Internet of things. Soluciones pervasivas basadas en geolocalización y near field communicationeducación, turismo, marketing y publicidad

Zusammenfassung

RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D./Dª FRANCISCO MANUEL BORREGO JARABA El resumen de la tesis para la base de datos Teseo debe ser una presentación de la tesis y tener la extensión suficiente para que quede explicado el argumento de la tesis doctoral. El formato debe facilitar la lectura y comprensión del texto a los usuarios que accedan a Teseo, debiendo diferenciarse las siguientes partes de la tesis: 1. introducción o motivación de la tesis En la actualidad, muchos sistemas de información basan una parte importante de su funcionalidad en el intercambio de datos y servicios, implicando de forma directa o indirecta a diferentes tipos de objetos físicos. A medida que la tecnología avanza, aumenta la variedad de objetos físicos que, de alguna manera, pasan a formar parte de algunos tipos de sistemas de información. Los nuevos avances tecnológicos no sólo influyen en los propios objetos físicos, también lo hacen en las posibilidades de interacción y colaboración de estos con otros objetos físicos y aplicaciones informáticas. Internet nació conectando personas a través de máquinas. Ahora una parte importante de su red, conecta máquinas que hablan entre ellas para cumplir una tarea sin necesitar al hombre. El siguiente paso es la llamada Internet de las cosas (Internet of Things), IoT en adelante. El concepto de Internet de las cosas (Internet of Things) se atribuye originalmente al Auto-ID Center, fundado en 1999 y basado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). La idea es muy sencilla, parte de que cualquier ¿cosa¿, es decir objeto convenientemente etiquetado pueda ser capaz de comunicarse con otros objetos y personas a través de Internet, redes privadas u otros protocolos [1,2]. Los objetos que formarían parte de la red pueden ser de lo más variado, desde maquinaria industrial, electrodomésticos, vehículos, a productos del supermercado. Dependiendo del tipo de objeto contendrán pequeños chips, sensores o mini computadores [3]. Las posibilidades que ofrece el IoT para facilitar la vida de las personas y automatizar muchas de las tareas que realizamos actualmente son enormes, por ejemplo, es posible que el frigorífico envié un mensaje al teléfono si se acaba la leche, monitorizar a pacientes clínicos vía Internet y una multitud de aplicaciones prácticas que en la actualidad empiezan a ver la luz y que en breve impactarán de lleno en nuestra vida cotidiana. Aunque la idea fundamental es simple, su aplicación resulta difícil. Con el paso de los años, la comunicación entre objetos ha evolucionado, se han sumado nuevas técnicas y mejorando las ya existentes que comprenden desde etiquetar objetos a través de tags RFID (Radio Frequency IDentification) a añadir microprocesadores para dotarlos de más inteligencia y capacidad de reacción. No se trata sólo de conseguir que los objetos hablen, sino de que interactúen entre si y dotarlos de inteligencia. El IoT tiene como meta que prácticamente todas las ¿cosas¿ que hay en este mundo físico puedan convertirse en objetos conectados a Internet u otras redes [4]. Derivado del concepto del Internet de las cosas nos encontramos con el significado del término Inteligencia Ambiental (Ambient Intelligence) [5-6] que describe un entorno donde las personas estén rodeadas por interfaces intuitivas e inteligentes embebidas en objetos cotidianos y que a su vez estas interfaces se comuniquen unas con otras creando un entorno electrónico que reconocerá y responderá a la presencia de individuos que estén inmersos en él de una forma invisible para el individuo [7]. A través de una interacción natural, el usuario puede acceder a un conjunto de servicios proporcionados por los objetos de los que está rodeado, definiendo un escenario de interacción. Esos servicios están adaptados en función del contexto y de las preferencias del usuario por lo que podrían ayudarnos en las actividades cotidianas. La característica central de los escenarios es que las personas están a la vanguardia de la Sociedad de la Información. AmI representa una visión de futuro donde los entornos inteligentes y los sistemas reaccionan de forma activa y adaptable a la presencia de individuos y objetos con el fin de proporcionar servicios a estos individuos en dichos entornos inteligentes. Los objetivos de este paradigma son desarrollar entornos capaces de interaccionar con los individuos de forma autónoma para facilitarles actividades cotidianas. Bajo el término AmI se engloban todas aquellas técnicas que permiten disfrutar de las ventajas que ofrecen las TICs sin que el entorno se convierta en un factor limitante. AmI involucra varias áreas dentro del campo de la Computación, como son computación ubicua o pervasiva, sistemas inteligentes y conciencia del contexto [8]. El paradigma de la computación ubicua [9] permite el desarrollo de entornos activos y móviles, permitiendo el acceso a una enorme cantidad de información y a su tratamiento, independientemente de la ubicación