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1 Introdução à Computação Móvel Prof. Alfredo Goldman Sala C-205 [email protected] http://www.ime.usp.br/~gold Fortemente baseado em: Introdução à Computação Móvel Prof. Markus Endler Sala RDC 503 [email protected] www.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 3 Enfoque Não iremos focar em algumas tecnologias de Redes Celulares/Móveis P.ex.: transmissão RF, camadas física, MAC, enlace Mas iremos estudar o efeito de Mobilidade Conectividade intermitente Localização/Contexto sobre protocolos (rede), serviços middleware e aplicações para redes móveis © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 4 Bibliografia básica Geraldo Robson Mateus and Antonio Alfredo F. Loureiro, Introdução à Introdução à Computação Móvel, 11a Escola de Computação, COPPE/Sistemas, NCE/UFRJ, 1998. Segunda edição do livro Introdução à Computação Móvel http://www.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/docs/cm_livro_2e.pdf Artigos diversos Ver a página: http://www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/MC-biblio.html © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 5 Tópicos 1. Introdução 2. Conceitos Básicos 3. Android 4. Roteamento e Mobilidade na camada de rede 5. Gerenciamento de Mobilidade 6. Arquiteturas 7. Exemplos de Middlewares para Redes Móveis 8. Gerenciamento de Informação 9. Sensitividade ao Contexto 10. Redes Ad-hoc/Redes de Sensores 11. DTNs (Delay Tolerant Networks) 12. Seminários (a serem ministrados pelos alunos) Introdução

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Page 1: Fortemente baseado em: Introdução à Computação Móvelgrenoble.ime.usp.br/~gold/cursos/2013/movel/0703-Intro.pdf · Android 4. Roteamento e Mobilidade na camada de rede 5. Gerenciamento

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Introdução à Computação Móvel

Prof. Alfredo Goldman

Sala C-205 [email protected]!

http://www.ime.usp.br/~gold

Fortemente baseado em: Introdução à Computação

Móvel

Prof. Markus Endler

Sala RDC 503 [email protected]

www.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 3

Enfoque

  Não iremos focar em algumas tecnologias de Redes Celulares/Móveis   P.ex.: transmissão RF, camadas física, MAC, enlace

  Mas iremos estudar o efeito de   Mobilidade   Conectividade intermitente   Localização/Contexto

  sobre protocolos (rede), serviços middleware e aplicações para redes móveis

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 4

Bibliografia básica

  Geraldo Robson Mateus and Antonio Alfredo F. Loureiro,

Introdução à Introdução à Computação Móvel, 11a Escola de Computação, COPPE/Sistemas, NCE/UFRJ, 1998.

  Segunda edição do livro Introdução à Computação Móvel

http://www.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/docs/cm_livro_2e.pdf   Artigos diversos

Ver a página: http://www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/MC-biblio.html

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 5

Tópicos

1.  Introdução 2.  Conceitos Básicos 3.  Android 4.  Roteamento e Mobilidade na camada de rede 5.  Gerenciamento de Mobilidade 6.  Arquiteturas 7.  Exemplos de Middlewares para Redes Móveis 8.  Gerenciamento de Informação 9.  Sensitividade ao Contexto 10.  Redes Ad-hoc/Redes de Sensores 11.  DTNs (Delay Tolerant Networks) 12.  Seminários (a serem ministrados pelos alunos)

Introdução

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Termos Relacionados

  Computação Nômade   independente do ponto de acesso   usuário não está em movimento

  Computação Móvel (ou Ubíqua)   durante locomoção   in- e/ou outdoor

  Computação Invisível   dispositivos nas imediações do usuário executam

tarefas sem intervenção direta do usuário   exemplos: Personal Area Networks, Espaços Ativos

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 8

Motivos para o proliferação

  Crescente necessidade de acesso à informação (em qualquer momento e lugar)

  Maior eficiência do trabalho  comunicação enquanto trabalhamos  interação em qualquer lugar e em movimento

  Menor custo da infra-estrutura   colocação de antenas vs. cabeamento   ondas de rádio: multiplexação de muitas conexões

  Barateamento e redução do tamanho dos dispositivos móveis   maior capacidade, interface mais amigável   maior facilidade de transporte

