Distribuição de informação multimédia em redes sem fios

Pedro Ponte

Aluno 51473 | TFC 364 | Licenciatura em Engenharia Informática e de Computa-dores (LEIC) | 06.07

pedro.ponte@tagus.ist.utl.pt

Síntese – Este documento pretende abordar a tecnologia existente no âmbito da distribuição multimédia em redes sem fios, a sua implementação em termos de mercado, aplicações desenvolvidas e casos de uso. Tem especial foco na tecno-logia bluetooth uma vez que esta disponibiliza especificações que outras não conseguem cumprir no âmbito do projecto a desenvolver, denominado blueG. Este tem como objectivo distribuir conteúdos multimédia de modo livre, arbi-trário, gratuito e rápido. Pretende-se a resolução de erros resultantes de transac-ções com dispositivos móveis, como por exemplo o reenvio de mensagens. Deve permitir uma centralização da informação de modo a recolher dados esta-tísticos e não permitir envios com sucesso repetidos para cada dispositivo móvel distinto. Também é de garantir um projecto configurável através de parâmetros específicos, local ou remotamente. O projecto surge na área da info-comunicação.

1. Introdução

1.1. Contexto [1,2]

Diariamente, o mercado da comunicação e tecnologia tenta acompanhar a globaliza-ção que se tem verificado no mundo empresarial. Com isto cresce a mobilidade nas seguintes áreas:

- Empresas - Clientes - Dados e informação - Serviços

- Entre outras É notória a necessidade que as empresas têm de se afirmar e publicitar os seus ser-

viços. Assim sendo e, tendo em conta o contexto actual, devem existir meios que permitam a sua presença junto das áreas acima assinaladas, onde quer que estas se encontrem representadas.

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Tendo em vista a recolha, armazenamento, processamento e divulgação de infor-mação, tem-se verificado um aumento na procura a recursos tecnológicos e digitais. Isto provoca a interacção social em tempo real, troca de ideias, informação, cultura e relações, que se tornam cada vez mais interpessoais e interinstitucionais. Seguindo o exemplo da Internet, onde se verifica este tipo de troca de conhecimento e informa-ção, podemos estender à informação digital aquilo que já sabemos ser verdade para o 1º, ou seja, «o centro da Internet não é o mercado e a comercialização de informações mas, pelo contrário, a circulação livre de informação1». Por conseguinte, o mesmo se aplica à informação digital. Sabemos ainda que o desenvolvimento digital sistematiza e universaliza fenómenos técnico-sociais que potenciam a integração mundial de ser-viços financeiros, de comércio, de pesquisa científica, de media, de transportes, de produção industrial, entre outros.2

Outrora era necessário cada indivíduo, em nome da empresa ou a título individual, deslocar-se em busca do conhecimento representado pela informação. Esta realidade muda com o aparecimento destas redes digitais de informação, com a sua alta veloci-dade de transferência e capacidade interactiva, o conhecimento passa a mover-se rapidamente em direcção às pessoas, transportado naquilo a que podemos alcunhar de “asas da informação”. Considerando o espaço social, político e económico, surge o fenómeno da produção e circulação da informação. Neste processo de comunicação social, há uma fonte geradora (emissor), os canais de transmissão dos conteúdos e da sua estrutura, e um utilizador (receptor). Sabemos também que mais importante que organizar e processar a informação, deve-se prover o seu acesso através de diversos canais de comunicação, de modo a que este novo factor de produção social possa estar ao alcance de todos os grupos sociais que dele necessitem e que pretendemos atingir.

Ainda, devemos ter em conta que, segundo Wersig [3], na comunicação deve-se transferir informação da melhor e da mais simples forma possível onde, o ideal será conhecer a necessidade e características da informação que irá interessar aos seus receptores. Desta forma, havendo a necessidade de divulgar informação e, aprovei-tando a ideia da mobilidade, surge o projecto blueG que potencia empresas cliente do envio de conteúdos multimédia para dispositivos móveis, em zonas onde existam ter-minais instalados, emissores desta informação.

Os dispositivos móveis receptores da informação deverão estar ao alcance dos ter-minais emissores. A rede sem fios preferencial deste trabalho é o bluetooth3 [4], uma vez que permite distribuir conteúdos de modo gratuito, generalizado e rápido, sem criar nos dispositivos receptores a necessidade de instalação de aplicações, requeren-do apenas que estes disponham desta tecnologia. Assim sendo, este projecto vem acompanhar o mercado no âmbito dos telemóveis, pda’s, computadores portáteis, ou de outros que permitam a mobilidade do receptor capacitado de bluetooth.

A infocomunicação encontra-se presente no nosso dia-a-dia, em ecrãs electrónicos com publicidade, divulgação de serviços, promoções e informações úteis ao cliente,

1 Richard Barbrook (1999), coordenador do Hypermedia Research Centre, da Universidade de

Westminster. 2 Lévy, 1999 3 Bluetooth é uma tecnologia de baixo custo para a comunicação sem fio entre dispositivos

electrónicos a curtas distâncias.

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em correio electrónico (newsletters), entre outros. Entenda-se por infocomunicação a divulgação multimédia e audiovisual com recurso a tecnologias digitais. O blueG vem então alargar os campos deste meio de comunicação.

A escolha desta tecnologia sem fios prende-se ainda com o facto de não requerer qualquer tipo de ligação ou pedido explícito por parte do cliente receptor. O papel deste é passivo até ao momento em que tem de aceitar ou rejeitar a mensagem que aparecerá no seu dispositivo com o pedido de envio do conteúdo.

1.2. Objectivo

O blueG pretende divulgar informação com sucesso, sem repetir envios de mensa-gens iguais para o mesmo cliente contudo, deve repeti-la em caso de erros no envio, com base na configuração em vigor nos terminais e nos requisitos pretendidos pelo cliente emissor. Para garantir o seu sucesso, o blueG permite a centralização da informação, realizando a sincronização da informação entre terminais relativamente aos conteúdos enviados, dispositivos contactados e rejeições efectuadas, estando estes dispersos em diferentes localizações físicas.

O projecto permite também definir períodos em que o envio deve ser realizado e o número de tentativas de reenvio dos conteúdos. A centralização irá coexistir com a recolha de informação estatística de modo a adequar o sistema a diferentes realidades e, permitirá a gestão remota dos terminais.

