computação ubíqua e a internet do futuro

UDESC/CEAVI, Ibirama, SC, 27/9/2011

Computação Ubíqua e aInternet do Futuro

Antonio Alfredo Ferreira [email protected]

Universidade Federal de Minas GeraisDepartamento de Ciência da Computação


UDESC/CEAVI, Ibirama, SC, 27/9/2011 2

Falar de Computação Ubíqua e a Internet do Futuroé equivalente a falar do Problema da Sorveteria:

se você não gosta tem algo errado;se você gosta, qual é o sabor de hoje?


Histórico da Comunicação


Qual é o tamanho do mundo do ponto de vista da comunicação?

Ao longo do tempo, o homem tem conseguidoatingir distâncias cada vez maiores ...... e o mundo tem ficado cada vez “menor”


O problema fundamental emsistemas distribuídos

Comunicação (troca de dados, informação) entre entidades comunicantes

Problema existente em cenários onde há necessidade de trocar dados


Primórdios dacomunicação sem fio (CSF)

Fogo Sinais de fumaça Bandeiras Pombo correio Telégrafo óptico

Hoje também existem vários “sabores” dependendo do tipo de acesso à Internet

No futuro, possivelmente teremos uma maior diversidade!


Primórdios da CSFGrécia antiga

Peça Agamemnon, escrita por Aeschylus em 458 aC, descreve como sinais de fogo foram usados, supostamente, para comunicar a queda de Tróia para Atenas numa distância acima de 450 km

Aeschylus



Problema com sinais de fogo: Número de mensagens diferentes que podem ser enviadas é

bastante limitado

Problema identificado por Polybius, historiador grego do segundo século aC

Não havia como mandar uma nova msg que necessitasse atenção imediata



Polybius de Megalopolis (c. 203aC–120aC) filho de Lycortas, historiador grego, famoso pelo seu livro chamado “The Histories” ou “The Rise of the Roman Empire” o qual cobre o período de 220aC a 146aC.

Estátua de Polybius achadaem Cleitor, Grécia

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Primórdios da CSFGrécia antiga: Solução de Polybius

Dois conjuntos de cinco tochas

Suposições: Há um acordo prévio entre os sinalizadores sobre a codificação

das letras e as regras de comunicação a serem usadas Alfabeto dividido em cinco conjuntos de cinco letras


Primórdios da CSFGrécia antiga: Solução de Polybius

Regras de comunicação: Sinalizador que inicia a transmissão levanta duas tochas Sinalizador que irá receber a mensagem levanta duas tochas

como confirmação que está pronto Sinalizador TX usa o conjunto de tochas da esquerda para

indicar o conjunto do alfabeto a ser usado e o conjunto de tochas da direita para indicar a letra a ser transmitida

Mensagens arbitrárias poderiam ser enviadas Método usado por quase 20 séculos Esses princípios valem ainda hoje e possivelmente

enquanto não houver uma revolução tecnológica na CSF


Observação sobre ostipos de comunicação

Comunicação sem fio e com fio são complementares

Os dois tipos de comunicação devem continuar a crescer

Com fio: fibra óptica Sem fio: novos protocolos e velocidades mais altas


O Nome do Jogoou

A Evolução da Computação em Ambientes de CSF


Evolução dos Sistemas Computacionais

Computador Móvel


Computação na nova era

Novas disciplinas Computação móvel/

nômade Computação ubíqua/

pervasiva Computação autonômica

e “gêneros de computação” Computação ciente de

localização Computação ciente de

contexto “Inteligência de ambiente”

ComputaçãoMóvel

ComputaçãoUbíqua

Computação Autonômica


Computação móvel

Dispositivos computacionais portáteis

+

Comunicação sem fio

Computação pessoal em qualquer lugar e a qualquer momento

Ser capaz de trabalhar longe do desktop, em lugares onde tarefas precisam ser executadas

Outro nome para computação móvel: Computação nômade

para acessar dados e aplicações


Computação móvelInfra-estrutura

Rede Comunicação sem fio Roteamento Segurança, privacidade, ...