de los usuarios, gracias al uso de elementos computacionales intercomunicados por redes inalámbricas, radio, GSM, etc. Aquellos elementos embebidos en muebles, objetos, carteles, máquinas, libros, etc. Una de las tecnologías que nos permiten el acceso a la información digital disponible en los objetos físicos en el mundo real es la tecnología RFID. La tecnología Near Field Communication (NFC) [10] es una evolución de RFID. NFC generará una nueva revolución tecnológica en los próximos años: la revolución sin contacto, lo que permite ofrecer servicios ubicuos a los usuarios con necesidad de información en diferentes momentos y lugares, el apoyo a lo que se ha llamado como Internet de los objetos. Uno de los principales entornos con servicios ubicuos son las U-cities o ciudades ubicuas donde todo está interconectado y donde la información está disponible ad-hoc y no hay límite de comunicación entre personas y ordenadores. Las iniciativas y prototipos que se están llevando a cabo, la revolución ¿sin contacto¿ y el IoT guiados por la tecnología NFC, van a incluir no solo aplicaciones para identificación, pago o ticketing, sino cualquier tipo de servicios en cualquier entorno, en nuestro caso el entorno educativo, el marketing, el turismo y la publicidad. La presente memoria resume el esfuerzo realizado en el estudio de los principales avances hasta la actualidad y expone los logros conseguidos en el desarrollo de nuevos modelos de interacción basados en la tecnología NFC, principalmente, y en otras tecnologías móviles presentando modelos de ambientes inteligentes en distintos escenarios de interacción como son el turismo, la educación, el marketing y la publicidad. El objetivo principal es presentar las bondades de la innovadora tecnología NFC y su inclusión en el IoT. 2.contenido de la investigación La tecnología NFC está considerada como el disparador de la nueva fase de desarrollo de la sociedad de la información, Internet del Futuro y, la a menudo denominada como el IoT. NFC permitirá en un futuro no muy lejano el desarrollo de los ¿idealmente¿ concebidos hace unas décadas ambientes inteligentes (AmI), permitiendo que el usuario interaccione con cualquier objeto de su entorno y que le proporcione servicios e información. Las aplicaciones de esta tecnología son innumerables: pago, ticketing, AAL (Ambient Assisted Living), turismo, identificación, seguridad, marketing y fidelización, enseñanza, sanitarias, redes sociales, etc., son algunos de los múltiples ejemplos que pueden proponerse. La finalidad de la investigación es el llevar a cabo estudios, proponer modelos y desarrollar herramientas para el fortalecimiento y avance la tecnología NFC, proponiendo un marco de conocimiento para el diseño, modelado y desarrollo de escenarios inteligentes con los que el usuario interacciona de forma personalizada y desarrollando un conjunto de productos que, soportando los modelos propuestos, permiten la construcción de estos escenarios, su despliegue, la localización y aprovisionamiento de los servicios ofrecidos por los objetos. La hipótesis de partida establece que: ¿el uso de la tecnología NFC se considera ¿ideal¿ para el desarrollo de aplicaciones dentro del ámbito del IoT con el objetivo final de facilitar actividades cotidianas para las personas y mejora de modelos de negocio existentes actualmente¿. Esta hipótesis se fundamenta en: aumento del uso de dispositivos móviles, combinación de soluciones móviles con el uso de NFC y otras tecnologías móviles para definir ambientes inteligentes, interacción del usuario con su entorno a través de NFC para el acceso a un conjunto de servicios, ventajas de la tecnología NFC en términos de seguridad, facilidad de uso, fiabilidad y estandarización. El objetivo general que se plantea en esta investigación es avanzar en el estudio y aportar soluciones a algunos de los problemas existentes en el desarrollo del Internet de las cosas, considerando como marco tecnológico para su aplicación el uso de la tecnología NFC. Para realizar el estudio de NFC en el desarrollo de soluciones móviles ubicuas dentro del marco del IoT, se han seleccionado un conjunto de áreas de aplicación donde el empleo de NFC mejore procesos, actividades y tareas cotidianas: Turismo, Educación, Marketing y Publicidad. Para dar solución a este objetivo general, se definen los siguientes objetivos específicos: Objetivo 1: Modelar y desarrollar un sistema ubicuo para la navegación en áreas urbanas y para localización de puntos de interés haciendo uso de la tecnología NFC. Objetivo 2: Modelar y desarrollar un sistema generalizado para el entorno educativo que facilite el acceso a información bibliográfica implicada en el proceso de aprendizaje de los estudiantes. Objetivo 3: Modelar y desarrollar una solución tecnológica aplicada a modelos de marketing. Objetivo 4: Modelar y desarrollar una solución, abierta a las diferentes tecnologías móviles, que permita dar servicio de publicidad no intrusivo y personalizado en cualquier momento y lugar y que permita gestionar un elevadísimo número de localizaciones en las que la publicidad pueda difundirse. 