Arquitetura de Software para Computação Móvel

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1 Introdução à Computação Móvel Arquitetura de Software para Computação Móvel Francisco José da Silva e Silva Laboratório de Sistemas Distribuídos (LSD) Departamento de Informática / UFMA 16 de setembro de 2010 Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

2 Agenda 1 Arquiteturas de Software para Computação Móvel 2 Um Exemplo: Navegando na Web 3 Leituras Recomendadas Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

3 Introdução Restrições típicas de ambientes de computação móvel: Dispositivos possuem poucos recursos e não são confiáveis; Heterogeneidade de dispositivos e tecnologias de rede; Conectividade através de enlaces sem fio de baixa largura de banda; Desconexões freqüentes por períodos de tempo indefinidos. Estas condições severas possuem grande impacto no projeto de aplicações voltadas à computação móvel e motivaram o desenvolvimento de novos modelos de computação. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

4 Funcionalidades Atribuídas ao Dispositivo Móvel Dispositivo móvel como terminal burro (Thin Client Model) Poucos recursos Não confiável (roubo, acidentes, etc...) Dispositivo móvel incorpora o máximo de funcionalidades possível Redes sem fio lentas e não confiáveis Modelos que permitem um ajuste da funcionalidade: adaptação dinâmica Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

5 Modelo Cliente/Servidor Simples Em alguns casos, funcionalidade e dados são distribuídos em vários servidores; Em muitos casos, o servidor é replicado em diferentes máquinas para aumentar a disponibilidade / tolerância a falhas / escalabilidade; Nem o cliente nem o servidor são cientes da mobilidade do cliente; O meio sem fio é transparente devido à camada de enlace ou de rede (IP móvel). Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

6 Modelo Cliente/Servidor Simples O cliente pode observar tempos de resposta lentos e imprevisíveis, especialmente quando grandes volumes de dados são transmitidos em resposta a solicitações; Algoritmos de invalidação de cache no cliente normalmente dependem de disponibilidade contínua do mesmo; Em algumas extensões, os papéis de cliente e servidor são mais flexíveis. Por exemplo: clientes emulando servidores para suportar desconexões; Comunicações via RPC síncrona são inadequadas já que o cliente fica bloqueado em caso de desconexão; Várias propostas para o uso de RPCs assíncronas existem na literatura; Técnicas comuns para suportar operações desconectadas e baixa conectividade: enfileiramento, filtragem e compressão de RPCs. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

7 Cliente / Agente (Proxy) / Servidor Um agente ou proxy representa o cliente na rede fixa; Alivia a pobre largura de banda e baixa confiabilidade de enlaces sem fio, mantendo a presença do cliente na rede fixa; Protocolos diferentes podem ser utilizados em cada parte da interação; Adequado para clientes leves. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

8 Funcionalidades do Agente Enfileiramento da comunicação entre o cliente e o agente; Assumir responsabilidades em favor do cliente. Por exemplo: realizar requisições complexas, retornando apenas o resultado final; Cache; Compressão e transformação de dados. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

9 Papel do Agente 1 Toda comunicação de/para o cliente móvel passa pelo agente; 2 O agente é vinculado a um serviço específico. Um cliente móvel pode estar associado a vários agentes. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

10 Cliente / Agente (Proxy) / Servidor: Desvantagens Em caso de desconexão, o cliente móvel não consegue continuar operando; É necessário a modificação do código de aplicações legadas na sua parte cliente. Para o servidor, a abordagem é transparente; Otimizações de transferência de dados ocorrem apenas no sentido servidor cliente; A programação do agente envolve o conhecimento do hardware e software básico dos dispositivos móveis. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

11 Cliente / Interceptação / Servidor Os agentes cliente e servidor trabalham em conjunto para: Realizar otimizações que reduzem os dados transmitidos através do enlace sem fio; Aumentar a disponibilidade dos dados; Não interromper a computação no dispositivo móvel; Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

12 Cliente / Interceptação / Servidor A aplicação cliente enxerga o agente cliente como um servidor co-residente; A aplicação servidora enxerga o agente servidor como um cliente localizado na rede fixa. A interceptação é transparente tanto ao cliente quanto ao servidor; Portanto, o par de agentes pode ser empregado com qualquer aplicação; Possui maior flexibilidade para lidar com desconexões; Mais adequado para clientes móveis com bom poder de processamento e armazenamento. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

13 Cliente / Interceptação / Servidor: Desvantagens Necessidade de desenvolver os dois agentes para cada classe de aplicação (sistema de arquivos, banco de dados, acesso a Web, etc). Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