Hardware: Gerenciamento de energia Capacidade limitada

PAN

LAN

MAN

WAN

Bluetooth USB

IEEE 802.11“WiFi”

IEEE 802.3Ethernet

IEEE 802.16“WiMAX”

IP

IEEE 802.20(proposto)

IP


Computação móvelDispositivos portáteis

Software/Dados Sincronização/replicação

Aplicações móveis são aplicações para desktop numa “caixa menor”?


Computação móvelDispositivos portáteis?


Computação ciente de ...

Localização

Contexto Físico Lógico


Computação ciente de localização

Sistemas cientes de localização Rastreamento da localização Acesso a recursos e informação dependentes da localização Comportamento dependente da localização

Computação ciente de “rastreamento” Oportunidades fantásticas nesta área!


Computação ciente de localizaçãoExemplo: Guia turístico


Computação ciente de localização Tecnologias para ambientes externos

Global Positioning System

(GPS)

European Satellite Navigation System

(Galileo)

Métodos baseados em telefonia celular AOA, TOA, TDOA, E-OTD, A-GPS E911 (http://www.fcc.gov/911/enhanced/)

GPS, 24 satéliteshttp://www.gps.gov/

Galileo, 30 satéliteshttp://ec.europa.eu/dgs/energy_transport/galileo/


Computação ciente de localização Tecnologias para ambientes internos

Infravermelho

Ultra-som

RF (Radio Frequency)

Wireless LAN

Exemplo: Cricket Indoor Location

System

(Ultrasonic + RF) http://cricket.csail.mit.edu/


Computação ciente de contexto

Sistemas cientes de contexto consideram um contexto (cenário, ambiente, ...)

Contexto físico ambiente data e hora temperatura umidade capacidade do dispositivo recursos de infra-estrutura localização/rastreamento

Contexto lógico interesses trabalho/lazer atividade preferências do usuário Individual/coletivo (social)

Aspectos fundamentais da Internet do futuro!Soluções baseadas no usuário e não na rede!



Contexto como informação: Caracteriza uma situação de uma pessoa, lugar ou objeto

relevante para a interação entre usuário e aplicação localização identidade estado e atividades de pessoas, grupos estado de objetos computacionais e físicos

Processamento ciente de contexto Usa informação de contexto para

seletivamente apresentar informação e serviços automaticamente executar um serviço anexar informação de contexto para tratamento posterior



Explora nosso dia-a-dia fisicamente logicamente

Atualmente, “tentamos” incorporar o contexto às nossas aplicações móveis ainda de forma primitiva


Computação ciente de contextoDaqui para o futuro

Dispositivos com Internet embutida estão se tornando cada vez mais populares

Acesso à Internet está se tornando ubíquo

Capacidade de comunicação está aumentando

Redes com finalidades específicas tendem a desaparecer

TV, dados, voz, ...


Computação ciente de contextoHierarquia de redes


Computação ciente de contextoQuestões de privacidade

Quem pode acessar “sua” informação de contexto?

Como e onde essa informação é armazenada?

Quais são os potenciais benefícios de compartilhar essa informação?

Como podemos controlar quem acessa nosso contexto?

Aspectos fundamentais para a Internet do futuro


Computação ubíqua (Ubicomp) e a Internet do futuro

Ubicomp integra computação ao ambiente A idéia é não ter computadores “visíveis” como objetos distintos

Outros termos para computação ubíqua: Computação pervasiva Tecnologia calma Coisas que pensam Everyware (cunhado por Adam Greenfield) Internet pervasiva

Objetivo: Embutir computação no ambiente e nos objetos do dia-a-dia Permitir às pessoas interagirem com dispositivos que têm

capacidade de processamento de informação naturalmente Adaptar a partir do contexto onde elas se encontram


Ubicomp

Tendências em computação Comentários

Mainframe (1a onda) Várias pessoas compartilham um computador

Computador pessoal (2a onda) Um computador, uma pessoa

Crescimento da Internet e sistemas distribuídos

Computação ubíqua(Visão de Weiser: 3a onda da computação?)

