A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS INSTITUTO DE INFORMÁTICA ANIBAL SANTOS JUKEMURA A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores Goiânia 2007

2 ANIBAL SANTOS JUKEMURA A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação do Instituto de Informática da Universidade Federal de Goiás, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação. Área de concentração: Visualização de Informações e Redes de. Computadores Orientador: Prof. Dr. Hugo Alexandre Dantas do Nascimento Co Orientador: Prof. Dr. Fábio Moreira Costa Goiânia 2007

3 ANIBAL SANTOS JUKEMURA A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores Dissertação defendida no Programa de Pós Graduação do Instituto de Informática da Universidade Federal de Goiás como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação, aprovada em 23 de Fevereiro de 2007, pela Banca Examinadora constituída pelos professores: Prof. Dr. Hugo Alexandre Dantas do Nascimento Instituto de Informática UFG Presidente da Banca Prof. Dr. Fábio Moreira Costa Instituto de Informática UFG Prof. Dr. Alexandre Cardoso Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) - UFU Prof. Dr. Eduardo Simões de Albuquerque Instituto de Informática (INF) - UFG

4 Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador. Anibal Santos Jukemura Graduou se em Ciências da Computação na UFG - Universidade Federal de Goiás. Durante sua graduação, foi monitor no departamento de Informática da UFG e pesquisador do CNPq em um trabalho de iniciação científica no mesmo departamento. Tornou-se especialista em Redes de Computadores pela Universidade Federal de Lavras-MG. Durante a especialização, implementou uma ferramenta para o auxílio ao estudo acadêmico de Linguagens Formais e Autômatos. Atualmente desenvolve pesquisas sobre visualização de dados de rede de computadores através de Realidade Aumentada.

5 À minha querida esposa Gessilene, meu eterno amor.

6 Agradecimentos Agradeço em especial, À Deus, pelo seu imenso amor e graça. Por Vossa vontade caminhei até aqui. À minha esposa fiel e dedicada, que mesmo não tendo minha atenção merecida, sempre esteve ao meu lado. Ao meu orientador, Prof. Dr. Hugo, por ter acreditado em mim. Ao meu co-orientador, Prof. Dr. Fábio Moreira. Suas considerações, sugestões e críticas foram de extrema relevância. Aos Srs. Ildeu, Sinair, André Allen, Daniel Stone e Daniel Ribeiro que cederam seus preciosos tempos para avaliarem a pesquisa. A todos o meu sincero: Muito Obrigado!

7 Confia ao SENHOR as tuas obras, e os tesus desígnios serão estabelecidos Provérbios 16:3, A Bíblia Sagrada.

8 Resumo Jukemura, Anibal. A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores. Goiânia, p. Dissertação de Mestrado. Instituto de Informática, Universidade Federal de Goiás. A presente dissertação investiga o uso da tecnologia de Realidade Aumentada como suporte a atividades de gerenciamento redes de computadores. Este é um trabalho que tem intenção de complementar atividades de gerência de redes e até mesmo servir para auxiliar na formação de novos administradores de rede. É apresentada uma estrutura de software para integração da Realidade Aumentada com ferramentas não gráficas tradicionais de gerenciamento de redes. São discutidos também algumas aplicações protótipos desenvolvidas para testar essa estrutura e demonstrar sua factibilidade. Palavras chave Realidade Aumentada, Gerenciamento de Redes, Visualização de Informações, ARToolkit.

9 Abstract Jukemura, Anibal. A Realidade Aumentada Aplicada ao Gerenciamento de Redes de Computadores. Goiânia, p. MSc. Dissertation. Instituto de Informática, Universidade Federal de Goiás. The present dissertation investigates the use of Augmented Reality for supporting network management activities. Its aim is to provide a complementary tool for network management activities, as well as for training new network managers. A software framework that integrates augmented reality with traditional non-graphical network management tools is presented. The document also describes a few prototype applications for testing the framework and demonstrating its factibility. Keywords Augmented Reality, Network Management, Visualization of Information, ARToolkit.

10 Sumário Lista de Figuras 11 Lista de Tabelas 13 1 Introdução Objetivos Organização da Dissertação 16 2 Revisão Bibliográfica Gerenciamento de Redes de Computadores Conceitos Básicos de Visualização de Informações Efetividade e Expressividade Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações Visualização de Informações no Gerenciamento de Redes de Computadores A Realidade Aumentada Trabalhos Relacionados O Objetivo do AR Tracert Descrição funcional do AR Tracert Comparação do AR Tracert com o Presente Trabalho Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores 38 3 O Framework ARNet A arquitetura do ARNet Modelos de Gerenciamento de Redes Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 48 4 Implementações Aplicação ARNETVIS Aplicação Mobile-ARNETVIS Aplicação WB-ARNETVIS 65 5 Avaliação Descrição do experimento Discussão 75

11 6 Conclusão Considerações Finais Trabalhos Futuros 80 Referências Bibliográficas 82 A Descrição do CD-ROM que Acompanha este Trabalho 85 A.1 Instruções de Instalação 85 B Material Utilizado na Avaliação do Framework 87 B.1 Atividades Propostas para a Avaliação das Aplicações 87 B.2 Questionário de Avaliação 89

12 Lista de Figuras 2.1 Reconhecimento de padrões Visualização textual dos dados coletados pela ferramenta nmap Uso de uma GUI para a visualização dos dados coletados pela ferramenta nmap Nagios: Aplicação de cores, textos e tabelas Nagios: representação visual das informações coletadas Nagios: desenhos de grafos com um esquema de cores Nagios: exemplo do uso de gráfico de linhas Gráfico de Linhas usados pelos MRTG Nessus: exemplo de uma representação visual dos dados coletados Uso de gráficos de pizza na visualização do Nessus Etherape: desenho circular de um grafo Inserção de publicidade através de RA Um símbolo com marcas fiduciais Funcionamento do ARToolkit Realidade Aumentada com Optical See Through Realidade Aumentada com Video See Through Realidade Aumentada Baseada em Projetores Realidade Aumentada Baseada em Projetores: ilustração funcional Realidade Aumentada Baseada em Monitor AR Tracert Interagindo com o AR Tracert Arquitetura da Aplicação: modelo em camadas Diagrama esquemático do Gerenciamento on-site Diagrama esquemático do Gerenciamento Remoto Esquema de Associação um-para-um Esquema de Associação um-para-muitos Exemplo de associações entre os símbolos e as funções de rede do framework) PingAR com vinte hosts monitorados NmapeAR: vinte hosts com portas abertas (verdes), filtradas (amarelas) e fechadas (vermelhas) NmapeAR: portas TCP e UDP de um host selecionado pelo usuário através do palito de interação. 59