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 9

Principais Problemas 1/2  Desconexão frequente

 impossibilidade de completar hand-over  ruído/interferência de sinal  regiões de sombra ou sem cobertura  qualidade variável da comunicação

 Largura de banda menor do que na conexão cabeada

 Tecnologias sem fio heterogêneas  dificuldade de garantir QoS

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 10

Principais Problemas 2/2   Interface com os dispositivos móveis: locomoção requer

outras formas de interação

  Conjunto de serviços disponíveis pode variar

  Capacidade dos dispositivos móveis bem inferior a dos computadores fixos

  Segurança

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 11

Aplicações - Categorias

Principais Categorias:   usuário móvel acessa a internet   usuário móvel acessa intranet (rede corporativa)   usuário móvel acessa serviços/dados de outros usuários

móveis (redes Ad Hoc)   dispositivos móveis interagem para transferência de

dados/controle  Personal Area Networks  Redes de Sensores  Robôs móveis cooperativos  Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 12

Aplicações - Exemplos   Acesso convencional à rede por viajante

 transferência de arquivos, Web, acesso remoto

  Comércio  Vendedores ambulantes  Comprador remoto (escolha interativa do produto através de

Web-cam móvel)

  Tratamento Médico-hospitalar  transmissão do prontuário de/para ambulância (ou local do

acidente)   conferência espontânea entre especialistas

  Policiamento/Segurança  consulta e obtenção de ficha criminal

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 13

Aplicações - Exemplos   Entrega de encomendas e Transportadoras

 otimização de rota  rastreamento de pacotes

  Seguradoras  avaliação de sinistro

  Serviços de resgate  coordenação das atividades de resgate  transmissão de dados para apoio à tomada de decisão

  Aplicações Militares  coordenação de ações  treinamento

  Serviço de Informação  trânsito, tempo, …

  Entretenimento © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 14

Aplicações - Exemplos   Algo a acrescentar ?

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 15

Aplicações – Requisitos 1/2 Naturalmente, cada uma destas aplicações têm

requisitos específicos com relação a:  Infra-estrutura

 cobertura (indoor, outdoor, acesso a alta/baixa velocidade)

 qualidade da comunicação  confiabilidade e estabilidade da comunicação  segurança (autenticação de dispositivos)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 16

Aplicações – Requisitos 2/2  Dispositivo Móvel

 forma de interação (gráfica, textual, voz, vídeo)  capacidade de identificar localização geográfica  capacidade de processamento e armazenamento

local

 Serviços Middleware  Interoperabilidade entre protocolos, caching de

dados, serviço de notificação  Garantias de QoS  descoberta de novos serviços e recursos e adaptação

dinâmica

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 17

Classificação - Redes Redes Estruturadas:   Redes telefones celulares – vários tipos

  Redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) sem fio   Wireless LANs: p.ex. IEEE802.11 (“WiFi”)

Redes Ad Hoc:   IEEE 802.11 (“WiFi”)   Redes de dispositivos pessoais (“Personal Area Network”)   Redes de Sensores

Outras:   Redes mixtas   Comunicação via Satélite

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 18

Redes – Características 1/3 Redes celulares  circuitos virtuais  largura de banda restrita (101 kbps)  ampla cobertura  tarifação por tempo de uso  serviços bem restritos (p.ex. WAP, SMS)  controle pela operadora

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 19

Redes – Características 2/3 Personal Communication Networks (GPRS,

i-mode)  comutação de pacotes  integração com internet  ampla cobertura  serviços internet : Email, Web, ...  tarifação por tráfego  controle pela operadora

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 20

Redes – Características 3/3 Redes Celulares de 3G (p.ex. W-CDMA, UMTS)  circuitos virtuais & comutação de pacotes  tarifação por tráfego  garantia de QoS  muitos serviços agregados (Jogos, e-banking,

e-commerce)  (ainda) alto custo por kbs (de 144kbps a 2Mbps)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 21

Redes - Características Quarta geração  De 100Mbits/s a 1Gbit/s

 Conforme a mobilidade

 Convergência para o IP  Não é mais circuit switching

 Geralmente usa OFDM  orthogonal frequency-division multiplexing

 Duas tecnologias  LTE – Long Term Evolution  WiMAX

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 22

Redes - Características Wireless ATM   Objetivo: transporte integrado de voz, dados e

imagens com foco nas redes públicas de comunicação   circuitos virtuais, permanente ou não, com pacotes de

