Arquitetura de Serviços para o Portal de Compras Pervasivo

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1 Arquitetura de Serviços para o Portal de Compras Pervasivo Rafael Pereira Pires, Ricardo Miotto Redin, Rubens Cesar Belusso João Carlos Damasceno Lima, Iara Augustin Núcleo de Ciência da Computação Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Centro de Tecnologia, sala Santa Maria RS Brasil {rafaelpp, redin, belusso, caio, Abstract. The pervasive computing can be summarized by 3 A s: Anywhere, Anytime and Any device because it intends to make the computational environment available anytime, anywhere and be accessible from any device. The GMob/UFSM group develops a project that adds these features in an existent system. This paper describes the architecture and services required to implement this system. Resumo. A computação pervasiva, pode ser resumida pelos 3 A's: Anywhere, Anytime, Any device, e visa disponibilizar o ambiente computacional do usuário a qualquer tempo, em qualquer lugar, acessando com qualquer dispositivo. O GMob/UFSM desenvolve um projeto que visa adicionar características desse novo ambiente computacional em um sistema legado. Este artigo descreve a arquitetura e os serviços necessários à implementação desse sistema. 1. Introdução A Computação Pervasiva é uma área nova da computação [Saha 2003] [Satyanarayanan 2001] que fornece uma visão da computação futura onde a computação estará totalmente integrada ao ambiente e o poder computacional estará disponível em qualquer lugar e acessível a qualquer tempo. Este cenário possibilita uma mobilidade global e é constituído de uma diversidade de dispositivos móveis e estáticos que dinamicamente se conectam, reagem ao ambiente corrente e se coordenam uns com os outros e com os serviços de rede para auxiliar o usuário na realização de suas tarefas. No grupo GMob (grupo de pesquisa em sistemas de computação móvel) está em desenvolvimento projeto pbuy 1, que introduz características de pervasividade em um sistema legado, chamado Portal de Compras, desenvolvido pela empresa SIG Soluções em Informática e Gestão (www.sigbrasil.com.br). Dentre os estudos realizados para a modelagem das novas aplicações do portal de compras, identificou-se que as aplicações necessitarão de um conjunto de serviços que tratem as características peculiares dos dispositivos portáteis e do impacto da mobilidade sobre o sistema. Este artigo aborda a arquitetura dos serviços e discute as questões envolvidas na modelagem destes. O restante do artigo segue a estrutura: a seção 2 define os principais conceitos da computação pervasiva; a seção 3 discute a arquitetura de serviços pbuy e focaliza questões embutidas na modelagem de cada serviço; a seção 4 registra o status do projeto; a seção 5 relata os trabalhos relacionados e a seção 6 conclui o artigo. 1 Projeto financiado pela FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) com período de realização: 2005 e 2006.

2 2. Caracterizando a Computação Pervasiva Um novo cenário computacional, conhecido como Computação Pervasiva (Pervasive Computing 2 ) está surgindo a partir das possibilidades introduzidas pelos equipamentos portáteis e a comunicação sem fio [Saha, 2003]. Um dos conceitos de computação pervasiva, sob a visão tecnológica, resume-a em 3 A's: Anywhere, Anytime, Any device, destacando os aspectos da disponibilização do ambiente computacional do usuário em qualquer lugar, acessível a qualquer tempo e com qualquer dispositivo. A computação móvel, considerada a etapa atual da mobilidade computacional, através da natureza de suas propriedades - portabilidade, mobilidade e conectividade - introduz restrições aos sistemas e aplicações [Augustin, 2004]. Apesar da evolução natural da tecnologia, a maioria dos pesquisadores considera que essas limitações permanecerão, principalmente se comparadas ao ambiente de rede fixa. Então, as aplicações devem procurar explorar a natureza da mobilidade. No ambiente considerado pelo pbuy, as aplicações são móveis e distribuídas. Isto significa que durante a execução da aplicação esta pode se mover entre dispositivos seguindo a trajetória do usuário (semântica siga-me). Para permitir esta funcionalidade é necessário que a aplicação se adapte ao ambiente corrente, logo, consciência do contexto é um requisito importante na modelagem dessas aplicações. Os serviços do pbuy endereçam essas questões, conforme descrito a seguir. 3. Arquitetura de Serviços pbuy Nesta fase do projeto, está sendo realizada a modelagem dos serviços considerando o relacionamento entre as aplicações existentes no Portal de Compras e as novas funcionalidades exigidas pela computação pervasiva. O conjunto de novos serviços sendo introduzidos é ilustrado na figura 1. Figura 1. modelagem de alto nível do sistema pbuy O software Portal de Compras tem como base um sistema de leilão virtual para a realização de compras. O leilão é dividido em fases, delimitadas por datas ou ações da 2 Alguns autores usam o termo Computação Ubíqua (Ubiquitous Computing). Atualmente, está-se considerando esses dois conceitos como únicos, embora a computação ubíqua originalmente denote um ambiente computacional mais futurista como proposto por Mark Weiser [WEISER 1991].