Vários computadores por usuário

"Ubiquitous computing names the third wave in computing, just now beginning. First were mainframes, each shared by lots of people. Now we are in the personal computing era, person and machine staring uneasily at each other across the desktop. Next comes ubiquitous computing, or the age of calm technology, when technology recedes into the background of our lives."


Ubicomp

Princípios de Mark Weiser para descrever computação ubíqua:

A finalidade de um computador é ajudar uma pessoa a fazer algo

O melhor computador é um “servo” quieto e invisível O computador deveria estender a inconsciência de uma pessoa Tecnologia deveria criar tranqüilidade

Ao projetar a tecnologia calma, Mark Weiser e John Brown descrevem essa tecnologia como “aquela que informa mas não demanda nosso foco ou atenção”


Ubicomp

“The Coming Age of Calm Technology”,Mark Weiser and John Seeley Brown, Chapter 6.In: Beyond Calculation: The Next Fifty Years of Computing.Peter Denning and Robert Metcalfe, eds.1998, xix, 313 p., 15 illus., Softcover, Springer

http://en.wikipedia.org/wiki/Mark_Weiser

Ambient Devices (http://www.ambientdevices.com)

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Ubicomp

Palavras-chaves da visão de Mark Weiser: Tecnologia calma Invisível Dispositivos na periferia de nossos sentidos

O computador não é o centro da atração As melhores ferramentas são (quase) invisíveis aos seus

usuários Relações pessoa-pessoa e pessoa-computador Hardware e software deveriam fundir em “underware”


Ubicomp

Dispositivos computacionais por todo lugar nas pessoas (inclusive internamente?) nos veículos nos tecidos nos móveis nos produtos que consumimos …

Podem variar de etiquetas passivas a dispositivos de informação conectados em rede


Ubicomp

Atualmente, temos processadores embutidos em dispositivos eletro-eletrônicos carros, aviões, ... …

No entanto, a maior parte deles não é conectada à rede interoperável ciente de contexto


Ubicomp

Computação ubíqua significa levar a computação para fora do computador pessoal

Conecte com o que as pessoas fazem Permeie o mundo físico UbiComp = “Pervasivo”, “Ambiente”, “Contexto”

Base para a Internet do futuro!


Ubicomp em perspectivaEletrodomésticos “inteligentes”

O forno inteligente: Controlado por botões ou computador? Programado por tempo ou “alimento pronto”? É hora da auto limpeza? Faça a programação Há alguma “coisa” queimando? Alguma “coisa” entornou que precisa limpar o forno? Os suportes da panela, tabuleiro, ..., estão na posição correta? A pessoa está autorizada a operar o forno?

O que você precisaria para confiar no seu forno? E na sua casa?


Ubicomp

Computação de mesa

Computação móvel Ambiente inteligente

Computação desagregadaComputação invisívelRealidade aumentada

Ubicomp =

Computação móvel

+

Ambiente inteligente


Ubicomp oferece novas opçõesHaja luz, mas como?

Aperte o interruptor Solução física

Bata palmas Som

Toque um display de controle Diálogo baseado em uma

interface de usuário Toque o mapa que representa

o ambiente Use um tablet, celular, …

Diga “Ligue as lâmpadas” Voz

Diga “Ligue aquela lâmpada” Multimodal

“Eu quero ler um livro”

Está escuro Infere uma ação

Faça um gesto específico Visão

Entre na sala Automático


UbicompQuestões de longo termo

Atenção

Complexidade

Privacidade

Segurança

Extensibilidade


UbicompComplexidade (para usuários)

Várias decisões para serem tomadas pelo sistema

Vários dispositivos para gerenciar

É necessário um certo grau de automação “Regras de comportamento” Mas, de onde obtê-las? Mas, como gerenciá-las?