Os conteúdos permitidos podem ser categorizados em imagens, imagens animadas, vídeos, texto e outros documentos, compatíveis com os dispositivos receptores. O projecto blueG vem complementar outro existente que faz a divulgação de conteúdos via terminais de vídeo (ou ecrãs, se preferirem). Neste, denominado G-Mobbit, os conteúdos obedecem a uma programação, tal como no blueG e são passados nas tele-visões espalhadas por diversas empresas cliente, locais públicos, como lojas, centros comerciais, paragens de transporte público, entre outros. A diferença principal entre o G-Mobbit e o blueG é que neste último o terminal móvel receptor poderá guardar o ficheiro recebido de modo a visualizá-lo à posteriori.

O blueG pode ser um terminal ou vários terminais, distribuídos em diversas locali-zações físicas. A ideia é várias empresas cliente poderem distribuir a sua informação de forma gratuita, rápida e fácil para os clientes receptores. Este meio de transferência de informação não prejudica a mobilidade dos receptores, uma vez que o envio é feito por redes sem fios, neste caso o bluetooth. Caso o receptor não consiga obter a men-sagem num determinado ponto, dependendo da campanha e da distribuição dos termi-nais, haverá a hipótese de vir a receber este conteúdo numa outra localização onde se encontre um outro terminal blueG sincronizado com os restantes.

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2. Âmbito da Investigação

2.1. Introdução às Redes Sem Fios

Quando falamos em redes sem fios (ou redes wireless)4, frequentemente associa-mos às redes Wi-Fi5 [5]. Este conceito está errado porque a Wi-Fi é apenas um exem-plo de ligação sem fios, coexistindo com outros como é o caso do bluetooth [6], GSM6 [7], Infravermelhos (IrDA7) [8], WiMAX8 [9], entre outros.

Uma rede Wireless refere-se a um agrupamento de computadores (e outros disposi-tivos) em rede, interligados sem o uso de cabos mas sim através de ondas de rádio [10] ou outras formas de ondas electromagnéticas [11]. A rede Wi-Fi usa o protocolo IEEE 802.11b, operando a baixas frequências que não necessitam de licença para ins-talação e/ou funcionamento. Tipicamente a rede Wi-Fi serve para acedermos a recur-sos na Internet, ao passo que a rede bluetooth é usada para ligações ponto a ponto e para outros serviços como a impressão, troca de ficheiros, áudio, entre outros. Contu-do, estes papéis podem-se inverter, dependendo da situação e do modelo pretendido. Em qualquer uma das redes sem fios adoptada, é necessário um estudo dos locais onde deverão ser colocados os pontos de acesso à rede. Por serem redes sem fios, o seu alcance é limitado, variando consoante a tecnologia adoptada. Este tipo de comu-nicação sofre também com barreiras físicas e naturais, como é o caso de paredes, muros, montanhas, chuva (pelos efeitos reflectores, por exemplo), entre outros. Deste modo também devemos ter em consideração que o custo da implementação dos pon-tos de acesso varia consoante a tecnologia, tal como o seu alcance.

4 Comunicação wireless refere-se à comunicação sem cabos ou fios e usa ondas electromagné-

ticas como meio de propagação para estabelecer a comunicação entre dois pontos ou disposi-tivos. O termo é empregado normalmente na indústria de telecomunicações para definir sis-temas de comunicação à distância (por exemplo, transmissores e receptores de rádio, controles remotos, redes de computadores, etc.) que utilizam alguma forma de energia elec-tromagnética (ondas de rádio, luz infravermelha, laser, ondas sonoras etc) para transmitir informação sem o uso de fios.

5 Wi-Fi (marca registrada pertencente à Wireless Ethernet Compatibility Alliance -WECA, abreviatura para "wireless fidelity") é uma tecnologia de interconexão entre dispositivos sem fio, usando o protocolo IEEE 802.11x.

6 GSM (Global System for Mobile Communications, ou Sistema Global para Comunicações Móveis) é uma tecnologia móvel e o padrão mais popular para telemóveis, a nível interna-cional.

7 Tipo de barramento permite a conexão de dispositivos sem fio ao microcomputador (ou equi-pamento com tecnologia apropriada), tais como impressoras, telefones celulares, portáteis (notebooks) e agendas electrónicas (PDAs).

8 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access/Interoperabilidade Mundial para Acesso de Micro-ondas). Baseado no padrão IEEE 802.16, é similar ao padrão Wi-Fi (IEEE 802.11), que já é bastante difundido, porém agrega conhecimentos e recursos mais recentes, visando uma melhor performance de comunicação. As redes WiMAX funcionam semelhante às redes bluetooth. As transmissões de dados podem chegar aos 800Gbps em ambientes fechados e 1878Gbps em ambientes Abertos.

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No caso do bluetooth, este oferece um alcance bastante inferior às redes Wi-Fi, contudo o seu custo de implementação é também bastante reduzido, comparado com o segundo caso.

Fig. 1. Exemplo de interacção entre dispositivos móveis em redes sem fios

Em relação à rede GSM, o custo de operação depende do fornecedor de serviços e

não é possível a interacção entre dispositivos móveis recorrendo a esta tecnologia, sem a ligação aos primeiros. Por este motivo, a rede GSM não é uma rede preferencial no projecto a realizar onde, se acrescenta a desvantagem de não ser possível detectar um dispositivo receptor, uma vez que os telemóveis funcionam numa rede privada onde os dados e a informação sobre estes dispositivos é cifrada. Sem a autorização previamente estabelecida de cada portador de um destes dispositivos e do fornecedor de rede, não é possível interagirmos com os dispositivos.

Em relação às redes IrDA e WiMAX, a primeira tem um alcance muito curto e é necessária a intervenção do receptor de modo a reconhecermos (do lado do emissor) que este está ao alcance. Quanto à segunda, esta encontra-se ainda em desenvolvi-mento.

Podemos ainda optar por uma solução em que o dispositivo receptor dotado de RFID9 disponibilizaria informação com o número de telemóvel, de modo a poder ser contactado via mensagem GSM (MMS10, SMS11, E-mail). Contudo, esta opção viola-

9 RFID é um acrónimo do nome em língua inglesa Radio-Frequency IDentification, que, em

português, significa Identificação por Rádio Frequência. Trata-se de um método de identifi-cação automática através de sinais de rádio, recuperando e armazenando dados remotamente através de dispositivos chamados de tags RFID. Uma tag RFID é um pequeno objecto, que pode ser colocado em uma pessoa, animal ou produto. Ele contém chips de silício e antenas que lhe permitem responder aos sinais de rádio enviados por uma base transmissora.

