MoCA: Uma Arquitetura para o Desenvolvimento de Aplicações Sensíveis ao Contexto para Dispositivos Móveis. Vagner Sacramento vagner@lac.inf.puc-rio.
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- Sebastião Belém Alcaide
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1 MoCA: Uma Arquitetura para o Desenvolvimento de Aplicações Sensíveis ao Contexto para Dispositivos Móveis Vagner Sacramento vagner@lac.inf.puc-rio.br Desenvolvida no: Laboratory for Advanced Collaboration PUC Rio, Brazil Motivação Um desafio para a computação móvel distribuída é dispor de aplicações capazes de perceber e explorar as características dinâmicas do ambiente em que estão inseridas Para isso é fundamental a existência de uma infraestrutura que permita a essas aplicações tirar proveito dessas características e adaptar seu comportamento de acordo com o contexto percebido
2 Visão Geral Servidor da Aplicação Servidor da Aplicação MoCA Serviços de de Provisão de de Contexto Cliente1 Cliente2 Cliente3 MoCA (Mobile Collaboration Architecture) é uma arquitetura que oferece suporte ao desenvolvimento de aplicações distribuídas sensíveis ao contexto que envolvem dispositivos móveis interconectados através de redes sem-fio infra-estruturadas Visão Geral Os serviços disponibilizados pela MoCA provêem meios para coletar, armazenar e processar informações de contexto computacional dos dispositivos e da rede sem fio Além disso, MoCA engloba um conjunto de API's para o desenvolvimento de aplicações que interagem com esses serviços como consumidores de informações de contexto.
3 Infra-estrutura da MoCA MMS COPS SRM OptServ DS CIS LIS CS Core Services Server API Proxy FW Legend DS - Discovery Service Application CS - Configuration Service CIS - Context Information Service LIS - Location Inference Service M - Monitor M Client API Visão Geral Rede fixa Rede sem-fio
4 Visão Geral Rede fixa Rede sem-fio Visão Geral - Monitor CIS Rede fixa Rede sem-fio Monitor coleta e divulga as informações de contexto do dispositivo e da rede sem fio
5 Visão Geral - Monitor Daemon executando em um dispositivo móvel; Periodicamente coleta e envia para o CIS as informações do contexto computacional do dispositivo móvel, por exemplo: Força do sinal recebida de todos APs que estão no seu raio de cobertura; Uso da CPU, memória e energia disponível; Endereço MAC, IP e Ponto de Acesso corrente; Tipo de dispositivo; Outros... Além do envio periódico, o monitor notifica o CIS sobre qualquer mudança do endereço IP ou AP corrente do dispositivo (por exemplo, roaming) Visão Geral - Monitor
6 Visão Geral - CIS CIS Rede fixa Rede sem-fio Monitor Recebe, armazena e processa as informações de contexto Aplicações clientes podem fazer consultas síncronas e assíncronas Aplicações se registram informando o mac-addr do dispositivo e uma expressão de interesse. Exemplo Subject= 02:DA:20:3D:A1:2B, Expression= Roaming = True OR FreeMem < 15% OR CPU > 90% ; Visão Geral - CIS Variáveis de contexto observadas Uso da CPU (entre 0 e 100%) (CPU) Nível de energia disponível (entre 0 e 100%) (EnergyLevel) Freqüência das notificações (segundos) (AdvertisementPeriodicity) Endereço MAC do ponto de acesso (AP) corrente (APMacAddress) Total de memória disponível em kbytes (FreeMemory) Tempo desde a última informação de contexto (ms) (DeltaT) Indicação se o dispositivo está conectado à rede (OnLine) Indicação se o dispositivo muda seu IP (IPChange) Indicação se o dispositivo muda o AP (APChange) Indicação se o dispositivo implementa roaming (Roaming) + Potência dos sinais observados de todos os AP s
7 Visão Geral - LIS CIS LIS Rede fixa Rede sem-fio Monitor Serviço responsável por inferir a localização aproximada de um dispositivo móvel Serviço de Localização Indoor (802.11) Infere a localização com base na comparação da intensidade de sinais de RF recebida de vários Pontos de Acesso (APs) Em uma planta baixa do prédio, marca-se as área/localizações lógicas; Para cada área, mede-se o padrão de sinais em várias direções e situações Infere-se a localização aproximada do dispositivo através de análise de similaridade dos padrões de sinal Vantagem: apenas requer rede