UbicompPrivacidade

Sistema deve tomar várias decisões para/sobre uma pessoa

Sistema precisa de informações

Quem obtém a informação?

Boas intenções podem se transformar em práticas inapropriadas


UbicompSegurança

Começa pela disponibilidade de serviços

Como você sabe com quem está falando?

Ubicomp requer conectividade dinâmica troca de vários dados pessoais evitar acessos fraudulentos


UbicompExtensibilidade

Interoperabilidade Vários domínios/vários tipos de ambientes

Casa, trabalho, veículo Necessidade de padronização

Configuração Ferramentas para gerenciar dispositivos e processos

Validação


UbicompComo essas e outras questões são tratadas?

Indústria segue em frente Aparecem soluções ad hoc

Tentativa e erro Unificada vs. diversificada

Teoria Técnicas Metodologia Ferramentas

Do ponto de vista acadêmico, oportunidades incríveis de pesquisa!

Do ponto de vista não acadêmico, oportunidades incríveis de desenvolvimento tecnológico de ponta!

Nesse caso, a base científica é que permite o avanço tecnológico


O Desenvolvimento de Aplicações para o Ambiente de

Computação Móvel/Ubíqua


Desenvolvendo aplicações e serviçosUm exemplo “simples”

Solução “tradicional”: Empresa disponibiliza versão de uma aplicação a partir da

versão/site disponível para a rede fixa

Exemplo de aplicações típicas dessa solução: Informações de vôos e bolsa de valores Correio eletrônico Agenda eletrônica Possivelmente, usuário terá que executar mais de uma

aplicação seqüencialmente, lembrando e/ou cortando/colando dados de uma aplicação para outra


Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio

Michel combinou com Dilma de buscá-la no aeroporto

Dilma enviou uma mensagem eletrônica para Michel com informações sobre o seu vôo, que foram armazenadas na agenda eletrônica do Michel

O vôo está marcado para chegar às 17:21 da próxima quarta-feira e, normalmente, Michel gasta 45 min para ir de seu local de trabalho até o aeroporto



Michel marca o evento na sua agenda eletrônica para às 16:15 permitindo, assim, tempo para avaliar a situação antes de sair

Nesse dia, Michel não está no escritório e precisa de algumas informações:

Acesso a sua agenda eletrônica Informação do vôo Condições de tráfego



O que Michel deve fazer às 16:15:1. Receber uma notificação de sua agenda eletrônica sobre essa

entrada2. Guardar informações sobre companhia aérea, vôo e horário,

que podem ser anotadas no tablet3. Acessar o servidor Web do aeroporto ou da companhia aérea

para saber informações sobre o vôo (este passo, provavelmente, irá exigir alguma navegação)

4. Navegar pela página de informação do vôo informando número do vôo, data, etc



O que Michel deve fazer às 16:15:5. Verificar se o vôo está no horário ou não

6. Se o vôo não estiver no horário, estimar quando os passos 1 a 5 serão repetidos

7. Acessar o servidor Web de informação de tráfego (este passo, provavelmente, irá exigir alguma navegação)

8. Determinar a hora em que ele terá que ir para o aeroporto



Todos os passos, exceto o 1, exigem atenção da pessoa que está usando o dispositivo

Se a pessoa estivesse usando um desktop, poderia fazer tarefas típicas desse ambiente

Em um tablet é pouco provável que a pessoa vá executar mais de uma aplicação simultaneamente e sua atenção deve ser maior para a tarefa sendo executada



Seja um projeto dessa aplicação, que usa uma abordagem baseada em tarefa

Suponha que exista um serviço agregador de conteúdo de informação de vôo usando essa abordagem

Neste caso, após Michel combinar com Dilma de buscá-la no aeroporto, ele contacta o serviço agregador e passa a informação sobre o vôo



Nova versão: O serviço monitora o status do vôo da Dilma Se o vôo está atrasado, Michel é notificado O serviço monitora a localização do Michel na cidade e o tempo

esperado para chegar ao aeroporto baseado nas condições de tráfego daquele momento onde se encontra