3 parte que realiza o leilão, e cada fase gera tanto mensagens do usuário para o sistema quanto mensagens do sistema para o usuário, sendo que a última deve ser entregue onde o usuário estiver e no dispositivo em uso no momento por ele. Essas características geram a necessidade de um serviço de envio de mensagens (Serviço de Disseminação) para o usuário autenticado pelo sistema (Serviço de Autenticação) de forma uniforme e independente do dispositivo que será utilizado. O serviço deve estar ciente do dispositivo do usuário no momento do envio para fazer a adaptação do conteúdo (Serviço de Apresentação) de forma que o dispositivo aceite e disponibilize para o usuário, levando em consideração o estado da rede e o tipo de conexão através do Sistema de Comunicação. 3.1 Serviço de Disseminação de informações independentes de dispositivo Disseminação de informações, também referenciada como tecnologia push para entrega de dados é uma resposta para alguns dos problemas introduzidos pela entrega de dados pull, onde o usuário solicita sob demanda as informações que necessita [Franklin, 1998]. Um desses problemas é que o usuário deve conhecer a priori onde e quando obter os dados. Quando a volatilidade de dados é alta, os usuários devem buscar dados freqüentemente, gastando tempo e esforço. O segundo problema é o descompasso entre a natureza assimétrica de algumas aplicações e a infra-estrutura simétrica da comunicação. A disseminação de informações procura resolver esses problemas ao colocar o servidor como ponto de partida do envio dos dados (push), ao invés da consulta explícita do usuário (pull). Segundo Henricksen [Henricksen 2001], os usuários da computação pervasiva são móveis e podem explorar as capacidades de vários dispositivos simultaneamente. Desta forma, torna-se necessário produzir mecanismos que possibilitem a distribuição e mobilidade do código/dados também. Estes mecanismos devem ser amplamente transparentes para os desenvolvedores de software, de modo que os mesmos não tenham que se preocupar com questões como migração de dados e código e/ou sincronização de componentes distribuídos. Seguindo esta linha de pensamento, o serviço de disseminação de dados deve ser transparente para o programador de aplicação, ou seja, a aplicação deve enviar a mensagem identificando o usuário-destino desta. Assim, o serviço de disseminação será o responsável por identificar onde o usuário-destino está, qual equipamento está utilizando no momento e enviar a mensagem de forma adaptada ao dispositivo. No pbuy, este serviço interage com os outros serviços de suporte às aplicações com comportamento pervasivo; em especial, com o serviço de apresentação, que realiza a adaptação de conteúdo ao dispositivo corrente, e o serviço de autenticação do usuário. O serviço de disseminação modelado provê um formato de mensagens com as aplicações através de padrões amplamente utilizados na Internet. Pode-se enumerar os seguintes padrões que o sistema irá dispor: HTTP, WAP e SOAP. A escolha do HTTP se justifica por ser um dos protocolos de comunicação mais utilizados e com implementações para grande parte dos dispositivos-alvo. Por outro lado, escolheu-se WAP por ser padrão suportado por telefones celulares e dispositivos semelhantes. Para ter uma forma de comunicação de alto-nível será implementada também a transferência de dados através de SOAP. As mensagens enviadas ao serviço de disseminação são endereçadas ao usuário e não ao dispositivo ou endereço IP (Internet Protocol). O serviço deve encontrar o dispositivo em uso corrente pelo usuário-destino para enviar a mensagem. Desta forma,