10 Serviço de mensagens multimédia (do termo inglês multimedia messaging service ou ainda o acrónimo MMS) é uma tecnologia que permite aos telemóveis enviar e receber mensagens

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ria a privacidade no sentido em que o número passaria a ser público enquanto que nos outros tipos de rede, o cliente receptor apenas está vulnerável a ser contactado enquanto estiver ao alcance do emissor e tiver o seu dispositivo (Wi-Fi/bluetooth, entre outros) activo.

2.2. Justificação da Solução Adoptada

A escolha do bluetooth [12] prende-se com o facto de ser uma solução de imple-mentação e usabilidade simples, comunicar sem fios na banda rádio, em canais de acesso livre entre dispositivos e em comunicações de curto alcance.

É um standard global bem colocado no mercado das comunicações que permite a ligação entre telemóveis, computadores portáteis, carros, auriculares e auscultadores, leitores de mp3, entre outros.

Devido aos serviços disponibilizados pelo standard bluetooth, permitindo a criação de perfis, não é necessário nenhum tipo de instalação ou drivers12 para a interacção entre dispositivos. O consumo de energia é baixo, assim como o seu custo de produ-ção e implementação. Por usar a banda livre de rádio não requer o uso de licença. Permite segurança na transferência dos dados.

Estima-se um valor de 5 milhões de unidades a serem disponibilizadas semanal-mente pelo que, se poderá extrapolar a grande aceitação do produto no mercado inter-nacional. O número total de dispositivos dotados desta tecnologia, no final de 2005 já rondava os 500 milhões. Também é possível de forma fácil e gratuita, consultar a especificação do bluetooth, de modo a produzir e desenvolver ferramentas para o uso desta tecnologia, obedecendo assim à norma estabelecida e, a perceber o seu modo de funcionamento para a obtenção de resultados satisfatórios.

Apesar da rede Wi-Fi também operar na frequência livre, esta requer da parte do cliente uma ligação a um hotspot13. A diferença em relação ao bluetooth é que o clien-te tem que realizar primeiro a operação de procura de hotspots ao passo no caso do primeiro, este evento pode partir de ambos os lados. Na rede Wi-Fi, o cliente liga-se a um hotspot e, se lhe for dado acesso, poderá usar recursos da rede disponibilizada pelo ponto de acesso. No caso do bluetooth, podemos imaginar tanto um emissor a pedir serviços ao emissor, como podemos imaginar a situação inversa, em que o emissor se encontra em estado activo à procura de potenciais clientes (a funcionar em modo passivo) e, após a procura estar concluída, poderá contactá-los de modo a trocar dados com os receptores encontrados. Ora esta situação não é possível na rede Wi-Fi

multimédia. O MMS é uma evolução do SMS que implica a evolução da rede celular tradi-cional (GSM) para UMTS.

11 Serviço de mensagens curtas ou Short Message Service (SMS) é um serviço disponível em telefones celulares (telemóveis) digitais que permite o envio de mensagens curtas (até 255 caracteres em GSM e 160 em CDMA) entre estes equipamentos e entre outros dispositivos de mão como PDA’s, e até entre telefones fixos (linha fixa).

12 Os drivers de dispositivo são programas que possibilitam a comunicação entre o sistema ope-rativo e dispositivos periféricos ligados a um computador.

13 Hotspot (Ponto de acesso) é o nome dado ao local onde a tecnologia Wi-Fi está disponível. São locais públicos como cafés, restaurantes, hotéis e aeroportos onde é possível realizar a ligação à Internet utilizando um portátil, agenda electrónica ou consola de jogos compatível.

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uma vez que o seu modo de operação não permite contactar clientes que não se tenham ligado à rede explicitamente. Em contrapartida, a tecnologia bluetooth apenas requer que os dispositivos se encontrem visíveis para a rede, isto é, com o bluetooth activo e a emitirem sinal. Esta situação não é a mesma que na rede Wi-Fi, porque nes-te caso, um dispositivo bluetooth visível não significa que esteja ligado a alguma rede, apenas indica que o dispositivo está a emitir na frequência standard, a informação que está activo e poderá ser contactado.

Apresentamos de seguida na Tabela 1, alguns dados relativos a diferentes tecnolo-gias que condicionaram também a escolha realizada:

tecnologia alcance frequência e

potência (europa)

velocidade de transferência

Observações

Wi-Fi ≤ 100 m 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW

11Mbps / 54Mbps

802.11b / g

Bluetooth ≤ 150 m 2,400 – 2,4835 GHz De 1 a 100 mW

Até 3 Mbps Depende da clas-se do dongle14 escolhido (1, 2 ou 3, sendo os de classe 1 os que obtêm maior alcance e conse-quentemente têm maior gasto energético)

GSM Na ordem dos Km

0.9 GHz e 1.8 GHz

Até 9.6 kbit/s Alcance varia com o tipo de serviço (GPRS, UMTS, etc)

Tabela 1. Comparação de alcance, frequências e potência de diferentes tipos de redes sem fios

(dados relativos a cada ponto de acesso e não à rede global depois de instalada)

Tendo já excluído a rede GSM, podemos concluir que o bluetooth, em termos de

alcance consegue atingir melhores resultados, tem menor ou igual consumo que a rede Wi-Fi e o custo de implementação é também menor. Para o objectivo do projecto, o bluetooth cumpre os requisitos de escalabilidade no sentido em que grande percenta-gem dos telemóveis e dispositivos móveis estão dotados desta tecnologia, o que já não acontece com a tecnologia Wi-Fi (salvaguardando o caso dos Portáteis).

Apesar da taxa de transferência ser inferior no caso do bluetooth e, uma vez que os conteúdos a transmitir têm também um tamanho reduzido devido à capacidade de

14 Dispositivo físico, ligado ao Computador na porta de I/O (input/output ou entrada/saída,

transferência de dados para outro dispositivo, uni ou bi-direccional), que acrescenta capaci-dades em termos de hardware (parte física do computador) ao PC (personal computer ou computador pessoal).

