Methodological framework, analysis, development and creation of design support environments of adaptive systems

Abstract

This thesis is the outcome of the research work taken place at the University of the Aegean, in the Department of Product & Systems Design Engineering located in Syros Island. I really feel lucky that I had the opportunity to work in the corpus of this academic environment that happened to be located at the place of my birth and residence. Thus, I feel the responsibility to thank the people who dreamed and realized this department both personally but also as a resident of Syros. It was an honor for me to be part of it and I really feel it is an honor for my place that it was given the opportunity to host such a cultural source. Here I will try to find some words to thank some people for both realizing such a dream and also providing me the opportunity to work with them.I am proud to say that Professor Ioannis Darzentas, a pioneer of such a dream, has been my supervisor. It was a privilege, a unique opportunity and experience for me to work near him. It is amazing to think how such a personality has influenced me, not only in the scientific domain but also in my everyday life. He has been my guide towards to the philosophy of both my science and my life. The second person that I would like to thank is the Associate Professor Thomas Spyrou who was also one of the pioneers to the above mentioned dream. I can safely say that he was the one that convinced me to follow a research career and opened my mind by introducing me to human centered design principles. During all these years he was always available for helping me with any kind of problem and always had the way to make me find an appropriate solution.Dr. Carlos A. Velasco has been the third member of my advisor committee. I would firstly like to thank him for his interest to be in such committee. I have firstly met him under the umbrella of a European project and since then it was always an honor for me to work with him. He has been my guide mainly in technological issues.Even if they had not been in my advisory committee, I was always feeling some people from our research team as my atypical mentors. Jenny S. Darzentas had always the patience to hear me for any kind of problem and always encourage me. I would also like to thank her for both her scientific advices and her tireless editing of my poor English texts. Then, I would like to give specials thanks to my friend and colleague Argyris Arnellos. Argyris was the one that initiated me to the extraordinary world of systems thinking though every days discussions. I have spent countless moments with him having fun and working. Another person that has really helped me is Panayiotis Koutsabasis. Panayiotis was the one who introduced me to the research work of projects and was always a person I could rely on.Further, I would really like to thank my friend and colleague Nikos Viorres with whom I have spent days and nights working on projects. I really feel very lucky I had such cooperative and problem solving colleague and humorist friend and I cannot wait the time I will be working with him again. I would also like to thank my friends and colleagues Modestos Stavrakis and Sofia Kiratzi for their support, cooperation and friendly advices. There are even more persons that supported me either directly or directly through every day discussions. I would like to say thanks you to Dimitris Lekkas and Spiros Vosinakis and generally to all people from my university that supported me during these years. I would also like to thank people outside my university that through research projects has influenced my research. I would like to give special thanks to Professor Gerhard Weber for