Comunicação Sem Fio e Computação Móvel: Tecnologias, Desafios e Oportunidades. Áreas de pesquisa. Motivação. Antonio A.F. Loureiro, UFMG.

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1 Comunicação Sem Fio e Computação Móvel: Tecnologias, Desafios e Oportunidades Antonio A.F. Loureiro, UFMG Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais loureiro@dcc.ufmg.br Áreas de pesquisa Diversos aspectos ligados a Computação móvel Redes de sensores Redes de computadores Redes de telecomunicações Sistemas de computação Sistemas distribuídos Existem diferentes tipos de tecnologias que implementam essas redes Várias oportunidades de pesquisa 2 Exemplo Motivação Computação móvel: Novo paradigma computacional que deve predominar cada vez mais no futuro Fatos: Já começa a estar presente na América do Norte, Europa e Japão E no Brasil? Iremos ter oportunidade de competir nesse mercado? Observação importante: A tecnologia não é suficiente É importante ter serviços e aplicações interessantes Serviços e aplicações são projetadas por pessoas e desenvolvidas por ferramentas que, na maior parte dos casos, não existem ou estão sendo projetadas atualmente Mais ainda, para desenvolver essas ferramentas e outras soluções de software não é necessário ter em larga escala as tecnologias de comunicação sem fio 4 6 Motivação Motivação 1

2 Motivação Sim, temos oportunidade de competir nesse segmento! Talvez seja a nossa única oportunidade! Logo, mãos a obra e agarrem as oportunidades! Motivação 1,000 Computação Móvel: Tendência Fixa Móvel Internet (Fixa + Móvel) (milhões) Computação Móvel: Tendência Perspectivas em Computação Móvel 9 Perspectivas em Computação Móvel Fatores que facilitam a utilização do paradigma móvel Perspectivas em Computação Móvel 10

3 Perguntas? O que é Computação Móvel? 14 Motivação Objetivos do minicurso: Apresentar algumas das tecnologias de comunicação sem fio e computação móvel Discutir desafios e oportunidades O que é computação móvel? Computação móvel: Definição Acesso a informação a qualquer lugar, a qualquer momento O que é computação móvel? 13 15

4 Acesso a qualquer lugar, a qualquer momento O que é computação móvel? Acesso a qualquer lugar, a qualquer momento O que é computação móvel? Acesso a qualquer lugar, a qualquer momento O que é computação móvel? Acesso a qualquer lugar, a qualquer momento O que é computação móvel? 17 19

5 O que você pode fazer a qualquer momento O que é computação móvel? Processamento g Dispositivo de processamento portátil e tipos variados g Pode ser levado para qualquer lugar Não deve depender de energia de tomada O que é computação móvel? Computação móvel: Uma definição mais técnica Processamento + Mobilidade Tripé + Comunicação sem fio O que é computação móvel? Mobilidade Não importa onde você esteja! Idealmente, na prática... O que é computação móvel? 21 23

6 Mobilidade ou A libertação do computador O que é computação móvel? Comunicação sem fio Existem vários tipos de redes sem fio: WLAN Wireless Local Area Network WWAN Wireless Wide Area Network WPAN Wireless Personal Area Network WSN Wireless Sensor Network MANET Mobile Ad Hoc Network Existem diferentes tipos de tecnologias que implementam essas redes: Wi-Fi, Bluetooth, 2.xG, 3G, IEEE 802.{11,15,16},... Redes com características diferentes O que é computação móvel? Comunicação sem fio O que é computação móvel? Dois termos relacionados Mobile Computing x Mobile Computation O que é computação móvel? 25 27

7 Mobile Computing Traduzido por Computação Móvel Diz respeito a: Dispositivos portáteis Com capacidade de processamento local E comunicação sem fio com outros dispositivos O que é computação móvel? Mobile Computation Exemplos: Applets em Java Migração de processos em sistemas operacionais distribuídos Pacotes que suportam migração de agentes O cenário mais amplo é aquele que suporta mobile computation num ambiente de mobile computing O que é computação móvel? Mobile Computation Traduzido também por Computação Móvel Diz respeito apenas à computação (processamento) que é móvel Atualmente, vários desses sistemas são baseados em agentes móveis O processamento móvel pode se dar numa rede fixa e/ou rede sem fio O que é computação móvel? Comentários Como tudo na vida, para se fazer bem, é necessário ter um bom conhecimento! Corolário: invista na sua formação (já era esperado) principalmente nesta área Procure acompanhar sites especializados da área que divulgam informações relacionadas Na minha página pessoal existe uma lista O que é computação móvel? 29 31

8 Comentários É um paradigma computacional que pode envolver todas as áreas de Ciência da Computação Corolário: aprecie o seu sabor; pode ser guloso e apreciar mais de um Pode envolver (e tipicamente envolve) mais de uma área O que é computação móvel? Comentários Oportunidades em Mobile Computing e Mobile Computation: tendem a ser distintas no entanto, podem ser usadas de forma complementar O que é computação móvel? Comentários A combinação de dispositivo (processamento) perfil de mobilidade rede de comunicação sem fio é parte determinante no sucesso de uma solução adequada em computação móvel O que é computação móvel? Comentários Oportunidades em Mobile Computing: Algumas discutidas neste curso Oportunidades em Mobile Computation: Veja trabalhos relacionados com agentes móveis O que é computação móvel? 33 35