13 4.5 Aplicação ARuptime: configuração de gerenciamento remoto para visualizar o uptime de dezoito hosts simultaneamente Aplicação ARsnmp: Detecção simultânea do sistema operacional em dez hosts Aplicação ARnetload: gráficos com a quantidade de pacotes de entrada/saída para cada host monitorado Os seis serviços de RA no Mobile-ARNETVIS Mobile-ARNETVIS executando o serviço PingAR em dois equipamentos Exemplo de Funcionamento do Mobile-ARNETVIS WB-ARNET: uso do serviço PingAR em quatro hosts Aplicação WB-ARNETVIS: usando o ARuptime para visualizar o uptime de quatro hosts, sendo dois ativos e dois inativos WB-ARNETVIS: uso da aplicação ARsnmp para a detecção simultânea de informações obtidas via protocolo SNMP Arnetload usado no modelo um-para-muitos (Os símbolos podem ser movidos) Usando o WB-ARNETVIS em trabalho cooperativo. Exemplo do serviço ARsnmp 69

14 Lista de Tabelas 2.1 Acuidade de percepção de atributos visuais Categorias para os modelos de gerenciamento de rede Mapeamento dos serviços e das formas de visualização/gerenciamento 70

15 Introdução CAPÍTULO 1 Segundo Soares [23], Uma Rede de Computadores é formada por um conjunto de Módulos Processadores (MPs) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação. Na década de 70, a introdução do conceito de redes de computadores contribuiu para o compartilhamento de dispositivos, periféricos e equipamentos caros como impressoras, dispositivos de armazenamento em massa, modems de alta velocidade etc. Entretanto, o crescimento histórico natural do número de usuários e o constante surgimento de aplicações cada vez mais complexas tornaram o compartilhamento de recursos computacionais um aspecto secundário. As redes de computadores passaram a ser integradas às organizações e empresas como uma ferramenta imprescindível para o aumento de produtividade e para a economia de seus recursos e para dar suporte a comunicação entre pessoas. A sofisticação da tecnologia vem imprimindo um ritmo acelerado à pesquisa em redes de computadores, provocando uma alta demanda por soluções que garantam a disponibilidade e a integridade das informações no ambiente corporativo. Na Internet e em redes de computadores em geral, mais serviços são disponibilizados aos usuários, criando cenários cada vez mais complexos que envolvem sistemas de missão crítica - aqueles que nunca podem parar. A forma com que a comunicação através dos elementos de rede vem sendo ampliada pede que as informações e serviços estejam disponíveis em tempo real, vinte quatro horas nos sete dias da semana. Apoiado em uma solução completa, apenas o hábito diário de se aplicar técnicas diversas de gerenciamento de rede é capaz de manter o índice de qualidade necessário para a disponibilidade contínua dessas informações. O gerenciamento em si envolve questões relacionadas como o monitoramento e controle dos recursos alocados à rede, bem como a identificação e a solução de suas eventuais falhas. A verificação de problemas de conectividade

16 1.1 Objetivos 15 em dispositivos e cortes bruscos de canais de comunicação entre os dispositivos principais de uma rede exemplificam tais questões. No entanto, é sabido que o gerenciamento de redes de computadores é, essencialmente, uma atividade complexa e impossibilitada de ser exercida apenas pelo esforço humano. Tal complexidade exige o uso de soluções automatizadas nas ferramentas de administração e gerenciamento de redes de computadores. Assim sendo, as ferramentas de administração e gerenciamento de redes acabam sendo os principais artifícios utilizados pelos administradores na execução de suas atividades principais. Sob esse aspecto, é importante que tais ferramentas de gerência se tornem cada vez mais eficientes e amigáveis [20], a fim de reduzir o tempo e a quantidade de recursos gastos pelos administradores de redes. Este trabalho se propõe, portanto, apresentar um framework que permita explorar o uso de técnicas de realidade aumentada (RA) como forma de auxiliar o gerente de redes na sua atividade de monitoramento. A RA oferece uma visualização inovadora, mais amigável e eficiente ao realizar a superposição de objetos virtuais e de informações textuais coletadas por ferramentas de gerência de rede, aos equipamentos de rede monitorados do mundo real. 1.1 Objetivos Mais especificamente, o trabalho visa: explorar o uso da RA para incrementar a percepção humana das informações coletadas através de ferramentas e protocolos de gerência de redes; apresentar uma estrutura de software (framework), aqui chamada de ARNet, que estende ferramentas de rede em modo texto, através da combinação das mesmas com RA e técnicas de visualização de informações [6]; auxiliar administradores de rede a executarem suas atividades ou treinarem novos gerentes de rede; e construir um conjunto de ferramentas e protótipos baseados no ARNet que facilitem a administração de ambientes de redes e que demonstrem a viabilidade da abordagem.

17 1.2 Organização da Dissertação Organização da Dissertação O restante deste documento está organizado como se segue: o Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica dos conceitos introdutórios sobre realidade aumentada, gerenciamento de redes e visualização de informações. O Capítulo 3 descreve a arquitetura geral do framework proposto, mostrando a interface entre ferramentas tradicionais de gerenciamento de redes e um Módulo de Visualização. O Capítulo 4 apresenta as implementações realizadas para explorar o gerenciamento de redes com RA. No Capítulo 5 uma avaliação da proposta por especialistas da área é apresentada. Finalmente, no Capítulo 6, são discutidos os resultados e extensões futuras deste trabalho.

18 Revisão Bibliográfica CAPÍTULO 2 Neste capítulo, serão apresentados alguns dos principais recursos utilizados por administradores na prática de gerenciamento de redes de computadores. Serão apresentados também os conceitos essenciais de visualização de informações e realidade aumentada a serem utilizados em atividades diárias gerenciamento de redes de computadores. Por fim, será apresentada uma seção que descreve trabalhos relacionados encontrados durante o desenvolvimento desta pesquisa. 2.1 Gerenciamento de Redes de Computadores Atualmente, as tecnologias de redes são um instrumento imprescindível para a execução das atividades da grande maioria das empresas informatizadas. O avanço tecnológico observado na área de tecnologia de redes tem aumentado a busca por profissionais capacitados a atuar nesta área, valorizando de maneira importante o profissional atualizado e com boa qualificação. De uma forma geral, a formação do profissional de redes ocorre de uma maneira lenta e gradual. Apesar de suas atividades estarem bem definidas, um gerente de redes deve passar por um intenso processo de aprendizado que envolve conhecimentos detalhados, teóricos e práticos, desde a implantação de uma rede de computadores até o estudo dos protocolos nela empregados. As atividades essenciais de um gerente ou administrador de redes de computadores envolvem, simplificadamente, desenvolver, implantar, monitorar, analisar e controlar a rede, bem como seus recursos computacionais. Essas atividades englobam tarefas básicas como as de reunir e tratar informações sobre os principais recursos, elaborar diagnósticos, reportar problemas, e desenvolver e implementar suas soluções. Além disso, um gerente de redes deve ser capaz de desenvolver competências não só para garantir o conhecimento e a utilização das tecnologias, equipamentos, ferramentas e sistemas operacionais de redes existentes,

