Introdução à Computação Móvel

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1 Introdução à Computação Móvel Inicialmente, baseado em: Introdução à Computação Móvel Prof. Alfredo Goldman Prof. Markus Endler Sala C Sala RDC 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, " Segunda edição do livro Introdução à Computação Móvel Artigos diversos www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/mobile/mc-biblio.html Livro do Alfredo, Denise, Francisco e Raphael. Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 3 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 4 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 5 1

2 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) 7 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 8 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 9 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 10 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 11 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 12 2

3 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? Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 13 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 14 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 15 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 16 Classificação - Redes Redes Estruturadas:! Redes telefones celulares vários tipos! Redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) sem fio! Wireless LANs: p.ex. IEEE ( WiFi ) Redes Ad Hoc:! IEEE ( 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) 17 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 18 3

4 Redes Características 2/3 Segunda geração Personal Communication Networks (GPRS, i-mode)! comutação de pacotes! integração com internet! ampla cobertura! serviços internet : , 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) Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 19 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 20 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) 21 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! 10 2 Mbps! alto custo de instalação! cobertura restrita! garantias de QoS Wireless LAN Exemplos:! IEEE b e g! HiperLAN! HomeRF Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 22 Lembrete do ano passado! Previsão errada do professor em 2008 " Os celulares ficariam longe dos computadores de mesa " Chips ARM " Single-core 220z " Single-core 330z " Single-core 660z " Single-core 1Ghz w/the GPU power of a GMA 950 " Dual-core 1Ghz/1.2Ghz w/the GPU power of a 6600 GT " Quad-core 1Ghz+ w/the GPU power of a 7600 GT " Octo-core 1-2.5Ghz w/the GPU power of a 9600 GT " 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 24 4

5 IEEE b! 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) Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 25 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 26 IEEE g! Compatível com b! 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 a! Não compatível com as anteriores! Banda 5 GHz! Até 54Mbs (ou até o dobro)! Não é usada na Europa IEEE ac! Em desenvolvimento, banda 5 Ghz! Até 500Mbps IEEE ad! Em desenvolvimento, banda 60 GHz! Até 7 Gbps! Deve chegar ao mercado em 2014 Tem ainda a af e ah... Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 27 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 28 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 " Mas, o mercado decidiu, a família x ganhou...! Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 29 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...! Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 30 5

6 Redes de Satélites:! cobertura ampla! 10 1 Mbps! alto custo! alta latência, garantia de QoS! diversos serviços de comunicação (imagens, telefonia)! mobilidade do backbone! Low 1000km, Medium km e Geostationary kmEarth Orbit Geostationary Earth Orbit (GEO) Ex: Inmarsat Low-Earth Orbit (LEO) Ex: Iridium, 66 satélites SAT SAT ERBs terrestres SAT Infra-estrutura SAT ERBs terrestres Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 31 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 32 Comparação CARACTERÍSTICAS LEO MEO GEO Custo Alto Baixo Médio Vida útil ( anos ) 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) 33 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! 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) 34 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 meioambiente, segurança, etc. Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 35 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 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 36 6

7 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 kbit/s (2.75G)! 3G " 2001 Docomo no Japão " Streaming Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 37 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 38 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) 39 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, , e- banking, enviar fotos, Personal Information Mngt.! Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 40 O Exemplo i-mode 2/3 O Exemplo i-mode 3/3 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: about/facts_factbook.pdf Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 41 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 42 7

8 Modelo Geral: Rede infra-estruturada Modelo Geral: Rede Ad hoc Contexto Canal Desconexão Rede Fixa Movimentação Movimentação Ponto de acesso Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 43 Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 44 8