spending his valuable time discussing with me and giving me early feedback. I would also like to thank the European Community for the financial support through Heraclitus scholarship. Finally, I want to thank Manolis and Flavianos for their heartily support and the adorable little Manos who offered me important relaxing moments.Nothing would have been possible for me without the support of my family. I would like to thank my parents Georgios and Katerina for their love, their care, their psychological and even for their financial support for offering me the potentials for accomplishing my studies and this research. I would like to thank them and my lovely brother Georgios for their patience and permissiveness all these years.Finally, I would like to address my very special thanksgiving and my deep most appreciation to my adorable fellow in life, Maria, for her support and patience. I want to heartily thank her for offering me so ungrudgingly her interminable support during a critical period of her life and career.

Η προβληματική περιοχή της διδακτορικής διατριβής προκύπτει από τις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες ενσωμάτωσης των επιτευγμάτων της πληροφορικής και των τηλεπικοινωνιών στην καθημερινότητα του ανθρώπου. Δεδομένου ότι η αυξανόμενη πολυπλοκότητα της αναδυόμενης ψηφιακής κοινωνίας έχει ως αποτέλεσμα τη γνωστική και πληροφοριακή υπερφόρτωση του χρήστη, εξουσιοδοτούμενοι πράκτορες επιστρατεύονται για να προσφέρουν τις υπηρεσίες τους.Το τεχνολογικό επίτευγμα που αποτελεί το κύριο αίτιο μιας τέτοιας πολυπλοκότητας είναι ο παγκόσμιος Ιστός (WWW), ο οποίος θεωρείται, πλέον, όχι απλά μια υπηρεσία αλλά μια βάση ενός τεράστιου αριθμού υπηρεσιών που προσφέρονται μέσω των Πληροφοριακών Συστημάτων Ιστού (ΠΣΙ). Ο παγκόσμιος Ιστός παρουσιάζει κάποια χαρισματικά χαρακτηριστικά στα οποία οφείλεται η γρήγορη εξάπλωσή του. Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά κληρονομούνται από τα ΠΣΙ. Από την άλλη μεριά, τα ΠΣΙ είναι συστήματα που απευθύνονται σε μεγαλύτερο και ποικιλότερο κοινό καθώς και τρόπους πρόσβασης. Κατά τη σχεδίαση τέτοιων πολύπλοκων αλληλεπιδραστικών συστημάτων, η έννοια της «προσαρμοστικότητας», η κεντρική έννοια της διατριβής, αποδεικνύεται να είναι το χαρακτηριστικό/ιδιότητα κλειδί. Η απαίτηση για προσαρμοστικά συστήματα καθίσταται περισσότερο επιτατική στην περίπτωση των ανθρώπων με αναπηρίες (ΑμεΑ) ή/και γενικότερα κατά την αλληλεπίδρασή κάτω από αποκλίνοντα περιβάλλοντα - ανάγκες. Ακόμη και αν μέχρι σήμερα η έρευνα στα σχετικά επιστημονικά πεδία έχει παράσχει πολλές αρχές, τεχνικές και εργαλεία που καθιστούν δυνατή, σε ένα βαθμό, την προσαρμοστικότητα των πληροφοριακών συστημάτων του παγκόσμιου ιστού, αναγνωρίστηκε η έλλειψη κάποιου πλαισίου αναφοράς το οποίο θα μπορούσε να ενσωματώσει αποδοτικά τα προαναφερθέντα. Ο ρόλος ενός τέτοιου πλαισίου είναι διττός. Πρώτον, να προσφέρει ένα βοηθητικό σχεδιαστικό περιβάλλον στο σχεδιαστή των ΠΣΙ με απώτερο στόχο τους περισσότερο φιλικούς προς το χρήστη σχεδιασμούς. Δεύτερον, την περαιτέρω ώθηση της έρευνας, προσφέροντας μια κοινή βάση και αναγνωρίζοντας τα περιβάλλοντα πεδία που συνθέτουν την προσαρμοστικότητα. Η διατριβή υποστηρίζει την πιθανότητα ανάπτυξης ενός κατάλληλου πλαισίου όπως αυτό προκύπτει από την έρευνα των «γενικών προσαρμοστικών συστημάτων» μέσω μιας συστημικής προσέγγισης. Σκοπεύοντας στη διερεύνηση συστημάτων με διαφορετικά χαρακτηριστικά για τη διασφάλιση μιας διεπιστημονικής έρευνας, αναπτύχθηκε μια ταξινόμηση των γενικών συστημάτων βασισμένη σε προϋπάρχουσες ταξινομήσεις που συναντήθηκαν στη βιβλιογραφία. Η διερεύνηση περιέλαβε φυσικά, κοινωνικά και τεχνητά συστήματα τα οποία αποτέλεσαν αντικείμενο μελέτης σε θέματα σχετικά με την ιδιότητα της προσαρμοστικότητας. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε βαθμό όχο εξαντλητικό αλλά ικανό, αφενός να δημιουργήσει μια πλούσια εικόνα για την έννοια της προσαρμοστικότητας στα γενικά συστήματα και αφετέρου να εμπνεύσει νέα επιτεύγματα, τόσο σε εννοιολογικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο υλοποίησης. Ξεκινώντας από τη διερεύνηση των φυσικών συστημάτων, ο μηχανισμός της εξέλιξης εκφράστηκε υπό τη μορφή της φυσικής επιλογής. Η προσαρμοστική συμπεριφορά ενός συστήματος απορρέει από απολύτως φυσικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τα κληρονομικά χαρακτηριστικά στους πληθυσμούς των οργανισμών. Συμπερασματικά, ένα ΠΣΙ δεν χρειάζεται να είναι προσαρμοστικό λόγω του σχεδιαστή του αλλά λόγω της δυνατότητάς του να επωφελείται από την αλληλεπίδρασή και το ιστορικό αλληλεπίδρασής του με το περιβάλλον του. Προς την ίδια κατεύθυνση, βάσει της βιβλιογραφίας στα κοινωνικά συστήματα, γίνεται καταφανές ότι η προσαρμοστικότητα πρέπει να ανέρθει με ένα δυναμικό εσωτερικό τρόπο καθώς το σύστημα εξελίσσεται, επομένως δεν μπορεί να επιβληθεί εξωτερικά. Επιπλέον, από τη σκοπιά της αρχής της αυτό-οργάνωσης, ένα προσαρμοστικό ΠΣΙ μπορεί να μοντελοποιηθεί σαν ένα ανοιχτό δυναμικό σύστημα το οποίο κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του ωθείται μακριά από την θέση ισορροπίας του λόγω των περιβαλλοντικών αλλαγών. Υπό τις δεδομένες συνθήκες, για να είναι ένα ΠΣΙ προσαρμοστικό θα πρέπει να είναι αυτό-οργανωμένο και συνεπώς εξαρτάται από την σύζευξη του συστήματος με το περιβάλλον του και όχι από εξωτερικούς επιβαλλόμενους παράγοντες. Η αλληλεπίδραση ανάμεσα στο σύστημα και το περιβάλλον είναι η υπεύθυνη η οποία καθιστά την προσαρμοστικότητα τόσο απαραίτητη όσο και εφικτή.Αυτό το συμπέρασμα στηρίζεται ακόμη περισσότερο στη θεωρεία της αυτοποίησης, σύμφωνα με την οποία ένα σύστημα για να είναι προσαρμοστικό θα πρέπει να εξαρτάται από την δομή του. Αυτό θα πρέπει πάντα να τείνει να εξελιχθεί προς έναν ελκυστήρα, δηλαδή μια κατάσταση η οποία ταιριάζει καλύτερα στις εκάστοτε περιβαλλοντικές αλλαγές. Βάσει της αρχής «βαθμός του θορύβου» διαφαίνεται ότι όσο περισσότερη η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον τόσο γρηγορότερα το σύστημα θα αυτό-οργανωθεί. Σύμφωνα με αυτό και δεδομένου ότι το σύστημα είναι «ευφυές» αν έχει μεγάλη εσωτερική ποικιλία συμπεριφορών, απορρέει το συμπέρασμα ότι η ικανότητα ενός ΠΣΙ να προσαρμόζεται θα πρέπει να είναι ανάλογη της ποικιλίας του και της ικανότητάς του / ευφυΐας του να διαχειρίζεται την ποικιλία του κατά την αλληλεπίδρασή του με άλλα συστήματα.Το «υπερ-σταθερό» (ulta-stable) σύστημα του Ashby φαίνεται ότι μπορεί να αποτελέσει μια βάση για την μοντελοποίηση ενός προσαρμοστικού συστήματος δίνοντας έμφαση στην έννοια των «θεμελιωδών μεταβλητών» η οποία καθορίζει το μοντέλο του συστήματος. Αυτό μπορεί συγκριθεί με το ανθρώπινο νευρικό σύστημα, όπως έχει διερευνηθεί μέσω του πρίσματος τόσο της γνωστικής επιστήμης όσο και της βιολογίας, το οποίο μπορεί να αντιλαμβάνεται κάποιες αλλαγές στο περιβάλλον του και να προκαλεί κατάλληλες ενέργειες. Κλείνοντας τη διερεύνηση στα φυσικά συστήματα, αποδείχτηκε ότι ακόμη και στην περίπτωση των οικοσυστημάτων υπάρχουν έρευνες οι οποίες επιζητούν την αντιμετώπιση των προβλημάτων μέσα από την έννοια της προσαρμοστικότητας. Συγκεκριμένα, στην περίπτωση της κλιματικής αλλαγής μια τέτοια διερεύνηση έδωσε έμφαση στην ανάγκη για συνεχή αξιολόγηση της διεργασίας της προσαρμοστικότητας και εισήγαγε μια σκοπιά για ένα γενικευμένο πλαίσιο βασισμένο σε τρία βασικά ερωτήματα: προσαρμογή σε τι, ποιος ή τι προσαρμόζεται και πως πραγματοποιείται μια τέτοια προσαρμογή. Από μια σύντομη διερεύνηση στο χώρο των κοινωνικών συστημάτων προκύπτει ότι ένα ΠΣΙ μπορεί να θεωρηθεί ως ένα κοινωνικό δίκτυο από αυτό-αναφερόμενα υποσυστήματα τα οποία