Pervasividade no Contexto dos Dispositivos de Borda

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1 UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PELOTAS ESCOLA DE INFORMÁTICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM INFORMÁTICA Pervasividade no Contexto dos Dispositivos de Borda por Eduardo da Silva Möller Trabalho Individual I TI-2006/2-05 Orientador: Co-orientador: Prof. Dr. Maurício Lima Pilla Prof. Dr. Adenauer Corrêa Yamin Pelotas, dezembro de 2006

2 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por me dar força dia após dia ao longo desta caminhada. A minha família, em especial ao meu pai pela força e colaboração nesta jornada. A minha futura esposa Fabiana pela compreensão e carinho nos momentos de stress. Aos meus amigos e colegas da UFPel pelo apoio na realização deste trabalho, em especial ao meu chefe Lúcio e ao Diretor do Centro de Informática da UFPel e colega de mestrado João Ladislau. A todos os meus colegas de mestrado pelo apoio nos momentos difíceis em especial: Rosaura, Conrado, Rogério e Vanessa. A todo o corpo docente em especial ao Prof. Dr. Adenauer C. Yamin pelo incentivo e apoio. Ao Prof. Dr. Maurício L. Pilla pela competência e empenho na orientação desta dissertação e pela confiança depositada em mim. E por fim, a todas as pessoas de forma direta ou indireta, que contribuíram para a realização deste trabalho.

3 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS RESUMO RESUMO INTRODUÇÃO Motivação Contexto e Histórico Objetivos Organização do Texto COMPUTAÇÃO PERVASIVA Evolução e Definições Computação em Grade Computação com Consciência de Contexto Computação Móvel Computação Pervasiva Computação Ubíqua Alguns Dispositivos Computacionais Móveis Active Badge System PDA (Personal Digital Assistants) Smart Cards Set-Top-Boxes Switch GPS (Global Positioning System) Sistema Galileu SmartPhone TECNOLOGIAS PARA A COMPUTAÇÃO PERVASIVA Redes de Sensores sem Fio (RSSFs) Wireless LAN ou WLAN (Wireless Local Area Network) Radio Frequency Identification - RFID Bluetooth Sensores

4 3.6 Infravermelho Laser APLICAÇÕES DA COMPUTAÇÃO PERVASIVA Projetos The Aware Home Research Initiative Medical Automation Research Center (MARC) Gator Tech Smart House EasyLiving Adaptive House Guia Turístico Dinâmico (DTG) Sistema CampusAware Sistema DUMMBO TeamSpace iroom (Interactive Room) eclass ou ClassRoom Lecture Browser Projeto Smart Car (Carro Inteligente) Projeto Comércio Pervasivo CONCLUSÃO REFERÊNCIAS

5 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Consolidação do cenário da Computação Pervasiva Figura 2.2 Relação entre as computações Figura 2.3 Exemplos de dispositivos Active Badges Figura 2.4 Dispositivos PARCTab Figura 2.5 Interligação de redes através de um Switch Figura 2.6 GPS (Sistema de Posicionamento Global) Figura 2.7 SmartPhone Figura 3.1 Redes de sensores sem fio deverão se tornar cada vez mais disponíveis nas mais diferentes aplicações Figura 3.2 Tipos de rede sem fio de comunicação de dados Figura 3.3 Configuração da Bluetooth Figura 3.4 LAN sem fio Figura 3.5 Relação entre hosts em LANs e a sub-rede Figura 3.6 Um fluxo de pacotes indo do transmissor até o receptor Figura 3.7 Rede de Infraestrutura Figura 3.8 Rede Ad-hoc Figura 3.9 Compartilhamento de banda larga Figura 3.10 Antena wi-fi Figura 3.11 RFID VeriChipTM Figura 3.12 Piconets simples e multi-slave e um scatternet formada de três piconets 33 Figura 4.1 Vista frontal da casa Figura 4.2 Porta retrato Figura 4.3 Adaptive house - Colorado Figura 4.4 Dispositivo móvel, com dados sobre a localização do usuário (a) e interface web com o mapa do campus (b) Figura 4.5 Sistema DUMMBO Figura 4.6 Visão da sala iterativa - iroom Figura 4.7 Sala de aula com lousas eletrônicas, projetores e suporte de multimídia e um hiperdocumento Web gerado automaticamente a partir do material apresentado em aula Figura 4.8 Lecture Browser Figura 4.9 Smart Car (Automóvel inteligente) Figura 4.10 Mobile-Commerce (m-commerce) Figura 4.11 Electronical Commerce (e-commerce)