19 2.1 Gerenciamento de Redes de Computadores 18 mas principalmente saber aplicar essas competências através da proposição das melhores soluções quanto às especificações e suas configurações, voltadas para organizações de diversos portes e áreas. Outras competências complementares, mas não menos importantes, devem ser desenvolvidas através de vivências reais e de simulação com estudos de caso e com uma fundamentação teórica atualizada. Notadamente, é importante que o profissional saiba lidar com problemas que afetam as redes de computadores e que possa usar sua competência tecnológica para obter os melhores resultados, considerando as particularidades de cada situação. Especificamente, os problemas mais comuns enfrentados por um gerente de redes encontram-se em: falhas no cabeamento ou em outros dispositivos físicos ou lógicos (softwares) que afetam a conectividade; colisões excessivas no ambiente de rede (possivelmente causados pela falha de alguma placa de rede ou por vários hubs conectados em cascata; endereços IP mal distribuídos ou até mesmo duplicados na rede; baixa taxa de transferência de dados (causada por colisões de rede ou por uploads/downloads inesperados de grandes quantidades de dados); e ataques de hackers a recursos de redes vulneráveis, os quais comprometem o funcionamento de serviços críticos e a privacidade dos dados. Atualmente, existe um grande número de ferramentas para auxiliar o gerente a executar sua função e evitar as principais ocorrências de falhas na rede. Frisch [12] apresenta quatro ferramentas open source que, em sua visão, são essenciais para qualquer gerente de redes. São elas: Cfengine [5], que lida com a administração centralizada da configuração de servidores (ou estações); Nagios [14] (ex-netsaint), que monitora uma grande variedade de propriedades de sistemas de máquinas em rede, incluindo medições de desempenho de um computador em termos de características de funcionamento, como balanço de carga, espaço livre em disco etc.; OpenLDAP [30], ferramenta open source que usa o protocolo LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) para gerenciar o armazenamento de informações (incluindo também dados sobre usuários, senhas e máquinas); e

20 2.2 Conceitos Básicos de Visualização de Informações 19 Amanda [8], uma ferramenta para backups distribuídos. Dentre outras ferramentas, destacam-se ainda: Nessus [10]: para verificação de falhas/vulnerabilidades de segurança; Snort [21]: sistema de detecção de intrusões na rede; BASE [15]: para gerar gráficos e relatórios, por exemplo a partir de um banco de dados de alertas gerado pelo Snort; Etherape [25]: analisador de protocolos de rede; MRTG [19]: ferramenta de monitoração que gera páginas HTML com gráficos sobre dados coletados a partir de SNMP ou scripts externos; Nmap [13]: ferramenta de varredura de portas (port scan) que opera em modo CUI (console user interface) usada para se saber quais serviços estão rodando em determinado host e também como um escaneador de hosts; e IpTables/Ipchains [29]: atuam como firewall padrão de redes. Muitas dessas ferramentas são baseadas em comandos shell (executados a partir de um interpretador de linha de comandos) e apresentam suas informações em modo textual. Algumas ferramentas possuem interface gráfica nativa ou um frontend gráfico associado, que serve para auxiliar o usuário a coletar e interpretar todos os dados dos recursos de redes. Essas ferramentas não são difíceis de se utilizar, contanto que haja um treinamento inicial do usuário. Neste cenário, a Realidade Aumentada destaca-se como uma interface gráfica mais avançada, a qual permite uma maior integração entre os dados coletados e as imagens dos respectivos dispositivos gerenciados. Nas próximas seções são apresentados os principais conceitos sobre visualização de informações e sobre realidade aumentada. 2.2 Conceitos Básicos de Visualização de Informações A visualização de informações [6] é uma área da ciência que se preocupa em pesquisar e construir formas visuais diversificadas. Tais formas permitem a apresentação de dados abstratos de um modo que o usuário, através

21 2.2 Conceitos Básicos de Visualização de Informações 20 de sua percepção visual, possa melhor reconhecer, compreender e/ou descobrir novas informações contidas nos mesmos. A percepção visual naturalmente apresenta uma série de vantagens em comparação com os demais sentidos do ser humano. A principal delas relaciona-se com a maior capacidade de condensação de informações que uma simples visualização pode apresentar. Segundo Debray [9], A imagem através do olhar tem a característica de apalpar, acariciar, devorar ou insinuar-se e pode tocar ou ainda, penetrar. O homem, pela visão agarra, prende, retém;... O segredo da força das imagens é a força do inconsciente no homem. Outra vantagem da visualização decorre do fato do sentido da visão ser rápido e paralelo. É possível, por exemplo, dar atenção a um objeto de interesse específico, sem perder de vista (obviamente, com menos detalhes) o que está acontecendo ao redor. O sistema visual é também naturalmente preparado para reconhecer padrões. Na Figura 2.1, por exemplo, é possível localizar a forma geométrica do triângulo facilmente. Figura 2.1: Reconhecimento de padrões. Por fim, as visualizações auxiliam o processo cognitivo e também funcionam como uma extensão da memória do ser humano. Em diversas atividades desenvolvidas pelo homem, diagramas, imagens, anotações e rascunhos ajudam, em geral, na compreensão e solução de um determinado problema e exercitam a prática da memorização.

22 2.2 Conceitos Básicos de Visualização de Informações Efetividade e Expressividade Quanto maior for a expressividade e efetividade de uma visualização, melhor será a compreensão do quê os dados observados representam [11]. Dizse que uma visualização é considerada expressiva, se for capaz de mostrar os dados de interesse do usuário e nada mais. Adicionalmente, para se obter uma visualização efetiva, deve-se tornar a percepção dos dados mais rápida e induzir a uma quantidade menor de erros de interpretação do que outras formas de visualizar os mesmos dados. Sem expressividade e efetividade, uma visualização pode não ser capaz de enfatizar padrões relevantes nos dados, o que não gera informações novas além do que já é trivialmente conhecido. Além disso, uma visualização sem esses atributos pode ser de difícil entendimento ou, em situações extremas, sugerir padrões que na verdade não existem, ocasionando fatalmente uma interpretação errônea dos dados. Características como cor, dimensionalidade, perspectiva, luminosidade, tamanho e forma dos objetos são fatores que auxiliam no processo de cognição e que podem ser explorados na construção de visualizações efetivas. Outros aspectos como existência de mecanismos de interação com os dados, e a possibilidade de compactar uma grande quantidade de informações úteis em uma mesma imagem contribuem também para a efetividade de uma visualização. Para aumentar a expressividade e efetividade de uma visualização, são sugeridas as seguintes ações [6]: uso da simplicidade; em outras palavras, deve-se utilizar a forma mais simples entre dois ou mais modos diferentes de se representar visualmente uma mesma informação. Isso pode ser feito através da eliminação de gráficos e textos desnecessários da visualização; aumento da quantidade de dados por centímetro quadrado, com a apresentação de uma maior quantidade de dados de interesse na imagem, sem sobrecarregá-la; exploração da utilização de símbolos e de atributos visuais que facilitem a percepção dos dados e dos padrões neles existentes; o uso de cores, elementos em destaque e símbolos gráficos associados a dados abstratos podem transmitir-lhes um melhor significado. integração de formas de interação com a visualização; e