χαρακτηρίζονται τόσο από τις ατομικές όσο και από τις αναδυόμενες – ολιστικές τους ιδιότητες. Η μελέτη των κοινωνικών συστημάτων δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην σημασίας της έννοιας της πληροφορίας. Βλέποντας τα ΠΣΙ σαν κοινωνικά δίκτυα από αυτό-αναφερόμενα υποσυστήματα καθιστά την έννοια της πληροφορίας και στο χώρο αυτό εξίσου σημαντική. Πιο συγκεκριμένα, η έννοια της πληροφορίας όπως ορίζεται στο πεδίο των κοινωνικών συστημάτων, δηλαδή ως εσωτερική διεργασία επιλογής, καθίσταται όχημα στην πορεία προς την «αυτό-αξιολόγηση» των υποσυστημάτων και των συστημάτων.Η ιδέα ενός κοινωνικού δικτύου από υποσυστήματα έχει διατυπωθεί στο παρελθόν στους κόλπους της Τεχνητής Νοημοσύνης και ειδικότερα στην περιοχή των έξυπνων πρακτόρων με τη μορφή των πολύ-πρακτορικών συστημάτων. Συγκεκριμένα, η διατριβή παρουσιάζει μηχανιστικές προσεγγίσεις συμπεριλαμβάνοντας νευρωνικά δίκτυα, εξελικτικές προσεγγίσεις και προσεγγίσεις ακόμη και από την κλασσική ΤΝ, την κυβερνητική, ικανές να αντιμετωπίσουν επί μέρους προβλήματα (π.χ. μάθηση και παραγωγή δομών) στο χώρο των ΠΣΙ. Κλείνοντας το σχετικό κεφάλαιο, το πεδίο των «αυτόνομων υπολογιστικών συστημάτων» (autonomic computing) διερευνάται. Το AC αποτελεί μια προσέγγιση σύμφωνα με την οποία, τα υπολογιστικά συστήματα αυτό-διαχειρίζονται με την ελάχιστη ανθρώπινη παρεμβολή. Μια τέτοια προσέγγιση φαίνεται να έχει παραπλήσιες αρχές με το αναδυόμενο πλαίσιο της παρούσας έρευνας αλλά με τη βασική διαφορά ότι η παρούσα έρευνα εστιάζει στην αλληλεπίδραση με το χρήστη και όχι στην εξασφάλιση των απαραίτητων πόρων.Το κεφάλαιο 3 εστιάζει στην έρευνα στο χώρο του Υπερκειμένου και των Υπερμέσων, τους “προγόνους” του Ιστού. Μια βιβλιογραφική αναδρομή στα σχετικά επιτεύγματα, συνυπολογίζοντας το περιβάλλον ανάπτυξής του, κατέληξε ότι η ανάγκη για την ανάπτυξη απαραίτητων υποδομών είχε αποπροσανατολίσει την έρευνα προς «σύστημοκεντρκές» λύσεις με αποτέλεσμα οι αρχικές σχεδιαστικές ανάγκες να έχουν παραμεριστεί. Πρόσφατα, έχει δοθεί η δέουσα έμφαση σε τέτοιες παραμέτρους, οι οποίες αφορούν στην αλληλεπίδραση ανθρώπου – υπολογιστή εισάγοντας ανθρωποκεντρικά συστήματα τα οποία εκφράστηκαν κατά βάση με την εισαγωγή της μοντελοποίησης χρήστη και τα προσωποποιημένα συστήματα. Ομοίως με την εξέλιξη της μοντελοποίησης χρήστη, η ιδιότητα της προσβασιμότητας έκανε την εμφάνισή της σε συστήματα αποτελώντας μέρος της λογικής τους. Στην παρούσα εργασία προτείνεται ο διαχωρισμός σε διαστάσεις (aspect oriented manner). Με άλλα λόγια, ο μηχανισμός της προσαρμοστκότητας ενός ΠΣΙ χρειάζεται να διαχωριστεί σαν λογική αλλά ταυτόχρονα να είναι κατανεμημένο στα υποσυστήματά του. Επιπλέον, στο εν λόγω κεφάλαιο αναγνωρίστηκε ότι η φύση του υπερκειμένου ταιριάζει σε αναπτυγμένα μοντέλα ανθρώπινης γραφής και ανάγνωσης. Το γεγονός αυτό θα πρέπει να αξιοποιηθεί σαν πλεονέκτημα και να χρησιμοποιηθεί προς χάρη του χρήστη. Συνεπώς, φαίνεται πως η σύγκριση του γνωστικού μοντέλου του ανθρώπου με την φύση του υπερκειμένου μπορεί να αποβεί πολύ ενδιαφέρουσα και να τα συμπεράσματα που απορρέουν να μπορούν να εφαρμοστούν σε μελλοντικά ΠΣΙ καθιστώντας ικανή την προσαρμογή του στο γνωστικό προφίλ αλληλεπίδρασης του χρήστη. Κάτι τέτοιο έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην περίπτωση των χρηστών με διανοητικές δυσκολίες. Έμφαση κατά τη διερεύνηση, δίνεται στο πεδίο των προσαρμοστικών υπερμέσων. Πρόκειται για υπερμέσα τα οποία αντανακλούν κάποια χαρακτηριστικά του χρήστη σε κάποιο κατάλληλο μοντέλο με στόχο την προσαρμογή κάποιων αισθητών (στο χρήστη) διαστάσεων του συστήματος. Είναι κρίσιμος ο διαχωρισμός ανάμεσα στα προσαρμόσιμα (adaptable) συστήματα, τα οποία χαρακτηρίζονται από προκαθορισμένη παραμετροποίηση που γίνετε από το χρήστη σε αντιδιαστολή με τα προσαρμοστικά (adaptive) συστήματα, όπου η προσαρμογή είναι αυτόματη. Δηλαδή, το σύστημα αποφασίζει μέσα από την αλληλεπίδραση βάσει της γνώσης του. Το κεφάλαιο καταλήγει με την παρουσίαση μεθόδων, μοντέλων και τεχνικών που έχουν χρησιμοποιηθεί στο πεδίο των προσαρμοστικών υπερ-μέσων τα οποία έχρηζαν αφαίρεση και προσαρμογή στο πεδίο των ΠΣΙ.