συστήµατα ρευµάτων δεδοµένων που είτε διερευνώνται ή βρίσκονται σε πειραµατικό στάδιο συµπεριλαµβάνουν χωρικά στοιχεία: λ.χ. οι σηµειακές θέσεις των δικτύων αισθητήρων ή οι χιλιοµετρικές θέσεις στο οδικό δίκτυο για την επιβολή διοδίων. Εν τούτοις, η προσέγγιση που ακολουθούν είναι στατική, αφού δεν αντιµετωπίζουν τα κινούµενα αντικείµενα ως πηγή του ρεύµατος δεδοµένων. Επιπλέον, δεν λαµβάνουν υπόψη τα χωροχρονικά ερωτήµατα διαρκείας που είναι πιθανόν να υποβάλλονται από τα ίδια τα κινούµενα αντικείµενα, δηµιουργώντας ένα είδος κινούµενων ερωτηµάτων, για τα οποία ο υπολογισµός των απαντήσεων θα πρέπει να εξετάζει την τρέχουσα θέση. Έχοντας ως βάση ένα γενικότερο µοντέλο ρεύµατος δεδοµένων, επιχειρήθηκε η ενίσχυσή του µε τις πρωταρχικές χωροχρονικές λειτουργίες που κρίθηκαν απαραίτητες για τη διαχείριση ρευµάτων τροχιάς. Προστέθηκαν οι κατάλληλοι χωρικοί, χρονικοί ή χωροχρονικοί τελεστές (όπως απόσταση, διάρκεια, ταχύτητα), κατηγορήµατα για τη διατύπωση συνθηκών σε ερωτήµατα (λ.χ. σηµείο εντός περιοχής), καθώς και κατασκευαστές 189

2 Προοπτικές. βασικών χωρικών τύπων (σηµείο, ορθογώνιο, κύκλος, τρίγωνο). Τυχόν πρόσθετες λειτουργίες µπορούν να οριστούν από τους χρήστες µε τη µορφή συναρτήσεων (UDFs). Το µοντέλο, εκτός από την υποστήριξη καθαρόαιµων ρευµάτων δεδοµένων (χωρίς στοιχεία τροχιάς), θα πρέπει να είναι σε θέση να εκφράσει και χωροχρονικούς συσχετισµούς µε σχέσεις (relations) που αφορούν στατικές οντότητες στο χώρο (λ.χ. όρια περιοχών). Εγγενής δυσχέρεια παρατηρείται εξαιτίας της αβεβαιότητας του προσδιορισµού της χωρικής πτυχής της τροχιάς. Ως προς το χρονικό ορόσηµο που συνοδεύει κάθε πλειάδα της τροχιάς, αυτό αφορά τον χρόνο καταγραφής της µέτρησης στον πραγµατικό κόσµο (χρόνος εγκυρότητας). Τα πολλαπλά ρεύµατα τροχιάς που συρρέουν στο σύστηµα από τα κινούµενα αντικείµενα µπορούν να συντεθούν σ ένα συνολικό ρεύµα, επιτρέποντας αποτελεσµατικότερη επεξεργασία των περιεχοµένων του. Για τη διατύπωση των ερωτηµάτων υπάρχουν δυνατότητες χρήσης δηλωτικών ή διαδικαστικών γλωσσών ερωταποκρίσεων. Αξιολογώντας τις σχετικές εισηγήσεις της τρέχουσας έρευνας, επιλέχθηκε η SQL ως επαρκής βάση για τη διατύπωση των σχετικών ερωτηµάτων. Πέραν του γνώριµου κορµού της σχεσιακής γλώσσας, προτείνονται επεκτάσεις µε τη µορφή δοµικών στοιχείων. Αυτά αναφέρονται τόσο την αποµόνωση τµηµάτων των ρευµάτων (παραθυρικές δοµές), τον ορισµό συνθηκών (χωροχρονικές λειτουργίες), τους µετασχηµατισµούς µεταξύ δυναµικών ρευµάτων και στατικών σχέσεων, καθώς και µια δοµή σύνοψης της ιστορικής εξέλιξης της τροχιάς κατά προσεγγιστικό τρόπο. Βεβαίως, ούτε η επάρκεια της γλώσσας ούτε οι επιδόσεις της εκτέλεσης των ερωτηµάτων που διατυπώνονται µ αυτήν µπορούσαν να δοκιµαστούν στην πράξη, αφού δεν υπήρχε διαθέσιµο κάποιο ολοκληρωµένο σύστηµα. Κατά συνέπεια, η διερεύνηση αποπειράθηκε να στοιχειοθετήσει την εκφραστική σαφήνεια της γλώσσας ερωταποκρίσεων µε σειρά παραδειγµάτων, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσµα των πιθανών ερωτηµάτων διαρκείας. 7.2 Ζητήµατα προς µελλοντική διερεύνηση Παρά τις επιµέρους αξιόλογες προσεγγίσεις του µοντέλου ρευµάτων δεδοµένων, µέχρι σήµερα (Μάϊος 2003) δεν έχει παρουσιαστεί κάποιο πρωτότυπο σύστηµα γενικού σκοπού σε ολοκληρωµένη και λειτουργήσιµη µορφή. Πολύ σύντοµα αναµένεται ότι τουλάχιστον τρία συστήµατα (AURORA, TelegraphCQ, STREAM) θα βρίσκονται σε πλήρη ανάπτυξη, γεγονός που θα επαναπροσδιορίσει τον κατάλογο των ερευνητικών ζητηµάτων αιχµής, ενώ θα επιτρέψει µια συνολική αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της έρευνας στο χώρο των ρευµάτων δεδοµένων. Στη συνέχεια θίγονται ορισµένα από τα ανοιχτά ζητήµατα που αφορούν τόσο στον τοµέα της τυπικής διαχείρισης δεδοµένων (λ.χ. χωροχρονικές βάσεις δεδοµένων, εξόρυξη δεδοµένων), όσο και στο ίδιο το µοντέλο ρεύµατος δεδοµένων (όπως η βελτιστοποίηση ερωτηµάτων ή η µέτρηση της επίδοσης αλγοριθµικών τεχνικών). Ωστόσο, εδώ παρουσιάζονται υπό το πρίσµα των ρευµάτων τροχιάς κινούµενων αντικειµένων, σύµφωνα µε το µοντέλο που έχει προταθεί, επιµένοντας σε µερικές ιδιαιτερότητες που χαρακτηρίζουν αυτήν την προοπτική. 190