9 Comentários Oportunidades conjuntas em Mobile Computing e Mobile Computation: Alguma idéia? Possível estratégia: Pense em situações/locais em que pessoas vão/gostariam de estar temporariamente/ permanentemente esperando um evento e/ou executar uma ação e exista/possa existir uma infra-estrutura de CSF Projete uma aplicação/serviço quando a pessoa está nessa situação/ local Exemplos? O que é computação móvel? Mobilidade x Comunicação Observações importantes Existem oportunidades em todos os quadrantes Em particular, na parte de CSF, móvel ou não Hoje, talvez mais na parte fixa Por que? Sem Mobilidade Com Mobilidade Comunicação Com Fio Rede Tradicional Laptop numa LAN estrangeira Comunicação Sem Fio Rede Local Sem Fio Computação Móvel O que é computação móvel? Mobilidade x Comunicação Comunicação Com Fio Comunicação Sem Fio Sem Mobilidade Rede Tradicional Rede Local Sem Fio Com Mobilidade Laptop numa LAN estrangeira Computação Móvel O que é computação móvel? Perspectivas em Computação Móvel 37 39

10 Computação Móvel: Tendência Perspectivas em Computação Móvel Computação Móvel: Tendência Japan Latin America North America Asia Pacific Europe, Mid. East & Africa 41 (millions) 1,000 Computação Móvel: Tendência Fixa Móvel Internet (Fixa + Móvel) Perspectivas em Computação Móvel (milhões) Perspectivas em Computação Móvel Computação Móvel: Tendência Perspectivas em Computação Móvel 43

11 Fatores que facilitam a utilização do paradigma móvel Perspectivas em Computação Móvel Tecnologia da Informação x Serviços e Aplicações Computação Móvel: Tendência? O que vocês acham? Perspectivas em Computação Móvel TI é realmente importante? Artigo polêmico: IT Doesn t Matter, Harvard Business Review, Maio de 2003 e seu comentário na Info Online TI x Serviços/Aplicações 45 47

12 TI é realmente importante? Na visão do autor, TI se tornou um fator de produção como outro qualquer Custo obrigatório que não garante vantagem competitiva TI passou a ser um lugar comum Soluções tecnológicas que dão vantagem competitiva, como American Airlines com o sistema de reservas Sabre FedExpress com o acompanhamento online das encomendas Mobil Oil com seu sistema de pagamento automático são cada vez mais improváveis São exceções que comprovariam a regra da comoditização de TI TI x Serviços/Aplicações TI é realmente importante? Conclusão do autor: A maioria das companhias investe demais em TI e tem muito pouco em retorno Comentários: Posição polêmica TI é o meio e não o fim em si Usuários de TI esperam utilizar aplicações e serviços TI x Serviços/Aplicações TI é realmente importante? O principal risco não é investir pouco, é gastar demais Dell e Wal-Mart como exemplo de empresas espertas em TI, que não fazem experiências com tecnologia de ponta, esperando que padrões e as melhores práticas se solidifiquem. Autor menciona uma pesquisa da consultoria Alinean que comparou os resultados financeiros com os gastos em TI de 7500 grandes empresas americanas As 25 companhias top investiram 0,8% de seu faturamento em TI, contra 3,7% das outras empresas TI x Serviços/Aplicações TI é realmente importante? Em computação móvel: A própria tecnologia ainda não é dominada, já que tem estado em freqüente evolução Desenvolver aplicações e serviços para essa área impõe novos desafios Comentários: Que desafios? Que aplicações e serviços? TI x Serviços/Aplicações 49 51

13 Internet HTML JavaScript HTTP TLS - SSL TCP/IP UDP/IP O caso WAP O Caso WAP Internet x WAP Wireless Application Environment (WAE) Other Services and Applications Session Layer (WSP) Transaction Layer (WTP) Security Layer (WTLS) Transport Layer (WDP) Bearers: SMS USSD CSD IS-136 CDMA CDPD PDC-P Etc WAP Forum Consórcio estabelecido em 1997 com mais de 90 empresas (IBM, Microsoft, Intel, HP, Lucent, Nokia...) Tentativa de estabelecer um padrão de facto para a computação móvel Estão presentes: Operadoras Fabricantes de dispositivos móveis Empresas de software Empresas responsáveis pela infra-estrutura O caso WAP Killer Applications previstas para o padrão WAP Serviços baseados em localização Relatórios de tráfego em tempo real Recomendação de eventos, restaurantes, etc Serviços personalizados O caso WAP 53 55

14 Killer Applications previstas para o padrão WAP Soluções corporativas Acesso a correio eletrônico Acesso a banco de dados Intranet global Atualização de informações enviada para dispositivos WAP O caso WAP Killer Applications previstas para o padrão WAP Jogos e entretenimento Jogos online, em tempo real e com vários jogadores Horóscopos, dicas, etc M-Commerce Compras interativas Ofertas e vendas baseadas em localização O caso WAP Killer Applications previstas para o padrão WAP Serviços financeiros Bancários Pagamento de contas Mercado de ações Transferências de fundos Serviços de viagem Reservas Mudanças O caso WAP Perspectivas em 1999/2000 Motorola anuncia que todos os seus telefones irão ter WAP até o final de 2000 Ao final de 2002, mais pessoas terão acesso a Internet via comunicação sem fio que conexões tradicionais (IDC, May 2000) Pesquisa Yankelovich diz que 70% de 1000 respondentes irão usar comunicação sem fio para O caso WAP 57 59