Το επόμενο, τέταρτο, κεφάλαιο ασχολείται με την διερεύνηση του ρόλου της προσαρμοστικότητας στο χώρο των ΠΣΙ δίνοντας έμφαση στο χώρο της προσβασιμότητας του Ιστού, βλέποντάς τον σαν μια ιδιαίτερα απαιτητική περίπτωση των προσαρμοστικών συστημάτων. Μια ανασκόπηση στο πεδίο της προσβασιμότητας του Ιστού καθώς και η απορρέουσα ταξινόμηση των σχετικών προσεγγίσεων συνεισέφερε διάφορες τεχνικές στην σχεδίαση των προσαρμοστικών ΠΣΙ. Το παράδειγμα της πύλης (Portal) και οι υποδομές του θεωρούνται σαν μια ειδική και ενδιαφέρουσα περίπτωση για το θέμα της διατριβής λόγω της βασικής απαίτησης, την προσωποποίηση. Η έρευνα του ρόλου της στο χώρο τόσο του ηλεκτρονικού όσο και του κινητού επιχειρείν επιδεικνύει τη σπουδαιότητα και την ανάγκη της προσβασιμότητάς του. Η διατριβή, μέσω της προτεινόμενης προσέγγισης, καταλήγει σε εξειδικευμένα χαρακτηριστικά που θα πρέπει να διέπουν τέτοια συστήματα για να είναι προσβάσιμα. Ακόμη και από τις πολύ πρώιμες ημέρες έρευνας των υπερ-μέσων ήταν εμφανή η ανάγκη για μοντελοποίηση του περιβάλλοντος του συστήματος. Μια τέτοια ανάγκη στις μέρες μας εξελίχθηκε σε απαίτηση λόγω της εισβολής του «εξαφανιζόμενου υπολογιστή» (disappearing computer) στην καθημερινή μας ζωή. Τα ΠΣΙ καλούνται να ανταποκριθούν σε μια τέτοια απαίτηση ενσωματώνοντας παραμέτρους μοντελοποίησης του πλαισίου δράσης (context-aware). Αυτό το κεφάλαιο παρουσίασε σχετικά ενδιαφέροντα επιτεύγματα ακολουθώντας προσεγγίσεις μοντελοποίησης του πλαισίου δράσης. Οι περισσότερες προσεγγίσεις είναι βασισμένες σε αρχές και τεχνολογίες του σημασιολογικού ιστού. Από μια τέτοια σκοπιά, ο σημασιολογικός ιστός αντιμετωπίζεται σαν έναν συμπληρωματικός μηχανισμός ο οποίος θα μπορούσε να ενδυναμώσει περισσότερο τα έξυπνα συστήματα καθιστώντας τα ικανά να καταλήγουν σε πιο χρήσιμα αποτελέσματα και να προσεγγίζουν περισσότερο τις ανάγκες του ανθρώπου. Το κεφάλαιο καταλήγει με τη διερεύνηση των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στα πολυμέσα και των αφηρημένων διεπαφών χρήστη για ιδιαίτερα αλληλεπιδραστικά συστήματα. Οι τεχνολογίες των πολυμέσων φαίνεται να αποτελούν ένα ανερχόμενο πεδίο για την προσαρμοστικότητα μέσα από την διάδοση εφαρμογών σαν την αλληλεπιδραστική τηλεόραση. Τεχνολογικά επιτεύγματα σαν το MPEG-21 μελετήθηκαν τα οποία προσέφεραν χρήσιμη πληροφορία για το προτεινόμενο πλαίσιο. Τέλος, η έννοια και τα επιτεύγματα των αφηρημένων διεπαφών χρήστη προσβλέποντάς τις σαν ενδιάμεσο σταθμό για την σχεδίαση και ανάπτυξη προσαρμοστικών ΠΣΙ προσφέροντας τη δυνατότητα τέτοιες διεπαφές να μπορούν να προσαρμόζουν την παρουσία τους ανάλογα με το αλληλεπιδραστικό πλαίσιο. Το 5ο κεφάλαιο παρέχει μια μεθοδολογική βάση για την σχεδίαση προσαρμοστικών ΠΣΙ συμπεριλαμβάνοντας HCI σχεδιαστικές προσεγγίσεις καθώς και μεθόδους και παραδείγματα σχεδίασης λογισμικού. Τέτοιες μέθοδοι φαίνεται τελικά να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν πηγή έμπνευσης κατά την διαδικασία της προσαρμογής. Συνεπώς, η πρσαρμοστικότητα μπορεί να θεωρηθεί ως μια συνεχή, επαναληπτική σχεδιαστική διαδικασία με μεταβαλλόμενες απαιτήσεις. Από μια τέτοια σκοπιά, ένα προσαρμοστικό σύστημα είναι ένα σύστημα το οποίο είναι σε θέση να σχεδιάζει συνεχώς τον εαυτό του (αυτο-σχεδιαζόμενο).