6 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CPU ACHE ADSL BT-WPAN DTG DUMMBO EUA FDDI GPS HTML IBM ICC ICMC LAN LASER MAC MANET MARC MCS MP3 OSI P2P PA PC PCI Unidade Central de Processamento Adaptive Control of Home Environments Asynchronous Digital Subscriber Loop Bluetooth Wireless Personal Area Network Guia Turístico Dinâmico Dynamic, Ubiquitous, Mobile Meeting Board Estados Unidos da América Fiber Distributed Data Interface Sistema de Posicionamento Global Hyper Text Markup Language International Business Machines Integrated Circuit Cards Instituto de Ciências de Matemática e Computação Local Area Network Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Media Acess Control Mobile Ad-Hoc Network Medical Automation Research Center Master Control Station Formato de audio Open Systems Interconection Peer-to-Peer Computing Acess Point Computador pessoal Peripheral Component Interface

7 PCMCIA PDA RFID RSSF UI USDoD USP WEB WLAN XML Personal Computer Memory Card Interface Adapter Personal Digital Assistent Radio Frequency Identification Redes de Sensores Sem Fio User Interface Departamento de defesa dos Estados Unidos da América Universidade de São Paulo World Wide Web Wireless Local Area Network Extended Modeling Language

8 RESUMO Com o crescente desenvolvimento de novas tecnologias de Computação Móvel, a miniaturização de dispositivos, o aumento da capacidade de processamento e armazenamento de informações observadas nos últimos anos, a computação e os diversos tipos de dispositivos computacionais estão cada vez mais presentes no dia-a-dia. Uma nova área que surge desse cenário é a Computação Pervasiva. Ao contrário dos sistemas desktop tradicionais, nesse novo paradigma os sistemas computacionais estão em contato com o usuário em qualquer lugar, a qualquer momento. Dentro da Computação Pervasiva, os problemas da mobilidade de hardware, em relação à Computação Distribuída, desperta especial interesse da comunidade científica. Este trabalho propõe o estudo da Pervasividade no contexto dos Dispositivos de Borda. Neste sentido, o aspecto principal da sua contribuição é evidenciar os problemas relativos à mobilidade de hardware. Neste trabalho, serão discutidas tecnologias como redes sem fio e sensores. Além das tecnologias, também serão abordadas algumas aplicações relacionadas à Computação Pervasiva, relacionando projetos como Smart House (Casas Inteligentes), Smart Car (Carros Inteligentes) e Sistemas de classes e reuniões. O objetivo deste texto é dar uma visão geral das questões envolvidas relativas à Computação Pervasiva, suas tecnologias e as aplicações que estão sendo desenvolvidas nesta área que está sendo pesquisada. Palavras-chave: Computação Pervasiva, Computação Móvel.

9 TITLE: PERVASIVE COMPUTING IN THE CONTEXT OF BORDER DEVICES RESUMO With the increasing development of new technologies for mobile computation, the miniaturization of devices, the increase of processing capacity and storage observed during recent years, the computation and the diverse types of computational devices are found in our daily routine. A new area that appears of this scene is the Pervasive Computing. In contrast with the traditional desktop computers, pervasive systems are in contact with the user in any place, at any time. Inside of the Pervasive Computing, problems such as hardware mobility are of special interest for the scientific community. This work studies Pervasive Computing in the context of edge devices. The main aspect of its contribution is to put in evidence issues regarding hardware mobility. Technologies such as wireless networks and sensors are presented. Besides, some applications related to the Pervasiva Computation are also discussed, such as Smart House, Smart Car, and systems for classrooms and meetings. The objective of this work is to produce a general view of issues related to Pervasive Computing, technologies, and applications that are being developed in this area. Palavras-chave: Pervasive Computing, Mobile Computing.