53 bytes   102 Mbps   alto custo de instalação   cobertura restrita   garantias de QoS

Wireless LAN Exemplos:   IEEE 802.11b e g   HiperLAN   HomeRF

Assuntos da última aula  Aplicativo off-line para o Chrome  Previsão errada do professor em 2008

 Os celulares ficariam longe dos computadores de mesa

 Chips ARM   2007 - Single-core 220Mhz   2008 - Single-core 330Mhz   2009 - Single-core 660Mhz   2010 - Single-core 1Ghz w/the GPU power of a GMA 950   2011 - Dual-core 1Ghz/1.2Ghz w/the GPU power of a 6600 GT   2012 - Quad-core 1Ghz+ w/the GPU power of a 7600 GT   2013 - Octo-core 1-2.5Ghz w/the GPU power of a 9600 GT   2014 - Octo-core 1-2.5Ghz w/the GPU power of an 8800 GTX

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 23

Arm em 2014

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 24

http://mashable.com/2012/10/30/arm-64-bit-processors/

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 25 © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 26

Redes - Características IEEE 802.11b   Compatível com padrão Ethernet (IEEE 802)   define os níveis físico e de acesso ao meio (MAC)   cobertura restrita (“Hot Spots”)   baixo custo de instalação   sem tarifação ou com tarifação   sem garantia de QoS (no DCF Distributed Coordination

Function)   até 11 Mbps   banda de 2,4 a 2,497 GHz (não requer licenciamento)   Modo infra-estruturado e modo Ad hoc   Provê autenticação e cifragem usando WEP (Wired

Equivalent Privacy) e WPA (Wi-Fi Protected Access)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 27

Redes - Características IEEE 802.11g   Compatível com 802.11b   cobertura restrita (“Hot Spots”)   sem garantia de QoS (no DCF Distributed Coordination

Function)   até 54 Mbps   banda de 2,4 GHz (não requer licenciamento) IEEE 802.11a   Não compatível com as anteriores   Banda 5 GHz   Até 54Mbs (ou até o dobro)   Não é usada na Europa

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 28

Redes - Características IEEE 802.11ac   Em desenvolvimento, banda 5 Ghz   Até 500Mbps

IEEE 802.11ad   Em desenvolvimento, banda 60 GHz   Até 7 Gbps   Deve chegar ao mercado em 2014

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 29

Redes - Características HiperLAN (High Performance Radio LAN)   Definido pela HiperLAN Alliance (Mercado Europeu)   até 23.5 Mbps   usa banda de 5 GHz   com garantia de QoS   Potenciais aplicações: transmissão de imagens

médicas, video-conferência, vigilância por vídeo   Poucos produtos   HiperLAN/2 Global Forum está trabalhando em uma

versão mais rápida  Especial atenção a segurança  42 Mbps reais (com pacotes de 512 bytes)  Alternativa real ao formato 802.11  Mas, o mercado decidiu, a família 802.11x ganhou...!

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 30

Redes - Características Home RF   Versão 1.0 -> 1.6Mbps   Versão 2.0 -> 10 Mbps   usa banda de 2.4 GHz   Segurança

 frequency hopping  Password de entrada na rede

  Suporte explícito a voz (telefones)   QoS   Baixa potência

 Também perdeu..... !

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 31

Redes - Características Redes de Satélites:  cobertura ampla  101 Mbps  alto custo  alta latência, garantia de QoS  diversos serviços de comunicação (imagens,

telefonia)  mobilidade do “backbone”  Low 1000km, Medium 10.000km e

Geostationary 36.000kmEarth Orbit

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 32

Redes - Características

SAT

ERBs terrestres

Geostationary Earth Orbit (GEO) Ex: Inmarsat

SAT

ERBs terrestres

SAT SAT

Infra-estrutura Low-Earth Orbit (LEO) Ex: Iridium, 66 satélites

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 33

Comparação

CARACTERÍSTICAS LEO MEO GEO Custo Alto Baixo Médio Vida útil ( anos ) 3-7 10-15 10-15 Atraso > 8ms +-80ms +-300ms Complexidade das operações Alta Média Baixa Handover Frequente Ocasional Inexistente Penetração em prédios Limitada Limitada Nula Risco Tecnológico Alto Baixo Médio