15 Perspectivas do WAP em 1999/2000 Reino Unido Anúncio de leilão através de telefones WAP França (Paris) Schlumberger & Webraska desenvolvem aplicação para disponibilizar informação de estacionamento em tempo real Jogos em tempo real via WAP oferecidos pela Digital Bridges O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 Sure, your company is on the Web, but is it WAPed? ABC News is. So are Yahoo and Bloomberg. These companies are early movers in what will soon be a stampede of Web content providers wanting to make sure their information remains intelligible when squeezed onto the small screens of mobile phones, PDAs and other wireless devices. A sua empresa está na Web, mas é WAPed? ABC News, Yahoo and Bloomberg são. Estas empresas estão entre as primeiras que proveêm conteúdo e desejam que a informação seja disponibilizada de forma apropriada em telas pequenas de telefones móveis, PDAs e outros dispositivos sem fio. Computerworld, Dezembro 1999 O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 Serviços WAP: Começaram com as empresas testando produtos de terceiros Janeiro de 2000: Empresa independente contratada para fazer teste Março de 2000: Lançado o certificado WAP 1.1 O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 O caso WAP Newsweek, 17 de Janeiro de

16 Perspectivas do WAP em 1999/2000 Webheads are now able to safely stay connected when they re away from their keyboards and they can thank something called the Wireless Application Protocol, or WAP. That s the wireless industry s technology for bridging the small-screen world of cell phones and the content-rich Net. Webheads podem agora ficar conectados de forma segura quando estiverem longe de seus terminais e isso graças ao WAP. Essa é a tecnologia da indústria sem fio para interconectar o mundo dos dispositivos pequenos a rede tradicional. Newsweek, 17 de Janeiro de 2000 O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 More than 52 million WAP handsets and other devices will be available in the United States by Mais de 52 milhões de aparelhos WAP serão usados nos EUA em 2004 The Yankee Group O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 The WAP protocols are network-independent it doesn't matter if you have a GSM, CDMA or TDMA phone; it doesn't matter if you're in the analog 800 MHz, digital 800 MHz or digital 1.9 GHz bands; nor does it matter where in the world you are. O pradrão WAP é independente da rede não importa se você tem um celular GSM, CDMA ou TDMA; não importa se você usa um celular analógico, digital (.8 ou 1.9 GHz), nem importa onde no mundo você se encontra. Etown.com, Janeiro 2000 O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 At present, few deliverable commercial products on the market support WAP. However, there will be many announcements during 2000 with commercial products appearing in quantity by mid-year. Atualmente, poucos produtos comerciais no mercado suportam WAP. No entanto, haverão muitos anúncios em 2000 com novos produtos comerciais WAP aparecendo em quantidade a partir do meio do ano. EMC s Insight Report on WAP O caso WAP 65 67

17 Perspectivas do WAP em 1999/2000 If 1999 saw the introduction of some very early WAP offerings, the year 2000 will be a confluence of a ton of these devices. Se 1999 viu a introdução de alguns produtos WAP, no ano de 2000 irá aparecer uma tonelada desses dispositivos. Bob Egan, GartnerGroup O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 Established Web sites need to prepare for the Wireless Application Protocol (WAP), the emerging standard for wireless access from a cellular phone. For any company that has a consumer-based Web site (where) consumers get any kind of information, it definitely makes sense to make this Web site WAP-friendly. Sites Web existentes precisam se preparar para o WAP, o padrão emergente para acesso sem fio através de um celular. Para qualquer empresa que tem um site onde consumidores podem obter informações, faz sentido desenvolver o servidor de tal forma a suportar o padrão WAP. Elliott Hamilton, The Strategis Group O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 WAP services on the Internet will grow from a few hundred today to thousands within the next six months. The next three months will bring more enterprise-ready services such as , contact synchronization and scheduling. Serviços WAP na Internet irão crescer de umas poucas centenas hoje para milhares nos próximos seis meses. Nos próximos três meses irão aparecer mais serviços para organizações como , sincronização e escalonamento. David Hayden, Mobile Insights O caso WAP Perspectivas do WAP em 1999/2000 I think 2000 will be the year for WAP. Initially, services such as banking, stock quotes and even trading, traffic information, news, and are expected to be among the standard offerings from WAP portal providers. Eu acho que 2000 será o ano para o WAP. Serviços de banco, cotações da bolsa e mesmo negociação, informação de tráfego, notícias, e devem estar entre as ofertas através de portais WAP. Declan Lonergan, Strategy Analytics O caso WAP 69 71

18 Comentários O que deu errado? Expectativas não se concretizaram principalmente do ponto de vista dos usuários leigos Inexistência de serviços adequados Por que deu errado? Propaganda enganosa Falta de planejamento para desenvolvimento de serviços interessantes Preço do serviço e dispositivo Era possível prever isso? Bom, depois que passa... O caso WAP Computação Móvel: Formas de uso Como usaremos os dispositivos portáteis? Que aplicações serão úteis? Pontos extremamente importantes Perspectivas em Computação Móvel Perspectivas em Computação Móvel Computação Móvel: Formas de uso Que tipo de interface irá predominar? Teremos ambientes parecidos aos PCs? Perspectivas em Computação Móvel 73 75

19 Computação Móvel: Formas de uso Pessoas diferentes em situações diferentes possivelmente terão necessidades diferentes Turista em Paris ou Roma Turista em Belém ou Rio de Janeiro Turista no Pantanal Vendedor em São Paulo Estudante em Belo Horizonte Uma solução não é adequada para todos os cenários Perspectivas em Computação Móvel 76 Os quatro paradigmas da computação Fonte: Networked computing in the 1990s. L.G. Tesler, Scientific American, 265(3):54-61, Sept Perspectivas em Computação Móvel Batch Time- Sharing Desktop Network Decade 1960s 1970s 1980s 1990s Technology Medium scale integration Large scale integration Very large scale Ultra large scale Location Computer room Terminal room Desktop Mobile Users Experts Specialists Individuals Groups User Status Subservience Dependence Independence Freedom Data Alphanumeric Text Fonts, Graphs Script, Voice Objective Calculate Access Present Communic ate User Activity Punch & try (submit) Remember & type (interact) See & point (drive) Ask & tell (delegate) Operation Process Edit Layout Orchestrate Interconnect Peripherals Terminals Desktops Palmtops Applications Custom Standard Generic Component Languages Cobol, Fortran PL/I, Basic Pascal, C Object Oriented s 78 Comentários Pessoas diferentes em situações diferentes possivelmente terão necessidades diferentes Turistas em... Que características devem ser consideradas no desenvolvimento de aplicações para computação móvel? Perspectivas em Computação Móvel Visão de aplicações em computação móvel Perspectivas em Computação Móvel 77 79