10 10 1 INTRODUÇÃO 1.1 Motivação Com o surgimento de novas tecnologias de rádio e processadores cada vez mais rápidos e tamanho reduzido o termo pervasivo vem se tornando cada vez mais forte. Essa tendência pode ser definida como a criação de um ambiente físico onde o foco é o ser humano, ou a tarefa que ele deseja realizar, permitindo que os usuários tenham um acesso imediato e universal há novos serviços, de forma transparente, que visam aumentar as potencialidades humanas. A Computação Pervasiva onde os recursos da computação estariam onipresentes na vida diária dos usuários e que seriam conectados com a finalidade de fornecer informação ou serviços a todos os usuários que solicitassem em qualquer lugar e momento. A maioria dos projetos se preocupa com a aplicação da tecnologia e com isso priorizam o termo Computação Pervasiva, um exemplo disso é a IBM. Os termos Computação Pervasiva, Computação Ubíqua e Computação Móvel são, muitas vezes, utilizados como sinônimos por muitos grupos de pesquisa, entretanto, os conceitos são diferentes. A Computação Ubíqua integra mobilidade em larga escala com a funcionalidade da Computação Pervasiva. O potencial de aplicações da Computação Ubíqua é limitado apenas pela imaginação com a conexão, monitoramento e coordenação de dispositivos localizados em casas, edifícios e carros inteligentes, através de redes sem fio locais e de longa distância com alta largura de banda. Pesquisas em Computação Ubíqua, estão sendo realizadas por pesquisadores do mundo todo com os seguintes tópicos: Protótipos de rede que provêm acesso básico a qualquer tipo de dispositivo sem fio, suporte à mobilidade na rede, de forma transparente, segurança, tratamento de contexto, otimização de espaço de armazenamento, largura de banda e uso de energia; A formatação, compressão, entrega e apresentação de conteúdo multimídia que se adaptam as diferentes condições de largura de banda e de recursos de dispositivos; Adaptação da aplicação e da apresentação multimídia aos dispositivos do usuário etc. Através da evolução dessas novas tecnologias está provocando mudanças significativas no relacionamento entre as pessoas e, conseqüentemente, nas suas relações com

11 11 o ambiente de trabalho. O conhecimento é móvel por natureza e dispõe de meios para exercer sua função. A sociedade atual está evoluindo para a mobilidade da informação. São muitos os motivos que levam a projetar um ambiente Computacional Móvel ou Pervasivo. Deve-se, em primeiro lugar que nem todas as pessoas que necessitam do computador estejam presentes em um escritório. Vendedores são exemplos de trabalhadores com alta mobilidade e necessita acessar bases de dados remotas para executar diversas operações: como emissão de pedidos, requisição de mercadorias, etc... Mesmo os habituais usuários de computadores de um escritório podem passar por momentos em que tiverem dificuldades no acesso ao escritório, como em viagens, cursos, congressos e outros. Com isso surgem os dispositivos computacionais móveis como os computadores portáteis e PDAs que são equipamentos que contribuem para que a Computação Pervasiva possa ser efetivamente aplicada como uma realidade na área da informática e na vida de todos os usuários. Neste sentido, podemos enumerar diversas vantagens que um sistema móvel pode oferecer: (i) comodidade e conforto para a utilização em qualquer ambiente, (ii) flexibilidade para utilização em diversas aplicações que exijam movimento e (iii) disponibilidade independente da localização do usuário. 1.2 Contexto e Histórico Atualmente, vários benefícios foram obtidos através da difusão dos sistemas computacionais, tais como mobilidade, velocidade e comodidade. Porém, esses benefícios têm seu custo. Na maioria das vezes, as pessoas são obrigadas a mudar de hábitos e métodos a fim de se adaptarem à onipresença do computador, ou seja, à ubiqüidade (WEISER, 1991). Segundo ele, as facilidades computacionais devem ser incorporadas aos ambientes a fim de auxiliar as atividades humanas mudando minimamente a forma como tais atividades são realizadas. Em sua visão em 1991, Weiser previa para um futuro bem próximo a proliferação de dispositivos computacionais ubíquos de diversos tamanhos: pequenos e pessoais (inchscale), de médio porte (foot-scale) e grandes e de uso coletivo (yard-scale). De fato, isso acabou acontecendo: dispositivos pessoais de pequeno e médio porte tais como PDAs, tablets digitais e laptops tornaram-se comuns no final da década de 90. Da mesma forma dispositivos maiores, tais como lousas eletrônicas, passaram a fazer parte de ambientes de uso comum, tais como salas de reuniões, salas de aula e laboratórios. Um outro aspecto importante colocado por Weiser que também se confirmou é dado pelas novas aplicações computacionais que surgiram para explorar o uso desses novos dispositivos. O desenvolvimento de tais aplicações está diretamente associado a três temas, que atualmente são os principais focos de pesquisa na área da Computação Pervasiva, (i) interfaces naturais, (ii) computação ciente de contexto e (iii) captura e acesso de atividades humanas, (ABOWD; MYNATT, 2000). À medida que ambientes pervasivos tornam-se uma realidade e a computação não intrusiva passa a fazer parte da vida das pessoas, uma nova questão torna-se relevante que é a dimensão temporal das interações humanas. Essa questão fez surgir um novo tema que se associa aos três anteriormente citados: a computação no cotidiano (everyday computing), segundo a qual se faz necessário prover disponibilidade de serviço vinte quatro horas por dia, sete dias por semana, de forma a auxiliar computacionalmente atividades informais e não estruturadas