Από την σκοπιά της μηχανικής λογισμικού, φάνηκε ότι η τάση οδηγεί από τις πολύπλοκες, εξειδικευμένες λύσεις προς τα αρθρωμένα / κατανεμημένα συστήματα και τις ανοιχτές αρχιτεκτονικές, οι οποίες επιτρέπουν την επαναχρησιμοποίηση και το διαχωρισμό των εμπλεκομένων. Καρπός αυτών είναι οι λεγόμενες Υπηρεσιο-στραφής (SoA) αρχιτεκτονικές. Η χρήση Υπηρεσιο-στραφών (SoA) αρχιτεκτονικών και υπηρεσιών Ιστού διαφαίνεται ως μια καλή βάση για την απαραίτητη - διαφαινόμενη κατανεμημένη αρχιτεκτονική για τα προσαρμοστικά ΠΣΙ. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το αναδυόμενο πεδίο των σημασιολογικών υπηρεσιών Ιστού. Η αρχιτεκτονική αποδεικνύεται να είναι μια αναδυόμενη ιδιότητα, γεγονός που την καθιστά ικανή να προσφέρει προσαρμοστικότητα σε ένα ΠΣΙ μέσα από την αυτό-αναζήτηση, ανάκτηση και ενορχήστρωση των υπηρεσιών. Αυτές οι υπηρεσίες θα είναι σε θέση να αναλαμβάνουν ρόλους και να αξιολογούν την απόδοσή τους βάσει ορισμένων κριτηρίων (βλέπε SESA Framework, OWL-S).Το κεφαλαίο 6 παρουσιάζει το εν λόγο πλαίσιο (DAWIS). Το πλαίσιο διέπεται από δύο βασικές αρχές. Πρώτον, να είναι εύρωστο και αφηρημένο αρκετά έτσι ώστε να έχει αυξημένη συμβατότητα με ένα ευρύ φάσμα τωρινών και μελλοντικών εφαρμογών και τεχνολογιών ΠΣΙ. Δεύτερον, είναι αρκετά εξειδικευμένο και εκτατό ώστε να είναι εφαρμόσιμο.Σύμφωνα με το DAWIS, ένα προσαρμοστικό σύστημα «ζει» σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον και αλληλεπιδρά έτσι ώστε συνεχώς να πληροί το σκοπό του, ανεξαρτήτως από τις μεταβαλλόμενες συνθήκες. Ένα προσαρμοστικό σύστημα πρέπει είναι σε θέση να διατηρεί την εσωτερική του ισορροπία σε ένα σταθερό περιβάλλον αλλά ταυτόχρονα να μπορεί να προσαρμόζεται / ανασχηματίζεται σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον για να εξασφαλίσει την ύπαρξή του. Συνεπώς, το σύστημα θα πρέπει πάντα να δρα με στόχο να δημιουργήσει τον εαυτό του, το οποίο με τη σειρά του σημαίνει ότι η πληροφορία η οποία προσδιορίζει το σύστημα (κώδικας) διατηρείται και άρα είναι κατανεμημένη στα συστατικά του. Για να μπορεί ένα σύστημα να ανασχηματίζεται θα πρέπει να είναι σε θέση να αυξάνει την εσωτερική του πολυπλοκότητα, σε μορφή εσωτερικής ποικιλίας. Για τη μεταφορά των παραπάνω στα πλαίσια των ΠΣΙ μελετάται ένα απλουστευμένο σενάριο προσπέλασης μιας δυναμικής ιστοσελίδας από χρήστες με διαφορετικές απαιτήσεις. Σε ένα τέτοιο σενάριο αναγνωρίζονται οι σχετικές έννοιες: Προκαθορισμένη ποικιλία: Υποθέτουμε ένα ΠΣΙ, μια δυναμική ιστοσελίδα, με τη δυνατότητα να αλλάζει το χρώμα του φόντου βάσει αντίστοιχης προτίμησης του χρήστη. Το συγκεκριμένο σύστημα έχει τη δυνατότητα να παραδώσει τη σελίδα σε Ν διαφορετικά χρώματα. Από τη σκοπιά του DAWIS αυτή η αρχική δυνατότητα που προκαθορίστηκε από τον σχεδιαστή και μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με τον αριθμό Ν είναι η εσωτερική ποικιλία του ΠΣΙ (V).Απαιτούμενη ποικιλία: Κατά την αλληλεπίδραση, όταν το σύστημα έχει το χρώμα που ο χρήστης προτιμά λέγεται ότι το σύστημα έχει τη δυναμική ή με άλλα λόγια, την απαιτούμενη ποικιλία για να προσαρμοστεί. Επιλογή: Ωστόσο, η δυναμική από μόνη της (απαραίτητο χρώμα) δεν σημαίνει ότι το σύστημα θα ικανοποιήσει τον χρήστη. Το σύστημα χρειάζεται έναν μηχανισμό για να είναι σε θέση να επιλέξει ανάμεσα στα εναλλακτικά, δηλ. να αποφασίσει. Σε αυτή τη περίπτωση λέγεται ότι το σύστημα είναι ικανό να προσαρμοστεί (απαραίτητη ποικιλία + επιλογή).Παραγωγή ποικιλίας: Είναι επίσης πιθανό ένας χρήστης να προτιμά ένα χρώμα το οποίο το σύστημα δεν το έχει, δηλαδή δεν έχει την απαραίτητη ποικιλία Σε αυτή την περίπτωση το προσαρμοστικό σύστημα θα πρέπει παράγει ποικιλία για να ικανοποιήσει τον χρήση.Αύξηση πολυπλοκότητας: Ένα χρήστης παρότι έχει δηλώσει προτίμηση σε ένα χρώμα τυγχάνει να έχει αχρωματοψία και επομένως δεν μπορεί να δουλέψει με ένα τέτοιο χρώμα. Το ΠΣΙ θα πρέπει να αναπτύξει εναλλακτικούς μηχανισμούς για να μπορέσει να αντιμετωπίσει μια τέτοια σύγκρουση, δηλαδή να λάβει υπόψη του περισσότερες - νέες παραμέτρους.