20 What will the Internet be like 20 years from now? Visão do Vinton Cerf apresentada na TIME Latin American Edition 18 de junho de 2000 Perspectivas em Computação Móvel... Teremos dispositivos computacionais com mútiplas funções Um nome interessante para esse dispositivo seria WIDGET... Perspectivas em Computação Móvel Internet se tornará ubíqua Os acessos serão feitos através de enlaces de alta velocidade e baixa potência Diferentes dispositivos computacionais terão Internet embutida e conversarão entre si... Perspectivas em Computação Móvel... Em 2020, possivelmente teremos mais coisas online ( aparelhos, veículos, prédios, etc) que pessoas Dispostivos programáveis serão tão baratos que serão embutidos em caixas, etc... Perspectivas em Computação Móvel 81 83

21 Destaques do artigo Computação ubíqüa Possivelmente baseada numa infraestruturacelular e satélite Redes móveis ad-hoc Internet embutida Perspectivas em Computação Móvel Exemplos de interação entre CM e outras áreas Projeto de: Interfaces (IHM) Software (Engenharia de Software) Circuitos Integrados Sistemas Operacionais Compiladores/Geração de código Bancos de Dados Protocolos de Comunicação Aplicações, etc que levem em consideração restrições e características desse paradigma Perspectivas em Computação Móvel Computação Móvel e outras áreas da Ciência da Computação Computação Móvel define um novo paradigma computacional Nova forma de utilizar recursos computacionais através de dispositivos portáteis Ao contrário de paradigmas anteriores a Computação Móvel interage com todas as áreas de Ciência da Computação O mínimo que se deve fazer é verificar se a solução existente pode ser aplicada à Computação Móvel Perspectivas em Computação Móvel Desenvolvendo Aplicações e Serviços para CM 85 87

22 Desenvolvendo aplicações e serviços para CM Solução tradicional : Empresa disponibiliza versão de uma aplicação a partir da versão/site disponível para a rede fixa Exemplo de aplicações típicas dessa solução: Informações de vôos e bolsa de valores Correio eletrônico Agenda eletrônica Possivelmente, usuário terá que executar mais de uma aplicação seqüencialmente, lembrando e/ou cortando/colando dados de uma aplicação para outra Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Leonardo marca o evento na sua agenda eletrônica para às 16:15 permitindo, assim, tempo para avaliar a situação antes de sair Nesse dia, Leonardo não está no escritório e precisa de algumas informações: Acesso a sua agenda eletrônica Informação do vôo Condições de tráfego Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Leonardo combinou com Giselle de buscá-la no aeroporto Giselle enviou uma mensagem eletrônica para Leonardo com informações sobre o seu vôo, que foram armazenadas na agenda eletrônica do Leonardo O vôo está marcado para chegar às 17:21 da próxima quarta-feira e, normalmente, Leonardo gasta 45 min para ir de seu local de trabalho até o aeroporto Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio O que Leonardo deve fazer às 16:15: 1. Receber uma notificação de sua agenda eletrônica sobre essa entrada 2. Guardar informações sobre companhia aérea, vôo e horário, que podem ser anotadas no PDA 3. Acessar o servidor Web do aeroporto ou da companhia aérea para saber informações sobre o vôo (este passo, provavelmente, irá exigir alguma navegação) 4. Navegar pela página de informção do vôo informando número do vôo, data, etc Desenvolvendo S&A em CM 89 91

23 Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio O que Leonardo deve fazer às 16:15 (cont.): 5. Verificar se o vôo está no horário ou não 6. Se o vôo não estiver no horário, estimar quando os passos 1 a 5 serão repetidos 7. Acessar o servidor Web de informação de tráfego (este passo, provavelmente, irá exigir alguma navegação) 8. Determinar a hora em que ele terá que ir para o aeroporto Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Seja um projeto dessa aplicação, que usa uma abordagem baseada em tarefa Suponha que exista um serviço agregador de conteúdo de informação de vôo usando essa abordagem Neste caso, após Leonardo combinar com Giselle de buscá-la no aeroporto, ele contacta o serviço agregador e passa a informação sobre o vôo Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Todos os passos, exceto o 1, exigem atenção da pessoa que está usando o dispositivo Se a pessoa estivesse usando um desktop, poderia fazer tarefas típicas desse ambiente Num handheld é pouco provável que a pessoa vá executar mais de uma aplicação simultaneamente e sua atenção deve ser maior para a tarefa sendo executada Desenvolvendo S&A em CM Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Nova versão: 1. O serviço monitora o status do vôo da Giselle 2. Se o vôo está atrasado, Leonardo é notificado 3. O serviço monitora a localização do Leonardo na cidade e o tempo esperado para chegar ao aeroporto baseado nas condições de tráfego daquele momento onde se encontra 4. Leonardo recebe uma notificação de quando ele precisa ir para o aeroporto baseado nas informações do vôo e tráfego 5. A notificação pode ser feita enviando uma mensagem para o PDA ou através de SMS (Short Message Service) Desenvolvendo S&A em CM 93 95