3 7.2 Ζητήµατα προς µελλοντική διερεύνηση Επεξεργασία ερωτηµάτων Η ύπαρξη και πιθανόν ταυτόχρονη εκτέλεση πολλαπλών ερωτηµάτων από το σύστηµα, εντείνει την ανάγκη της βελτιστοποίησής τους, όπως αναφέρθηκε, για λόγους καλύτερης αξιοποίησης των διαθέσιµων πόρων του. Ωστόσο, η ύπαρξη χωροχρονικών κατηγορηµάτων ή τελεστών πολλοί από τους οποίους ίσως επιτρέπεται να ορίζονται από τους χρήστες ενδεχοµένως καθιστά τους υπολογισµούς ακόµη πιο περίπλοκους. Σε καθεστώς ρευστότητας τόσο των δεδοµένων όσο και των ερωτηµάτων, οι γνωστές ευρετικές τεχνικές (λ.χ. αλγεβρικοί µετασχηµατισµοί), αν και εξασφαλίζουν µια λογική σειρά εκτέλεσης των λειτουργιών, αποδεικνύονται µάλλον ανεπαρκείς. Κατάλληλοι αλγόριθµοι θα πρέπει να επινοηθούν, οι οποίοι να εκµεταλλεύονται τη χωροχρονική πληροφορία για να διαµορφώσουν την απάντηση σε ερωτήµατα (λ.χ. διάταξη βάσει των χρονικών οροσήµων ή χωρική εγγύτητα διαδοχικών πλειάδων). Επίσης, αξίζει να µελετηθεί η περίπτωση πιθανής κλιµάκωσης του όγκου δεδοµένων ή επέκτασης του συστήµατος ώστε να δεχθεί δεδοµένα από περισσότερες πηγές (scalability). Συγκριτικές δοκιµές µεταξύ εναλλακτικών τεχνικών εκτέλεσης θα µπορούσαν λοιπόν να προσδιορίσουν την καταλληλότητα κάθε µεθόδου, ανάλογα µε τον τύπο των υφιστάµενων ερωτηµάτων, το φόρτο του συστήµατος και την ανάγκη τήρησης δεδοµένων στη µνήµη. Για το σκοπό αυτό θα ήταν ίσως χρήσιµο να αναπτυχθούν ειδικές εφαρµογές µέτρησης επιδόσεων (benchmark applications, µετροπρογράµµατα) ή να επεκταθούν κατάλληλα κάποιες αναπτυσσόµενες, όπως το NEXMark. Αναµφισβήτητα, αυτό προϋποθέτει µεταξύ άλλων, την παραγωγή των κατάλληλων δοκιµαστικών δεδοµένων τροχιάς, την υλοποίηση των αλγορίθµων επεξεργασίας, τον καθορισµό των παραµέτρων αξιολόγησης κάθε µεθόδου, ακόµη και την κατασκευή του κατάλληλων εργαλείων ελέγχου της διαδικασίας και οπτικοποίησης των αποτελεσµάτων της οµές διαχείρισης των στοιχείων Η αντιµετώπιση των στοιχείων των ρευµάτων δεδοµένων (συµπεριλαµβανοµένων των ρευµάτων τροχιάς) ως πλειάδων µε ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, οπωσδήποτε διευκολύνει την διαχείριση και την επεξεργασία τους. εν είναι όµως ξεκάθαρο τί ακριβώς συµβαίνει εάν επιτραπούν ενηµερώσεις (updates) στα περασµένα περιεχόµενα του ρεύµατος. Για παράδειγµα, προκειµένου να περιοριστεί η αβεβαιότητα των στοιχείων που τηρούνται, είναι λογικό να επιτραπούν αναθεωρήσεις κάποιων καταγεγραµµένων θέσεων της τροχιάς, όπως διορθώθηκαν βάσει του προσδιορισµένου σφάλµατος (λ.χ. στην περίπτωση οχηµάτων, µε χρήση πρόσθετων ενδείξεων από οδόµετρα, χωρίς χρήση GPS). Σε τέτοιες περιπτώσεις, θα πρέπει να έχει προβλεφθεί η χρήση κλειδιών (key attributes) στο µοντέλο, για λόγους γρήγορης αναζήτησης των πλειάδων που χρειάζεται να ενηµερωθούν σχετικά. Φυσικό παρεπόµενο της µεθοδολογίας είναι ο πολύ υψηλός ρυθµός ενηµερώσεων των στοιχείων, δεσµεύοντας υπέρµετρα πόρους του συστήµατος. Παράλληλα, θα πρέπει να επινοηθούν οι κατάλληλες δοµές δεικτοδότησης (indexes) είτε για τα πρόσφατα περιεχόµενα του ρεύµατος τροχιάς, είτε για τις τυχόν συνόψεις τους. Παρόλο που η χρήση του δίσκου για τις συνόψεις δεν µπορεί να αποκλειστεί 191

4 Προοπτικές. εντελώς, η τήρηση στη µνήµη των σηµειακών θέσεων που επιλέγονται για τις περιληπτικές δοµές, αφενός θα διευκόλυνε την επικαιροποίησή τους µε τα διαρκώς ερχόµενα στοιχεία, αφετέρου δε θα επιτάχυνε σηµαντικά την εκτέλεση των ερωτηµάτων. Όµως ακόµη µεγαλύτερη σηµασία έχει η δυνατότητα τήρησης δεδοµένων τροχιάς όχι µόνο για σηµειακά αντικείµενα, αλλά και γραµµές ή περιοχές, η κίνηση των οποίων δεν περιορίζεται µόνο στο δισδιάστατο χωρικό επίπεδο, αλλά εκτείνεται στον τρισδιάστατο χώρο. Παρόλο που πολλές από τις δοµές της γλώσσας ερωταποκρίσεων θα παραµείνουν µάλλον ανέπαφες, η υλοποίηση των τύπων δεδοµένων και των κατασκευαστών τύπων θα πρέπει αναγκαστικά να µεταβληθεί. Επιπλέον, ίσως πρέπει να προβλεφθούν νέοι τελεστές (λ.χ. όγκος) και κατηγορήµατα για την επεξεργασία των στοιχείων Πολλαπλά ρεύµατα δεδοµένων Εκτός από την περίπτωση µεµονωµένων ρευµάτων δεδοµένων, για διάφορες εφαρµογές σε κατανεµηµένο περιβάλλον επεξεργασίας, είναι πιθανό να τεθούν ζητήµατα υπολογισµού απλών συναρτήσεων (λ.χ. πλήθους διακριτών τιµών) σε ενώσεις (unions) ρευµάτων δεδοµένων που προέρχονται από πολλές διαφορετικές πηγές. Σε τέτοιου είδους εφαρµογές, δεν είναι σκόπιµο να µεταβιβάζονται όλα τα στοιχεία σε ένα κεντρικό κόµβο προς επεξεργασία. Αξίζει να σηµειωθεί ότι πολλές από τις τεχνικές που εφαρµόζονται για να παραχθούν σκίτσα δεδοµένων (data sketches) µπορούν να διασκευαστούν κατάλληλα ώστε να µπορούν να εφαρµοστούν και σε κατανεµηµένο περιβάλλον ρευµάτων δεδοµένων. Η κατανεµηµένη επεξεργασία ρευµάτων τροχιάς θα µπορούσε να επωφεληθεί σηµαντικά από τη χρήση τέτοιων µεθόδων. Βεβαίως, στην περίπτωση ενός κατανεµηµένου συστήµατος, ζητήµατα όπως η υστέρηση (latency) στη λήψη πρωτογενών ή επεξεργασµένων πλειάδων, η απώλεια δεδοµένων, καθώς