4 o usuário receberá a mensagem independentemente do dispositivo que estiver utilizando. O serviço modelado implementa esta funcionalidade. A atribuição de um endereço para o usuário independentemente do dispositivo que ele ocupe para acessar o ambiente é uma das questões mais relevantes deste serviço, a qual permite a entrega ao usuário independente do dispositivo em uso, no momento. A necessidade de um padrão de endereçamento é característica do ambiente pervasivo. A forma de endereçamento ideal teria que contemplar a total mobilidade do usuário, tanto dentro dos domínios do ambiente local quanto para fora do mesmo, a troca de endereços sem a perda da conectividade, intervalo extremamente curto entre as trocas de endereço, a desconexão do dispositivo sem aviso, etc. No entanto, atualmente, poucos protocolos de comunicação suportam as necessidades desse ambiente. Dentre os que possuem algumas das características necessárias ao serviço pbuy estão o DNS Dinâmico e o Bonjour. Assim, para decisão de modelagem do serviço de disseminação foram analisadas duas formas de implementação: (i) uma baseada no uso de um esquema de DNS Dinâmico [RFC 2136], e (ii) outra baseada no protocolo Bonjour [Apple 2005]. Os resultados dessa análise são relatados a seguir DNS Dinâmico O DNS Dinâmico é um adendo do padrão DNS que permite uma forma de fazer mudanças em determinados registros da base de dados de um servidor de nomes sem a necessidade de edição manual do arquivo de zonas do mesmo. Usando tal definição é possível para máquinas que tem o seu IP atribuído de uma forma dinâmica, i.e., sujeito a mudar em condições predeterminadas, traduzir este IP em um nome fixo no sistema de DNS. Do ponto de vista da computação pervasiva é desejável tal característica, já que desta forma ter-se-á um acesso uniforme aos dispositivos através de seu nome DNS. Já existem no mercado implementações comerciais desse protocolo [No-IP 2005]. O principal aspecto desfavorável de tais implementações é a exigência de uma latência relativamente alta entre cada atualização, característica que as desqualifica para uso, pois um ambiente computacional pervasivo prevê a mobilidade dos usuários de uma forma não preditiva e livre de requisitos de tempo Bonjour Bonjour é o nome que a Apple deu à evolução do protocolo AppleTalk. Este protocolo, também conhecido como Rendezvous, tem como princípio a descoberta de serviços e máquinas em uma sub-rede baseado nos protocolos IP e DNS [DNS Service Discovery 2005] [Multicast DNS 2005], e é a implementação da Apple do protocolo Zeroconf da Internet Engineering Task Force (IETF). O protocolo tem como ponto forte a descentralização que permite um aumento de desempenho e o fato de ser adotado por muitos fabricantes de hardware. O Bonjour é o protocolo julgado mais adequado para a implementação do serviço para o projeto pbuy por ser bem documentado e amplamente utilizado. Outra vantagem é o fato de possuir uma implementação de código aberto. A principal vantagem do ponto de vista da computação pervasiva é o fato deste protocolo não utilizar um mecanismo de centralização para responder as requisições, desta forma temos um aumento do desempenho e também retiramos um ponto único de falha. Ele também provê uma forma inteligente e não interativa com o usuário de resolução de

5 conflitos de endereços, onde o próprio dispositivo tenta obter um endereço e em caso de conflito troca o mesmo até obter uma configuração válida da rede Funcionamento Quando uma aplicação deseja enviar uma mensagem para um determinado usuário através do serviço de disseminação ela deve chamar o método apropriado solicitando o envio da mensagem para o usuário juntamente com a mensagem. De posse destas informações o serviço de disseminação, em um caso de uso com sucesso, procede da seguinte forma: analisa os requisitos temporais da mensagem para saber se a mesma deve ser enviada agora ou deve aguardar algum tempo definido pela aplicação que pediu o seu envio; caso a mensagem necessite ser enviada agora, faz uma requisição ao serviço de autenticação solicitando, se o usuário em questão está ativo no momento. O serviço de autenticação responde com o dispositivo e endereço correspondentes; o serviço de disseminação chama o serviço de apresentação para que