23 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 22 utilização de animações para mudar gradativamente uma visualização sempre que necessário, de forma a preservar o mapa mental que o usuário tem da imagem. 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações Em uma visualização de informações, os dados são abstratos, e não há necessariamente uma representação geométrica inerente aos mesmos. Neste caso, uma imagem deve ser gerada com base nos relacionamentos ou informações que podem ser inferidos acerca dos dados. O processo de se construir uma visualização, basicamente, consiste em apoiar os atributos dos dados abstratos em atributos visuais de uma imagem. Os dados abstratos a serem visualizados podem ser classificados nas seguintes categorias principais [6]: Nominal conjunto de elementos distintos, sem uma relação de ordem entre eles. Exemplo: banana, maçã, pêra, goiaba; Ordinal conjunto de elementos distintos, mas com uma relação de ordem entre os mesmos. Exemplo: Primeiro, segundo, terceiro,..., ou segunda, terça, quarta,... ; e Quantitativo faixa de valores numéricos. Essa categoria pode ser dividida em Intervalos (com valores discretos) e Razão (representando uma faixa contínua de valores). A associação dos dados quantitativos a uma imagem deve ocorrer de acordo com a Tabela 2.1. Percebe-se que os atributos mais importantes devem ser associados à posição de um elemento visual na tela. Os demais atributos podem ser associados ao comprimento, inclinação e área do elemento etc., nesta ordem. Em Sistemas de Visualização deve-se considerar a melhor forma de se mapear informações para uma representação gráfica que facilite a sua interpretação pelos usuários. Adicionalmente, deve-se fornecer meios que permitam limitar a quantidade de informações a serem interpretadas, mantendo-os, ao mesmo tempo, cientes do espaço total de informação. É também necessário, possibilitar formas de manipulação do conjunto de dados, tanto geométrica (rotações e zoom na representação gráfica, por

24 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 23 Tabela 2.1: Acuidade de percepção de atributos visuais [11] Percepção Dados Quantitativos Dados Ordinais Dados Nominais Maior Posição Posição Posição Comprimento Densidade Croma de Cor Ângulo Saturação de Cor Textura Inclinação Croma de Cor Conexão Área Textura Envolvimento Volume Conexão Densidade Densidade Envolvimento Saturação de Cor Saturação de Cor Comprimento Forma Croma de Cor Ângulo Comprimento Textura Inclinação Ângulo Conexão Área Inclinação Envolvimento Volume Área Menor Forma Forma Volume exemplo) como analiticamente (redução ou expansão do conjunto de dados exibido de acordo com algum critério determinado pelo usuário). De uma maneira geral, as técnicas de visualização de informações definem formas de representação gráfica dos dados abstratos de um domínio de aplicação, a fim de que a representação visual utilizada induza a percepção visual humana a gerar as interpretações e as compreensões necessárias à dedução de um conseqüente novo tipo de conhecimento. Card et al. [6] trazem uma discussão detalhada sobre o uso de estruturas dimensionais. Estruturas unidimensionais são tipicamente empregadas para a apresentação de documentos de texto ou de linhas do tempo, podendo ser combinadas com um segundo ou terceiro eixo para mostrar comparação entre valores. Estruturas visuais bidimensionais, como gráficos de linhas, barras, pizza e mapas, são mais apropriadas para apresentar dados estatísticos, descrever funções matemáticas ou visualizar informações geográficas. Para dados com n dimensões (n maior que 3), técnicas mais elaboradas são necessárias. Dentre elas, citam-se a Multidimensional Scalling [3], Coordenadas Paralelas, Glyphs, dentre outras. Informações sobre diversas técnicas de visualização de informações podem ser encontradas em livros especializados no assunto [6] e [26].

25 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações Visualização de Informações no Gerenciamento de Redes de Computadores Ao passo que as principais ferramentas de gerenciamento de redes, as chamadas CUI tools (console user interface tools), utilizam textos para representar os dados coletados, várias aplicações frontend têm sido desenvolvidas para mostrar graficamente esses dados. Essas aplicações frontend são denominadas de ferramentas de interface gráfica (abreviadamente GUI - Graphical User Interface). Uma GUI é um mecanismo de interação entre usuário e sistema de computador, em que o usuário é capaz de selecionar imagens gráficas intuitivas, denominadas de (widgets), e manipulá-las de forma a obter algum resultado prático. A Figura 2.2 ilustra um simples resultado do comando shell nmap. Para eliminar todo o texto desnecessário, o administrador teria que aplicar um filtro de texto, como o comando shell grep, por exemplo, exigindo-lhe o conhecimento de sua sintaxe para seu uso efetivo. Em contrapartida, a figura 2.3 mostra como a GUI denominada nmapfe [22] pode ser usada para facilitar o uso da mesma ferramenta. Figura 2.2: Visualização textual dos dados coletados pela ferramenta nmap. Atualmente, existem várias ferramentas de interface gráfica utilizadas na prática de gerenciamento de redes de computadores. Neste trabalho, serão apresentadas apenas quatro delas. A primeira ferramenta gráfica é o Nagios. Ele apresenta uma interface gráfica (GUI) mais sofisticada que o comando shell nmap e o próprio nmapfe.

26 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 25 Figura 2.3: Uso de uma GUI para a visualização dos dados coletados pela ferramenta nmap. Normalmente, os dados de rede coletados pelo Nagios são apresentados em documentos hypertexto (HTML). Como observado na Figura 2.4, textos com informações de serviços de uma máquina, cores em destaque para indicar um serviço em funcionamento ou não e tabelas para a organização dos serviços monitorados, são exemplos de técnicas de visualização mais comuns encontrados na GUI do Nagios.

27 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 26 Figura 2.4: Nagios: Aplicação de cores, textos e tabelas [14]. Quando o volume de informações a ser apresentado é consideravelmente grande, o Nagios utiliza-se de ícones para destacar o tipo do sistema operacional do equipamento monitorado, cores para indicar serviços em perfeito funcionamento (cor verde) ou não (cor vermelha) e tabelas com descrições textuais sobre o status dos serviços. A Figura 2.5 ilustra esse caso. Quando existe a necessidade de representar as inter-relações entre os grupos de dados, como a localização e a distribuição das máquinas monitoradas pelo Nagios, é utilizado um desenho colorido de um grafo e ícones que representam o tipo de cada equipamento, como mostra a Figura 2.6. O Nagios também coleta dados estatísticos sobre recursos específicos de um equipamento monitorado. Na Figura 2.7 percebe-se o uso de gráficos de linhas para a representação de um histograma do serviço denominado SYS Volume em um host conhecido por netware1. A segunda ferramenta é o MRTG. O MRTG é bastante conhecido por