και η ανάνηψη (recovery) κάποιων επεξεργαστικών µονάδων έπειτα από διακοπή λειτουργίας, αποτελούν σηµαντικότατα προβλήµατα προς διερεύνηση. Στο πλαίσιο της µελέτης τροχιάς αντικειµένων, αν το κατανεµηµένο σύστηµα παρουσιάζει τέτοιες µεταπτώσεις, αφενός µεν θα παρεµποδίζεται η εξέλιξη της επεξεργασίας των ερωτηµάτων διαρκείας, αφετέρου δε θα δηµιουργούνται χάσµατα στην αναπαράσταση της κίνησης. Τέλος, µακροπρόθεσµη προοπτική αποτελεί ίσως η ανάπτυξη κατάλληλου µοντέλου προσέγγισης των αγνώστων τµηµάτων της κίνησης Γραφικό περιβάλλον ερωταποκρίσεων Η ανάπτυξη συστηµάτων πληροφόρησης εν κινήσει (mobile information systems) εντείνει την αναγκαιότητα για προσπέλαση της πληροφορίας σε οποιαδήποτε χρονική στιγµή ή τοποθεσία, ανάµεσα στ άλλα και χωροχρονικών δεδοµένων που αφορούν την ίδια την κίνηση των αντικειµένων. Η δυνατότητα υποβολής ερωτηµάτων σε τέτοια συστήµατα δεν µπορεί φυσικά να στηριχτεί σε µια τυπική γλώσσα ερωταποκρίσεων: όση εκφραστική σαφήνεια ή απλότητα κι αν χαρακτηρίζουν τις σχετικές προτάσεις σε SQL, κανείς εποχούµενος δεν θα είναι διατεθειµένος να συντάξει ένα τέτοιο ερώτηµα! Σαφώς λοιπόν, το περιβάλλον υποβολής των ερωτηµάτων και λήψης των απαντήσεων δεν µπορεί παρά 192

5 7.2 Ζητήµατα προς µελλοντική διερεύνηση να είναι γραφικό, προορισµένο να λειτουργήσει σε συσκευές µικρών διαστάσεων (λ.χ. palm-tops, PDAs, κινητά τηλέφωνα) που χρησιµοποιούνται από απλούς χρήστες κι όχι µόνο σε ισχυρούς σταθµούς εργασίας ή προσωπικούς υπολογιστές που απευθύνονται σε έµπειρους χειριστές συστηµάτων µεγάλης κλίµακας. Έτσι, καίρια σηµασία αποκτούν ζητήµατα όπως: η δηµιουργία απλών και φιλικών προς το χρήστη διεπαφών (user-friendly interfaces), συµπυκνώνοντας όλες τις κρίσιµες λειτουργίες σε µερικά εικονίδια, η ενσωµάτωση από κοινού χωρικών, χρονικών και χωροχρονικών λειτουργιών στις ήδη παρεχόµενες λειτουργίες χειρισµού αριθµητικών τύπων ή κειµένων, η σύζευξη γραφικών (λ.χ. ενός χάρτη) και αλφαριθµητικών στοιχείων, π.χ. χωροχρονικά ερωτήµατα µε πρόσθετα περιγραφικά κριτήρια, η δυνατότητα ταχείας γεωµετρικής αναπαράστασης όχι µόνο στατικών χωρικών πληροφοριών (λ.χ. το οδικό δίκτυο µιας περιοχής), αλλά και των αποτελεσµάτων σε δυναµικά ερωτήµατα σε πραγµατικό χρόνο κ.ά. Βεβαίως, τα ερωτήµατα που αφορούν τα κινούµενα αντικείµενα είτε πρόκειται για ερωτήµατα διαρκείας είτε στιγµιοτύπου πριν υποβληθούν για τους σχετικούς υπολογισµούς είναι απαραίτητο προηγουµένως να µετατραπούν αυτοµάτως σε µορφή παρόµοια µ αυτή που προδιαγράφεται από την προτεινόµενη γλώσσα ερωταποκρίσεων (δηλαδή σε εντολές SQL). Όταν η επεξεργασία ολοκληρωθεί, η απάντηση πρέπει να µεταδοθεί στις συσκευές των χρηστών και ακολούθως να αναπαρασταθεί, πιθανόν ξανά σε γραφική µορφή. Πρακτικά λοιπόν, οποιαδήποτε χαρακτηριστικό ή έκφραση περιλαµβάνεται στην πρόταση SELECT θα πρέπει να µπορεί να λάβει είτε αλφαριθµητικές είτε χωρικές τιµές, οι οποίες ενδεχοµένως διοχετεύονται στον προορισµό τους µε τη µορφή ρεύµατος, συνοδευόµενες απαραιτήτως από το σχετικό χρονικό ορόσηµο. Εξέχουσα σηµασία θα πρέπει να αποδοθεί επίσης στο ζήτηµα της οπτικοποίησης, µε έµφαση στη διαισθητική πρόσληψη της πληροφορίας από το χρήστη. Μια αποδοτική τακτική θα ήταν ίσως η ελάττωση του όγκου των δεδοµένων που µεταδίδονται ως απαντήσεις σε ορισµένα ερωτήµατα (λ.χ. µε περιλήψεις ή γενικεύσεις) και η βαθµιαία εκλέπτυνσή τους µε την πάροδο του χρόνου ή κατόπιν αιτήµατος του χρήστη. Πέραν όµως του περιεχοµένου της πληροφορίας, η οπτικοποίηση αναφέρεται και στο περιβάλλον διεπαφής µε το χρήστη. Είναι ευνόητο ότι ο χρήστης δεν θα έχει ευχέρεια χρήσης πληκτρολογίου, άρα ένα γραφικό περιβάλλον (λ.χ. µε λίγα εικονίδια και γραφίδα) θα πρέπει να του εξασφαλίζει τη δυνατότητα να υποβάλλει ερωτήµατα και ανακτήσει δεδοµένα µ έναν επαρκή, αλλά συνάµα απλό τρόπο (π.χ. λίγα κουµπιά ή συνδυασµοί τους) Εξόρυξη δεδοµένων από ρεύµατα τροχιάς αντικειµένων Οι τεχνικές που εφαρµόζονται για την εξόρυξη δεδοµένων (data mining) αποδεικνύονται πολύ χρήσιµες στο χειρισµό ρευµάτων δεδοµένων, µιας και σ αυτά περιέχεται τεράστιος όγκος πρωτογενών πληροφοριών που η καθεµιά αυτοτελώς είναι µάλλον ασήµαντη. Όταν όµως πλειάδες που αναφέρονται στην ίδια οντότητα (λ.χ. τιµή 193