8 Location Inference Service (LIS) - Redes LIS é um serviço para a inferência aproximada da localização de dispositivos com interface em ambientes indoor. Envolve duas etapas: Mapeamento/Calibração: Mede-se a intensidade de sinal proveniente de todos os APs em diversos Pontos de Referência (RP), que são armazenadas em um arquivo XML A cada ponto de RP associa-se uma coordenada ou nome simbólico. Define-se as Regiões Simbólicas na àrea de interesse Inferência: Usando a diferença entre intensidade de sinal medida (também de todos os APs) e as intensidades armazenadas, estima-se a distância que o dispositivo está dos n RP mais próximos, A fim de compensar variações do sinal, usa-se várias medidas e emprega-se um algoritmo estocástico (que compara probabilidades) Location Inference Service (LIS) Networks Access Point Reference Points {Signal Pattern} Device Inferred Device Location: Room 501 Room 505 Room 506 Room 507 Room 508 {-90,-75,-42} {-92,-72,-53} {-82,-50,-89} {-55,-35,-78} Corridor {-75,-78,-68} {-76,-77,-74} {-54,-55,-70} {-59,-80,-49} {-63,-85,-57} {-42,-60,-60} {-30,-45,-64} {-60,-78,-48} Room 501 Room 502 Room 503 Room 504
9 Location Inference Service (LIS) Access Point Reference Points {Signal Pattern} Device Inferred Device Location: Room Corridor Room 505 Room 506 Room 507 Room 508 {-90,-75,-42} {-92,-72,-53} {-82,-50,-89} {-55,-35,-78} {-95,-74,-52} {-55,-34,-72} Corridor {-75,-78,-68} {-75,-74,-72} {-76,-77,-74} {-54,-55,-70} {-75,-74,-62} {-55,-54,-72} {-59,-80,-49} {-63,-85,-57} {-42,-60,-60} {-30,-45,-64} {-60,-78,-48} {-45,-58,-62} Room 501 Room 502 Room 503 Room 504 Visão Geral - Aplicação CIS LIS Rede fixa Servidor Rede sem-fio Monitor Cliente As aplicações podem consultar estas informações de forma síncrona ou assíncrona
10 Visão Geral - Consultas Consultas síncronas CIS Todas as informações de um dispositivo LIS Áreas cobertas Dispositivos rastreados Área de um dispositivo Dispositivos em uma área Visão Geral - Consultas Consultas assíncronas Interface de eventos. Permitem registrar interesse em estados específicos das variáveis de contexto CIS Expressões lógicas relacionando variáveis observadas: (EnergyLevel < 30) and (FreeMemory < 64) LIS Um dado dispositivo muda de área Dispositivo entra em uma dada área Dispositivo deixa uma dada área
11 Visão Geral - Aplicação CIS LIS CS DS Rede fixa Servidor Rede sem-fio Monitor Cliente 1 Monitor Cliente n Implementação Os serviços e APIs da MoCA foram desenvolvidos em Java Exceto o Monitor que foi desenvolvido em ANSI C Até o momento existe uma implementação completa do Monitor para Windows XP e uma versão protótipo para Windows CE/Mobile Disponível em Serviços API s Recursos auxiliares
12 Apoio à programação O conjunto de API's para desenvolvimento de aplicações compreende três grupos Interfaces de comunicação síncrona e assíncrona (baseada em eventos) via UDP e TCP Interfaces de comunicação com os serviços básicos da arquitetura Interfaces que facilitam o desenvolvimento de aplicações baseadas na arquitetura cliente/servidor. API LIS-Client 1 LocationInferenceService lis = null; 2 lis=new LocationInferenceService( localhost, 55021, 55020, 5000, TCP ); 3 allregions = lis.getatomicregions(); 4 String [ ] areas = new String [allregions.length]; 5 for (int i=0; i < allregions.length; i++) areas [i] = allregions [i].getname(); 6 alldevices = lis.getdevices(); 7 region = lis.getregion( 00:02:2D:A5:06:46 ); 8 devices = lis.getdevices( Sala 201 ); 9 DeviceListen devicelisten = new DeviceListen(); 10 lis.subscribe( 00:02:2D:A5:06:47, devicelisten); 11 RegionListen regionlisten = new RegionListen(); 12 lis.subscribe( Sala 202, regionlisten); Consulta síncrona ao LIS regiões simbólicas mapeadas no serviço (linha 3) dispositivos sendo acompanhados pelo serviço (linha 6) Região simbólica em que se localiza o dispositivo de endereço MAC 00:02:2D:A5:06:46 (linha 7) dispositivos que se encontram na região simbólica de nome Sala 201 (linha 8)