Michel recebe uma notificação de quando ele precisa ir para o aeroporto baseado nas informações do vôo e tráfego

A notificação pode ser feita enviando uma mensagem para o tablet ou através de SMS



Segunda solução mais fácil para o usuário Serviço funciona como seu assistente

A primeira solução é uma “miniaturização” de uma aplicação para o ambiente de CM, feita a partir de uma versão da rede fixa

Trata o ambiente móvel e a tecnologia associada como um subconjunto do ambiente “tradicional”


Aspectos positivos doparadigma móvel/ubíquo

O dispositivo móvel está sempre com o usuário e “sempre” ligado

Não é comum um computador “desktop” ficar com o usuário Um “laptop” tende a ser ligado e conectado apenas quando o

usuário está parado Interface mais “intuitiva”



Quando uma aplicação num dispositivo móvel relacionada, por exemplo, com:

Agenda eletrônica ou escalonamento de tarefas; Localização física do usuário e/ou do servidor; Perfil do usuário dado um contexto (compras, deslocamento,

viagem, entretenimento, etc)

é possível fazer deduções a partir do contexto do usuário



Lado fixo da aplicação deve ter como foco enviar informações relacionadas com o contexto e com a atividade que está sendo executada

Contexto e atividade podem assumir diferentes aspectos como localização física do usuário, condições físicas de comunicação, características físicas do dispositivo portátil, e prioridade para acessar/ter um dado



Tecnologias de CSF, como Bluetooth, são capazes de criar redes pessoais sem que o usuário perceba que isso está ocorrendo

Obviamente, o usuário de um dispositivo móvel com Bluetooth deve programar o seu dispositivo para que isso ocorra da forma desejada



Tecnologia “push” é possivelmente a forma de comunicação mais apropriada para comunicar com o usuário

Pode ser feita em janelas de tempo mais apropriadas de:

comunicação (quando o canal experimenta uma qualidade melhor), e

atenção do usuário (que pode estar voltada para outra atividade)


Comentários

Novos/atuais processos de engenharia de software devem ser definidos/reavaliados

Algumas ferramentas identificadas: Disponibilização de conteúdo de forma “apropriada” para o

ambiente de CSF Ferramentas para “agregação” de conteúdo Serviços baseados na localização/rastreamento

SimBATIC 2011, Rio Sul, SC, 31/5/2011 64

Time MagazinePerson of the Year: You“Yes, you. You control the Information Age. Welcome to your world.”

Time Magazine, Dec. 25, 2006,

vol. 167, no. 51

Sim, as pessoas tendem cada vez mais a controlar a era da comunicação e informação

i


Time MagazineFuture of Technology

i Time Magazine, June 19, 2000,

vol. 155, no. 25


Comentários

... Internet se tornará ubíqüa ... ... Os acessos serão feitos através de enlaces de alta velocidade e

baixa potência ... ... Diferentes dispositivos computacionais terão Internet embutida e

conversarão entre si... ... Teremos dispositivos computacionais com múltiplas funções ... ... Um nome “interessante” para esse dispositivo seria WIDGET ... ... Em 2020, possivelmente teremos mais “coisas” online

(“aparelhos”, veículos, prédios, etc) que pessoas ... ... Dispositivos programáveis serão tão baratos que serão

embutidos em caixas, etc...


Conclusões do artigo

Computação ubíqüa Possivelmente baseada numa infra-estrutura (pico) celular e

satélite Redes móveis ad hoc

Internet embutida


Redes de Sensores Sem Fio


Futuro da Computação passapelas RSSFs


Aplicaçãoa ser monitorada

por uma RSSF

Nó sensor

Gateway

RSSF

MICA2/MICAzCrossbow

Dados Dados coletadospela RSSF

Bancode dados

Internet

DadoProcessado

Comando/Consulta

Observador

Canal para enviardados e receber

comandos daInternet

Dados sãoprocessados eroteados para o

Gateway

Satélite

Avião não-tripulado“Arara”