28 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 27 Figura 2.5: Nagios: representação visual das informações coletadas [14]. seus gráficos de linhas para representar a variação de dados de entrada/saída através das interfaces de rede dos equipamentos. A Figura 2.8 apresenta uma visualização de informações sobre tráfego semanal de um host geradas pelo MRTG. Um outro exemplo típico de aplicação que usa visualização de informações para mostrar dados de gerenciamento de redes é a ferramenta Nessus. A interface hipertexto do Nessus faz uso de ícones, cores e tabelas com representação textual dos dados coletados, como pode ser visto na Figura 2.9. Os ícones utilizados nessa visualização fazem a ferramenta ganhar em efetividade e expressividade, pois o usuário consegue ver rapidamente os avisos e problemas de rede detectados. A Figura 2.10 ilustra ainda o uso de gráficos de pizza no Nessus. Finalmente, na ferramenta Etherape, observam-se técnicas de visualização mais avançadas, as quais empregam um desenho circular de um grafo usado para ilustrar as ligações físicas de rede entre cada equipamento monitorado. Na Figura 2.11 pode ser visto o uso de cores diferentes para representar cada serviço, sendo que as conexões entre os equipamentos são representadas por linhas (ligações) que ilustram a intensidade da comunicação que é realizada entre eles. Percebe-se que as ferramentas apresentadas e uma grande maioria

29 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 28 Figura 2.6: Nagios: desenhos de grafos com um esquema de cores [14]. Figura 2.7: Nagios: exemplo do uso de gráfico de linhas [14].

30 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 29 Figura 2.8: Gráfico de Linhas usados pelos MRTG [19]. Figura 2.9: Nessus: exemplo de uma representação visual dos dados coletados [10].

31 2.3 Um Resumo das Técnicas de Visualização de Informações 30 Figura 2.10: Uso de gráficos de pizza na visualização do Nessus [10]. Figura 2.11: Etherape: desenho circular de um grafo [25].

32 2.4 A Realidade Aumentada 31 das outras são compostas por GUIs baseadas em técnicas simples de visualização. Este trabalho apresenta, portanto, uma nova abordagem composta por características visuais e interativas aparentemente mais efetivas e expressivas. 2.4 A Realidade Aumentada Segundo Azuma [1], Realidade Aumentada (Augmented Reality - AR) é uma variação de Ambientes Virtuais (VE - Virtual Environments), ou Realidade Virtual como é mais comumente chamada. Tecnologias de VE imergem completamente um usuário em um ambiente sintético. Enquanto imerso, o usuário não pode ver o mundo real ao seu redor. Em contrapartida, RA permite que o usuário veja o mundo real, com objetos virtuais superpostos ou compostos com o mundo real. Além disso, RA complementa a realidade, ao invés de completamente substituí-la. Idealmente, RA deve apresentar ao usuário objetos reais e virtuais que coexistem no mesmo espaço... (tradução do autor desta dissertação). É fato que essa tecnologia traz consigo um novo conceito de visualização de informações e imagens, visto que, os indivíduos que fazem parte desse mundo aumentado têm acesso a mais informações e imagens geradas por computadores [24]. Técnicas de RA têm sido usadas em projetos de pesquisa e em aplicações reais, tais como: em Biomedicina, para adicionar diretamente informações sobre a estrutura interna de órgãos e suas condições de saúde à imagens de um paciente [28]; na Indústria e na Engenharia para mostrar informações adicionais em projetos arquiteturais [27]; e em marketing, para melhorar o apelo visual e a quantidade de informações agregadas à apresentação de produtos (um exemplo típico são as vinhetas em jogos de futebol televisionados, como ilustra a Figura Atualmente, uma das técnicas mais utilizadas para se implementar RA é a que se baseia nas bibliotecas ARToolKit [17], as quais empregam símbolos com marcas fiduciais. Os símbolos (ou marcadores) são figuras em pretoe-branco dentro de uma imagem retangular impressa em papel, como ilustra a Figura Assim que um stream de vídeo é captado pela câmera, a imagem

33 2.4 A Realidade Aumentada 32 Figura 2.12: Inserção de publicidade através de RA. é convertida em um formato binário e os marcadores fiduciais em preto são identificados. As posições e orientações dos marcadores são calculados relativamente à câmera e armazenados em uma estrutura em memória. Após isso, a figura contida no símbolo marcador é combinada com o modelo em memória, e, em seguida, são transformados em objetos 3D e alinhados com os marcadores. Finalmente, os objetos virtuais são renderizados em frames de vídeo e são repassados aos usuários. A Figura 2.14 mostra como o ARToolkit funciona. Figura 2.13: Um símbolo com marcas fiduciais. Técnicas de visão computacional são utilizadas para calcular precisamente a posição e a orientação dos símbolos em relação à câmera de vídeo, em tempo real. De acordo com o tipo de Display disponível para RA, é possível desenvolver aplicações utilizando-se uma das seguintes abordagens: Realidade Aumentada com Optical See-Through: faz uso de capacetes de realidade virtual conhecidos por HMD - Head-Mounted Displays

34 2.4 A Realidade Aumentada 33 Figura 2.14: Funcionamento do ARToolkit. transparentes. Apresenta o ambiente virtual diretamente sobre o mundo real. A Figura 2.15 ilustra essa técnica. Realidade Aumentada com Video See-Through: esta abordagem utiliza capacetes de realidade virtual HDM opacos e com câmeras de vídeo, os quais apresentam imagens mixadas do mundo real e com o ambiente virtual. Essa técnica pode ser vista na Figura Baseada em Projetores: utiliza os objetos do mundo real como superfícies de projeção para os objetos virtuais. A fusão é realizada através de projetores multimídia que projetam os objetos 3D na superfície préselecionada (fundo negro, por exemplo), como pode ser visto nas figuras 2.17 e Baseada em Monitor: faz uso de monitores comuns de computadores PC ou computadores móveis (pocket PCs ou notebooks), como ilustra a Figura 2.19, para apresentar imagens imagens mixadas do mundo real com o ambiente virtual.

35 2.4 A Realidade Aumentada 34 Figura 2.15: Realidade Aumentada com Optical See Through. Figura 2.16: Realidade Aumentada com Video See Through. Figura 2.17: Realidade Aumentada Baseada em Projetores.

36 2.4 A Realidade Aumentada 35 Figura 2.18: Realidade Aumentada Baseada em Projetores: ilustração funcional. Figura 2.19: Realidade Aumentada Baseada em Monitor.