24 Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio Segunda solução mais fácil para o usuário Serviço funciona como seu assistente A primeira solução é uma minituarização de uma aplicação para o ambiente de CM, feita a partir de uma versão da rede fixa Trata o ambiente móvel e a tecnologia associada como um subconjunto do ambiente tradicional Não é o caso esperado em CM Desenvolvendo S&A em CM Estratégia para desenvolver uma aplicação para CM Identifique uma aplicação num dispositivo móvel relacionada, por exemplo, com: Agenda eletrônica ou escalonamento de tarefas; Localização física do usuário e/ou do servidor; Perfil do usuário, dado um cenário (compras, deslocamento, viagem, entretenimento, etc)... que seja possível fazer deduções a partir do contexto do usuário Killer application Desenvolvendo S&A em CM Características do paradigma móvel O dispositivo móvel está sempre com o usuário e sempre/quase sempre ligado Não é comum um computador desktop ficar com o usuário Um laptop tende a ser ligado e conectado apenas quando o usuário está parado Outros dispositivos como PDA e celulares tendem a ficar ligados sempre Desenvolvendo S&A em CM Características do paradigma móvel Lado fixo da aplicação deve ter como foco enviar informações relacionadas com o contexto e com a atividade que está sendo executada Contexto e atividade podem assumir diferentes aspectos como localização física do usuário, condições físicas de comunicação, características físicas do dispositivo portátil, e prioridade para acessar/ter um dado Desenvolvendo S&A em CM 97 99

25 Características do paradigma móvel Tecnologias de CSF, como Bluetooth, são capazes de criar redes pessoais sem que o usuário perceba que isso está ocorrendo Obviamente, o usuário de um dispositivo móvel com Bluetooth deve programar o seu dispositivo para que isso ocorra da forma desejada Desenvolvendo S&A em CM Comentários Novos/atuais processos de engenharia de software devem ser definidos/reavaliados Algumas ferramentas identificadas: Disponibilização de conteúdo de forma apropriada para o ambiente de CSF Ferramentas para agregração de conteúdo Serviços baseados na localização Atividades baseadas na localização Desenvolvendo S&A em CM Características do paradigma móvel Tecnologia push é possivelmente a forma de comunicação mais apropriada para comunicar com o usuário Pode ser feita em janelas de tempo mais apropriadas de: comunicação (quando o canal experimenta uma qualidade melhor), e atenção do usuário (que pode estar voltada para outra atividade) Desenvolvendo S&A em CM Tecnologias de Comunicação Sem Fio

26 Bluetooth: Motivação inicial i-mode e WAP Bluetooth: piconets e scatternets

27 Bluetooth: Modelos de uso Bluetooth na viagem Você chega ao aeroporto e existe uma longa fila para fazer o check-in Usando o seu PDA, você apresenta um bilhete eletrônico e automaticamente seleciona o assento Exemplo de utilização: Bluetooth no escritório Você chega no escritório e coloca sua pasta na mesa, perto do seu computador pessoal PC Enquanto isso, seu PDA sincroniza automaticamente as atividades executadas no assistente com seu PC e transfere arquivos, s e outras informações Exemplo de utilização: Bluetooth na viagem A sala de embarque possui interfaces Internet via Bluetooth Você e outros passageiros usam dispositivos portáteis, como laptops, PDAs, celulares com Bluetooth, para acessar o escritório, etc, através do servidor da empresa ou para fazer chamadas telefônicas

28 Objetivos do padrão Bluetooh Prover comunicação sem fio entre pequenos dispositivos móveis Mercado alvo: laptop, PDA, telefone e outros dispositivos Mercado representado pelas empresas que formaram o consórcio: Intel, 3COM, Ericsson, IBM, Motorola, Nokia, Toshiba, e +2 mil outras empresas Objetivos do padrão Bluetooh Tecnologia deve ser segura (suporta autorização, autenticação e criptografia) Custo deve ser, no futuro, em torno de US$5 Deve conectar diferentes dispositivos, num total de sete simultâneos, a uma taxa de +1Mbps por piconet (nova versão) Deve permitir a existência de centenas de piconets vizinhas Objetivos do padrão Bluetooh Não compete com as WLANs existentes WLAN: projetada para conectar eficientemente grupos de usuários Bluetooth: projetado para conectar dispositivos portáteis usando uma conexão pessoal privativa Substitui cabos usados na comunicação entre periféricos Objetivos do padrão Bluetooh Deve suportar voz e dados Deve consumir pouca energia Deve ser implementado de forma compacta para suportar os dispositivos portáteis nos quais serão integrados Tecnologia projetada para ser global Empresas se comprometem a não cobrar royalties no desenvolvimento da tecnologia

29 RFID Radio Frequency Identification Etiqueta RFIP é formada por um microchip conectado a uma antena e possui um identificador único Existem diferentes tipos de etiquetas Custo depende da etiqueta Classificação das etiquetas RFID: Ativas, passivas ou semi-passivas Leitura-escrita ou somente de leitura IEEE RFID IEEE b (Wi-Fi)

30 IEEE a Dispositivos móveis celulares 1G Transmissão de dados analógia (AMPS) Taxa: 9600 bps 2G Transmissão de dados digital (TDMA, CDMA, GSM) Taxa: a bps Objetivo é suportar o padrão WAP 2.5G Disponibilizar aplicações pré 3G Algumas tecnologias de CSF IEEE Celulares 2G CDMA Hedy Lamarr e George Antheil propuseram o CDMA Os padrões CDMA e GSM devem ser/serão usados também no padrão 3G