12 12 comuns no dia-a-dia das pessoas. Nos últimos cinqüenta anos da computação nas eras do mainframe e do computador pessoal. Para eles, a Internet e a difusão da computação distribuída estão conduzindo para o paradigma da computação pervasiva. A era do mainframe é caracterizada por muitas pessoas compartilhando um único e raro recurso computacional. Na era da computação pessoal, essa relação muda para um computador para cada pessoa. A Internet e a difusão da computação distribuída representam uma fase de transição, agregando componentes das eras do mainframe e da computação pessoal através do uso massivo do modelo cliente-servidor, em que os computadores pessoais são os clientes Web e os mainframes, os servidores Web. Essa transição conduz a uma terceira era: a da Computação Pervasiva, com vários computadores disponíveis para cada pessoa. Esses computadores estariam embutidos em praticamente tudo (nas paredes, na mobília, em nossas roupas, etc...) e, principalmente, estariam interligados à Internet, formando, assim, uma gigantesca rede e possibilitando as mais diversas formas de utilização, (WEISER; BROWN, 1997). 1.3 Objetivos O presente trabalho tem por objetivo principal estudar um novo paradigma computacional, a Computação Pervasiva, focando no contexto dos dispositivos de borda. Este trabalho tem como objetivos específicos: Fazer um levantamento dos tipos de dispositivos computacionais móveis existentes no mercado; Executar um estudo dos problemas existentes com relação à funcionalidade dos dispositivos móveis em um ambiente pervasivo. 1.4 Organização do Texto O texto está organizado da seguinte forma. No Capítulo 2, são abordadas as definições e evoluções, relacionadas ao paradigma da Computação Pervasiva. Já no Capítulo 3 são descritas algumas tecnologias que surgiram referentes a este paradigma. No Capítulo 4, são abordadas aplicações que se referem à Computação Pervasiva.

13 13 2 COMPUTAÇÃO PERVASIVA 2.1 Evolução e Definições De acordo com Yamin, a Computação Pervasiva é a evolução da computação em rede, quando confrontada com aspectos de heterogeneidade elevada, mobilidade, disponibilidade de dados e serviços e adaptação ao contexto, (YAMIN, 2004), Figura 2.1. Os aspectos como a elevada heterogeneidade onde existem vários tipos de equipamentos, ou seja, coexistência de vários tipos de PDAs, desktops, estações de alto desempenho, clusters, supercomputadores e outro. A mobilidade física do usuário e lógica dos softwares; a disponibilidade de serviços de dados, ou seja, acesso permanente a aplicações e dados independente de equipamento, lugar ou tempo; e por fim a adaptação ao contexto, ambiente de execução e aplicações. Figura 2.1: Consolidação do cenário da Computação Pervasiva (YAMIN, 2004) A área é de grande importância, com novos termos a serem tratados as computações: em grade, com consciência ao contexto, móvel, pervasiva e ubíqua e outros tantos que têm sido usados muitas vezes como sinônimos, embora sejam diferentes conceitualmente e empreguem diferentes idéias de organização e gerenciamento dos serviços computacionais. Com a evolução da área, esses mesmos conceitos com o passar do tempo vão sendo aperfeiçoados e compreendidos e suas definições são colocadas com uma maior clareza. A definição e diferenciação entre estes conceitos são mostradas a seguir:

14 2.1.1 Computação em Grade 14 A computação em grade introduz um novo conceito para infra-estruturas de tecnologia da informação, pois suporta uma computação distribuída sobre uma rede de recursos dispersos e heterogêneos, e trabalha para otimizar o uso de recursos disponíveis com vistas à redução de investimentos de capital. A infra-estrutura pode consistir-se de todos os recursos em rede, desde computadores e dispositivos de armazenamento de variados tipos de capacidade até base de dados. A próxima geração associa novas tecnologias à computação em grade, como Web, P2P e Computação Móvel, (YAMIN, 2004) Computação com Consciência de Contexto Foi inicialmente discutida por Schilit em que considera ser um software que se adapta de acordo com sua localização, coleção de pessoas e objetos próximos, bem como mudanças que ocorrem com os objetos durante determinado tempo (SCHILIT; THEIMER, 1994). Entretanto, a primeira pesquisa de investigação em computação com consciência de contexto foi apresentada no trabalho Olivetti Active Badge (WANT et al., 1992). Desde então, existem muitas tentativas para definir a computação com consciência de contexto. Segundo Dey consciência de contexto foi se tornando de certa forma, sinônimos com outros termos: adaptável, reativo, responsivo, localizado, sensível ao contexto e ambiente direcionado. Estas definições de consciência de contexto estão dentro de duas categorias: uso de contexto e adaptação de contexto, (DEY; ABOWD, 2000). As definições prévias para estabelecer aplicações com consciência de contexto não são adequadas. Por isso, define que um sistema é consciente de contexto quando ele usa o contexto para fornecer informações relevantes e/ou serviços para o usuário, (DEY, 2001) Computação Móvel Dependendo da área a computação móvel pode ser definida de diferentes formas: No caso do hardware, associamos ao termo da mobilidade física dos equipamentos como notebooks e laptops; No caso do software, chamamos de computação móvel quando um programa se move entre equipamentos ligados entre si, (CARDELLI, 2000). Neste caso a computação móvel pode começar sua execução em um nodo de uma rede e em certo ponto ser movida para um outro nodo da estrutura distribuída dando continuidade a sua execução. Assim a computação pode ser executada localmente em vários nodos, utilizando o máximo de processamento e recursos disponíveis na rede. A mobilidade de software traz também grandes vantagens para os usuários de dispositivos móveis. Um usuário de um dispositivo de pouco poder computacional pode enviar um programa para ser executado em uma rede e logo depois desconectar-se, reconectando novamente mais tarde para receber os resultados dessa computação Computação Pervasiva A Computação Pervasiva ocorre quando seu computador está colocado dentro de um ambiente de forma transparente para todos os usuários. Neste contexto, o computador tem a capacidade de acessar informações do ambiente no qual ele está inserido e as utiliza para construir dinamicamente modelos computacionais, ou seja, controla, configura

15 15 e ajusta a aplicação para melhor atender as necessidades do dispositivo ou usuário. A capacidade de detecção de outros dispositivos deve ser provida pelo ambiente dos dispositivos. Com isso, a partir da interação aparece a capacidade dos computadores atuarem de forma inteligente dentro do ambiente que estão inseridos no qual ocorre a movimentação, um ambiente cheio de sensores e serviços computacionais, (LYYTINEN; YOO, 2002) Computação Ubíqua Segundo Weiser, a Computação Ubíqua, promove facilidades computacionais que devem ser incorporadas ao ambiente a fim de auxiliar atividades humanas mudando minimamente a forma como tais atividades são realizadas. Essa forma transparente de integrar tecnologia às atividades diárias das pessoas foi denominada Computação Ubíqua, (WEISER, 1991). A computação ubíqua beneficia-se dos avanços da computação móvel e da computação pervasiva. A computação ubíqua surge da necessidade de se integrar mobilidade com a funcionalidade da computação pervasiva, ou seja, qualquer dispositivo computacional, enquanto em movimento com o usuário, pode construir, dinamicamente, modelos computacionais dos ambientes nos quais se movem e configurar seus serviços dependendo da necessidade, Figura 2.2. Figura 2.2: Relação entre as computações (LYYTINEN; YOO, 2002). De maneira geral o grau de embarcamento fornece o grau de inteligência dos computadores que estão inseridos dentro de um ambiente pervasivo, detectando, explorando e construindo dinamicamente vários modelos de seus ambientes. Tendo em vista todas as definições mencionadas previamente, o termo Computação Ubíqua será usado neste trabalho como uma junção da Computação Pervasiva e da Computação Móvel. A necessidade de se realizar esta diferenciação é importante pelo fato de que um dispositivo que está inserido dentro de um ambiente, não necessariamente móvel. O termo Computação Ubíqua é considerado como um alto grau de dispositivos embarcados da Computação Pervasiva juntamente com o alto grau de mobilidade da Computação Móvel. Marc Weiser, considerado o pai da Computação Ubíqua, vislumbrou há uma década atrás que, no futuro, os computadores habitariam os mais triviais objetos: etiquetas de roupas, xícaras de café, interruptores de luz, canetas, etc..., de forma invisível para o usuário. Neste mundo de Weiser, deve-se aprender a conviver com computadores e não apenas interagir com eles, (WEISER, 1991). A Computação Pervasiva proporciona ao usuário facilidades de acesso às informações e processamento, usando qualquer tipo de dispositivo computacional móvel, a qualquer momento e em qualquer lugar. Mark Weiser definiu como característica da Computação Pervasiva uma intercomunicação entre os computadores presentes em vários objetos (PDAs, PCs, laptops, celulares, geladeiras, etc.). A propagação dos computadores sugere além da disponibilidade de infra-estrutura