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armazenamento dos dispositivos que se pretende atingir, este é um valor pouco signi-ficativo, no sentido em que os envios são rápidos se considerarmos ficheiros pequenos (≤ 2Mb).

2.3. Bluetooth: Descrição Técnica

Esta tecnologia de curto alcance, transmite em 79 frequências diferentes com até 1600 variações por segundo (frequency hopping pattern), de modo a reduzir e evitar colisões com outro tipo de dados que também circulem na banda livre.

O bluetooth, disponibiliza também segurança de 128bits de cifra. O seu alcance consegue penetrar objectos sólidos, a sua tecnologia é omnidireccio-

nal e os dispositivos ligados entre si não necessitam de estar orientados em nenhuma direcção específica. Apresenta custos e consumos reduzidos e uma grande robustez.

A tecnologia consiste num transmissor/receptor rádio, uma baseband15 e um stack16.

O sistema fornece serviços (disponíveis através de perfis) que permitem a ligação entre dispositivos e a troca de dados variados e distintos entre eles. Cada perfil con-tém informação relativamente a dependências de outros perfis, sugestão do formato da interface do utilizador e a especificação do que é usado no stack do protocolo blue-tooth, nomeadamente a camada usada e o registo do tipo de serviço.

Numa operação típica, um canal de rádio (nível físico) é partilhado por um grupo de dispositivos sincronizados por um relógio comum e um padrão de alteração do ciclo da frequência (frequency hopping pattern). Um dos dispositivos que actua como master17 fornece a informação relativa ao ciclo e, os restantes passam a actuar como slaves. Um grupo de dispositivos sincronizados deste modo formam uma piconet18. Este é a método fundamental de comunicação da tecnologia sem fios bluetooth. Após estabelecido o ciclo de alteração de frequência, os dispositivos de uma piconet alte-

15 Baseband é o nome dado a um método de transmissão na qual toda a largura de banda (a taxa

na qual a informação viaja numa ligação em rede) é usada para transmitir apenas um sinal. Este é um método mais económico do que a broadband (banda larga) e tipicamente é usado em distâncias curtas de transmissão. O sinal digital é transportado sem ser modelado, isto é, o sinal permanece inalterado.

16 Em linguagem de redes de comunicação, um stack é um conjunto de camadas de programas em que cada um comunica com as camadas que se encontram abaixo e/ou acima da sua.

17 Master/slave (mestre/escravo) é um modelo de protocolo de comunicação onde um dispositi-vo ou processo tem controlo unidireccional sobre um ou mais dispositivos. Em alguns siste-mas o master é eleito por um grupo de dispositivos eleitores, onde estes desempenharão o papel de slaves

18 Uma piconet é uma rede ad-hoc (no modo Ad-Hoc o utilizador comunica directamente com outros; usado em conexões pontuais) de dispositivos com tecnologia bluetooth com recurso ao seu protocolo que permite que um deles assuma o papel de master e que se interligue com até 7 dispositivos slave (porque são identificados com um MAC address [13] de três bits). Poderão estar no modo inactivo, ou parked (parqueados) até 255, os quais poderão ser “des-pertados” pelo master, passando ao estado activo, assim que este o desejar.

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ram o seu valor na banda ISM19 com base num algoritmo estabelecido na especifica-ção do bluetooth. A variação pode ser adaptada de modo a excluir gamas de frequên-cia que estão a ser usadas por dispositivos que causem interferência. Desta forma, o bluetooth pode facilmente coexistir com sistemas ISM estáticos (sem hoppings) quando estes estiverem no mesmo raio de acção.

O canal físico é dividido em unidades de tempo, conhecidas por slots. Os dados são transmitidos entre dispositivos em pacotes que são colocados nesses slots. Quando as circunstâncias assim o permitirem, um número de slots consecutivas são alocadas20 num pacote único. A alteração da frequência (fh) toma lugar entre a transmissão ou recepção destes pacotes. Deste modo é possível a transferência bi-direccional e simul-tânea, através de um esquema de divisão no tempo (TDD scheme).

Fig. 2. Protocolo de camadas bluetooth

Como podemos verificar na Fig. 2, acima do canal físico, existem camadas de links21, canais e protocolos de controlo associados. A hierarquia entre o canal físico, canais e links, é a seguinte: canal físico, transporte lógico, link lógico e o canal L2CAP.

Em relação ao canal físico, um link físico é formado entre dois dispositivos que transmitem pacotes em qualquer direcção, entre eles. Num canal físico da piconet há restrições em relação aos links físicos que os dispositivos podem estabelecer. Existe um link físico entre cada par master/slave. Ou seja, não existe a criação de links físi-cos entre dispositivos slave numa piconet.

O tráfego a nível dos links físicos serve de transporte aos links lógicos. Nestes, o primeiro é multiplexado no link físico através da ocupação dos slots atribuídos pela função de agendamento (ou esquema) do gestor de recursos.

19 Industrial Scientific and Medical radio bands, são bandas de rádio originalmente reservadas

a nível internacional para uso não comercial em campos electromagnéticos em fins indus-triais, científicos e médicos.

20 Colocada num espaço reservado, seja este relativo a memória, disco, ou outro tipo. 21 Termo geralmente utilizado para referir uma conexão física e lógica entre dois equipamentos,

permitindo a comunicação de dados entre eles.

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Acima dos links lógicos actua o protocolo de controlo da baseband e das camadas físicas. A este último denominamos protocolo de gestão do link, ou link manager pro-tocol (LMP).

Por omissão, os dispositivos activos na piconet têm um transporte lógico orientado à ligação e que é usado para transportar os eventos/sinalizações do LMP. Por razões históricas, este transporte lógico é conhecido como o ACL logical transport. Este é criado sempre que um dispositivo se junta à piconet. Outros transportes lógicos adi-cionais poderão ser criados para mover fluxos de dados síncronos, sempre que neces-sário.

A função de gestão de links recorre ao LMP para controlar a operação dos disposi-tivos na piconet e fornecer serviços de gestão às camadas inferiores (rádio e base-band).

A camada L2CAP cria uma abstracção de canal para aplicações e serviços. Elabora tarefas de segmentação e reunião de dados da aplicação, multiplexação e desmultiple-xação de múltiplos canais sobre um link lógico partilhado. Sobre o ACL corre o pro-tocolo de controlo do L2CAP, onde são submetidos dados da aplicação e passados a links lógicos que suportem este protocolo.

