Desarrollo y evaluación de sistemas de inteligencia ambiental con UbikSim

Autor:
Grupo de Sistemas Inteligentes
Universidad Politécnica de Madrid
Desarrollo y evaluación de sistemas de
inteligencia ambiental con UbikSim
Emilio Serrano, Ph.d.
Grupo de Sistemas Inteligentes (GSI)
Departamento de Inteligencia Artificial
Universidad Politécnica de Madrid
Contacto: www.emilioserra.com
Conferencias de Posgrado
Madrid, 13/04/2015

Inteligencia Artificial
 Computación convencional:
 “modelar, formalizar, programar e
implementar maquinas soporte
capaces de interactuar de forma no
trivial con el medio” [1]
 Trata problemas que se puedan
describir de forma “clara, completa,
precisa e inequívoca”
 IA:
 mismas tareas pero para problemas
que no cumpla lo anterior 2
This picture is from a work by Robert
Fludd published between 1617 and
1621. (referencia)

Sistemas multi-agente (MAS) y
simulación social (ABSS)
IA
Ciencia
Comprensión de los
procesos cognitivos
Simulación
social (basada
en agentes)
Ejemplo:
Sistemas expertos,
Diagnosis de
enfermedades
infecciosas (MYCIN)
Ejemplo:
Redes neuronales
artificiales, de los
neurólogos
McCulloch y Pitts
Sistemas
multi-
agente
Ingeniería
Tareas y métodos de
solución
Fire example
(2006)
Sugarscape
Ants
(la agenda oculta de la IA)
3

Inteligencia Ambiental (AmI)
Example of SleepingCtx Agent argument
4
([2])

5
Recapitulemos
IA
MAS SimSoc
ABSSAmI
UbikSim

UbikSim I: ABSS para AmI
 AmI es difícil de diseñar, testar,
verificar, y validar.
 Se requiere un entorno.
 Se requiere un despliegue de dispositivos.
 Funcionamiento del sistema sujeto a una sociedad de
usuarios.
 La aparición de fallos se retrasa mucho.
 UbikSim propone simular sociedades (y todo el
sistema AmI) para asistir en estas tareas.
 Descubrir fallos cuanto antes.
 Misma idea que en el “fire example”.
6

UbikSim II: ABSS para AmI
 UbikSim es fruto de una línea de
investigación iniciada en 2008 [3].
 UbikSim (2009)
 UbikSim para gestión de emergencias.
 UbikSim 1.0 (2012)
 UbikSim y emergencias en THOFU.
 Simulación pura
 Simulación participativa
 UbikSim 2.0. (2015)
 (resuelve problemas de navegación). 7

Algunas ideas fundamentales
 El visor/display suele desaparecer de la simulación en fase de pruebas
[4].
 La simulación de la sociedad desapare del sistema desplegado.
 UbikSim no sustituye otros enfoques sino que los complementa.
 Se recomiendan más pruebas (Living Labs).
 El sistema desplegado equivale al probado en la simulación.
 Diseño iterativo e incremental.
 Hay una transición suave entre ABSS y MAS…
 y entre MAS y AmI.
 ¿Es realista?
 Definitivamente es útil.
 (Puede que las únicas pruebas disponibles).
8

UbikSim desde el punto de vista del código
 ¡Software abierto y libre! [5]
 https://github.com/emilioserra/UbikSim/wiki
 UbikSim= Framework de simulación social + diseñador/visor de entornos 3D + algoritmos de
pathfinding + (Casos de investigación).
 O, UbikSim= MASON + SweetHome3D + Slick2D + (Casos de investigación).
 Motivación: simplicidad de uso + lenguaje unificado (Java) + software abierto y libre.
9

MASON
 http://cs.gmu.edu/~eclab/projects/mason/
 En java, código libre, simulaciones en java.
 Muy preocupada por la eficiencia y replicabilidad
 Núcleo simple y bien definido.
 Resuelve aspectos de UbikSim como: pseudo paralelismo de
agentes, controles de simulación, gráficas, registro de datos,
etcétera.
 Bueno para ABSS general, pero se quedaba corto en diseño y
visualización de entornos.
 Alternativas: NetLogo y Repast.
 http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_agent-
based_modeling_software
10

SweetHome3D
 http://www.sweethome3d.com/es/
 Diseño de interiores
 “le ayuda a colocar sus muebles sobre un plano de
una casa en 2D, con una vista previa en 3D”.
 Resuelve el diseño y visualización de entornos en UbikSim.
 Diseño “para todos”.
 Alternativas: Blender, Art of Illusion.
 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_3D_modeling_
software 11

Slick2D
 http://slick.ninjacave.com/
 Herramientas para videojuegos 2D en Java.
 Métodos y estructuras de “pathfinding”: A*, navmesh.
 Resuelve en UbikSim: “Ve de A a B”.
 Alternativas: JMonkey, Unity
 Unity es propietario y requiere programar en C# (o
UnityScript o Boo).
 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_game_engines
12
http://en.wikipedia.org/wiki/A*_sea
rch_algorithm#/media/File:Astar_p
rogress_animation.gif

