inicialmente, baseado em: introdução à computação...

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Introdução à Computação Móvel

Prof. Alfredo Goldman

Sala C-225 [email protected]!

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

Inicialmente, 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 nos concentrar 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


Bibliografia básica

!  Geraldo Robson Mateus and Antonio Alfredo F. Loureiro,

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

"  Segunda edição do livro Introdução à Computação Móvel

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

www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/MC-biblio.html Livro do Alfredo, Denise, Francisco e Raphael….


Tópicos

1.  Introdução 2.  Conceitos Básicos 3.  Android 4.  Roteamento e Mobilidade na camada de rede 5.  Gerenciamento de Mobilidade 6.  Arquiteturas 7.  Gerenciamento de Informação 8.  Sensitividade ao Contexto 9.  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


Motivos para o proliferação

!  Crescente necessidade de acesso à informação “útil” (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


Principais Problemas 1/2 ! Desconexão frequente

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

! Largura de banda menor que na conexão cabeada

! Tecnologias sem fio heterogêneas " dificuldade de garantir QoS


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 ainda inferior a dos computadores fixos " Em quais aspectos?

!  Segurança


Aplicações - Categorias

Principais Categorias: !  usuário móvel acessa a internet/intranet !  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 " Casas Inteligentes " Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)


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 " Borboleta - telemedicina

!  Policiamento/Segurança " consulta e obtenção de ficha criminal

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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

!  Serviço de Informação " trânsito, tempo, …

!  Entretenimento


Aplicações - Exemplos !  Algo a acrescentar ?


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)


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 " adaptação dinâmica


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


Redes – Características 1/3 Redes celulares – primeira geração ! circuitos virtuais ! largura de banda restrita (10 kbps) ! ampla cobertura ! tarifação por tempo de uso ! serviços bem restritos (p.ex. WAP, SMS) ! controle pela operadora

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

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


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)


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


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

Lembrete do ano passado ! 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


ARM em 2014


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 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)


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


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

Tem ainda a af e ah...


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...!


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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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


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


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


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)


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.


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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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


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


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)


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/


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


O Exemplo i-mode 3/3

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Modelo Geral: Rede infra-estruturada

Rede Fixa

Mh

Mh

Mh

Mh

Ponto de acesso

Canal Contexto Desconexão

Movimentação


Modelo Geral: Rede Ad hoc

Mh

Mh

Mh

Mh

Movimentação

Mh

Mh Mh

inicialmente, baseado em: introdução à computação...

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