3.conclusión La visionaria idea de Mark Weiser acerca de la computación ubicua o pervasiva está emergiendo gracias al avance en tecnologías móviles y redes inalámbricas. Este paradigma ubicuo permite el desarrollo de entornos activos y móviles que proporcionan gran cantidad de información y el procesamiento de la misma. Esta idea de computación ubicua ha sido incluida en un paradigma más genérico conocido como Ambient Intelligence (AmI, Ambientes Inteligentes) que consiste en la creación de entornos inteligentes donde los usuarios interactúan de forma natural e intuitiva con servicios que le ayudan a realizar tareas de la vida cotidiana. La tecnología emergente en los últimos años y que posibilita el desarrollo de sistemas pervasivos es la tecnología NFC (Near Field Communication), que proporciona una interacción natural entre el usuario y su entorno, por lo que la hace una tecnología ideal para el desarrollo de estos ambientes inteligentes. Además, NFC es una tecnología útil para el desarrollo del Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT) generando aplicaciones para cualquier servicio en cualquier entorno o escenario. En el conjunto de las investigaciones realizadas en la presente tesis donde se proponen distintas aplicaciones de la tecnología NFC, principalmente, y otras tecnologías móviles se considera que se han alcanzado todos los objetivos propuestos al inicio del período investigador, ya que se han llevado a cabo estudios y se han propuesto modelos y desarrollos para mostrar las bondades y aplicaciones de la tecnología NFC en el desarrollo del Internet del Futuro. En el transcurso de la investigación se han propuesto y evaluado modelos de interacción haciendo uso de la tecnología NFC creando, por tanto, escenarios inteligentes en los que el usuario interacciona de forma autónoma y personalizada con objetos físicos, aumentados con tags NFC, con el objetivo final de facilitar tareas de la vida cotidiana. Para llevar a cabo dichas interacciones con el entorno, se han desarrollado un conjunto de productos que permiten la construcción de estos escenarios inteligentes ofreciendo servicios a través de los objetos cotidianos. Mediante estas interacciones NFC se captura de forma transparente la información y conocimiento a través de servicios para el procesamiento de la información y adaptar estos servicios a las necesidades del usuario. Se ha propuesto un sistema generalizado para navegación en áreas urbanas y para localización de puntos de interés haciendo uso de la tecnología NFC. Mediante esta propuesta, el usuario únicamente necesitará disponer de un teléfono móvil dotado con tecnología NFC que le permitirá interactuar con objetos físicos (en este caso Smart Posters) diseminados a lo largo de la ciudad. Estos Smart Posters, aumentados mediante tags NFC presentarán información al usuario de puntos de interés mediante imágenes las cuales están asociadas a tags NFC que le ofrece al usuario servicios para obtener información adicional sobre los puntos de interés. Se trata por tanto de un sistema fácil e intuitivo para el usuario, ya que lo único que necesita es disponer del sistema instalado en su dispositivo móvil e interactuar con estos objetos inteligentes. [11] Con la finalidad de ayudar a los estudiantes a alcanzar los objetivos de aprendizaje planteados en sus planes de estudio, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sistema pervasivo y consciente del contexto para facilitar el acceso a fuentes bibliográficas. La solución propuesta está basada en un modelo ontológico para definir el proceso de aprendizaje y su relación con las fuentes bibliográficas. El resultado obtenido es un sistema, denominado PINAKES, mediante el cual los usuarios necesitan disponer de un teléfono NFC para interactuar con objetos inteligentes diseminados por el entorno universitario. Para la investigación propuesta, estos objetos inteligentes son las fuentes bibliográficas de una biblioteca las cuales han sido aumentadas mediante tags NFC para realizar la interacción con el teléfono móvil del usuario. [12] El modelo de aprendizaje basado en la declaración de Bolonia fomenta a los estudiantes a adquirir las habilidades necesarias para alcanzar el conocimiento requerido, para lo cual es casi obligatorio el uso de fuentes bibliográficas que completen su aprendizaje. Con este objetivo, PINAKES se convierte en una herramienta útil para los estudiantes ya que le proporciona acceso a información necesaria de las fuentes bibliográficas que están relacionadas con asignaturas o cursos en los que el usuario está matriculado. Además, el sistema permite, de una forma pervasiva, acercar la relación profesor-alumno intercambiando información referente a su aprendizaje. La aplicación de NFC en modelos de marketing de las empresas, ofrece muchas ventajas sobre los tradicionales modelos existentes. Existen multitud de empresas que ofrecen descuentos a sus clientes, aunque sin embargo la utilización de estos descuentos no siempre resulta ser fácil. El principal punto débil que se encuentran los usuarios es la inexistencia de interacción del usuario con la empresa que proporciona