6 Προοπτικές. µιας µετοχής) των αθροιστούν για µια ορισµένη χρονική περίοδο, το αποτέλεσµα µπορεί να αποδώσει µε πολύ κατατοπιστικό τρόπο την εξέλιξη του µεγέθους που ελέγχεται, συλλαµβάνοντας κατά κάποιο τρόπο την «υπογραφή» της οντότητας. Υπάρχουν ακόµη δυνατότητες κατασκευής δένδρων αποφάσεων (decision trees), τα οποία αποτελούν µιαν ακόµη µέθοδο σύνοψης δεδοµένων, αλλά µε σκοπό την πρόβλεψη. Επίσης, το ζήτηµα της ανεύρεσης συστάδων (clusters) εµφανίζει σηµαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον. Βασικό πρόβληµα είναι εκείνο των k-µέσων (k-means), το οποίο διατυπώνεται ως εξής: έχοντας n αρχικά σηµεία (τα οποία αντιπροσωπεύουν δεδοµένα), θα πρέπει να εξευρεθούν k αντιπροσωπευτικά σηµεία (τα «κέντρα» των οµάδων που δηµιουργούνται), έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί το άθροισµα των σφαλµάτων για τα n σηµεία. Στην περίπτωση αυτή, το σφάλµα για κάθε σηµείο προκύπτει από την απόσταση του σηµείου από το πλησιέστερο εκ των k αντιπροσωπευτικών σηµείων. Το πρόβληµα µπορεί να επιλυθεί µε µια παραλλαγή της τεχνικής «διαίρει και βασίλευε» (divide and conquer), όπου η οµαδοποίηση των στοιχείων εξελίσσεται ιεραρχικά. Αρχικά, ένας µικρός αριθµός αρχικών σηµείων συγκεντρώνεται γύρω από k κέντρα. Εφαρµόζοντας την ίδια διαδικασία για πολλά διαφορετικά υποσύνολα των στοιχείων, προκύπτουν αντίστοιχα κέντρα ζυγισµένα (weighted) µε τον αριθµό των σηµείων που βρίσκονται πλησίον τους. Τα κέντρα αυτά µπορούν µε τη σειρά τους να οµαδοποιηθούν δίνοντας τα κέντρα του αµέσως ανώτερου επιπέδου κ.ο.κ., µε το πλεονέκτηµα ότι το σύνολο στοιχείων «σαρώνεται» σε ένα µόνο πέρασµα (single-pass algorithm), οπότε υπάρχει σηµαντικό κέρδος στον απαιτούµενο χώρο µνήµης και στον επεξεργαστικό χρόνο ανά στοιχείο. Παράδειγµα Έχοντας ένα ρεύµα δεδοµένων που καταγράφει για κάθε τηλεφωνική συνδιάλεξη την τελευταία κεραία κινητής τηλεφωνίας που χρησιµοποιήθηκε, είναι δυνατόν να εντοπίζονται σε συνεχή βάση οι πέντε κεραίες µε την υψηλότερη κίνηση στο πρόσφατο χρονικό διάστηµα (λ.χ. για τυχόν επέκταση των τεχνικών δυνατοτήτων τους). Η εµβέλεια («διάµετρος») της καθεµιάς µπορεί τότε να εκτιµηθεί µε τη µέθοδο των πολυγώνων επιρροής (πολύγωνα Thiessen), βάσει των γεωγραφικών συντεταγµένων της θέσης τους, αποδίδοντας βάρη στα πολύγωνα ανάλογα µε το µέγεθος των κλήσεων που διεκπεραιώνουν. Αυτό σηµαίνει ότι η περιγραφική πληροφορία που εξάγεται από τα περιεχό- µενα του ρεύµατος, µπορεί να αποκτά δυναµικά γεωγραφική απεικόνιση. Σχέδιο 7.1: Πολύγωνα επιρροής (Thiessen) για ένα στιγµιότυπο της θέσης κινούµενων αντικειµένων. Ειδικά σε ό,τι αφορά τα ρεύµατα τροχιάς, αντί να ελέγχεται η κίνηση κάθε αντικειµένου χωριστά, ενδιαφέρον θα είχε η παρακολούθησή τους επί µακρόν (δηλ. από ερωτήµατα διαρκείας) ανά οµάδες. Έτσι, θα µπορούσε να διαπιστωθεί εάν ακολουθούν κοινή διαδροµή, πόσο συχνά διασταυρώνονται ή εάν έχουν αποκλίνουσες πορείες. Τα περισσότερα σχετικά ερωτήµατα θα εµπλέκουν µάλλον τελεστές συνάθροισης (aggregates). Μερικές ενδεικτικές κατηγορίες θα µπορούσαν να αφορούν: 194

7 7.2 Ζητήµατα προς µελλοντική διερεύνηση Ερωτήµατα ανίχνευσης (tracking queries), προσδιορίζοντας στοιχεία όπως τον αριθµό των αντικειµένων εντός περιοχής ή τη συχνότητα διέλευσης από συγκεκριµένες ζώνες κατά το πρόσφατο παρελθόν. Κάτι τέτοιο θα είχε λ.χ. ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρµογές παρακολούθησης στόλου οχηµάτων, µελετώντας λ.χ. τις τάσεις κατά την κίνηση (αλλού κατευθύνονται τα οχήµατα το πρωί και αλλού το βράδυ), τη µέση ροή οχηµάτων από κυκλοφοριακούς άξονες, τη µέγιστη ταχύτητα κίνησης ανά χρονικά διαστήµατα (π.χ. εντοπισµός πλήθους παραβάσεων) κ.ά. Ερωτήµατα προέλευσης προορισµού (origin destination queries) των κινήσεων, υπό την προϋπόθεση ότι ορίζονται (αυθαίρετα ίσως) η αφετηρία και ο τερµατισµός της κίνησης. Προφανώς, ο υπολογισµός επιβάλλει την εφαρµογή αθροιστικών τελεστών σε στοιχεία της τροχιάς για οµάδες αντικειµένων, αλλά προς την κατεύθυνση δηµιουργίας ενός µοντέλου χωρικής αλληλεπίδρασης (spatial interaction model). Το αποτέλεσµα του ερωτήµατος θα ήταν λ.χ. ο συνολικός αριθµός ή ο µέσος χρόνος µετακίνησης µεταξύ περιοχών (οπότε η προέλευση και ο προορισµός ανάγονται σε ευρύτερες ζώνες). Ερωτήµατα κατωφλίου (threshold queries), για τον προσδιορισµό της πυκνότητας αντικειµένων εντός περιοχής πάνω από ένα ορισµένο κατώφλι, οπότε µπορούν λ.χ. να σε πραγµατικό χρόνο προσδιορίζονται τυχόν περιοχές συµφόρησης ιερεύνηση της οµοιότητας µεταξύ ρευµάτων τροχιάς ύο κινούµενα αντικεί- µενα µπορεί να έχουν την ίδια αφετηρία, ακόµη και τα τέρ- µατά τους να συµπίπτουν, ωστόσο η ενδιάµεση διαδρο- µή τους δεν είναι καθόλου βέβαιο ότι είναι παραπλήσια. Η ανάλυση στοιχείων κίνησης επιχειρεί να προσδιορίσει τα αντικείµενα που κινήθηκαν µε παρόµοιο τρόπο, ακολουθώντας το ίδιο πρότυπο πορείας. Η έννοια της οµοιότητας µεταξύ τροχιών αντικειµένων σχετίζεται λοιπόν άµεσα µε τον ορισµό του κατάλληλου µέτρου οµοιότητας, βάσει του οποίου θα γίνει η σύγκριση. Επίσης, σοβαρά υπόψη πρέπει να ληφθεί ο θόρυβος που υπεισέρχεται στην καταγραφή. t Σχέδιο 7.2: Αναπαράσταση της τροχιάς κινούµενων αντικειµένων µε παρόµοια υποτµήµατα. 195 y x