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2.4. Bluetooth: Serviços/Perfis Disponíveis

Fig. 3. Perfis suportados pelo bluetooth [14]

Os perfis que constituem o âmbito desta investigação são o de pesquisa de serviços (Service Discovery Profile) e o de envio de objectos genérico (Generic Object Exchange Profile). Começando pelo segundo, o GOEP é usado para transferir um objecto de um dispositivo para outro. Este pode ser qualquer objecto como uma ima-gem, documento, cartão de visita, filme, entre outros. O perfil define dois papéis a desempenhar: o servidor que explicita a localização de onde ou para a qual o objecto será enviado, assim como o cliente que iniciará a acção. As aplicações que usam o GOEP assumem que os links e canais são estabelecidos tal como definido pelo Perfil de Acesso Genérico (GAP - Generic Access Profile). O GAP fornece a base para os outros perfis e define meios consistentes para o estabelecimento de um baseband link entre dispositivos bluetooth.

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O GOEP depende do Perfil da Porta Série ou Serial Port Profile e, fornece um blueprint22 genérico para os outros perfis que dependem do protocolo OBEX23, defi-nindo também os papéis dos dispositivos como servidor ou cliente. Assim sendo, o GOEP impõe que seja o cliente a iniciar todas as transacções. Contudo, este perfil não descreve o modo como as aplicações deverão implementar a troca de objectos, nem os objectos em causa. Este tipo de detalhes é deixado à consideração dos perfis que dele dependem, tais como o FTP (File Transfer Protocol, ou protocolo de transferência de ficheiros), OPP (Object Push Protocol) e SYNC. Os dispositivos mais comuns com recurso a este tipo de perfil são os computadores portáteis, agendas electrónicas (PDA’s), telefones móveis e smartphones com bluetooth.

O segundo Perfil de que dependemos directamente no projecto em estudo, é o de Pesquisa de Serviços, uma vez que após contactarmos um dispositivo ao alcance, pre-cisamos de obter informação sobre este de modo a concluirmos se podemos ou não enviar conteúdos multimédia para o mesmo, ou seja, vamos avaliar se este suporta o GOEP.

2.5. Bluetooth: Funcionamento e Operação de Envio de Ficheiros [15]

O funcionamento típico do envio de conteúdos para dispositivos móveis bluetooth, também denominado bluecast (deriva de broadcast24) decorre nas etapas descritas abaixo:

• Pesquisa de dispositivos ao alcance • Obtenção da lista de serviços nos dispositivos encontrado (ou do serviço

específico que pretendemos usar) • Pedido de envio para os dispositivos encontrados e que suportam o servi-

ço de envio de ficheiros. • Envio de ficheiros • Repetição do envio em caso de saída de alcance, ou da primeira rejeição

(por tempo excedido ou por engano do utilizador ao confirmar) Apresentamos de seguida um problema relacionado com os passos anteriores:

Este problema, conhecido por poluição na rede bluetooth, surge quando um grande

número de dispositivos com bluetooth activo coexiste no mesmo espaço ao alcance uns dos outros e, estes encontram-se em interacção uns com os outros provocando um decréscimo na performance da rede bluetooth. Estes problemas não são causados devido a interferências rádio, uma vez que o seu protocolo e mecanismos de fh resol-vem esta questão. Devem-se no entanto a operações de pesquisa, paging25 e ligação

22 Esquema ou plano de acção. 23 OBEX é um protocolo de transferência que define objectos de dados e a comunicação entre

dois dispositivos de modo a trocarem esses objectos. O protocolo OBEX usa um modelo cliente-servidor e é independente do mecanismo e API de transporte.

24 Sistema de difusão de sinais em que é transmitido o mesmo conteúdo para todos os recepto-res.

25 Estado, em que o dispositivo bluetooth se encontra a realizar uma ligação com outro.

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entre dispositivos desconhecidos e não cooperantes. Se ao tentarmos realizar uma operação sobre um determinado número de dispositivos, um outro grupo interagir entre si, irá prejudicar a nossa actividade por estarem incomunicáveis pelo facto de estar a responder a outros pedidos. Assim sendo, poderão estar num destes estados:

• Inquiry: (Pesquisa de outros dispositivos) • Paging: Estado de ligação a outro dispositivo • Inq Scan: modo de descoberta activo, mas modo de ligação com outros

desligado • Inq Scan e Page Scan: modo de descoberta e ligação activos • Combination: o dispositivo alterna aleatoriamente entre os estados acima

indicados

Fig. 4. Exemplo da Poluição numa zona com muitos dispositivos bluetooth ao alcance uns dos

outros

Na operação de Inquiry, vamos então receber um número elevado de respostas à pesquisa realizada, atrasando as respostas entre os dispositivos comunicantes. Devido a falta de informação nos pacotes de inquiry, se dois dispositivos ou mais contactarem um terceiro numa operação de pesquisa, o dispositivo contactado irá responder aos últimos em primeiro lugar, deixando os primeiros à espera. Isto acontece porque após ser recebida uma mensagem de inquiry de um dispositivo A, o dispositivo contactado (Z) entra num estado de repouso que oscila entre 0 a 640 ms, antes de devolver a res-posta ao dispositivo A. Este mecanismo serve para evitar colisões de pacotes com outros dispositivos que estejam a responder ao A no mesmo instante. Se na mesma altura um novo dispositivo B contactar o Z, este, que encontra em estado de repouso, após receber uma nova mensagem de inquiry com um novo ID, irá responder para B. O A continuará à espera até que Z responda. Isto acontecerá também com B se um outro dispositivo C realizar um inquiry sobre Z. Este problema verifica-se devido à limitada informação relativa ao remetente, passada na mensagem de Inquiry.