el producto o servicio. El uso de tecnología NFC y su aplicación en dispositivo móviles ofrece a los usuarios una forma sencilla de obtener, almacenar y usar vales descuento, convirtiéndose, además, este proceso en un proceso sencillo, seguro, eficiente y transparente para el usuario. Se ha propuesto un sistema tiene la ventaja de considerar distintos tipos de vales descuento y tarjetas de fidelización. Además, permite la gestión de distintas campañas de marketing de empresas. El sistema, denominado WingBonus proporciona una poderosa herramienta de difusión para las actividades de marketing de las empresas y una forma sencilla de que sus clientes gestionen sus ofertas. [13] WingBonus permite a los consumidores gestionar las ofertas que hacen las empresas lo que garantiza un incremento del uso de estas ofertas por parte de los consumidores ya que sus ofertas y tarjetas de fidelización siempre las lleva en su dispositivo móvil sin posibilidad de fraude, pérdida u olvido. De cara a las empresas, WingBonus ofrece grandes ventajas: reducción de costes, eliminación de soporte papel y plástico, obtener más clientes, eliminación de falsificaciones, análisis de su campaña, estudio de tendencias de los usuarios, etc., además de la rapidez y seguridad del proceso de utilización de los vales descuento y tarjetas de fidelización. Debido al incremento del uso de los dispositivos móviles y el uso de las redes de datos móviles, cada vez son más las empresas que utilizan estos dispositivos como medio de comunicación de campañas de marketing y publicidad. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la eficiencia de estas campañas estará muy determinada por lo intrusiva que sea y por el interés que presentan los usuarios a los que esta publicidad llega. Es por tanto necesario definir estas campañas de publicidad de forma que no sean intrusivas y siempre llegue a los usuarios a los que realmente interesa dicha publicidad. Se ha definido una solución eficiente para publicidad ubicua utilizando diferentes tecnologías móviles (NFC o geolocalización, por ejemplo). Esta solución permite a los usuarios sembrar las ciudades con postes virtuales a los que se le añaden contenidos (anuncios): texto, redes sociales, imágenes, etc. Los usuarios, a través de una plataforma web o a través de su dispositivo móvil, podrán crear sus postes virtuales, sus contenidos y asignar estos contenidos a los postes. Además, cuentan con la posibilidad de asociar sus postes a postes físicos ubicados en los entornos urbanos. Para este tipo de postes físicos, los usuarios podrán crear sus contenidos vía su aplicación móvil y, mediante una interacción NFC, asociar su contenido al poste físico. [14] Los anuncios o contenidos llegarán, a través de notificaciones push, a los usuarios adecuados, ya que esta difusión de contenidos tendrá en cuenta las preferencias de los usuarios, convirtiéndose por tanto en difusiones no intrusivas. Solamente tendrán que estar cerca de algún poste virtual para que llegue la información al usuario. Esta propuesta presenta una solución eficiente al problema de gestionar gran número de postes y anuncios, realizando un proceso de mallado de las ciudades y poblaciones. Los resultados de test experimental de la base de datos con datos reales nos ofrecen resultados demostrados de recuperación de información con un error despreciable en menos de un segundo para más de un millón de puntos. Los resultados de estudios de usabilidad con usuarios reales muestran gran aceptación de la propuesta, resaltando el potencial y buen funcionamiento de la aplicación móvil, y el tiempo de ejecución de todas las tareas se considera apropiado en cuanto a la complejidad de cada actividad. Por último destacar que el sistema está operativo actualmente en algunas ciudades españolas. Como se ha podido observar, la presente tesis se presenta por compendio de publicaciones en revistas con índice de impacto a nivel internacional, por lo que la investigación queda avalada con dichas publicaciones. Además se presentan otros trabajos presentados en congresos y publicaciones en libros donde queda constancia del trabajo realizado en esta investigación del uso de la tecnología NFC en distintas áreas: turismo, educación, marketing y publicidad. [15-22] El trabajo desarrollado en esta tesis abre además nuevas líneas de investigación y/o desarrollo orientadas a: (1) la tecnología NFC puede convertirse en una revolucionaria tecnologías en ámbitos como el turismo o el marketing y publicidad en el desarrollo futuro de las denominadas Smart Cities donde se ofrezcan a turistas y residentes en las ciudades multitud de servicios a los que podrá acceder a través de interacciones con objetos del mundo real; (2) definición de servicios personalizados para los usuarios, de forma que el comportamiento de estos servicios ofrecidos varíe según el usuario que realice la interacción y el entorno en el que se produce la misma; (3) mejora y ampliación de la seguridad en estas transacciones de información ya que existe un continuo envío y recepción de información a y desde el dispositivo móvil con el que se interactúa.