8 Προοπτικές. Η απλούστερη προσέγγιση θεωρεί τις τροχιές ως διανύσµατα, οπότε η ευκλίδεια απόσταση µπορεί να χρησιµεύσει για την αναζήτηση όµοιων τροχιών, είναι όµως δυσλειτουργική ως λύση όταν οι τροχιές έχουν διαφορετικά µήκη ή άλλο ρυθµό δειγµατοληψίας. Έχει προταθεί επίσης η αναζήτηση των µακρύτερων κοινών υποτµηµάτων (Longest Common Subsequences, LCSS) της τροχιάς (δηλαδή του ρεύµατος δεδοµένων που συγκροτούν τα δείγµατα). Σ αυτή την τεχνική χρησιµοποιείται δυναµικός προγραµµατισµός, ο οποίος δεσµεύει αρκετούς πόρους του συστήµατος. Όµως, αφού τα στοιχεία είναι πραγµατικοί αριθµοί, επιτρέπεται ακόµη και προσεγγιστικό ταίριασµα των τροχιών, µιας και είναι πρακτικά αδύνατη και υπολογιστικά κοπιαστική η απόπειρα ακριβούς ταύτισης. Τέλος, έχει αναπτυχθεί µια τεχνική που καταγράφει τις παρατηρήσεις σε καννάβους (raster), επιτρέποντας συνάθροιση των δεδοµένων, οπότε η σύγκριση δεν γίνεται πλέον µεταξύ ζευγών τροχιών, αλλά κάθε τροχιάς χωριστά µε τον υποκείµενο κάνναβο. Καταλήγοντας, θα πρέπει να σηµειωθεί ότι όλες οι παραπάνω προσεγγίσεις αποβλέπουν στην κατασκευή ενός συνολικού µοντέλου οµοιότητας των τροχιών, ικανού να παρακολουθεί την εξέλιξη της κίνησης των αντικειµένων και να εντοπίζει τυχόν ταυτίσεις. Αντίθετα, η αντιµετώπιση των τροχιών, τόσο από τα συστήµατα χωροχρονικών βάσεων δεδοµένων όσο κι από το εισηγούµενο µοντέλο ρεύµατος τροχιάς αντικειµένων, στηρίζεται στην υποστήριξη των ερωτηµάτων των χρηστών, κυρίως ερωτήµατα εγγύτερου γείτονα (nearest neighbor queries) ή χωροχρονικού παραθύρου (range queries). 7.3 ιαφαινόµενες τάσεις Οι τρέχουσες εξελίξεις στην τεχνολογία των υπολογιστών, κυρίως στο υλικό (hardware), παρέχουν ευρύτατες δυνατότητες ανάπτυξης ηλεκτρονικών υπηρεσιών που βασίζονται στη θέση του πελάτη (location-based και location-aware services). Οι συσκευές ή τα ηλεκτρονικά εξαρτήµατα που παρέχουν οι κατασκευαστές γίνονται όλο και πιο µικροσκοπικά, οι ασύρµατες τηλεπικοινωνίες φθηνότερες, πιο αξιόπιστες και ικανές για µετάδοση µεγαλύτερων όγκων πληροφορίας, ενώ κι η τεχνολογία προσδιορισµού της θέσης µε αιχµή το GPS (Σύστηµα Γεωγραφικού Εντοπισµού) προσφέρει πια αρκετά ικανοποιητικές προδιαγραφές ακρίβειας. Ειδικά ως προς το ζήτηµα του γεωγραφικού προσδιορισµού, από την Ευρωπαϊκή Ένωση προωθείται για πολιτικούς σκοπούς το δορυφορικό σύστηµα εντοπισµού θέσης και πλοήγησης GALILEO. Αν και δεν προβλέπεται να είναι επιχειρησιακά έτοιµο πριν το 2008, εκτός από τις βασικές δωρεάν υπηρεσίες βελτιωµένης ποιότητας και αξιοπιστίας σε σχέση µε το GPS προβλέπονται επιπλέον επίπεδα περιορισµένης πρόσβασης (µε χρέωση) για επαγγελµατικές εφαρµογές που χρειάζονται ανώτερες επιδόσεις. Οι εφαρµογές παρακολούθησης (monitoring applications) εκτιµάται ότι θα έχουν ευρεία ανάπτυξη στο άµεσο µέλλον. Βεβαίως, τέτοιες εφαρµογές δεν αποσκοπούν στην εποπτεία κινούµενων αντικειµένων και µόνον, αφού ενδεχοµένως η γεωγραφική πληροφορία παραµένει στατική. Ένα δίκτυο αισθητήρων µπορεί να καλύπτει λ.χ. το οδικό δίκτυο µιας αστικής περιοχής ή να ανιχνεύει τη σεισµική δραστηριότητα. Παρόλο που η θέση των µετρήσεων παραµένει αµετάβλητη, τα στοιχεία συγκροτούν ρεύµατα 196

9 Τα δίκτυα αισθητήρων (sensor networks) Τα δίκτυα αυτά χαρακτηρίζονται από έναν µεγάλο αριθµό κόµβων (nodes), καθένας από τους οποίους µπορεί να περιλαµβάνει πολλούς αισθητήρες για τη µέτρηση φυσικών µεγεθών (λ.χ. θερµοκρασία, σεισµική δραστηριότητα, ατµοσφαιρική πίεση κ.ά). Τέτοια συστήµατα χρησιµοποιούνται σήµερα σε τοµείς όπως: διαχείριση κτιρίων, παρακολούθηση του φυσικού περιβάλλοντος, στρατιωτικές εφαρµογές, υγεία κ.