Um outro problema verifica-se quando após um inquiry tentamos obter por exem-plo o nome do dispositivo ou os serviços disponíveis (SDP records). Neste caso, o

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dispositivo que realiza o pedido, terá que contactar cada um individualmente para obter esta informação. Num teste realizado 100 vezes, num escritório, em 55% casos, os dispositivos interrogados respondem em menos de 1.5s, outros em maior tempo e 15% não respondem de todo ao novo pedido de paging (ligação: para obtenção do nome ou dos serviços). Isto acontece porque muitos dispositivos possuem o modo de descoberta activo, mas o de paging está inactivo para poupança de bateria. Ou seja, após um inquiry, os dispositivos que têm esta poupança activa, colocam o paging no modo ligado e aguardam uma ligação. Contudo, uma vez que o dispositivo que realiza o pedido ainda tem uma longa lista de pedidos para percorrer, quando chegarmos a alguns que ligaram este serviço, este poderá já se encontrar desligado por ter expirado o tempo determinado para pesquisa e conexão do primeiro. Logo isto dará um page timeout de 20s no dispositivo que se encontra a realizar a pesquisa. Para contactar todos os dispositivos de uma só vez é necessária a utilização de mais do que um rádio. Podemos analisar estes dados na tabela 2 e gráfico 5 e 6 abaixo:

Table 2. Probabilidade de encontrar um dispositivo específico numa rede bluetooth “poluída”

Fig. 5. Distribuição da probabilidade de obter o nome do dispositivo contactado após

uma pesquisa, numa rede bluetooth “poluída”

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Fig. 6. Impacto no atraso da formação de uma scarnett26 na presença de 10, 20 e 30 dispositi-

vos desconhecidos.

26 Múltiplas piconets, independentes e não sincronizadas.

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3. Descrição Técnica do Projecto

3.1. Vista Geral

Apresenta-se de seguida o diagrama do projecto final do blueG.

Fig. 7. Vista geral do projecto blueG integrado com o sistema central

Através da Fig. 3, conseguimos perceber que o sistema funciona como um todo, isto é, apesar das diferentes localizações geográficas de cada terminal, o blueG comu-nica a informação processada entre terminais, de modo a manter a coerência nos con-teúdos enviados para os dispositivos móveis. Evitamos deste modo o envio de spam27 para os dispositivos. Cada terminal tem autonomia para enviar conteúdos diferentes,

27 Mensagem electrónica não solicitada enviada em massa

Legenda BD : Base de Dados Central BOF : BackOffice GW : Gateway

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seguindo uma grelha de programação de conteúdos (playlist), que define a ordem de envio, as tentativas de envio e o período de validade dos primeiros. Por este motivo é também possível, se for essa a intenção da empresa cliente, colocar um terminal a funcionar sem comunicação com o Sistema Central (SD) e, consequentemente sem sincronização da informação.

Da mesma figura podemos também concluir que existe interacção de utilizadores sobre o SD. Esta interacção pode ser meramente informativa, como o número de con-teúdos enviados com sucesso, número de rejeições, número de dispositivos detectados ao alcance, entre outros. A informação contribuirá para serem extrapolados dados e gerados automaticamente pelo sistema central de modo a sintetizar a informação ao utilizador cliente.

É possível também personalizar cada terminal através do backoffice (ou página de gestão do cliente). Esta passa por manipular o tempo dispendido na pesquisa de dis-positivos móveis (DM), o estado do terminal (activo/inactivo), o tempo de envio de cada ficheiro, entre outras configurações, como a manipulação dos conteúdos a enviar (carregar, descarregar conteúdos).

A playlist particular de cada terminal tem um ciclo de actualização definido na sua configuração individual e, enviado via Sistema Central. O mesmo se passa com os conteúdos definidos na playlist.

3.2. Vista Tecnológica

Pretende-se o desenvolvimento do projecto no Sistema Operativo (SO) Linux, com recurso preferencial à linguagem Java. Este factor deve-se ao facto do sistema G-Mobbit já se encontrar instalado em terminais deste tipo. Quanto à linguagem, a ideia é posteriormente extender o blueG a terminais com outros sistemas operativos daí o Java ser um forte candidato ao desenvolvimento do projecto. Esta linguagem, por apresentar um fácil desenvolvimento pelas suas características orientadas a objectos e, por existirem diversos produtos para Java e bluetooth na Internet, contribui para a decisão final de a utilizar no desenvolvimento do blueG.

Posto isto, consideremos que o os passos a seguir antes do desenvolvimento do projecto são a escolha de:

• Um sistema operativo • Uma linguagem de programação • Um stack bluetooth a usar sobre o sistema operativo • Uma API28 Java para ligar o Java ao stack bluetooth adoptado

28 Sigla de Application Program Interface. É o conjunto de recursos que permitem criar uma

interface com um sistema operacional - por exemplo Windows API - ou qualquer outra biblioteca ou DLL, que forneça funções que possam ser chamadas por programas de aplica-ção.

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Uma vez escolhido o SO Linux e a linguagem Java, falta-nos decidir os dois últi-mos pontos a usar. Existem dois stacks bluetooth para Linux, são eles o Bluez [16] e o Affix [17].

Por ser o stack oficial do Linux e também pelo facto de suportar a maior parte dos dongles bluetooth, o stack Bluez é considerada a melhor opção.

A API de Java levanta mais questões. Existem várias opções, umas gratuitas e outras comerciais [18]. Uma vez que o blueG pretende realizar o envio de ficheiros e, o serviço que o bluetooth disponibiliza para este efeito é o Obex29 [19], limitamos a nossa escolha a 3 API’s. São elas:

• Impronto DK [20] • avetanaBluetooth [21] • aveLink [22]

Como se pretende futuramente implementar o blueG em diferentes arquitecturas, excluímos a Impronto DK, uma vez que está limitada ao SO Linux. Pelo facto da solução avetanaBluetooth oferecer uma gratuita para Linux, optou-se por esta API.

Sendo assim concluímos os passos necessários para o desenvolvimento do projec-to. Apresentamos então na Fig. 2, o modelo de camadas do projecto com base na escolha realizada:

29 Object Exchange (transferência de ficheiros), protocolo de comunicação que facilita a troca

de objectos binários entre dispositivos. O protocolo é mantido pela Infrared Data Associa-tion, e foi adoptado pelo bluetooth SIG [7] e o SyncML.

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Fig. 8. Modelo de Camadas do BlueG

3.3. Outros requisitos

Para que os dados sejam processados por cada terminal, é necessária a criação de uma base de dados por terminal e, uma outra, centralizada. A base de dados tem a mesma estrutura de modo a simplificar a sincronização e actualização de dados ponto a ponto. A tecnologia adoptada é o MySQL [23] por motivos de simplicidade e de licença livre de utilização. Para a configuração do terminal, optou-se por um ficheiro descritor30 na norma XML31 [24]. Este é carregado pela aplicação, e actualizado por um novo, remotamente e em períodos de tempo definidos no próprio ficheiro. Do mesmo modo e norma, a playlist é gerada automaticamente e colocada no terminal, sempre que for actualizado o programa de ficheiros a enviar, ou alguma variante nes-se processo.