16 16 computacional, um novo paradigma inspirado pelo acesso constante à informação e às capacidades computacionais, (ABOWD; MYNATT, 2000). Weiser define: Computação Ubíqua, como os recursos de computação seriam onipresentes na vida diária e seriam conectados com o fim de fornecer a informação ou serviços que os usuários requerem em qualquer lugar e em qualquer tempo, (WEISER, 1991). O emprego do termo Computação Pervasiva ficou associado à IBM quando da edição intitulada Pervasive Computing do IBM System Journal(PERVASIVE Computing IBM System Journal, 1999), onde foi organizada uma digressão sobre os aspectos promissores da Computação Pervasiva, nesta mesma edição foi resgatada por Weiser, no artigo intitulado The origins of ubiquitous computing research at PARC in the late 1980s, a sua visionária proposta quanto ao futuro da computação, na qual recursos de computação onipresentes se ajustariam, de forma autônoma, para atender os usuários, (YAMIN, 2004). Conforme Weiser, um ambiente carregado de dispositivos de computação e comunicação vai interagir com o homem de forma tranqüila Calm Technology. O usuário não perceberá que estará interagindo com máquinas, o ambiente interage com ele de forma autônoma, interativa e relevante, (WEISER; BROWN, 1997). Embora esta proposta esteja ainda longe da realidade, vem sendo concretizada aos poucos, através da disponibilização de novas tecnologias como PDAs, SmartPhones, Palms e outros e também a consolidação de padrões para redes sem fio como o bluetooth e o IEEE , (YAMIN, 2004). O objetivo da Computação Pervasiva é criar Ambientes Inteligentes (salas de aula, residências, escritório, hospitais, automóveis, etc...) onde, os dispositivos em redes, embebidos no ambiente forneça conexão discreta e diversos todo o tempo, melhorando assim a experiência do homem e a qualidade de vida sem conhecimento explícito sobre as comunicações e as tecnologias de computação. A informação caracteriza a situação de uma entidade, no caso, pessoa, lugar e objeto que é importante para o usuário e a aplicação. Segundo Villate em um futuro próximo, os dispositivos que hoje nos cercam serão enriquecidos de novas facilidades de uso, necessitarão pouca manutenção, serão leves e portáteis, e terão capacidades ilimitadas em termos de tamanho, poder de consumo e conectividade intermitente, (VILLATE; ILLARRAMEND; PITOURA, 2002). 2.2 Alguns Dispositivos Computacionais Móveis A Computação Pervasiva está presente em diversos domínios de aplicação com intuito de auxiliar usuários em suas atividades cotidianas, através de vários dispositivos computacionais móveis. Um exemplo de dispositivos de localização de usuários é o Active Badge e o PARCTab que oferecem a possibilidade de transferências de ligações telefônicas e atualizações automáticas de mapas com informações de localização de usuários Active Badge System É um sistema desenvolvido nos laboratórios da Olivetti Research Labs para localizar e identificar pessoas e objetos dentro da área onde é instalado. O sistema apresenta como componentes principais: Active Badge: dispositivos que transmite sinais infravermelhos, cada um associado a uma pessoa ou objeto a localizar, que permite ao portador mover-se dentro da área controlada pelo sistema, Figura 2.3;