31 Celulares 2G GSM Nokia Communicator Celulares 2.5G Solução intermediária para os celulares de terceira geração Baseados em protocolos como o GPRS (General Packet Radio Service) que permitirão velocidades de até 150 kbps Celulares 2G WAP Motorola L+ Series Ericsson R320 Nokia 7110 Alcatel One Touch View NeoPoint 1000 outros Mercado está crescendo e em expansão Motorola anunciou que a partir de 2000 os seus celulares teriam WAP Celulares 3G Objetivo: Transmissão de dados multimídia Taxas: 140 kbps a mais de 120 km/h 400s kbps a menos de 120 km/h 2000s kbps parado, 10 km/h

32 Protótipos de celulares 3G Nokia Terminal Concept I Terminal Concept II Terminal Concept III 128 Serviços previstos para os sistemas 3G Vídeo sob demanda Acesso a dados multimídia Acesso à Internet Execução de aplicações diversas Interoperabilidade entre ambientes (com e sem fio) num ambiente possivelmente mundial 130 Outros protótipos de celulares 3G Ericsson Communicator Plataform Motorola Concept Handheld Siemens SX45 Axess Telefones celulares e Infra-estrutura

33 Comunicação 4G Eliminação de comutação por circuito Transmissão de dados multimídia em redes baseadas em pacotes Tudo sobre IP Serviços previstos: Localização inteligente de serviços Siga-me Disseminação de informação push-based Algumas tecnologias de CSF 3G/4G Telefonia celular 3G e 4G Depois de várias tentativas ligando para seu celular

34 Suporte às tecnologias de CSF IP Móvel Internet Home agent Foreign agent Registration Request Home link Home agent Internet Foreign link Foreign Agent Registration Reply 136 Dispositivos Usados em Computação Móvel 138 Suporte às tecnologias de CSF IP Móvel Foreign agent care-of address Home agent Internet Foreign agent Collocated care-of address Home agent Internet Foreign agent Dispositivos computacionais Existem vários, mas os seguintes segmentos podem ser identificados: Laptop, palmtop PDAs (Personal Digital Assistants) Telefones celulares Sensores Segmentos com características diferentes Dispositivos usados em CM

35 Características desses segmentos Laptop CPU PC Energia Memória PC Tela E/S padrão inexistente horas PDA Celular Sensor +lenta +lenta ++lenta PC PC «PC 10 a 15 cm Até 10 cm padrão limitada só o sensor dias dias meses Dispositivos usados em CM O tamanho do dispositivo é importante Dispositivos usados em CM Dispositivos usados em CM Dispositivos usados em CM O tamanho do dispositivo é importante Segmento: Laptops, Palmtops

36 Segmento: PDAs Humor: Palmtop com fio Dispositivos usados em CM PDAs Dispositivos usados em CM Dispositivos usados em CM Dispositivos usados em CM PDAs PDAs

37 PDA Industriais Referência: Características: 240x320mm (display), WindowsCE, CPU 150MHz, 32 MB (RAM) + 14 MB (ROM), RS232, IrDA, bateria (15 hs) Dispositivos usados em CM PDA PalmVII Veja Ref: Agosto 2002 Dispositivos usados em CM PDAs industriais Referência: Características: 186x134mm, 700g, ¼ VGA display, a prova de poeira e água, RS232, bateria (14 hs), WinCE, 16 MB + 8 MB Flash Dispositivos usados em CM PDA PalmVII Cobertura do estado de NY Dispositivos usados em CM

38 Tendência? Dispositivos usados em CM Tendência: PDA e Celular Combo Software: PalmOS Kyocera QCP 6035: SmartPhone, Palm OS, CDMA, accesso Web e Palm handheld Dispositivos usados em CM Samsung SPH-I300: CDMA/analógico, Palm handheld, acesso Web, além de outros acessórios para telefone Tendência: PDA e Celular Combo Dispositivos usados em CM HP Jornada 928 WDA Pocket PC Phone Edition Sendo Z100 Stinger 153 PDA e Celular Combo Permite digitar a partir de uma agenda Envio de SMS Acesso a Internet com modem sem fio Handspring VisorPhone Interface 155

39 Rede de Sensores sem Fio Composta por nós compactos e autônomos, denominados Nós Sensores ou simplesmente sensores Os Sensores são equipados por um ou mais elementos que possuem a capacidade de capturar (input) dados sobre um ou vários fenômenos que ocorrem em uma área do ambiente físico pré-definida. Rede de Sensores sem Fio Rede de Sensores Sem Fio devem se tornar cada vez mais disponíveis nas mais diferentes aplicações Rede de Sensores sem Fio A tecnologia atual de RSSF permite a percepção de parâmetros como: temperatura pressão Imagens Presença umidade campo eletromagnético Luminosidade Infravermelho estresse mecânico composição do solo agentes químicos Deslocamento Umidade áudio Desafio principal: Aspecto dinâmico do sistema O mundo físico é dinâmico Condições de operação Disponibilidade de recursos Sistema (dispositivos + aplicações +...) devem ser capazes de adaptar automaticamente às condições do ambiente Muitos dispositivos para fazer configuração manual Condições do ambiente não previsíveis Em muitos sistemas não é possível ter um operador 157

40 Outros desafios O projeto é fortemente dependente da aplicação Energia é uma restrição fortíssima Pré-configuração e conhecimento global do sistema, em geral, não é possível Problemas específicos: Roteamento: Rede é centrada nos dados Processamento de funções como agregação de dados feito dentro da rede RSSFs x Redes Tradicionais Quantidade de nós (sensores) pode variar mas tendência é que tenham, atualmente, até 105 a 106 elementos distribuídos Têm restrições de energia Devem possuir mecanismos de auto-configuração e adaptação Falhas de comunicação Perda de nós Energia Mudança do algoritmo de operação Objetivos de Rede sem fio x RSSFs Objetivo das outras redes sem fio prover alta QoS e alta largura de banda na presença de mobilidade Objetivo das redes sem fio de sensores longevidade realizar os objetivos propostos pela aplicação RSSFs x Redes Tradicionais Tende a ser autônoma Rede tem um objetivo comum: Nós possuem um alto grau de cooperação Algoritmos distribuídos tradicionais devem ser revistos Possuem outros desafios provenientes de outras áreas