37 2.5 Trabalhos Relacionados 36 O trabalho discutido nesta dissertação faz uso do ARToolkit e da abordagem Monitor Based AR para implementar a realidade aumentada de dados de redes de computadores. Esta abordagem é simples de ser desenvolvida e utiliza equipamentos de baixo custo, como a webcam, por exemplo. É possível, no entanto, utilizar também a abordagem Optical See-Through AR que faz uso dos óculos de visor transparente. 2.5 Trabalhos Relacionados Enfatiza-se que, durante o estágio de revisão bibliográfica sobre o assunto, não foi encontrado algum trabalho em desenvolvimento na literatura que envolve as mesmas características propostas neste documento. Entretanto, um trabalho relacionado [7] publicado na mesma conferência onde foram apresentados os primeiros resultados da pesquisa aqui desenvolvida [16] propõe o uso de realidade aumentada como uma ferramenta de apresentação de rotas padrão entre dois hosts interligados pela rede local ou pela Internet. Através dessa ferramenta, o usuário pode manipular o desenho desse caminho através de alguns mecanismos de interação que serão descritos logo a seguir. O referido trabalho apresenta uma solução para visualização de informações relacionadas ao tráfego em redes locais e na Internet utilizando RA. A aplicação apresentada neste outro trabalho, o sistema AR Trace- Route, funciona em ambiente Windows e utiliza como base o comando tracert para interpretar os dados sobre a rota entre um host origem e um host destino, e inseri-los em uma interface de visualização baseada em RA. A Figura 2.20 ilustra as duas situações comuns que ocorrem ao se utilizar a aplicação AR Tracert para compor uma rota entre dois hosts. Na primeira situação, é descrita uma rota inexistente entre dois hosts e, na segunda situação, é ilustrada uma rota padrão ativa O Objetivo do AR Tracert O sistema AR TraceRoute utiliza uma interface baseada em RA para informar ao usuário, de forma mais intuitiva, os dados provenientes do comando tracert presente na plataforma MS-Windows.

38 2.5 Trabalhos Relacionados 37 Figura 2.20: AR Tracert: (a) destino inacessível e (b) destino acessível. Nas duas figuras são utilizados marcadores responsáveis por produzir a rota virtual e manipulá-la com as mãos [7] Descrição funcional do AR Tracert A ferramenta AR Tracert captura os dados informados pelo comando tracert em um arquivo. Logo em seguida, o programa interpreta os dados tratando erros e descartando informações não utilizadas pelo sistema. As informações são isoladas em variáveis e classes para serem reutilizadas no módulo responsável pela visualização em realidade aumentada. Duas formas de interação estão disponíveis através de dois marcadores específicos. Um dos marcadores permite ao usuário pegar o ambiente com as mãos e inspecioná-lo livremente, como pode ser visto na Figura Já o segundo marcador, serve para deslizar o ambiente todo para a esquerda ou direita em casos onde existam muitos nós que compõem a rota entre os hosts, como ilustra a Figura Figura 2.21: Interagindo com o AR Tracert: Utilização do marcador para deslizar a rota virtual para esquerda ou direita [7].

39 2.6 Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores Comparação do AR Tracert com o Presente Trabalho A visualização de informações de tráfego de rede apresentada pela ferramenta contribui de maneira significativa na percepção, interação e motivação dos usuários que a utilizarem. Porém, o presente trabalho descreve uma pesquisa mais ampla, com uma proposta de um framework como base para o desenvolvimento de quaisquer aplicações de gerenciamento de redes com visualização baseada em RA. 2.6 Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores Esta seção apresenta um trabalho inovador de identificação das possibilidades de gerenciamento de redes de computadores. De um modo geral, a forma como um gerente administra e resolve problemas de redes de computadores através de uma ferramenta computacional pode ser classificada de acordo com três importantes categorias: mobilidade do gerente - se o gerente está fixo em um local ou é móvel. Um gerente fixo faz toda a parte de monitoração e manutenção através de um computador com ferramentas de administração remotas. Já um gerente móvel pode se deslocar até o local onde se encontra o dispositivo a ser monitorado. O gerente móvel também pode ter um computador portátil com ferramentas de administração ligadas em rede. método de reconhecimento do dispositivo ou serviço de rede a ser monitorado - o gerente deve fornecer o endereço IP ou código do dispositivo/serviço a ser monitorado manualmente ou, alternativamente, isto pode ser feito de modo semi-automático. No último caso, a escolha do dispositivo ou serviço é feita com base na percepção direta ou indireta da intenção do usuário. Por exemplo, se o usuário se aproxima de um dispositivo, este passa a ser monitorado automaticamente e os dados são apresentados ao usuário. a forma de visualização dos dados de gerência coletados - na abordagem convencional, utiliza-se uma tela de computador para mostrar textos e figuras sobre os dados de rede. A possibilidade explorada neste trabalho é mostrar tais dados através de Realidade Aumentada, sobrepostos à imagem real do dispositivo (para o caso de um gerente móvel)

40 2.6 Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores 39 ou plotados em um quadro-branco através da identificação dos marcadores através da webcam (para o caso de um gerente fixo de administração remota). Essas variações na forma de gerência são sumarizados na Tabela 2.2. Tabela 2.2: Categorias para os modelos de gerenciamento de rede Categorias Definições Mobilidade do Gerente GF= Gerente Fixo GM= Gerente Móvel Reconhecimento ou escolha DA= Detecção Automática por exemplo, do dispositivo/serviço via webcam EM= Entrada/Seleção Manual Visualização dos dados RA= Projeção através de RA AC= Apresentação dos dados através de uma abordagem textual ou gráfica convencionais, sem RA. De acordo com a Tabela 2.2, é possível compor alguns dos principais modelos para a execução do gerenciamento de rede, como: 1. GF + EM + AC: um gerente de redes fixo que centraliza as operações e atividades em um terminal principal, com a seleção ou escolha manual dos equipamentos a serem monitorados, e apresentação de resultados em um monitor convencional de computador. Esse é o modelo típico de gerente que administra remotamente uma rede de computadores, e que utiliza as ferramentas de gerenciamento baseadas em comandos shell ou com GUIs específicas. 2. GF + DA + AC: também com um gerente de redes fixo, porém com a seleção automática dos equipamentos a serem monitorados e apresentação de resultados em um monitor convencional de computador. Nesse caso, os gerentes de redes fazem uso de ferramentas com GUIs mais avançadas que, de uma forma geral, permitem o monitoramento de uma quantidade maior de equipamentos selecionados automaticamente pelas ferramentas. 3. GM + EM + AC: nesse modelo, existe um gerente de redes móvel que centraliza as operações em um computador móvel (notebook ou PDA - Personal Data Assistent), com o fornecimento manual de informações e apresentação de resultados em uma tela convencional de computador.