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 34

Redes - Características Personal Area Networks (PANs)   para communicação entre dispositivos (notebooks,

PDAs, telefones celulares, fones de ouvido)   cobertura bem restrita (poucos metros)   Ideia: substituir cabeamento entre dispositivos

próximos   baixo custo da interface (< $ 10)   configuração dinâmica   102-103 kbs   Principal Exemplo: Bluetooth

 desenvolvimento inciado pela Ericsson (1994)  opera na faixa de 2.4 GHz (ISM- Industrial, Scientific Medicine)  (em breve) instalado em qualquer equipamento (em vez de

Infra-vermelho)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 35

Redes - Características Redes de Sensores   configuração arbitrária   topologia dinâmica devido ao recurso energia   para coleta de dados sensorias (temperatura,

humidade, abalos sísmicos, etc.)   baixíssimo custo de componentes (“smart dust”)   gerenciamento coletivo de energia (“energy maps”)   Nós podem ter diferentes funções:

 Coleta de dados  Roteamento  Armazenamento e síntese de dados

  Aplicações: militares, monitoramento do meio-ambiente, segurança, etc.

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 36

Telefonia Celular: Evolução Tecnologias Analógicas:   Advanced Mobile Phone System (AMPS) - EUA e outros   Total Access Comm. System (TACS) - UK e outros   Nordic Mobile Telephone (NMT) - países nórdicos Tecnologias Digitais:   D-AMPS - EUA   Personal Digital Cellular (PDC) no Japão   TDMA   CDMA   Cellular Digital Packet Data (CDPD) baseado no AMPS   GSM e General Packet Radio Service (GPRS)   W-CDMA (EUA e Europa)   Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS) -

Europa

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 37

Gerações  1G

 Analógicos e “transportáveis”  1979 no Japão com 23 bases  1981 Dinamarca, Suécia, Noruega e Finlância

 Patente de 1971 (Roaming e Handover)

 2G  Digitais e pequenos  GSM  1991 na Finlândia  SMS e downloads

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 38

Gerações  2,xG

 Introdução do packet switching  GPRS up to 115Kbits/s  Edge up to 236.8 kbit/s (2.75G)

 3G  2001 Docomo no Japão  Streaming

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 39

Telefonia Celular: Mercado Número crescente de usuários móveis:   Preços de aparelhos e serviços puderam ser reduzidos

devido à grande quantidade de usuários   Novos serviços (SMS, WAP, Location-based Services)

criam a demanda por aparelhos com novas funcionalidades

Massificação é o motor da inovação tecnológica!   [Estimativa] No futuro, 40-60% do faturamento das

operadoras de telefonia celular será devido à comunicação de dados

  Redes Celulares:  Integração de serviços de dados e voz;  integração com Internet;  acesso por uma grande diversidade de equipamentos  integração com redes locais wireless (Hot Spots WiFi)

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 40

O Exemplo i-mode 1/3 Serviço celular com provedor internet (NTT

DoCoMo)  criou o conceito de “celular para olhar”  baseado em IP  tarifação por tráfego, e única  “always on” - conexão é mantida aberta e

compartilhada por vários usuários  Aplicações: jogos on-line, notícias, Email, e-

banking, enviar fotos, Personal Information Mngt.

  http://www.nttdocomo.com/

© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 41

O Exemplo i-mode 2/3 A explosão do serviço DoCoMo (dados 2012)  mais de 59 milhões de usuários Wallet phone

 "Osaifu-Keitai"  LTE desde 2010  Novas tecnologias

 Inclusive para casos extremos  Ver: http://www.nttdocomo.com/binary/

about/facts_factbook.pdf

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O Exemplo i-mode 3/3

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© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 43

Modelo Geral: Rede infra-estruturada

Rede Fixa

Mh

Mh

Mh

Mh

Ponto de acesso

Canal Contexto Desconexão

Movimentação

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Modelo Geral: Rede Ad hoc

Mh

Mh

Mh

Mh

Movimentação

Mh

Mh Mh