RelatóriosImagens

EstaçãoMeteorológica

Outras fontes dedados podem ser

usadas para auxiliaras funções da RSSF

Rede desensorese seuscomponentes


Elemento deSensoriamento

Elemento deProcessamento

Comunicação

Tempo devida limitado

Memórialimitada

Arquitetura típica de um nó sensor

Requersupervisão

Processadormais lento

Baixavelocidade

FONTE

DE

ENRGIA

SENSORES

ADC MICRO

PROCESSADOR

RÁDIO

SO TEMPO REAL

ALGORITMOS

MEMÓRIA


RSSFs e Desafios Científicos


RSSFs e Desafios Científicos

Do ponto de vista científico, há muito por ser feito: São redes com características bem distintas das redes

tradicionais como a Internet Projetar aplicações para essas redes é desafiante devido à

larga escala e várias restrições (físicas, operacionais) Não temos ainda fundamentos e modelos apropriados

Interagem com várias outras áreas do conhecimento humano (aplicações)

Esses modelos não estão claros ainda


RSSFs e a Ciência Brasileira

Claramente permite criar uma agenda de pesquisa de longo prazo

Tem o potencial de estabelecer avanços significativos para a CC e outras áreas do conhecimento

É estratégico para o Brasil


RSSFs e a Ciência Brasileira

Academia: Ciências exatas (CC, ...), humanas, sociais, engenharias

Agências governamentais: EMBRAPA, Inst de Pesquisas da Amazônia, ...

Indústrias

...


Conclusões


Comentários

Imenso potencial para aplicar e usar os novos paradigmas de computação móvel/ubíqua Atividades humanas podem se beneficiar dessa tecnologia

Premissa básica: Não adianta existir uma tecnologia interessante e de grande

potencial se não existirem aplicações e serviços interessantes


Comentários

A Internet móvel do futuro será baseada em um modelo centrado em comunicação de dados tendo o usuário como “foco”

Nova Internet irá evoluir para incluir novas aplicações e serviços Como será a convivência entre o “velho” e o “novo”?

Novos dispositivos, aplicações e serviços serão projetados, orientados a segmento específicos


Comentários

Paradigma traz novos desafios

Aplicações e serviços devem ser disponibilizados de forma consistente em redes e dispositivos diferentes Desafio importante/Oportunidade interessante

O projeto de aplicações e serviços para as novas infra-estruturas de CSF é o grande desafio para o sucesso desse novo paradigma computacional Possivelmente onde haverão grandes oportunidades para o

país competir no mercado internacional


Nos Bailes da Vida ouFalando um pouco sobre o nosso futuro

Milton Nascimento & Fernando Brant Só quem toma um sonhoComo sua forma de viverPode desvendar o segredode ser feliz

A computação deve ser um instrumento meio para isso

Com a roupa encharcada e alma repleta de chãoTodo artista tem de ir aonde o povo estáSe foi assim, assim seráCantando me disfaço e não me canso de viverNem de cantar

Levar essa personalização ao usuário será um grande desafio


Obrigado!

Antonio Alfredo Ferreira [email protected]

Universidade Federal de Minas GeraisDepartamento de Ciência da Computação


Por que investir na sua formação (Mestrado e Doutorado)?

É onde a inovação efetivamente ocorre De cada 10 PhDs formados nos EUA, 9 vão para a indústria

EUA é o país de maior inovação em TIC Inovação vem /é feita por pessoas que passaram por esse processo

Onde estudar no Brasil? Existem vários programas de PG (+80) mas a UFMG se destaca Bacharelado (último ENEM): 1º lugar da área e 3º geral PG (programa nível 7 CAPES) Colaboração com empresas fora do Brasil e várias empresas de

tecnologia de ponta em BH Recebemos alunos de todo o Brasil (com bolsa)O único laboratório de pesquisa da Google na AL está em BHPossui grupos de pesquisa fortes em várias áreas da TIC

computação ubíqua e a internet do futuro

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