41 2.6 Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores 40 Normalmente, esse modelo é aplicável em situações nas quais a presença do gerente de rede é imprescindível, como por exemplo, em situações onde uma placa de rede de um computador servidor pára de funcionar repentinamente. 4. GM + DA + AC: também representa um gerente de redes móvel, mas com o reconhecimento automático de informações dos equipamentos a serem monitorados e, com apresentação de resultados em um monitor convencional de computador. Esse é idêntico ao segundo modelo, porém utiliza-se um computador portátil. 5. GF + DA + RA: nesse modelo, um gerente de redes é fixo e realiza a administração remota dos computadores em rede. As ferramentas utilizadas permitem o reconhecimento automático de informações dos equipamentos a serem monitorados, e apresentam os resultados através de projeção sobre um quadro-branco através da realidade aumentada. 6. GM + DA + RA: nesse modelo, um gerente de redes móvel utiliza um computador portátil, com ferramentas que permitem o reconhecimento automático de informações dos equipamentos a serem monitorados e apresentam os resultados através de projeção dos dados sobre os próprios elementos gerenciáveis através da realidade aumentada. Os modelos acima definidos descrevem de forma bem abrangente, como um gerente de redes de computadores exerce suas atividades mais comuns. Resumidamente, a maior parte dos equipamentos sob o monitoramento de um gerente são administrados de forma remota (GM) e através de ferramentas gráficas que, além de detectarem os equipamentos automaticamente (DA), utilizam interfaces gráficas simples e apresentam os resultados em uma tela convencional de computador (AC). Essas ferramentas podem ainda fornecer mecanismos interativos que permitam a execução de tarefas, como reiniciar um equipamento remoto ou terminar um serviço remoto de rede. Os demais modelos baseados em gerenciamento móvel (GM) abrangem as atividades que necessariamente devem ser executadas diretamente no equipamento monitorado. Normalmente, essas atividades exigem que o administrador identifique os equipamentos primeiramente, através do endereço IP, por exemplo. Isso pode ser feito de forma manual (EM), com o administrador interagindo como o equipamento através de um terminal simples ou gráfico, ou pode ser feito de forma automática (DA), com o administrador utilizando

42 2.6 Categorização dos Modelos de Gerenciamento de Redes de Computadores 41 uma ferramenta com interface mais complexa, como o etherape citado anteriormente. De uma forma geral, a relação com os elementos da rede e a forma como a informação será repassada para o administrador será formulada através dos dados recolhidos através dessas ferramentas, e repassada de forma estática (identificador do tipo do sistema operacional, por exemplo) ou dinâmica (gráficos de uso de serviços, por exemplo) ao usuário, dependendo do modelo utilizado. Os modelos que utilizam realidade aumentada apresentam-se como uma alternativa de prover a interação homem/máquina de uma nova forma mais dinâmica. Assim sendo, os resultados obtidos em tempo real, complementam as atividades de um administrador de redes na prática diária de gerenciamento dos equipamentos de toda a infra-estrutura de comunicação de dados sob seu domínio. Com o auxílio de um computador PC comum integrado à rede e uma webcam, é possível realizar a integração entre as ferramentas convencionais de gerenciamento de redes, com detecção automática dos serviços e dispositivos monitorados (DA), e repassar os resultados ao administrador através de realidade aumentada (RA), independente do gerente ser fixo (GF) ou móvel (GM). O presente trabalho explora, portanto, os modelos que apresentam RA como forma de visualização dos dados provenientes dos equipamentos de rede monitorados, a fim de verificar se tais modelos são úteis à prática de gerenciamento de redes de computadores.

43 O Framework ARNet CAPÍTULO 3 Nesse capítulo, será apresentado um framework que será usado para validar os modelos de gerenciamento de redes de computadores, que se utilizam da forma de visualização dos dados coletados baseadas em RA, como forma propostos no Capítulo 2. Esse framework fornece uma abordagem que estende ferramentas tradicionais de administração de redes baseadas em linha de comando, a fim de se produzir representações (visualizações) mais significativas dos resultados apresentados ao usuário. 3.1 A arquitetura do ARNet O Framework ARNet está organizado em quatro camadas, como ilustrado na Figura 3.1. Na camada mais abaixo, encontram-se os dispositivos e serviços de rede que serão monitorados. É importante citar que o ARNet depende de algum protocolo de gerenciamento de dispositivos de rede, como o protocolo SNMP [18], para recolher as informações dos elementos monitoráveis. Sendo assim, faz-se necessária a prévia instalação e configuração desse protocolo. Na camada acima, chamada de Camada de Monitoramento, encontram-se as ferramentas tradicionais de gerenciamento de rede e um novo módulo monitor de redes que monitora os itens da camada inferior. Cada um dos elementos da camada de monitoramento é executado através de um fluxo de execução independente (thread). O thread que executa a função do monitor de rede é o responsável por monitorar (ativar/desativar) os demais threads, de acordo com a necessidade da aplicação. A terceira camada é a Camada de Visualização de dados. Ela inclui um módulo de visualização, uma câmera de vídeo ou uma webcam e os dispositivos de projeção (um monitor comum ou um dispositivo Head-Mounted Display transparente com eyeglasses de telas LCD, ou seja, algum aparelho

44 3.1 A arquitetura do ARNet 43 Figura 3.1: Arquitetura da Aplicação: modelo em camadas. próprio para montar Monitor Based AR ou Optical See-Through AR, respectivamente) para o usuário conseguir visualizar as imagens aumentadas. Entre as camadas de visualização e de monitoramento, tem-se uma área de dados compartilhados, que mantém dinamicamente as informações sobre os elementos de rede monitorados. O usuário se localiza na camada superior da arquitetura, controlando a câmera de vídeo e observando as imagens aumentadas através de um dispositivo de projeção. Os principais elementos do framework são detalhados abaixo: Ferramentas de Gerenciamento de Redes: consistem em aplicações tradicionais de gerenciamento de rede que são executados através de linha de comando. Como exemplos, tem-se as seguintes aplicações: ping - que ajuda a localizar máquinas que estão ativas ou não na rede;

45 3.1 A arquitetura do ARNet 44 nmap - usado para verrer portas de serviços TCP/UDP/ICMP de um equipamento de rede; mii-tool - usado para verificar se um cabo de rede está devidamente conectado ao equipamento; snmpget e snmpstatus - que fazem uso do protocolo SNMP para recuperar informações detalhadas do funcionamento de um equipamento de rede. Área de Dados Compartilhados: consiste em uma simples região de memória que mantém estruturas com as informações sobre os equipamentos e serviços de rede monitorados, conforme se pode ver no exemplo apresentado no Código 3.1. Monitor de Rede: esta é a parte central da camada de monitoramento de redes do framework. O monitor de redes executa as ferramentas de administração em modo texto, via shell, de acordo com cada requisição do usuário. Através dessas ferramentas, o monitor coleta os dados obtidos e os salva na área de dados compartilhados. Módulo de visualização: responsável por gerar os dados em Realidade Aumentada a serem repassados ao usuário através de um dispositivo de projeção (monitor ou um óculos). Este módulo usa as bibliotecas do ARToolkit e técnicas de visualização de informações [6] para superpor os dados de rede às imagens dos símbolos capturadas pela câmera de vídeo (ou webcam). Banco de Dados de Configuração: contém os dados de rede iniciais necessários para o funcionamento do framework. Este banco inclui os endereços IP, e os nomes dos símbolos com marcadores fiduciais associados a todos os dispositivos e serviços que serão monitorados.