Στη συνέχεια διευκρινίζεται η έννοια κλειδί «προσαρμοστικότητα» και περαιτέρω παρέχονται ενδεικτικά μοντέλα τα οποία μπορούν να ποσοτικοποιήσουν τις κρίσιμες παραμέτρους που συνθέτουν την προσβασιμότητα έτσι ώστε να καθίσταται δυνατή η αξιολόγησή της βάσει της επίδρασής της στο χρήστη:Διάσταση Προσαρμοστικότητας (Measurement) – Am: Ορίζεται βάσει της ποικιλίας του συστήματος (Vs), του περιβάλλοντος (Ve) και της δυνατότητας επιλογής / συμπερασματολογίας (S). Με άλλα λόγια, εκφράζει το «πόση» προσαρμογή έλαβε χώρα σε ένα χρονικό διάστημα και είναι εντελώς ανεξάρτητο από το αποτέλεσμα της προσαρμογής (πόσο επιτυχής ήταν η προσαρμογή). Αποτελεσματικότητα Προσαρμοστικότητας (effectiveness) – Ae: Ορίζεται αποκλειστικά ως συνάρτηση της βελτίωσης του ταιριάσματος της κατάστασης του συστήματος μια δεδομένη χρονική στιγμή. Τις περισσότερες φορές που η οντότητα που αλληλεπιδρά είναι κάποιος χρήστης, η Ae μπορεί να εκφραστεί σε σχέση με την ικανοποίηση του χρήστη.Χωρητικότητα Προσαρμοστικότητας (capacity) – Ac: Η ικανότητα για προσαρμογή ενός συστήματος, δηλαδή πόσο προσαρμοστικό μπορεί να καταστεί το σύστημα. Πόσο καιρό το σύστημα μπορεί να επιβιώσει (ταιριάζει) όσο η πολυπλοκότητα της προβληματικής κατάστασης αυξάνεται ή/και το περιβάλλον (απαιτήσεις του συστήματος) συνεχώς μεταβάλλεται.Περαιτέρω, το DAWIS υποστηρίζει το σχεδιαστή κατά τις πρώτες φάσεις της σχεδίασης και ειδικότερα κατά την αξιολόγηση της προβληματικής κατάστασης. Τον υποστηρίζει να αποφασίσει αν, και αν ναι, σε τι βαθμό το προϊόν της σχεδίασής του θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα της προσαρμοστικότητας. Γι αυτό το λόγο, το πλαίσιο παρέχει ένα ενδεικτικό / εμπειρικό καθοδηγητικό γράφημα στην υπηρεσία του σχεδιαστή. Το γράφημα δεν είναι εστιασμένο σε πληθώρα κριτηρίων που ποικίλλουν ανάλογα με την προβληματική κατάσταση. Τουναντίον, πραγματεύεται τις βασικές αφηρημένες αρχές που καθορίζουν την απόφαση του σχεδιαστή.Επιπροσθέτως, το DAWIS παρέχει στον σχεδιαστή ένα εννοιολογικό μοντέλο ενός ΠΠΣΙ δύο βαθμών. Το μοντέλο χαμηλότερου βαθμού καθορίζει το βασικό κύκλο ζωής (Αισθάνεται, Κάνει πλάνο, Μαθαίνει, Παράγει ποικιλία, Ενεργεί) ενός προσαρμοστικού ΠΣΙ και τις λειτουργικές απαιτήσεις μελετώντας το σαν “όλον”. Το μοντέλο υψηλότερου βαθμού καθορίζει βασικές αρχές που πρέπει να διέπουν τα υποσυστήματα ενός προσαρμοστικού ΠΣΙ. Έτσι ένα υποσύστημα θα πρέπει να είναι: Αυτό-αναφορικό, να γνωρίζει τον εαυτό του τόσο σε επίπεδο υποσυστήματος όσο σε επίπεδο υπερσυστήματος (αναδυόμενες ιδιότητες); Αυτό-διατηρούμενο, να αναπαράγει και να ανασχηματίζει τον εαυτό του; Αυτό-αξιολογήσιμο, να αξιολογεί τον εαυτό του τόσο σε επίπεδο υποσυστήματος όσο και σε επίπεδο απορρέουσας συμπεριφοράς του υπερσυστήματος; Επικοινωνιακό, να επικοινωνεί σημασιολογικά με άλλα συστήματα ή υποσυστήματα μέσω της διεπαφής, είτε του υποσυστήματος, είτε του υπερ-συστήματος; Αυτό-βελτιστοποιήσιμο, να βελτιστοποιεί ή ακόμη και να απορρίπτει - αντικαθιστά τον εαυτό τουΕπιπροσθέτως, το πλαίσιο αναγνωρίζει τις βασικές οντότητες αλληλεπίδρασης: Ο χρήστης, η πλατφόρμα, η προσφερόμενη υπηρεσία και το πλαίσιο διανομής. Βάσει αυτών, το πλαίσιο εισάγει ένα προφίλ αλληλεπίδρασης δύο επιπέδων: Το αφαιρετικό, το οποίο καθορίζει αφηρημένες ομάδες από χαρακτηριστικά κάτω από τέσσερα πιο εξειδικευμένα προφίλ που αντιστοιχούν σε κάθε οντότητα και το κατώτερο επίπεδο το οποίο παρέχει πιο συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των οντοτήτων. Ένα τέτοιο προφίλ μπορεί να υποστηρίζει τον σχεδιαστή κατά την αναγνώριση του περιβάλλοντος του προσαρμοστικού συστήματος και την ανάπτυξη κατάλληλου μοντέλου αλληλεπίδρασης για το σύστημα του. Ακόμη περισσότερο, το DAWIS παρέχει ενδεικτικό μοντέλο οντοτήτων (object model), αρχιτεκτονική, τεχνολογίες και λογισμικά πλαίσια για την υλοποίηση ενός προσαρμοστικού