Existem ainda duas formas de geração de registos de actividade, um na base de dados local (e central, depois de sincronizada a informação) e outro em ficheiros

30 Palavra, expressão ou símbolo que representa o conteúdo de um documento para fins de

recuperação da informação. 31 Extensible Markup Language. É a linguagem que define uma forma de se especificar dados,

em formato legível por humanos, semelhante ao HTML.

BlueZ: Official Linux Bluetooth protocol stack

Avetana Bluetooth JSR-082 API

SO Linux

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locais, na forma de texto. De modo a manter a aplicação sempre activa, existe um processo (watchdog32) que a monitoriza e relança, em caso de bloqueio ou ocorrência de um erro inesperado, tendo em conta que o protocolo bluetooth pode provocar blo-queios no sentido em que existem vários programas envolvidos na troca de mensa-gens, com tempos de espera diferentes entre eles.

O número de dongles deve ser personalizável e adaptado ao número de envios pre-tendido, sendo que cada dongle pode realizar um envio num dado instante para um dispositivo. Várias dongles podem realizar trocas de mensagens em simultâneo. Algo que ainda não foi referido e é relevante é o facto de a cada ciclo de pesquisa que o terminal faz, após a sua conclusão, os dados da actividade são sincronizados coma base de dados do sistema central.

4. Projectos Existentes no Mercado (state of the art)

4.1. Introdução

Em relação ao broadcasting33, existem no mercado diversas aplicações potencian-do a distribuição de conteúdos, com características semelhantes ao pretendido pelo blueG. Umas baseiam-se no envio simples e indiscriminado de conteúdos para dispo-sitivos receptores, enquanto outras fazem a distinção entre clientes que receberam os conteúdos, de forma a não repetir envios. Existem ainda algumas que permitem a con-figuração de parâmetros diversos de modo a alargar o leque de clientes que poderão contratar o serviço, como a personalização de conteúdos a enviar, períodos, grupos e tempos de envio, entre outros. Dentro dos sistemas referidos, alguns requerem da par-te do receptor a instalação de uma aplicação de forma a facilitar e melhorar o serviço prestado com mais opções disponíveis, enquanto que outros usam simplesmente o serviço básico e com perfis disponibilizado pelo bluetooth e pelos dispositivos dota-dos desta tecnologia.

32 Um mecanismo tolerante a falhas que intervém se um dado sistema deixa de funcionar. 33 Divulgação de conteúdos, informação e dados de forma generalizada. Tornar algo conhecido.

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4.2. Sistemas de broadcast de conteúdos multimédia

4.2.1. MobileVideoNet [25]

Fig. 9. Terminal de envio do sistema MobileVideoNet, cria uma “VideoArea” de espaços

digitais

O sistema de envio de conteúdos MobileVideoNet, recorre à tecnologia bluetooth para a criação de espaços digitais. Os espaços indicados consistem numa zona onde existe um terminal de envio bluetooth (colocado dentro de uma mala), como podemos verificar pela Figura 1. Estes terminais, pelo seu formato discreto e portável, podem ser colocados em qualquer ponto público sem violar nenhuma politica de privacidade, ou incomodar quem por ele se cruza. Os alvos principais são os centros das cidades, estações de transportes públicos, hotéis e zonas onde se verifica trânsito automóvel. Por recorrer ao envio de conteúdos via bluetooth, podemos considerar este sistema um caso particular de broadcasting, também denominado bluecasting, sendo que o seu nome é uma combinação da tecnologia usada com o resultado pretendido. Este siste-ma usa os serviços disponibilizados pelo receptores bluetooth, no sentido em que não implica a instalação de nenhum tipo de aplicação nos primeiros. Tem a desvantagem de não registar dispositivos que já receberam conteúdos o que poderá originar a repe-tição de envios para o mesmo receptor.

4.2.2. Nokia CoolZone [26]

Fig. 10. Exemplo de interacção com um cliente do sistema Nokia CoolZone

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Esta aplicação permite aos seus utilizadores navegarem através do seu telemóvel pelos conteúdos disponibilizados em postos aderentes como lojas, quisques, cafés, entre outros. Estes conteúdos podem ser descarregados para o telemóvel mediante o pagamento de um valor tarifado, através de uma conta Nokia CoolZone. O nome da aplicação é um nome mais simples para Nokia Local Content Channel Solution. O público alvo poderá segundo as criticas não ser o melhor, uma vez que um cliente se estiver dentro da loja a navegar com o seu telemóvel pela aplicação CoolZone, perde-rá menos tempo a olhar para os produtos expostos e, consecutivamente realizará menos compras. Outra desvantagem deste sistema é a obrigatoriedade de instalação da aplicação nos seus dispositivos móveis Nokia, ou de outros se se verificar serem compatíveis.

4.2.3. JellingSpot [27]

Fig. 11. Exemplo de interacção com o sistema JellingSpot

Através da instalação de uma aplicação no dispositivo móvel o cliente pode, em zonas comerciais, obter informação sobre os serviços, produtos, promoções, entre outros de cada loja. Ao aproximar-se destas, o cliente é contactado para se ligar à loja que se encontra ao seu alcance. Aceitando, poderá consultar catálogos, colecções de roupa da moda actual, preçários, vídeos com publicidade e resumo das novidades, promoções, horários de atendimento, entre outros. Este sistema recorre ao bluetooth para o canal de comunicação entre intervenientes. Os serviços disponibilizados podem ser de diversos tipos como ficheiros, vídeos, texto, entre outros.

4.2.4. Blip Explorer [28]

Fig. 12. Diagrama do sistema Blip Explorer

Este sistema potencia empresas cliente do envio de informações relacionadas com eventos desportivos, culturais, políticos, sociais, de turismo, relacionados com a apre-

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sentação de produtos, entre outros e a sua actualização constante. Implica no terminal receptor a instalação da aplicação Blip Explorer de modo a estar contactável e dispo-nível para a recepção da informação indicada. A novidade deste sistema é que os con-teúdos podem ser enviados quer via bluetooth, quer via GSM. Também o download da aplicação está disponível nas duas vias.