modifique o conteúdo da mensagem para que o mesmo possa ser entendido pelo dispositivo do usuário no momento; é necessária uma nova consulta ao serviço de autenticação, pois o usuário pode ter mudado de dispositivo ou desconectado do sistema (caso em que a mensagem deve ser reformatada pelo serviço de apresentação ou agendada para envio posterior); verificando que o usuário continua com o mesmo estado, o serviço de disseminação abre uma conexão do tipo suportado pelo dispositivo do usuário no momento e envia a mensagem. Internamente, o serviço guardará em um banco de dados persistente as informações sobre os usuários e seus dispositivos e as mensagens com requisitos temporais, isto é, que devem ser enviadas no futuro e/ou tem um prazo de validade para envio. 3.2 Serviço de Apresentação do Conteúdo Adaptado ao Dispositivo Adaptação de conteúdo é um aspecto relevante para a computação pervasiva pois contribui para o aumento da usabilidade das aplicações [Satyanarayanan, 2001]. Adaptação de conteúdo, às vezes chamada de transcodificação, pode ser entendida como o processo de seleção, geração ou modificação do conteúdo (texto, imagens, áudio e vídeo) satisfazendo o ambiente computacional e o contexto de seu uso. O contexto pode ser identificado por qualquer informação que caracteriza o usuário, o lugar ou até algum outro objeto relevante a interação entre o usuário e a aplicação [Dey, 1999]. A adaptação de conteúdo permite que informações sejam mostradas corretamente em diversos ambientes. O projeto pbuy tem como característica a interação com uma enorme quantidade de dispositivos e, portanto, tem a necessidade da funcionalidade deste serviço. No sistema pbuy, o serviço de apresentação será utilizado por outros serviços, tais como o serviço de disseminação de informações. O serviço de disseminação informará o tipo do dispositivo e os dados que sofrerão o processo de adaptação automática. Os dados adaptados ao dispositivo deverão retornar ao serviço de disseminação para envio destes na forma de mensagens.

6 O serviço de apresentação deve considerar a heterogeneidade dos dispositivos portáteis e celulares existentes. Considerando que não foram encontradas soluções relativas a sistemas móveis para a realização das funcionalidades desejadas, foram encontradas apenas soluções relativas a web, e não soluções voltadas ao ambiente pervasivo, concluiu-se que seria necessário desenvolver uma solução própria para atender aos requisitos funcionais do serviço. Para o desenvolvimento desta solução será utilizada a tecnologia XSL, abreviação de extensible Stylesheet Language (Linguagem de Folha de Estilos Extensível)[XSL, 2005]. O XSL foi desenvolvido pela World Wide Web Consortium (W3C) pela necessidade de uma linguagem de estilos para documentos XML (Extensible Markup Language), permitindo assim a transformação de documentos XML em outros tipos de documentos. Neste caso, será armazenada uma única versão com o conteúdo a ser apresentado, enquanto diferentes formas de apresentação serão geradas automaticamente a partir deste conteúdo de acordo com o tipo de dispositivo-alvo. Para isso, o armazenamento do conteúdo é no padrão XML de forma a ser convertido em formato apropriado ao dispositivo-alvo, fazendo uso da tecnologia XSL. Num primeiro momento, será realizada a adaptação considerando dois formatos de dados: html e wml que atendem as necessidades imediatas das aplicações pbuy. Outros formatos poderão ser tratados na seqüência de execução do projeto. 