ά. Ως προς την αρχιτεκτονική τους, κάθε κόµβος συνδέεται (συνήθως ασύρµατα) µε τους γειτονικούς του, ενώ η επικοινωνία µε τους χωρικά πιο αποµακρυσµένους γίνεται µε το κατάλληλο πρωτόκολλο (multi-hop route connection), όπου όλοι οι κόµβοι συµµετέχουν στη δροµολόγηση των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται. Ο αποθηκευτικός χώρος που υπάρχει σε κάθε κόµβο είναι πολύ µικρός και χρησιµοποιείται συνήθως για να τηρούνται τα προγράµµατα και τυχόν πρόσφατα δεδοµένα, αν και όσα απ αυτά επαρκούν. Οι αισθητήρες παράγουν δεδοµένα µε τη µορφή ρεύµατος και όλα τα στοιχεία που καταγράφονται συνοδεύονται απαραιτήτως από χρονικό ορόσηµο (timestamp), ώστε το σύστηµα να µπορεί να ελέγξει πόσο πρόσφατα είναι τα δεδοµένα και πιθανόν να ζητήσει την ανανέωσή τους. Γενικά, οι πόροι των δικτύων αυτών είναι περιορισµένοι. Χαρακτηριστικά, η επικοινωνία µεταξύ των αισθητήρων χρησιµοποιεί συνδέσεις µικρού εύρους ζώνης (bandwidth), όπου µπορεί να παρατηρηθούν υστερήσεις, ακόµη και απώλεια δεδοµένων. Η κατανάλωση ενέργειας από τους συσσωρευτές (µπαταρίες) πρέπει κατά το δυνατόν να ελαχιστοποιηθεί ώστε να παρατείνεται η διάρκεια ζωής του αισθητήρα. Επίσης, η επεξεργαστική ισχύς τους είναι πολύ µικρή, όπως και η διαθέσιµη ποσότητα µνήµης, άρα το µέγεθος των ενδιάµεσων στοιχείων που µπορεί να φυλαχθεί προσωρινά είναι περιορισµένο. Τέλος, η αβεβαιότητα ως προς την ακρίβεια των στοιχείων που συλλέγονται είναι εγγενής, είτε λόγω κατασκευής του αισθητήρα είτε λόγω θορύβου, µεγεθύνοντας το σφάλµα ορισµένων µετρήσεων. Η διασπορά των αισθητήρων για την κάλυψη εκτεταµένων περιοχών, συνεπάγεται τη συγκέντρωση µεγάλου όγκου τιµών, οι οποίες επιπλέον µπορεί να είναι ραγδαία µεταβαλλόµενες. Προκειµένου λοιπόν να εξοικονοµείται ενέργεια, επιβάλλεται να ελαττωθεί το µέγεθος των στοιχείων που µεταδίδονται µέσω του δικτύου. Γι αυτό το λόγο, συνήθως επιλέγεται η λύση της συνάθροισης οµάδων πρωτογενών στοιχείων για το πιο πρόσφατο χρονικό διάστηµα και κατόπιν η µαζική αποστολή τους στους πληρεξούσιους κόµβους ή τον κεντρικό σταθµό προς επεξεργασία. Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί µέριµνα για την αντιµετώπιση απρόβλεπτων καταστάσεων (λ.χ. φυσικών φαινοµένων) που πιθανόν να θέσουν εκτός λειτουργίας µέρος των αισθητήρων. ([BGS01], [[MF02], [YG02], [YG03]) Σχέδιο 7.3: Αναπαράσταση του τρόπου επεξεργασίας των στοιχείων που συλλέγονται από δίκτυα αισθητήρων. (Πηγή: [MF02], µε προσαρµογές) 197

10 Παγκόσµιο Σύστηµα Γεωγραφικού Εντοπισµού (Global Positioning System, GPS) Το Παγκόσµιο Σύστηµα Γεωγραφικού Εντοπισµού (GPS) ταυτόχρονα και το λιγότερο διαδεδοµένο αντίστοιχο αποσκοπεί στον προσδιορισµό του γεωγραφικού στίγµατος, ρωσικό σύστηµα GLONASS, επιτρέποντας µεγαλύτερη της ταχύτητας και του χρόνου οπουδήποτε πάνω στην επιφάνεια της Γης ή τουλάχιστον πολύ κοντά σ αυτήν, µε κοινό σύστηµα αναφοράς (παγκόσµια προσδιορισµένο ελλειψοειδές), συνεχώς και υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες. Η αρχή της λειτουργίας του GPS στηρίζεται στην εκπο- µπή ραδιοκυµάτων από δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά περιστροφής γύρω από τη Γη. Κάθε σήµα χαρακτηρίζεται από τη χρονική στιγµή της αποστολής του και την ταυτότητα του δορυφόρου που το εξέπεµψε, οπότε µπορεί να υπολογιστεί το χρονικό διάστηµα που µεσολάβησε µέχρι τη λήψη του από τον κατάλληλο επίγειο δέκτη. Γνωρίζοντας την ταχύτητα µετάδοσης του σήµατος (η ταχύτητα του φωτός), είναι εύκολο να προσδιοριστεί µε µεγάλη ακρίβεια η απόσταση ανάµεσα στον δορυφόρο και το δέκτη. Εν τούτοις, επειδή τα ατοµικά χρονόµετρα ποµπού και δέκτη είναι αδύνατον να είναι απολύτως συγχρονισµένα, αναπόφευκτα το σήµα θα λαµβάνεται µε σφάλµατα, των οποίων η εκτίµηση και ενδεχοµένως η ελάττωση συµπεριλαµβάνονται στην επίλυση του προβλήµατος. Εάν λοιπόν µετρώνται ευελιξία σε περιπτώσεις ανεπαρκούς αριθµού δορυφόρων σε περιοχές µε προβλήµατα λήψης, κυρίως µέτωπα υψηλών κτιρίων σε στενούς δρόµους αστικών περιοχών (urban canyons), φαράγγια ή δασικές εκτάσεις. Επειδή η ακρίβεια του προσδιορισµού του στίγµατος από το GPS µπορεί να µην επαρκεί (γύρω στα 10m στο 90% του χρόνου), έχει αναπτυχθεί η τεχνική των διαφορικών (differential) GPS. Σε τοπογραφικές εφαρµογές, η µέθοδος του κινηµατικού εντοπισµού σε πραγµατικό χρόνο (real-time kinematic) επιτυγχάνει σχετικές ακρίβειες της τάξης των 1-2cm, συνδυάζοντας µετρήσεις που λαµβάνονται από τους ίδιους δορυφόρους σε δύο ή περισσότερους δέκτες. Ένας απ αυτούς παραµένει σε σταθερή θέση (ο λεγόµενος δέκτης αναφοράς) και το στίγµα του θεωρείται γνωστό µε µεγάλη ακρίβεια για να υπολογιστεί η θέση του κινούµενου δέκτη. Όταν εκτιµηθεί η απόκλιση αυτού του στίγµατος από εκείνο που υπολογίζεται σε διακριτές χρονικές στιγµές βάσει του λαµβανόµενου σήµατος, ο δέκτης αναφοράς µπορεί να την µεταδώσει (ακόµη κι ταυτόχρονα τέσσερις αποστάσεις, δηλαδή υπάρχουν ακαριαία) µε χρήση radio-modem στους υπόλοιπους, σήµατα από τέσσερις δορυφόρους, τότε σχηµατίζεται ένα σύστηµα τεσσάρων εξισώσεων µε ισάριθµους αγνώστους: οι τρεις συντεταγµένες του σηµείου µέτρησης (γεωγραφικό µήκος και πλάτος, ύψος) και