4.2.5. Suite Wilico [29]

Fig. 13. Exemplo da interface apresentada pelo painel de gestão do produto Suite Wilico para

envio de conteúdos via bluetooth em diversos terminais

Este sistema permite o envio de conteúdos através de diversos terminais bluetooth. A aplicação de gestão permite definir que tipos de conteúdos enviar para grupos de telemóveis (marcas, modelos, etc.), o alcance em metros pretendido para o envio via bluetooth, o nome do terminal que contacta os dispositivos, o agendamento de envios para campanhas e outros fins, a duração do envio, a exportação de dados estatísticos com gráficos e tabelas, por ficheiro, campanha ou terminal, entre muitas outras perso-nalizações. A informação encontra-se centralizada e é facilmente parametrizável atra-vés do seu programa de gestão. De todos projectos encontrados, este é o que mais se assemelha ao blueG pela sua capacidade de personalização e adaptação ao cliente que irá recorrer a este produto.

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4.2.6. Consola [30]

Fig. 14. Etapas de envio de ficheiro via bluetooth na aplicação Consola

Esta aplicação, realiza o envio de ficheiros via bluetooth para telemóveis capacita-dos desta tecnologia. O envio segue três etapas distintas, são elas a pesquisa de tele-móveis no alcance, a pesquisa de serviços dos dispositivos encontrados, para verificar a capacidade de receberem ficheiros e, para finalizar o ciclo, o envio em simultâneo para os vários dispositivos móveis. Esta aplicação, por usar a mesma API de JAVA que a adoptada para o blueG, terá um comportamento semelhante no processo de envio. Contudo, este programa não guarda persistentemente os dispositivos que rece-beram os conteúdos, nem sincroniza com outros terminais os envios e acções realiza-das. Após o reiniciar da aplicação, esta iniciará tudo de novo para os mesmos disposi-tivos como se nunca tivessem sido contactados.

4.2.7. BlueCasting[31]

Fig. 15. Apresentação geral do sistema de envio de conteúdos BlueCasting

Este sistema é muito semelhante também ao blueG no sentido em que faz a pesqui-sa de dispositivos no alcance, sincroniza com um servidor central informações sobre o dispositivo encontrado e, por fim, processa os conteúdos por enviar e realiza o envio destes. Este sistema permite enviar conteúdos multimédia, textos, cartões de visita, aplicações, entre outros.

O projecto permite algumas personalizações simples em termos de alcance dos dongles de envio. Tipicamente o terminal faz-se acompanhar de um poster, flyer ou ecrã para dar a conhecer que está a ser realizado um envio bluetooth para dispositivos móveis.

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5. Aplicações práticas

Fig. 16. Exemplos de Casos de Implementação do blueG

Este projecto visa atingir locais públicos como paragens de transportes públicos, res-taurantes, centros comerciais, lojas, postos de gasolina, escolas, entre outros. Nestes casos, o objectivo será a divulgação de publicidade, conteúdos multimédia, serviços de entretenimento e promoções potencialmente úteis ao cliente final. Existem alguns produtos concorrentes no mercado, contudo, não se pode dizer que existe um com as mesmas características do blueG, no que toca a personalização do terminal, envio de conteúdos e facilidade de localização geográfica com cruzamento de informação.

6. Conclusão

Em termos tecnológicos e no âmbito do objectivo pretendido, o bluetooth será aquela que podemos considerar como a melhor escolha para o projecto. Este motivo prende-se com factores como a liberdade de comunicação, isenção de tarifas, simpli-cidade e standarização tecnológica, entre outros. Porém, como foi referido noutros pontos, o bluetooth apresenta alguns impasses no que toca ao congestionamento de dispositivos móveis nas redondezas. Mesmo assim, é um risco baixo que se corre ao usar esta tecnologia, uma vez que as vantagens superam os contras.

Em termos de mercado, verificamos que existem já algumas soluções desenvolvi-das de modo a explorar a infocomunicação e divulgação de conteúdos, contudo pou-cas são aquelas que fazem concorrência directa ao sistema blueG, o qual se pretende desenvolvido, conforme descrito neste documento. Servem estas, no entanto, de modelo para o desenvolvimento, aperfeiçoamento e simplificação do nosso projecto.

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7. Referências

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[2] – Ferry de Moraes A., Las estrategias informacionales en la transferencia de información. Acimed 2006, http://bvs.sld.cu/revistas/aci/vol14_2_06/aci11206.htm

[3] – Wersig G. Communication theory and user analysis. The communication theory frame of reference. E n: Congreso Internacional de Documentación; Buenos Aires, Argentina. Bue-nos Aires: Federación Internacional de Documentación, 1970.

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http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_eletromagn%C3%A9ticas [12] – Bluetooth technical comparison, http://www.bluetooth.com/Bluetooth/Learn/Technology/Compare/

[13] – Endereço Mac, Wikipédia, http://pt.wikipedia.org/wiki/Endere%C3%A7o_MAC [14] – Bluetooth Profiles, Bluetooth Tutorial, Palo Wireless - Bluetooth Resource Center,

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xxvii

[30] – Consola, Universidade da Beira Interior, http://www.consola.org/ [31] – BlueCasting, Filter UK, http://www.bluecasting.com/home.html

7.1. Outras referências importantes

7.1.1. Bluetooth.com pappers, Core v2.0 + EDR, OBEX, Rfcomm, HCI USB, Introduction HCI v.0.2, http://www.bluetooth.com/Bluetooth/Learn/Technology/Specifications/

7.1.2. Bluetooth.com, Learn, http://www.bluetooth.com/Bluetooth/Learn/ 7.1.3. Brian S. Peterson, Rusty O. Baldwin e Jeffrey P. Kharoufeh, Bluetooth Inquiry Time

Characterization and Selection, IEEE Transactions on mobile computing, Vol. 5, No. 9, Setembro 2006

7.1.4. Trifinite Group, http://trifinite.org/trifinite_links.html 7.1.5. IEEE, http://pt.wikipedia.org/wiki/IEEE 7.1.6. Bluetooth SIG (Special Interest Group), About,

http://www.bluetooth.com/Bluetooth/SIG/