3.3 Serviço de Comunicação Consciente do Estado da Rede Na computação pervasiva, onde os elementos computacionais são dispersos e é possível ter acesso de qualquer lugar e dispositivo, ocorre o deslocamento da computação centrada no dispositivo para a computação centrada no usuário e suas atividades. Nesta visão, quem deve ser reconhecido pelo sistema é o usuário e não os equipamentos que ele porta ou usa (como estão definidos os sistemas computacionais atuais). O usuário passa a ser o ponto de partida no projeto dos serviços. Assim como a comunicação humana é caracterizada por interações com um conjunto de objetos em seu ambiente, os sistemas de comunicação não devem ser construídos baseados em tecnologias específicas, mas na análise do espaço de comunicação individual. O resultado é um sistema de comunicação que se adapta às demandas específicas de cada indivíduo (Icentric) [Zeletin, 2004]. A comunicação no ambiente pervasivo, por causa dos seus requisitos, envolve várias questões e desafios de pesquisa. Neste cenário, onde desconexões são freqüentes, faz-se necessário um serviço de comunicação que leve em consideração o estado da rede e o tipo de conexão. Este serviço está atualmente sendo modelado juntamente com outros serviços de suporte às aplicações no projeto pbuy. Resultados iniciais da pesquisa identificaram os requisitos e questões a serem resolvidas. As desconexões têm várias causas: voluntária, falta de energia, mudança de área de cobertura (handoff). Os terminais móveis são freqüentemente desconectados da rede, como uma forma de economizar energia. As unidades móveis podem se desconectar de uma determinada rede caso não concordem com o nível de serviço disponível ou queiram economizar energia. A preocupação com a desconexão faz parte do suporte à computação pervasiva, por isso mecanismos para tratar handoffs, recuperar informações e consistência de caching são necessários. O serviço de comunicação estará permanentemente disponível no dispositivo móvel (PDA, celular) e será a ponte de comunicação das aplicações do pbuy executando no dispositivo com o mundo externo. Este será responsável por controlar o

7 estado da rede e identificar o tipo de acesso. Estratégias de caching serão utilizadas para os momentos de desconexões. Outra questão a ser tratada é como fornecer tal funcionalidade considerando as diferentes capacidades de PDAs e celulares. 4. Status do Projeto Para o desenvolvimento da solução serão utilizados métodos, técnicas e ferramentas da Análise e Projeto Orientado a Objetos. Particularmente, usam-se Padrões de Projeto [Gama, 1997] e Diagramas UML que auxiliam na modelagem do sistema, os quais facilitam futuras alterações/evoluções. A linguagem adotada para desenvolvimento é a plataforma Java em suas versões J2SE (standart edition), J2ME (micro edition) e J2EE (enterprise edition). Esta foi escolhida pela ampla aceitação, facilidades fornecidas para projetos na área de mobilidade e Web, e pela portabilidade o que facilita a programação de PDAs. Após a modelagem dos serviços, serão executadas as etapas de implementação de acordo com as especificações e desenvolvimento e execução de aplicações-teste com o intuito de validação do sistema e coleta dos resultados. 5. Trabalhos Relacionados Computação pervasiva é uma área de pesquisa muito recente, derivada de sistemas móveis e distribuídos. Não são conhecidos outros trabalhos que objetivam a introdução de características de um ambiente pervasivo em sistemas legados e poucos abordam as questões identificadas como requisitos de projeto. Para a modelagem dos serviços do projeto pbuy serão utilizados alguns resultados de pesquisas realizadas em campos corelatos, destacados a seguir. A disseminação de dados em ambiente de computação pervasiva é objeto de pesquisa do grupo de mobilidade da Universidade Rutgers [DATAMAN 2005]. Os diversos projetos na área de disseminação de dados em ambientes móveis deste grupo abordam muitos aspectos relevantes ao tema, dentre os quais: espacialidade do escopo das informações, roteamento de pacotes em ambiente heterogêneos e efeitos da mobilidade em sistemas de banco de dados. O WTP (WebSphere Transcoding Publisher) [WTP, 2005], da IBM, possui uma série de funcionalidades voltadas à adaptação de conteúdo que podem ser exploradas de diversas maneiras. O WTP inclui funções para realizar o roteamento de requisições dinamicamente para o