ο χρόνος (το σφάλµα του χρονοµέτρου). Πράγµατι, ο σχεδιασµός και η υλοποίηση του GPS προβλέπει ότι τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι θα πρέπει να είναι ορατοί από κάθε σηµείο της Γης όλο το εικοσιτετράωρο. Βέβαια, όσο περισσότεροι δορυφόροι είναι αφαιρώντας σηµαντικό µέρος του σφάλµατος. Αντίστοιχα, για εφαρµογές πλοήγησης υπάρχει η δυνατότητα χρήσης διορθωτικών σηµάτων που εκπέµπονται από ένα δίκτυο σταθµών ελέγχου εδάφους. Αρχικά, ραδιοφωνικοί σταθµοί εξέπεµπαν τοπικής εµβέλειας (περίπου 100Km) διορθώσεις κι η σύνδεση του δέκτη GPS µε κατάλληλο ραδιοφωνικό δέκτη των διορθωτικών σηµάτων οδηγούσε σε ακρίβειες της τάξης των 5m. Με τη νεότερη µέθοδο (wide area), ταυτόχρονα ορατοί, τόσο ακριβέστερος θα είναι ο οι διορθώσεις εκπέµπονται από γεωστατικούς δορυφόρους προσδιορισµός θέσεως (µέθοδος ελαχίστων τετραγώνων). Η διάθλαση του κωδικοποιηµένου σήµατος κατά τη διέλευσή του από στρώµατα της ατµόσφαιρας (κυρίως την τροπόσφαιρα και την ιονόσφαιρα), οι διαταραχές της τροχιάς των δορυφόρων, οι παραµικρές αποκλίσεις στη ρύθµιση των χρονοµέτρων, οι πιθανές αντανακλάσεις του σήµατος, καθώς κι η ακρίβεια των ίδιων των συσκευών λήψης, αποτελούν σηµαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια των υπολογισµών. Το σύστηµα NAVSTAR GPS ελέγχεται από το Υπουργείο Αµύνης των ΗΠΑ και χρησιµοποιεί 24 διαστηµικούς δορυφόρους (κι άλλους τέσσερις εφεδρικούς) διαµοιρασµένους ισοµερώς σε έξι τροχιακά επίπεδα σε ύψος Km γύρω από τη Γη. Ένα δίκτυο επίγειων σταθµών ελέγχου εποπτεύει την καλή λειτουργία και ρυθµίζει τα σήµατα που εκπέµπονται από τους δορυφόρους. εν υπάρχει περιορισµός ως προς τον αριθµό των χρηστών, οι οποίοι αρκεί να διαθέτουν τις κατάλληλες συσκευές για παθητική λήψη. Τα σήµατα µαζί µε τα χαρακτηριστικά της τροχιάς εκπέµπονται από όλους τους δορυφόρους σε δύο διακριτές συχνότητες, η µια για στρατιωτικούς (Precise Positional Service) κι η άλλη για πολιτικούς σκοπούς (Standard Positional Service), αλλά µε διαφορετική κωδικοποίηση για κάθε δορυφόρο. Συσκευές λήψης ορισµένων κατασκευαστών υπο στηρίζουν (WAAS, EGNOS) στην ίδια συχνότητα µε τα σήµατα GPS. Με κατάλληλους δέκτες που αξιοποιούν αυτές τις διορθώσεις µπορεί να επιτευχθούν ακρίβειες µέχρι και 3m. Όµως, ακόµη και τα διαφορικά GPS αδυνατούν να αντιµετωπίσουν το πρόβληµα της αντανάκλασης των ακτίνων (λ.χ. σε κτίρια πυκνοδοµηµένων πόλεων): από την ίδια πηγή λαµβάνεται πολλαπλώς το ίδιο σήµα (multipath), προκαλώντας σύγχυση στο δέκτη. Σε εφαρµογές διαχείρισης στόλου οχηµάτων, οι δέκτες GPS θεωρούνται πρακτικά αισθητήρες µέτρησης θέσης ή ταχύτητας σε διακριτό χρόνο, µε διάστηµα δειγµατοληψίας περίπου 1 sec. Σε περίπτωση παρεµβολών ή ανεπάρκειας σηµάτων, οι µετρήσεις συνδυάζονται µε χρήση των λεγόµενων φίλτρων Kalman µε συµπληρωµατικά στοιχεία από τους λεγόµενους αισθητήρες αδρανείας (inertial sensors). Η λειτουργία τους σε τροχοφόρα βασίζεται σε γυροσκοπικές πυξίδες και οδόµετρα, αντίστοιχα για τον υπολογισµό της διεύθυνσης κίνησης και της απόστασης που διανύθηκε. Τα φίλτρα Kalman είναι εκτιµήτριες της στιγµιαίας κατάστασης ενός γραµµικού συστήµατος εξισώσεων (που εν προκειµένω περιλαµβάνει ως αγνώστους τη θέση και την ταχύτητα), βάσει των έµµεσων µετρήσεων από το GPS, µε στόχο την ελαχιστοποίηση της διασποράς του σφάλµατος. ([HLC97], [Kap96], [PJ99]) 198

11 Σχέδιο 7.4: Η αρχή λειτουργίας του Παγκόσµιου Συστήµατος Γεωγραφικού Εντοπισµού (GPS). ίκτυα ασύρµατης επικοινωνίας (Mobile Wireless Networks) Η ευρύτατη διάδοση της κινητής τηλεφωνίας αποτελεί µόνο µια ένδειξη της τεχνολογικής τάσης προς δίκτυα επικοινωνιών που θα µπορούν να µεταφέρουν όχι µόνο φωνή, αλλά µια ποικιλία άλλων δεδοµένων (εικόνα, ήχο, ιστοσελίδες, ψηφιακά αρχεία, κ.ά.). Η δυνατότητα χρήσης υπολογιστών «οπουδήποτε, οποτεδήποτε, οπωσδήποτε» (ubiquitous computing) βασίζεται σε δύο σηµαντικές τεχνολογικές εξελίξεις: αφενός το µέγεθος των σχετικών συσκευών µικραίνει όλο και περισσότερο, αφετέρου δηµιουργούνται ασύρµατα δίκτυα επικοινωνιών υψηλών ταχυτήτων ευρείας ζώνης συχνοτήτων (broadband). Η ετερογένεια των συσκευών (κινητά τηλέφωνα, Personal Digital Assistants, φορητοί υπολογιστές, κ.