13 API LIS-Client 1 LocationInferenceService lis = null; 2 lis=new LocationInferenceService( localhost, 55021, 55020, 5000, TCP ); 3 allregions = lis.getatomicregions(); 4 String [ ] areas = new String [allregions.length]; 5 for (int i=0; i < allregions.length; i++) areas [i] = allregions [i].getname(); 6 alldevices = lis.getdevices(); 7 region = lis.getregion( 00:02:2D:A5:06:46 ); 8 devices = lis.getdevices( Sala 201 ); 9 DeviceListen devicelisten = new DeviceListen(); 10 lis.subscribe( 00:02:2D:A5:06:47, devicelisten); 11 RegionListen regionlisten = new RegionListen(); 12 lis.subscribe( Sala 202, regionlisten); Consulta assíncrona ao LIS a aplicação registra interesse em eventos de mudança de área do dispositivo de endereço MAC 00:02:2D:A5:06:46 (linhas 9 e 10) e eventos em que qualquer dispositivo entre ou saia da Sala 202 (linhas 11 e 12) Recursos auxiliares O Monitor Simulator (Monitor/Sim) simula o comportamento do Monitor em execução em um dispositivo móvel, enviando para o CIS dados de contexto obtidos de um arquivo de descrição. monitor.scaninterval=1000 monitor.repeating=true cis.server.host=localhost cis.monitor.port=55010 file1=conf/scan-banco_01.txt interval1=5000 file2=conf/scan-espacoaberto.txt interval2=10000 file3=conf/scan-mesa_03.txt interval3=20000 loop
14 Interfaces Extensões da MoCA Jade Application Java Application C# Application FIPA MoCA/MAX Cm ECI (Pub/Sub) MoCA Core Services SOAP/XML MoCA/WS Para ampliar a usabilidade dos serviços MoCA s duas interfaces adicionais foram desenvolvidas personalidades MoCA/MAX para o uso com o framework Jade MoCA/WS para uso com Web Services Ubiquitous Guide - uguide Cliente faz login icone aparece no task-bar Ao entrar em uma região castrada, aparece um pop-up com o link correspondente, Página pode ser aberta em qualquer browser Possivelmente, usuário entra em região não cadastrada
15 Trabalho em andamento Serviço de privacidade de contexto Framework de adaptação de conteúdo (proxy) Mecanismo para detecção de estabilidade de informações básicas de contexto Monitor/CE e uguide para PDA s Flexibilização do CIS com novos tags (ex. taxa de transmissão, GPS, etc.) Mecanismo para medir qualidade de rede Integração do LIS com GPS Ferramenta para gerenciamento de contexto evolucionário e heterogêneo Framework para workflows sensíveis a contexto para m- commerce Conclusões Sistema com 2 anos de uso Experiência positiva com o desenvolvimento de sistemas pelos alunos da PUC. Rapidez Facilidade
16 Informação adicional Projeto MoCA Contatos Gustavo Ricardo Rocha José Viterbo F. Markus Endler (coordenador do projeto) LIS Acesso Síncrono Manipuação da/consulta sobre a hierarquia de regiões Simbólicas: Region[] getatomicregions() void add(hierarchy hierarchy) void remove(string hierarchyid) Hierarchy gethierarchy(string hierarchyid) List getallhierarchies() Consultas sobre Dispositivos em região e Região de um Dispositivo: String getregion(string deviceid, String hierarchyid) String[] getdevices() String[] getdevices(string regionid)
17 LIS Acesso Assíncrono Aplicação precisa instanciar um RegionListener e/ou um DeviceListener: void subscribe(string regionid, RegionListener listener) ondeviceentered(string regionid, String deviceid) ondeviceexited(string regionid, String deviceid) void unsubscribe(string regionid, RegionListener listener) void subscribe(string deviceid, DeviceListener listener) onregionchanged(string deviceid, String regionid) void unsubscribe(string deviceid, DeviceListener listener) void unsubscribe(string deviceid, DeviceListener listener) Cada vez que um disp. entra ou deixa uma área o LIS notifica todas as aplicações registradas através do método onregionchanged, informando o regionid e deviceid
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