41 Outros segmentos: Pager Dispositivos usados em CM Critérios a considerar no projeto de aplicações A tecnologia irá fornecer novas capacidades/ funcionalidades? A tecnologia irá melhorar a produtividade? A tecnologia irá melhorar a eficiência? A tecnologia irá melhorar a qualidade? O uso da tecnologia irá afetar os custos? Desenvolvimento de Aplicações e Serviços RFID Veja mais informações sobre casos em RFID Knowledgebase

42 RFID: Componentes Tag Interrogator Aplicação Onde estão as oportunidades? Aplicação Middleware Middleware para SDs fixos Middleware Orientado a Objetos e Baseado em Componentes Middleware Orientado a Mensagens Middleware Orientado a Transações Middleware O que é um middleware? Camada de software entre sistema operacional/rede e aplicações distribuídas Por que é importante um middleware? Fornece suporte à comunicação Gerencia a complexidade/heterogeneidade inerentes aos ambientes distribuídos Plataformas de HW/SH e LPs Provê uma abstração aos programadores, de forma que a comunicação seja transparente Concorrência, replicação, falhas, mobilidade e localização de entidades provedoras de serviços Middleware orientado a objetos e baseado em componentes Provê comunicação entre objetos distribuídos: Objeto-cliente requisita execução de uma operação a um objeto-servidor que pode residir em outro host Comunicação síncrona

43 Middleware orientado a mensagens Provê a comunicação entre componentes distribuídos através do uso de mensagens: Componente-cliente envia a um componenteservidor uma mensagem contendo a requisição da execução de um serviço e seus parâmetros Componente-servidor responde com uma mensagem contendo o resultado da execução Comunicação assíncrona Middleware para sistemas móveis distribuídos: Requisitos Carga computacional baixa: Dispositivos possuem recursos escassos Prover comunicação assíncrona: Dispositivos tipicamente apresentam conexões intermitentes à rede Prover informações sobre contexto: Sistemas móveis executam em contextos muitos dinâmicos, tornando-se difícil prever todas as situações a priori Middleware orientado a transações Usado principalmente em arquiteturas em que os componentes são aplicações de banco de dados Provê transações envolvendo componentes que executam em hosts distribuídos Componente-cliente agrupa várias operações em uma transação que é enviada ao componente-servidor Comunicação síncrona ou assíncrona Middleware para sistemas móveis distribuídos Middlewares para sistemas fixos são inadequados aos ambientes móveis Razões: Características do ambiente de comunicação sem fio Características das aplicações que executam nesses ambientes

44 Middleware para sistemas móveis distribuídos Middlewares para sistemas fixos são inadequados aos ambientes móveis: Middlewares orientados a objetos: Carga computacional alta Forma síncrona de requisição de objetos Princípio da transparência: sem conhecimento do contexto Middleware para sistemas móveis distribuídos Soluções de middleware para sistemas móveis podem ser agrupadas em três categorias principais: Middleware reflexivo Middleware baseado em espaço de tuplas Middleware para aplicações/serviços específicos Middleware para sistemas móveis distribuídos Middlewares orientados a mensagens: Dispositivos com abundância de recursos (e.g. memória para armazenar filas de mensagens) Transparência: mensagens manipuladas transparentemente pelo middleware Middlewares orientados a transações: Carga computacional alta: utilização do protocolo twophase-commit Princípio da transparência Middleware reflexivo orientado a objetos Reflexão: Permite que um sistema seja capaz de inspecionar e alterar seu comportamento durante a execução usando regras estabelecidas Acompanha a dinamicidade dos ambientes móveis Exemplos: OpenCorba, OpenOBR, DynamicTAO

45 Middleware baseado em espaço de tuplas Tupla: elemento básico São manipuladas através de primitivas como write, read e take Provê assincronismo entre processos comunicantes: Inserção e leitura de tuplas em momentos diferentes Sistemas de espaços de tuplas dificultam o conhecimento do contexto Exemplos: Lime etspaces Voltando às aplicações para RFID: Transporte Narita Airport, baggage tags, Japan Trials have been carried out at Japan's Narita Airport in Tokyo, to test the use of RFID technology in enabling "hands-free" airline travel Air Canada, tracking trolleys, Canada Air Canada found that it was losing millions of dollars annually in catering, maintenance and warehouse trolley costs. Even after it had conducted a global search for its trolleys, it found there Middlewares para aplicações/ serviços específicos Criados para aplicações específicas: Normalmente lidam com um determinado problema referente à mobilidade Implementação rígida: Falta de flexibilidade compensada pelo ganho na eficiência Exemplos: Nexus e Odyssey Voltando às aplicações para RFID: Agropecuária Animal temperature, USA Digital Angel has produced a microchip called Bio- Thermo which can monitor the health of an animal. Tiny sensors can detect the animal temperature, the surrounding environmental temperature and... Cattle in Australia Australia already has a National Livestock Identification System (NLIS), developed by Meat and Livestock Australia in collaboration with Safemeat, a government and industry initiative. RFID tags are used to track

