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Um die Annahmen und Überlegungen der Konzeption zu überprüfen und zu testen, wurde innerhalb des Hackathon ein Prototyp entwickelt. Dieser dient nicht nur zur Veranschaulichung der theoretischen Konzepte, sondern kann auch bereits als Demonstration in einer kleineren Vorlesung verwendet werden. So kann überprüft werden, ob das grundlegende Konzept von den Studierenden verwendet wird und ob sie sich besser in die Vorlesung integriert fühlen.
Input
Um Fragen, Emotionen oder Antworten in den Vorgang der Präsenzvorlesung intuitiv zu integrieren, müssen die Aktionen die ein Student normalerweise vor Ort tätigt, zuhause erfasst werden. Dabei sind Aktionen wie die Hand heben oder nicken direkt zu erkennen und auf den Scroll Bot zu übertragen. Doch für die Erkennung der Gesten ist meist diverse Hardware von Nöten, die zuhause bei jedem Studierenden angebracht werden müsste. Daher ist es naheliegend, bereits vorhandene Ressourcen zu verwenden, die bei den meisten Studierenden vorhanden sind. Ein möglicher Ansatz wäre an dieser Stelle die Kamera der Laptops zu verwenden um über eine Bilderkennung Gesten wie das Handheben oder Emotionen wie Nicken oder Kopfschütteln zu erkennen und zu versenden. Da die Implementierung solcher Konzepte jedoch sehr aufwendig ist, wurde für den MVP auf eine GUI (Graphical User Interface) zurückgegriffen. Diese kann parallel zu der Vorlesung, die über Zoom oder anderen Streamingdiensten übertragen wird, auf dem Rechner des Studierenden geöffnet werden. Sie ermöglicht dem Studierenden über das Anklicken verschiedener Buttons Emotionen an den Scroll Bot und somit in die Präsenzvorlesung zu senden. Ebenso kann er auch Textnachrichten versenden, die dann als durchlaufender Text auf dem Scroll Bot angezeigt wird.
Eingesetzte Technologien und Services
Für die Übertragung und die Zuordnung eines Studenten zu einem Scroll Bot wurde das MQTT Protokoll verwendet. Dieses bietet die Möglichkeit Nachrichten an einen bestimmten Channel (Topic) zu senden. Alle, die diesem Channel zuhören (Subscription) empfangen anschließend die gesendete Nachricht. Es handelt sich dabei um eine typische TCP/IP Kommunikation. Zuerst muss eine Adresse eines Servers angegeben werden, der das MQTT Protokoll unterstützt. Die Channels können dann über die Verzeichnisse in der URL (Uniform Resource Locator) aufgerufen werden. Für den Prototyp wurde der Public Broker EMQX, der unter der Adresse „broker.emqx.io“ zu erreichen ist, verwendet. Das System ist so aufgebaut, dass jeder Scroll Bot ein eigenes Topic eröffnet, auf dem er selbst sendet und empfängt. Dafür hört er nach dem Start zuerst in eine vorher definierte Anzahl an Topics hinein. Sollten bereits andere Scroll Bots online sein, senden diese auf ihrem Topic zyklisch Nachrichten, dass sie dieses Topic bereits belegen. Ein neu eingeschalteter Scroll Bot nimmt sich dann immer das nächste freie Topic und belegt dieses. Die Scroll Bots senden auf ihren Topics nicht nur die Information, dass sie dieses Topic belegen, sondern auch ob sie gerade von einem Studierenden verwendet werden oder nicht. So kann das Programm auf dem Rechner der Studierenden nicht nur alle Scroll Bots finden, sondern auch erkennen, welcher bereits genutzt wird und welche noch frei sind. Die Anzahl der möglichen Scroll Bots kann dabei frei gewählt werden. Die Anzahl der Bots verzögert jedoch auch die Zeit beim Start des Programmes oder des Scroll Bots da erst in Frage kommende Channels durchsucht werden müssen.
Datenfluss der eingesetzten Technologien
Output
Wie bereits erwähnt, wird die Wiedergabe über einen Scroll Bot realisiert. Diese werden an Stelle eines Studierenden auf den Tischen des Vorlesungssaals aufgestellt. Somit stellen sie eine digitale Repräsentation der Studierenden dar. Um die Wiedergabe der Emotionen einfach zu gestalten, können Bitmaps direkt auf dem Display dargestellt werden. So können über ein Bildbearbeitungsprogramm Animationen und Bilder erstellt werden, die dann über einen MQTT Aufruf wiedergegeben werden können.
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| ScrollBot |
IoT Kommunikation
Der Aufbau der Kommunikation ist in verschiedene teile zu kategorisieren. Grundlegend für jede Kommunikation ist zuerst die Netzwerkstruktur. In diesem Fall kommunizieren die Scroll Bots sowie die Programme der Studierenden über TCP/IP welches bei den Scroll Bots über W-Lan und bei dem Programm der Studierenden über W-Lan oder Lan übertragen werden kann. W-Lan und Lan sind dabei Star Topologien da alle Geräte in einem Netzwerk zuerst mit ihrem Router kommunizieren und dieser die Nachricht dann an einen Server mit Router Weiter leitet. Das bringt die Typischen Nachteile einer Star Topologie mit sich. Zum einen ist das System bei deinem Router Ausfall nicht mehr funktionsfähig. Das betrifft dann in der Vorlesung vermutlich alle Scroll Bots da diese im selben Netzwerk agieren. Dafür ist es einfach neue Geräte im System zu integrieren da alle mit dem gleichen Partner kommunizieren. Es handelt sich also um ein Infrastruktur-orientiertes System. Wie in der Nachfolgenden Skizze zu erkennen ist handelt es sich bei der Verwendung von dem MQTT Protokoll ebenfalls um eine Star Topologie. Sollte hier der MQTT Server nicht mehr erreichbar sein ist das gesamte System lahmgelegt.
Netzwerkskizze
Da die genutzte Hardware selbst in der Lage ist MQTT über TCP/IP zu versenden handelt es sich um eine Direkte Anbindung zwischen den Geräten. Es ist kein Gateway von Nöten der zuerst einen anderen Kommunikationsstandart umwandeln müsste. Dies würde erst ins Spiel kommen, wenn im Bezug zum reaktiven Room weitere Sensoren für die Informationsgewinnung genutzt werden. Das Senden der Informationen kann in zwei Teile untergliedert werden. Da die Scroll Bots ihren eigenen Zustand dauerhaft zyklisch jede Sekunde senden kommt dies einem Stream gleich. Durch ihn ermitteln die anderen Bots belegte Topics und die Studierenden können ein freies Bot finden. Bei der Zweiten variante handelt es sich um das Senden eines Bulks. Der Inhalt hierbei ist eine Emotion oder ein Text welcher aktiv vom studierenden initialisiert wird. Diese Informationsübertragung ist daher nicht zyklisch.