17 17 Figura 2.3: Exemplos de dispositivos Active Badges (WANT et al., 1992). Sensores: dispositivos receptores de raios infravermelhos associados a uma localização, normalmente espalhados por setores de um recinto fechado, como salas e corredores de um prédio. Cada indivíduo com seu Active Badge transmitem um sinal infravermelho, que consiste em um código de identificação único desse dispositivo que é detectado pelos sensores. Esta informação é enviada pela rede e associada com a informação contida em uma base de dados para posterior processamento. Esse sistema pode ser também utilizado para controle de acesso a áreas de segurança, controle de dispositivos de forma automática (ex: redirecionamento de chamadas telefônicas), auxiliar em emergências médicas e controle de visitantes. A Computação Pervasiva surgiu nos laboratórios do Palo Alto Research Center (PARC), da Xerox, sendo os projetos lá desenvolvidos concentrados em três classes de dispositivos: Liveboard: É a idéia de um quadro-negro eletrônico. Consiste em um telão sensível ao toque, que grava os dados que são escritos através de uma caneta eletrônica. Pad: Tem o mesmo tamanho que um notebook e possui caneta eletrônica e um microfone embutido. Usa comunicação por rádio e infravermelho. Foi projetado para permanecer fixo nos ambientes. Não é um dispositivo portátil. Tab: Pequeno dispositivo portátil de entrada de informação, com tela sensível ao toque, e conectividade constante. O sistema assume que a unidade está sempre conectada a uma infra-estrutura de rede. Utiliza o infravermelho como tecnologia de comunicação sem fio. É ligado automaticamente quando começa a ser usado e desligado quando o usuário fica sem interagir. O dispositivo é simétrico, podendo ser configurado para o uso em qualquer uma das mãos. Por estarem interconectados, os tabs poderão ir além das funcionalidades de simples calculadoras ou agendas eletrônicas, podendo ser usados por exemplo como crachás eletrônicos. O PARCTab, por sua vez, é um protótipo de pesquisa desenvolvido pela Xerox Parc com o objetivo de explorar o potencial e o impacto de computadores móveis em um ambiente de escritório. O sistema PARCTab consiste de um dispositivo portátil do tamanho de um Palm com potencial de comunicação sem fio, através de transceptores infravermelho, com aplicações em estações de trabalho.

18 18 O projeto do sistema PARCTab foi encaminhado pelos seguintes princípios (WANT et al., 1995): Alta portabilidade: o dispositivo foi projetado para ser transportado e usado o tempo todo. Seu tamanho, peso e capacidades de hardware são adequados para promover computação casual, atendendo necessidades instantâneas de serviço, como a impressão de documento na impressora mais próxima do local onde está o usuário do dispositivo, por exemplo; Conectividade constante: o sistema assume que o dispositivo está sempre conectado à infra-estrutura de rede; Relatório de localização: o software do sistema sempre sabe onde está cada dispositivo PARCTab. O PARCTab tem um conjunto de fontes para textos, funções que enviam imagens para sua tela, geram sons e permitem interação com canetas sobre sua tela, Figura 2.4. Figura 2.4: Dispositivos PARCTab (ADAMS et al., 1993) PDA (Personal Digital Assistants) São handhelds (dispositivos de mão) criados com o objetivo de serem organizadores pessoais. Seus usuários podem facilmente manter e consultar dados pessoais em qualquer lugar e a qualquer momento, pois os dispositivos têm tamanho bastante reduzido, cabem no bolso e podem ser operados na plama da mão. Informalmente, podemos interpretar esses dispositivos como sendo agendas eletrônicas evoluídas, onde há mais flexibilidade através da introdução da capacidade de processamento e programação, permitindo o desenvolvimento e uso de novos programas aplicativos, utilitários e entretenimento. São computadores de mão, mas devido ao tamanho bastante reduzido, esses dispositivos possuem capacidade de processamento, memória, armazenamento e E/S restritos. Outro inconveniente é a falta de conforto em sua utilização, pois geralmente esses dispositivos não dispõem de teclado (quando possuem é bastante reduzido) ou mouse, na