46 Voltando às aplicações para RFID: Objetos Star City Casino, wardrobe tracking, Australia Star City Casino in Sydney, Australia, is a huge entertainment complex, comprising a 24-hour gaming floor, shops, apartments and sports facilities. The company has a wardrobe inventory numbering... Voltando às aplicações para RFID: Objetos FIFA, World Cup 2006 tickets, Germany Organizers of the world's largest sporting event, the FIFA World Cup, are planning to use RFID technology to expedite ticketing and to counter ticketing fraud at the 2006 tournament in Germany Voltando às aplicações para RFID: Objetos DaimlerChrysler AG, car parts, Germany Automobile manufacturer DaimlerChrysler AG has 104 manufacturing plants in 37 countries. The company currently uses RFID technology to enhance its production line procedures Comentários sobre estas aplicações para RFID Apesar de serem baseadas em RFID podem usar tipos diferentes de etiqueta Aplicações diferentes com requisitos diferentes Será que tudo é resolvido pela aplicação? Possivelmente não! Será necessário usar um middleware

47 Comentários sobre estas aplicações para RFID Será que o middleware será o mesmo para todas as aplicações? Possivelmente não Onde estão as oportunidades? Desenvolvimento de aplicações (ad hoc) Desenvolvimento de aplicações para um dado segmento usando ferramentas Desenvolvimento de um middleware (ad hoc) Desenvolvimento de middlewares para um dado segmento usando ferramentas Usabilidade Critérios: Esquema de interação. Como o usuário deve interagir, regras de navegação e fluxo de informação. Mapa de serviço, e Guias de estilo interface de usuário Comentários genéricos As mesmas observações podem ser feitas para outras aplicações e serviços Usabilidade: Diferentes tipos de interfaces

48 Projeto considerando adaptação Desenvolvimento de aplicações e serviços Aplicações e serviços para CM são projetadas para: arquiteturas específicas usando componentes não-reutilizáveis Portabilidade de aplicações e serviços é, em geral, um processo custoso Conhecimentos técnicos para trabalhar em Computação Móvel Java, J2ME (Java 2 Micro Edition), e linguagens scripts associadas como JavaScript XML (extensible Markup Language) e linguagens derivadas Protocolos de CSF Processo de desenvolvimento de software considerando características do ambiente móvel e princípios de usabilidade Plataformas de hardware e software existentes para dispositivos móveis como PalmOS, WindowsCE, e PocketPC da MS Ferramentas para o desenvolvimento de aplicações e serviços Objetivo: Facilitar o desenvolvimento de aplicações para os diversos dispositivos móveis e que possam atender às várias formas de aplicações Seja capaz de expressar e tratar os requisitos de aplicações e serviços A definição de aplicações independente de dispositivos não é algo novo No entanto, é difícil de obter na prática

49 Requisitos de uma ferramenta de desenvolvimento para CM Capacidade de descrever aplicações independente do dispositivo móvel que será utilizado Inserção de código Plataforma aberta Sincronização de aplicações Suporte a diferentes protocolos de CSF Importação de dados LBS Location Based Service Permitem que usuários móveis utilizem serviços baseados na sua posição ou localização geográfica Talvez um dos serviços mais importantes em CM Por que? Requisitos de uma ferramenta de desenvolvimento para CM Extensibilidade Verificação da aplicação Depuração de aplicações Permitir recursos de internacionalização Curva de aprendizado aceitável Serviços baseados na informação de localização

50 Aplicação automotiva Um novo tipo de LBS: Whereware Location Computing A computação a ser executada depende de onde a pessoa se encontra Envolve aspectos pessoais (personalização) Usuário deve ter um perfil Passo inicial para computação ubíqüa Sistemas via voz Idéia: Usar a voz como interface em dispositivos portáteis Observações: Nem sempre é a melhor interface Padrões: VoiceXML JSML Sistemas de voz

51 M-Commerce Internet Refrigerator Está sempre ligada Que novas aplicações? tech_info/tech_info_07.html Internet Refrigerator Por que alguém conectaria uma geladeira à Internet? Inovação baseada em aspectos digitais Comunicação: Internet Telefone (VoIP) Entretenimento TV Digital Dispostivos móveis Informação Auxiliar do cozinheiro(a) Gerente da geladeira work/sr_i27dtl.html

52 Três mudanças fundamentais em Business 1. Transações B2C, B2B, C2C e G2C serão possivelmente self-service digital transactions 2. Serviço que um cliente obtém se tornará a principal função de valor em cada negócio 3. As necessidades dos clientes devem forçar as empresas a adotarem processos digitais Conclusões Imenso potencial para aplicar e usar o paradigma de computação móvel Atividades humanas podem se beneficiar dessa tecnologia Premissa básica: Não adianta existir uma tecnologia interessante e de grande potencial se não existirem aplicações e serviços interessantes Conclusões Conclusões A Internet móvel do futuro será baseada num modelo centrado em comunicação de dados Essa nova Internet irá evoluir para suportar tanto as aplicações e serviços tradicionais bem como novas aplicações e serviços que tragam facilidades aos usuários móveis O aumento do uso da CSF fará com que novos dispositivos, aplicações e serviços sejam projetados, sejam eles de finalidade geral ou orientados a um segmento específico

53 Conclusões Paradigma traz novos desafios Aplicações e serviços devem ser disponibilizados de forma consistente em redes e dispositivos diferentes O projeto de aplicações e serviços para as novas infra-estruturas de CSF é o grande desafio para o sucesso desse novo paradigma computacional Possivelmente onde haverão grandes oportunidades para o país competir no mercado internacional 212 Comunicação Sem Fio e Computação Móvel: Tecnologias, Desafios e Oportunidades Antonio A.F. Loureiro, UFMG Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais loureiro@dcc.ufmg.br 213