ΠΣΙ. Κατά το τελευταίο κεφάλαιο της διατριβής παρουσιάζονται τέσσερις μελέτες περίπτωσης οι οποίες έχουν συμβάλλει κατά την ανάπτυξη και την προκαταρκτική αξιολόγηση του προτεινόμενου πλαισίου:Ανάμιξη Προφίλ Χρήστη / Συσκευή – IRIS: Κάτω από την ομπρέλα του έργου IRIS η προσβασιμότητα στον ιστό προσεγγίστηκε μέσα από την προσαρμοστικότητα βάσει της ανάμιξης προφίλ χρήστη / συσκευής. Η εφαρμογή μιας τέτοιας προσέγγισης παρείχε μια βάση για τη μοντελοποίηση μιας αλληλεπίδρασής χρήστη/σύστημα και αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη του προφίλ αλληλεπίδρασής. Επιπλέον, η προσέγγιση αυτή παρείχε μια ενδιαφέρουσα αρχιτεκτονική λογισμικού βασισμένη σε “πληρεξούσιο”.Εργαλεία για την προσβασιμότητα του Ιστού – BenToWeb: Το έργο BenToWeb επίσης συνεισέφερε στον σχεδιασμό προσαρμοστικών ΠΣΙ μέσω: αξιολόγησης τεχνικών και τεχνολογιών και από τους ίδιους τους χρήστες; αξιολόγησης τεχνικών μοντελοποίησης χρήστη – έμφαση σε ΑμεΑ; αξιολόγησης τεχνολογιών και λογισμικών πλαισίων αιχμής σχετικά με την ανάπτυξη προσαρμοστικών ΠΣΙ. Προσβασιμότητα Πυλών: Από το πρίσμα του DAWIS προσεγγίστηκε επίσης και η προσβασιμότητα των πυλών ιστού. Η διατριβή προτείνει μια προσέγγιση τριών επιπέδων: Προσβασιμότητα περιεχομένου, όπου ισχύουν οι οδηγίες που αφορούν και στις απλές ιστοσελίδες με κάποιες εξαιρέσεις; Προσβασιμότητα Γενικευμένων Πυλών, όπου υποστηρίζεται ότι η σχεδίαση των πυλών αποτελεί ιδιάζουσα σχεδιαστική περίπτωση συγκριτικά με αυτή των ιστοσελίδων με βασική απαίτηση για σχεδίαση διεπαφής εφαρμογιδίων πυλών αγνοώντας την υπόλοιπη πύλη; Προσβασιμότητα Υπηρεσιών Πυλών όπου η προσβασιμότητα μελετάται σε επίπεδο υπηρεσιών και εστιάζεται στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά μιας υπηρεσίας ή μιας ομάδας υπηρεσιών. Η μελέτη αυτή πραγματοποιείται στο χώρο του Ηλεκτρονικού και Κινητού εμπορίου.Προσβασιμότητα στην Αλληλεπιδραστική Τηλεόραση – MPEG21: Η τελευταία μελέτη περίπτωση αφορά στην προσβασιμότητα της αλληλεπιδραστικής τηλεόρασης με έμφαση στο ρόλο του MPEG-21 προτύπου. Το θέμα προσεγγίστηκε αμιγώς μέσω του πλαισίου DAWIS και συνεπώς η συγκεκριμένη μελέτη προσφέρει μια πρώτη αξιολόγηση της χρήσης του πλαισίου. Βάσει του πλαισίου η σχεδιαστική λύση έπρεπε να αντιμετωπίσει το πρόβλημα μέσω της προσαρμοστικότητας. Έτσι το σύστημα (προσομοιωτής iTV) μοντελοποιήθηκε βάσει του αφηρημένου μοντέλου του DAWIS, αναπτύχθηκε κατάλληλο αλληλεπιδραστικό προφίλ και υλοποιήθηκε βάσει προτεινόμενων τεχνικών και τεχνολογιών. Κλείνοντας την διατριβή, παρουσιάζονται κάποια χρήσιμα συμπεράσματα που θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν για την περαιτέρω έρευνα στο χώρο. Έτσι, μέσα από την παρούσα έρευνα, αναδεικνύεται η ανάγκη για προσαρμοστικά ΠΣΙ και η έλλειψη ενός κοινού πλαισίου αναφοράς. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι μια διεπιστημονική διερεύνηση μέσα από μια συστημική σκοπιά μπορεί να αποφέρει ένα τέτοιο πλαίσιο. Το πλαίσιο που αναπτύχθηκε φαίνεται αφηρημένο αρκετά για να ενσωματώσει ευρύ χώρους και προβληματικές καταστάσεις αλλά και ικανό να βοηθήσει έμπρακτα το σχεδιαστή από τα πρώτα στάδια της σχεδίασης μέχρι και τα τελευταία της υλοποίησης και της διασφάλισης της ποιότητας. Πρέπει να σημειωθεί, ότι το πλαίσιο από μόνο του δεν προσφέρει δυνατότητα σχεδίασης συστημάτων «πραγματικής» αυτονομίας αλλά διαχωρίζει τους διάφορους βαθμούς προσαρμοστικότητας οριοθετώντας τις απαιτήσεις σε αφαιρετικό επίπεδο. Τέλος, το πλαίσιο μέσα από την ίδια του την προσέγγιση αλλά και από την ανάδειξη των αφηρημένων απαιτήσεων ανοίγει το δρόμο προς πολλές ερευνητικές κατευθύνσεις για περαιτέρω έρευνα σε πιο εξειδικευμένα πεδία (π.χ. neural nets, evolutionary algorithms). Κατά την εξέλιξη της έρευνας το πλαίσιο θα πρέπει συνεχώς να επαναξιολογείται και να βελτιώνεται.