14 Ponto-a-Ponto Não há distinção entre clientes e servidores; Cada lado possui toda funcionalidade tanto cliente quanto servidor; Modelo somente apropriado para clientes poderosos (heavy-weight); Para lidar com desconexões e baixa conectividade, um agente interceptador servidor pode ser utilizado no dispositivo móvel. Adequado para algumas aplicações como trabalho cooperativo usando dispositivos móveis: Em C/S, as atualizações não podem ser trocadas diretamente; C/S impõe maior custo de comunicação caso o servidor esteja longe dos clientes; Em C/S, desconexões com servidor impedem interações. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

15 Agentes Móveis São processos enviados a partir de um computador de origem para realizar uma tarefa específica; Estende o paradigma de comunicação RPC: cada AM possui seus próprios dados e estado de execução; O AM procede de forma autônoma e independente de quem o enviou. Um ambiente de execução de agentes existe nos nós que os recebem; Um AM pode migrar de um nó para outro; Ao completar sua tarefa, o AM entrega os resultados ao cliente de origem ou a outro servidor; Maior obstáculo: segurança. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

16 Agentes Móveis Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

17 Aspectos Chave da Tecnologia de Agentes Móveis 1 Habilidade de interagir e cooperar com outros agentes; 2 Autonomia: execução independente do cliente que o enviou; 3 Interoperabilidade: executa em diversas plataformas; 4 Reatividade: resposta a eventos externos; 5 Mobilidade. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

18 Motivação para uso de Agentes Móveis Método eficiente e assíncrono de busca de informações; Suporte a conectividade intermitente, redes lentas e dispositivos leves; Suporte a desconexões; Pode ser utilizado em conjunto com o modelo C/S e suas extensões. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

19 Um Exemplo: Navegando na Web A Web A Web é baseada nos seguintes protocolos: HTML (HyperText Markup Language) Representação da informação HTTP (HyperText Transport Protocol) Transporte de informações entre clientes e servidores. Browser Responsável por enviar as requisições do usuário ao servidor apropriado; Formata e apresenta dados HTML retornados ao cliente. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

20 Um Exemplo: Navegando na Web Ineficiências do Protocolo HTTP Estabelecimento de conexão: Cada requisição à uma página HTML ou objeto gráfico requer que o browser abra um socket TCP/IP Redundância na transmissão de capacidades: Protocolo HTTP não guarda estado Browser deve re-enviar suas capacidades a cada requisição ( bytes) Protocolo prolixo (verbose) Informações de controle são codificadas em ASCII e incluem palavras para compreensão humana. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

21 Um Exemplo: Navegando na Web Modelos para Computação sem Fio na Web Clientes poderosos: agente interceptador do lado cliente: permite a adição de otimizações sem modificação do browser; Modelo ponto-a-ponto: quando uma aplicação específica requerer um servidor Web no dispositivo móvel; Agentes móveis: adicionam flexibilidade e permitem busca de informações complexas. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

22 Um Exemplo: Navegando na Web Cliente / Agente / Servidor Um agente ou proxy é instanciado para representar o cliente na rede fixa; O agente pode servir múltiplos clientes móveis; O agente realiza otimizações visando: Reduzir a carga de trabalho no cliente ou servidor Minimizar os custos de comunicação. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

23 Um Exemplo: Navegando na Web Funcionalidades do Agente Caching; Pre-fetching; Aliviar a carga do cliente realizando procedimentos como compor documentos Web a partir de múltiplas URLs; Aplicar filtros. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

24 Um Exemplo: Navegando na Web Cliente / Interceptador / Servidor : funcionalidades lado cliente Compressão dirigida pelo cliente; Redução do protocolo: minimização da quantidade de conexões TCP/IP através da multiplexação de requisições; Caching: o par de agentes pode cooperar para transmitir apenas as diferenças entre versões de objetos mantidos na cache cliente. Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

25 Leituras Recomendadas Leituras Recomendadas Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26

26 Leituras Recomendadas Leituras Recomendadas Data Management for Mobile Computing Evaggelia Pitoura and George Samaras Cap 2: Software Architectures Kluwer Academic Publisher, Client-server computing in mobile enviroments Jin Jing, Abdelsalam Helal, and Ahmed Elmagarmid ACM Computing Surveys, 31(2), June Huosel, B. C. and Lindquist, D. B. WebExpress: A system for optimizing Web browsing in a wireless environment 2nd Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MOBICOM 96) New York, NY, Francisco Silva (UFMA/LSD) Computação Móvel 16 de setembro de / 26