adaptador correspondente, baseado na URL de destino, nas características e capacidades de cada dispositivo e nas preferências do usuário. Alguns tipos de adaptação de conteúdo implementados pelo WTP são citados a seguir: Simplificação do HTML, HTML para WML, XSLT (extensible Stylesheet Language Transcoding) e Fragmentação de documentos. Operação desconectada é um modo de operação onde o cliente continua a usar os dados da sua cache durante falhas temporárias da rede ou do servidor. No Coda [Satyanarayanan, 1990] - sistema de arquivos móveis que aprofundou o estudo da desconexão planejada - um gerente de cache opera em três estados: (i) hoaring, modo conectado, onde o gerente guarda dados úteis em antecipação à desconexão; (ii) emulation, estado em que o cliente está desconectado fisicamente; e (iii) reintegration, quando reconectado, sincroniza sua cache. 6. Conclusões A Computação Pervasiva é um novo paradigma que tem despertado muita atenção neste início de década. Previsto para ser a computação do século 21, somente agora a

8 viabilidade deste cenário computacional começa a ser explorado. Resultados iniciais dos projetos de pesquisas identificaram os requisitos e questões a serem resolvidas para concretização desse ambiente computacional. Neste escopo, a arquitetura e os serviços aqui descritos têm relevância, pois objetivam introduzir características de um ambiente pervasivo em um sistema legado. O projeto pbuy encontra-se atualmente em fase de modelagem dos serviços. Os principais requisitos identificados são os serviços de disseminação de informações, apresentação de conteúdo adaptada ao dispositivo e comunicação consciente do estado da rede. Espera-se que, ao final do projeto, o sistema possua características de um ambiente pervasivo como semântica siga-me e consciência de contexto. Referências Bibliográficas Apple Developer Connection Bonjour, acessado em 02/08/2005. Augustin, I. Abstrações para uma linguagem de programação visando aplicações móveis em um ambiente de pervasive computing Tese (Doutorado em Ciência da Computação) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. DATAMAN - Mobile Computing Laboratory, acessado em 03/08/2005. Dey. A. & Abowd. G.. Towards a Better Understanding of context and context-awareness Technical Report GIT-GVU Georgia Institute Technology, June DNS Service Discovery (DNS-SD), acessado em 02/08/2005. Franklin, M.; Zdonik, S. Data in Your Face: Push Technology in Perspective. ACM SIGMOD International Conference on the Management of Data. Seattle, WA. Proceedings. Jun Gama, E. et al. Design Patterns: elements of reusable object oriented software. 10th Ed. Reading, MA: Addison-Wesley, Henricksen, K.; Indulska, J.; Rakotonirainy, A. Infrastructure for Pervasive Computing: Challenges. In: Workshop on Pervasive Computing, Informatik, 2001, Vienna, Austria. Proceedings [S.l.:s.n.], Multicast DNS, acessado em 02/08/2005. No-IP - Dynamic DNS, Static DNS for Your Dynamic IP, acessado em 10/09/2005. RFC 2136 (rfc2136) - Dynamic Updates in the Domain Name System (DNS UPDATE), acessado em 03/08/2005. Saha, D.; Mukherjee, A. Pervasive computing: a paradigm for the 21st century. IEEE Pervasive Computing, v.36, n.3, p Mar Satyanarayanan, M., Kistler, J. J., Kumar, P., Okasaki, M.E., Siegel, E.H., Steere, D.C. Coda: A Highly Available File System for a Distributed Workstation Environment. IEEE Transaction on Computers 39(4), April, Satyanarayanan, M. Pervasive Computing: Vision and Challenges. IEEE Personal Communications, New York, XSL, extensible Stylesheet Language. Disponível em acessado em agosto/2005. Zeletin, R. P., Steglich, S., Arbanowski, Stefan. Pervasive Communication A Human-centered Service Architecture. 10 th IEEE International Workshop on future Trends of distributed Computing systems, WTP, IBM WebSphere Transcoding Publisher, IBM Corporation. Disponível em acessado em julho/2005.

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