19 19 maioria deles a entrada de dados é feita através de uma caneta e um software de reconhecimento de escrita. A tela também é pequena (algumas poucas polegadas) e nem sempre possuem boa resolução e capacidade de cores. O problema de energia também é limitante, pois esses dispositivos não possuem muito espaço para baterias. Geralmente são usadas pilhas ou pequenas baterias recarregáveis, mas como os dispositivos são bastante limitados e são construídos para que haja o menor consumo de energia possível, possibilitam autonomia de horas ou até dias. Atualmente, os PDAs possuem capacidade razoável de processamento, E/S e comunicação em rede sem fio. Alguns agregam função multimídia, com capacidade de reproduzir áudio, vídeo e tirar fotos; possuem interfaces de rede sem fio embutida, como e bluetooth ou possibilidade de se conectar a cartões de expansão com essas funcionalidades ou capacidade de armazenamento adicional (FIGUEIREDO; NAKAMURA, 2003) Smart Cards É um cartão de plástico, semelhante a um cartão de crédito, com um microchip embutido na superfície. O conceito de Smart Card foi patenteado pelo Dr. Kumitaka Arimura no Japão em A história do Smart Cardcomeçou simultaneamente ao desenvolvimento da tecnologia de chips nos últimos 40 anos. Durante esse período, os cartões de identificação comuns (baseados em tarja magnética, código de barras, etc) evoluíram, dando lugar a uma nova classe: os ICCs (Integrated Circuit Cards - cartões com circuitos integrados). Em 1974, Roland Moreno na França arquivou a patente original de cartões com circuitos integrados, mas tarde generalizadamente intitulados Smart Cards. Também existem muitos tipos, qualquer Smart Card pode ser classificado quanto à forma de conexão com a leitora: por contato físico ou sem contato físico, (DUARTE, 2004). Por contato físico entende-se a inserção do cartão na leitora, onde os contatos dos terminais do cartão com os da leitura, permitem a troca de dados entre ambos. É importante salientar que todos os Smart Cards possuem terminais para este tipo de conexão. A segunda classe se refere aos cartões que não necessitam de contato físico com a leitora, o que indica que a conexão é feita através de ondas eletromagnéticas. A ausência do ato de inserção traz benefícios como economia de tempo e não desgaste dos terminais do cartão. Por serem muito mais baratos, os cartões por contato ainda são os mais utilizados, oferecendo um nível razoável de segurança e abrangendo uma ampla gama de aplicações. Os cartões por contatos são também chamados Memory Cards ou Cartões de Memória. Os Smart Cards que não fazem uso de contato físico são tipicamente microprocessadores cards ou cartões microprocessados. Embora não seja do escopo dos cartões de identificação, a modalidade de transmissão sem contato permite que o cartão propriamente dito seja apenas um portador do chip. Isto é, a presença do chip, em anéis, relógios, braceletes e tornozeleiras ainda não quebram o conceito Smart Card Set-Top-Boxes É um equipamento externo, o qual viabiliza que um televisor convencional possa apresentar programas de televisão emitidos com tecnologia digital. Hoje em dia esses

20 20 equipamentos já podem ser encontrados e comercializados em alguns países. Os componentes, físicos que constituem um set-top-box são: placa do sistema; sintonizador; modulador/demodulador; demultiplexador; decodificador; processador gráfico; unidade central de processamento, memória; disco; interfaces físicas. Ainda pode-se classificar os set-top-boxes em três categorias distintas: Broadcast TV, Enhanced TV e Advanced Services. Os set-top-boxes para difusão de TV (broadcast TV) são utilizados para os serviços tradicionais de TV, adicionado de um sistema pay-per-view e instrumentos muito básicos de navegação. Estes set-top-boxes não apresentam canal de retomo. No entanto, permitem a recepção de dados em formato digital. Também dispõem de uma quantidade limitada de memória, poucas portas de interface e uma capacidade de processamento limitada. No entanto, têm sido projetadas de forma a suportar alguns sistemas avançados, tais como o serviço de mensagens e o near-video-on-demand. O diferencial dos set-top-boxes da categoria Enhanced TV é incluir um canal de retomo. Os Enhanced set-top-boxes suportam comércio eletrônico, vídeo sob demanda, near-video-on-demand e um navegador para a Internet. A presença do canal de retomo possibilita comunicações por e por chat. Esses set-top-boxes têm uma capacidade de processamento e uma capacidade de memória dupla em relação aos set-top-boxes Broadcast TV. Os set-top-boxes de serviços avançados apresentam uma velocidade de processamento superior aos set-top-boxes Broadcast TV. As capacidades melhoradas deste tipo de set-top-boxes em conjugação com o canal de retomo de elevada velocidade permitem que este tipo de set-top-boxtenham acesso a uma variedade de serviços de Internet e interatividade. Este set-top-box pode vir com um disco rígido incorporado, (DIAS; LEITE; FILHO, 2006) Switch São dispositivos que filtram e encaminham pacotes entre segmentos de redes locais, operando na camada de enlace (camada 2) do modelo RM-OSI. Um switch funciona como um nó central de uma rede em estrela. Ele tem como função o chaveamento (ou comutação) entre as estações que desejam se comunicar, Figura 2.5. Figura 2.5: Interligação de redes através de um Switch (PINHEIRO, 2005). A partir do momento em que as estações estão ligadas a esse elemento central, no qual a implementação interna é desconhecida, mas a interface é coerente com as estações,