UbikSim desde el punto de vista de la investigación
 Además de herramientas (UbikSim), hay dos preocupaciones fundamentales:
metodologías de desarrollo de AmI guiadas por simulación social…
 y, dentro de esto, el realismo de la sociedad.
 Ingeniería del conocimiento, aprendizaje computacional.
 Extendemos (y automatizamos) los métodos de investigación generales de ABSS al
caso concreto de estudiar AmI y comprobar que los usuarios simulados son realistas.
13

14
Propuesta de Gilbert y Troitzsch [6] y esquematizada por Drogoul et. al [7].
UbikSim desde el punto de vista de la investigación (II)

15
UbikSim desde el punto de vista de la investigación (III)
Tesis doctoral de Francisco Campuzano [10], pendiente de publicación.

16
UbikSim desde el punto de vista de la investigación (IV)
 La web de UbikSim lista 22 publicaciones científicas donde se ha utilizado,
 Destacan tres publicaciones en Information Sciences (JCR 2013, 3.893, Q1).
 También se ha usado en numerosas tesis doctorales.
 Arquitectura de pizarras distribuidas para sistemas de inteligencia ambiental. José María Fernández de Alba
López de Pablo. Universidad Complutense de Madrid.
 Ha sido empleado en un gran número de proyectos de investigación.
 CALISTA. Tecnologías de Agentes e Ingeniería de Servicios para Diagnóstico y Configuración de la Red del
Hogar mediante un Teléfono Móvil. Ministerio de Economía y Competitividad. TEC2012-32457.
 THOFU Tecnologías del HOtel del FUturo (CEN-2010-1019).
 CASIA: cocina accesible y segura por medio de inteligencia ambiental.
 Dispositivo inteligente de alerta adaptable. Sensibilidad al contexto y análisis inteligente de datos. TRA2009-
041.
 Fundamentos para el desarrollo de servicios y aplicaciones AAL. TSI-020302-2010-171.
 Mobiliario Sensorial Inteligente.

17
UbikSim desde el punto de vista de la investigación (V)
Agent-Based, Social and Interdisciplinary Applications
Grupo de Sistemas Inteligentes
Grupo de Investigación de Servicios
Avanzados de Internet
Grupo de Inteligencia Artificial
Desarrollo de sistemas informáticos para
modelado social de la inteligencia ambiental
aplicada a grandes instalaciones
(grant P2013/ICE-3019, co-funded by EU
Structural Funds FSE and FEDER).
1/10/2014-30/09/2018

Más casos de UbikSim
18
 La gestión de emergencias es sólo un ejemplo.
 Elección social y recomendación en entornos inteligentes [8].
 https://www.youtube.com/watch?v=DmAxlC6LOMo
 Aplicaciones de realidad aumentada en museos (Pablo Campillo-Sanchez et al.)[9].
 https://www.youtube.com/watch?v=0XJXczBJIZA
 Análisis de requisitos en centros hospitalarios (Francisco Campuzano et al.) [10].
 http://ants.inf.um.es/staff/emilioserra/ubiksim/EAAI/video.html
 Gestión energética inteligente, prototipado rápido, etcétera.

Referencias
 UbikSim website: https://github.com/emilioserra/UbikSim/wiki
 [1] Inteligencia artificial: Métodos, técnicas y aplicaciones. José Tomás Palma Méndez y Roque Marín Morales.
 [2] An Approach for Representing Sensor Data to Validate Alerts in Ambient Assisted Living. Andrés Muñoz et al. In: Sensors, 12 (5), pp.
6282–6306, 2012, ISSN: 1424-8220.
 [3] Ubik: a multi-agent based simulator for ubiquitous computing applications. Emilio Serrano et al.. In: Journal of Physical Agents, 3 (2), pp.
39–43, 2009.
 [4] Towards a Holistic Framework for the Evaluation of Emergency Plans in Indoor Environments. Emilio Serrano et al. In: Sensors, 14 (3),
pp. 4513–4535, 2014, ISSN: 1424-8220.
 [5] Software libre para una sociedad libre. Autores: Richard Stallman
 [6] Simulation for the Social Scientist, Open University Press, 2005. N. Gilbert and K. G. Troitzsch
 [7] Multi-agent based simulation: Where are the agents?. MABS 2002, pp. 1-15. A. Drogoul et al.
 [8] Evaluating social choice techniques into intelligent environments by agent based social simulation. Emilio Serrano et al. In: Information
Sciences , 286 (0), pp. 102–124, 2014, ISBN: 0020-0255,
 [9] Testing context-aware services based on smartphones by agent based social simulation. Pablo Campillo-Sanchez et al. In: Journal of
Ambient Intelligence and Smart Environments, 5 (3), pp. 311-330, 2013
 [10] Generation of Human Computational Models with Knowledge Engineering. Francisco Campuzano et al. In: Engineering Applications of
Artificial Intelligence, 35 (0), pp. 259 - 276, 2014, ISSN: 0952-1976
19
 (más recomendaciones en http://emilioserra.com/miscellaneous/readings)

Emilio Serrano
¡Muchas gracias por la atención!
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