ά.), των πρωτοκόλλων επικοινωνίας και των ασύρµατων επικοινωνιών πρέπει να υπερπηδηθεί, ενώ οι συνθήκες στους διατιθέµενους διαύλους επικοινωνίας µεταβάλλονται απότοµα και απρόοπτα. Επίσης, οι διαθέσιµοι πόροι είναι εξαιρετικά περιορισµένοι, κυρίως σε ό,τι αφορά το παρεχόµενο εύρος φάσµατος (αριθµός διαύλων, κωδικών...) και την απαιτούµενη ισχύ λειτουργίας για αυτονοµία κίνησης. Φυσικά, τη µεγαλύτερη δυσκολία συνιστά το κύριο χαρακτηριστικό του δικτύου: η κινητικότητα των χρηστών του. Κατά συνέπεια, η τοπολογία των κόµβων του δικτύου θα πρέπει να προσαρµόζεται στα πρότυπα της κίνησης των χρηστών, προκειµένου να µπορεί να ανταποκριθεί σε τυχόν αυξηµένες ανάγκες σε τοπικό επίπεδο. Ένα ασύρµατο δίκτυο πρέπει να µπορεί να αυτοοργα- 199 νεται και να αυτορρυθµίζεται, οπότε οι κόµβοι οφείλουν να αποκαθιστούν επαφή µεταξύ τους χωρίς τη βοήθεια κάποιας σταθερής υποδοµής (Mobile ad hoc network, MANET). Εποµένως, υπάρχουν κόµβοι που διαµεσολαβούν ως κινητοί µεταγωγείς (mobile routers), λαµβάνοντας και προωθώντας µηνύµατα προς άλλους παραλήπτες. Αφού η τοπολογία µεταβάλλεται, τα πρωτόκολλα δροµολόγησης οφείλουν να ανταποκρίνονται σε συχνές διακοπές σύνδεσης, αποφεύγοντας τον κίνδυνο υπερφόρτωσης αλλά και εµποδίζοντας τυχόν αποσταθεροποίηση του δικτύου εξαιτίας παρωχηµένων πληροφοριών σχετικών µε την κατάσταση των κόµβων του. Εξαιτίας της ασυµµετρίας στο δίκτυο επικοινωνίας (υπάρχει µεγάλη απόκλιση στο εύρος ζώνης για την επικοινωνία από τον κεντρικό εξυπηρέτη προς τις συσκευές των χρηστών και αντιστρόφως), προτιµάται η εκποµπή δεδοµένων (data dissemination) προς τους χρήστες, εις βάρος του κλασικού µοντέλου ερωταποκρίσεων. Αυτή η διασπορά δεδοµένων µπορεί να συµβαίνει είτε σε περιοδική βάση είτε όποτε υπάρχει διαθέσιµο εύρος ζώνης. Η συµβατότητα των πληροφοριών που ανταλλάσσονται ανακινεί το ζήτηµα του ελέγχου των δοσοληψιών στα καταγραφόµενα στοιχεία (οι γνωστοί κανόνες ACID δεν ισχύουν στο σύνολό τους). Τέλος, µεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα ερωτήµατα τρέχουσας θέσης (locationdependent queries), των οποίων το αποτέλεσµα συνδέεται άρρηκτα µε την παρούσα θέση. ([AGE+02], [Bar99])

12 Προοπτικές. δεδοµένων µε χωρική αναφορά (εποµένως δεν υπόκεινται στο µοντέλο ρεύµατος τροχιάς). Κυρίαρχη τάση θα είναι η εξυπηρέτηση των αναγκών σε ασφάλεια (λ.χ. έλεγχος πυρηνικών αντιδραστήρων ή προστασία αυτοκινήτων), ενώ η διάδοση των συσκευών µε ενσωµατωµένο GPS θα επεκταθεί και σε τοµείς πέραν της διαχείρισης στόλου οχηµάτων ή πλοίων στην ανοιχτή θάλασσα, κάτι που προς το παρόν κρίνεται οικονοµικά ασύµφορο λόγω υψηλού κόστους. Μελλοντικά, η τεχνολογία αυτή θα διατίθεται για τα περισσότερα αντικείµενα των οποίων η θέση έχει µεγάλο ενδιαφέρον. Κατά κύριο λόγο, η διαχείριση των σχετικών δεδοµένων θα γίνεται κατά κατανεµηµένο τρόπο, όµως και οι ίδιοι οι χρήστες θα βρίσκονται αποµακρυσµένοι χωρίς δυνατότητα άµεσου ελέγχου της επεξεργασίας, όπως στο κλασικό πρότυπο των σταθµών εργασίας ή των προσωπικών υπολογιστών. Μάλιστα, οι χρήστες τέτοιων υπηρεσιών µπορεί και να υπερβαίνουν τον αριθµό των ανθρώπων µε πρόσβαση στο ιαδίκτυο (Internet), επιβάλλοντας την καλυτέρευση της ποιότητας των παρεχόµενων υπηρεσιών, όσο και την µείωση των σχετικών χρεώσεων. Μεγάλο µέρος της διακινούµενης πληροφορίας θα γίνεται πλέον ασύρµατα, περιλαµβανοµένων των διαδοχικών στιγµάτων της κίνησης αντικειµένων στο χώρο. Μάλιστα, αυτή η εξέλιξη αφορά όχι µόνο κινητά τηλέφωνα ή PDAs, αλλά και συστήµατα πλοήγησης για οχήµατα. Οι υπηρεσίες που µπορούν να παρασχεθούν θα καλύπτουν ρύθµιση της κυκλοφορίας, εξεύρεση συντοµότερης διαδροµής, αποστολή διαφηµιστικών µηνυµάτων εν κινήσει, οδηγούς διασκέδασης ή τουριστικούς οδηγούς, ακόµη και online παιχνίδια που βασίζονται στις µεταβαλλόµενες θέσεις των παικτών. 7.4 Βιβλιογραφικές αναφορές Το γραφικό περιβάλλον ερωταποκρίσεων, αλλά στο πλαίσιο των βάσεων δεδοµένων κινούµενων αντικειµένων, αναπτύσσεται στην πολύ πρόσφατη δηµοσίευση του [Ch03]. Η επιτοµή των ερευνητικών ζητηµάτων για τις χωροχρονικές βάσεις δεδοµένων από τον [Sel99] αποτέλεσε τον καθοδηγητικό άξονα για πολλά από τα αναφερόµενα στα θέµατα της επεξεργασίας ερωτηµάτων και των δοµών διαχείρισης δεδοµένων για ρεύµατα τροχιάς. Σε ό,τι αφορά τα πολλαπλά ρεύµατα δεδοµένων, πλέον σχετική είναι η εργασία των [GT01], ενώ οι [ZSC+03] χειρίζονται το θέµα από τη σκοπιά της αρχιτεκτονικής προσέγγισης. Το ζήτηµα της οµοιότητας µεταξύ τροχιών αντικειµένων παρουσιάζει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον τελευταία: ενδεικτικά αναφέρονται οι εργασίες των [MdB02] και [VKG02]. Για την εξόρυξη δεδοµένων από ρεύµατα δεδοµένων περισσότερα µπορούν να αναζητηθούν στους [DH00] και [DHS01]. Το παράδειγµα που παρατίθεται προεκτείνει µια νύξη των [CFP+00]. Ως προς τις διαφαινόµενες µελλοντικές τάσεις, κατατοπιστικές αναλύσεις έχουν κάνει οι [Bar99], [JS02], [SJLL00]. 200