46 3.1 A arquitetura do ARNet 45 Código 3.1 Include rede.h 1 #ifndef REDE_H 2 #define REDE_H 3 4 #include "defines.h" 5 6 typedef struct { 7 char ip[16]; //endereço IP do host 8 int status; //ativo ou inativo 9 int posicaox; //posição x na tela 10 int posicaoy; //posição y na tela 11 char nmaptcpclosed[20];//portas TCP fechadas 12 char nmapudpclosed[20];//portas UDP fechadas 13 char nmaptcp[portas][3][20];//p. TCP abertas,filtradas,fechadas 14 char nmapudp[portas][3][20];//p. UDP abertas,filtradas,fechadas 15 int numportas[3];//identificador das portas 16 int so;//identificador do tipo de sistema operacional 17 char snmpname[50]; //identificador do nome da máquina 18 char snmpdescr[80];//descrição da máquina 19 char snmpuptime[20];//tempo em funcionamento 20 char snmplocation[80];//localização da máquina 21 char snmpcontact[80];//id. da pessoa responsável pela máquina } rede_t; #endif O funcionamento do framework acontece da seguinte forma: 1. Uma aplicação central captura os dados do banco de dados de configuração e os carrega na área de dados compartilhados. Além disso, a aplicação marca o estado de todos os dispositivos e serviços listados na área de dados compartilhados como visualmente inativos. Logo em seguida, a aplicação inicia, de forma independente, um fluxo (thread) para a execução do monitor de rede e um fluxo (thread) para a execução módulo de visualização. 2. O módulo de visualização usa o ARToolkit para processar a imagem proveniente da câmera de vídeo continuamente. O módulo procura por símbolos com marcadores fiduciais na imagem capturada e marca os itens reconhecidos (dispositivos e/ou serviços) como visualmente ativos na área de dados compartilhados. Adicionalmente, este módulo constrói a

47 3.2 Modelos de Gerenciamento de Redes 46 imagem aumentada dos itens visualmente ativos, com base na informação de gerenciamento de redes disponível na área de dados compartilhados. 3. O monitor de rede verifica na área compartilhada, quais itens estão marcados como visualmente ativos e inicializa os fluxos (thread) que excecutam os comando de gerenciamento (usando as ferramentas de redes em linha de comando que são executadas através da chamada system() na Linguagem C) para coletar os dados pertinentes a cada item. Os dados resultantes em modo texto são filtrados através da chamada grep() e salvos novamente na área compartilhada. Os fluxos de execução (threads) que representam o módulo de visualização e o monitor de rede funcionam de forma ininterrupta, até que o usuário termine seu processamento. 3.2 Modelos de Gerenciamento de Redes O framework pode ser usado de acordo com dois modelos de gerenciamento de redes: Gerenciamento Móvel (on-site): neste modelo, o usuário executa um gerenciamento do tipo on-site, deslocando-se ao ambiente onde se encontram os equipamentos monitorados. Os dispositivos devem estar previamente rotulados com os símbolos com marcas fiduciais e o usuário deve usar um computador de pequeno porte (notebook ou palmtop), também previamente configurado com as ferramentas de RA baseadas no framework. Através do direcionamento da câmera de vídeo para os dispositivos físicos (computadores, roteadores, switches, cabos de rede, etc.) rotulados com os símbolos, as informações de rede, atualizadas em tempo-real, são coletadas e combinadas com a imagem capturada pela câmera de vídeo para produzir uma visualização aumentada. O esquema desse modelo pode ser visto na Figura 3.2. Gerenciamento Fixo ou Remoto: neste modelo, o usuário realiza a administração remota dos equipamentos e serviços monitorados. Além disso, o administrador possui símbolos com marcas fiduciais impressas localmente, os quais estão associados aos elementos da rede. Para implementação desse modelo, um quadro-branco é colocado sobre a mesa de trabalho e a câmera é fixada por um suporte, de forma que ela possa capturar

48 3.2 Modelos de Gerenciamento de Redes 47 todo o movimento realizado sobre esse quadro-branco. O quadro, por ser branco, gera um maior contraste necessário para a boa captura dos símbolos. O diagrama da Figura 3.3 descreve o funcionamento O usuário pode realizar atividades remotas de monitoramento apenas posicionando os símbolos no quadro-branco colocado sobre sua mesa de trabalho e apontando a câmera de vídeo para esses símbolos, de forma que ele possa recuperar a visualização aumentada dos mesmos. Nesse modelo, o administrador pode obter informações mais detalhadas de qualquer equipamento monitorado. Para isso, ele deve manejar um elemento de interação, chamado de palito de interação, que contém um símbolo que servirá para realizar a função de interação com o sistema. Quando a câmera capta o símbolo desse palito, o usuário tem a opção de aproximá-lo a um elemento visualizado. Issa ação faz com que a ferramenta execute uma função que irá mostrar ao usuário, informações extras específicas referentes ao elemento apontado. O esquema desse modelo pode ser visto na Figura 3.3. Figura 3.2: Diagrama esquemático do Gerenciamento on-site.

49 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 48 Figura 3.3: Diagrama esquemático do Gerenciamento Remoto. Nota-se que os dispositivos podem ser automaticamente identificados pelas imagens de seus símbolos com marcas fiduciais capturadas pela câmera de vídeo. Essa ação é possível, graças às informações de configuração salvas no banco de dados. A Figura 4.10 da Seção 4.2 ilustra o funcionamento do Gerenciamento do tipo on-site. Os modelos acima descritos não são mutualmente exclusivos, uma vez que duas cópias de um mesmo símbolo marcador podem existir, sendo que uma delas pode estar presa ao seu dispositivo correspondente e a outra localizada no quadro-branco disposto na mesa do usuário. Essa alternativa é interessante, visto que as informações sobre um equipamento contidas em um símbolo podem ser complementadas pelas informações extras do mesmo equipamento que serão mostradas no quadro-branco. 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos Considerando agora, o módulo de visualização, os modelos de gerenciamento remoto ou fixo permitem duas formas de se associar um símbolo marcador ao dispositivo ou serviço: associação um-para-um : esta é a abordagem mais comum e é melhor adaptada ao modelo de gerenciamento de redes on-site. Cada símbolo

50 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 49 marcador representa exclusivamente um único dispositivo por vez e sumariza vários serviços monitorados sobre cada equipamento em uma mesma visualização. Esta associação é interessante devido à quantidade de informações em RA que podem ser repassadas ao administrador de forma simultânea e em tempo real. Além disso, o administrador pode monitorar cada computador apenas apontando a câmera para o seu símbolo correspondente, sendo útil, por exemplo, em situações de auditoria em tempo-real. A Figura 3.4 ilustra o esquema da associação um-para-um. associação um-para-muitos : neste caso, o símbolo marcador representa vários equipamentos ou serviços de uma só vez. A visualização aumentada de um símbolo marcador pode ser um conjunto de gráficos, ou ícones com posições pré-estabelecidas. Em ambos os casos, tem-se cada símbolo associado a um conjunto particular de dispositivos ou serviços, como ilustrado no esquema da Figura 3.5. Esta relação se torna importante quando há a necessidade de se visualizar informações de vários (mais de 15) dispositivos de rede simultaneamente. Esse uso é justificado pelo fato de que para os outros modelos, a captura simultânea de muitos símbolos marcadores pode gerar muitas informações que podem confundir o usuário. Além disso, a tela de vídeo gerada pela captura da webcam pode representar até vinte dispositivos sem que haja muita poluição visual. A relação um-para-um também pode ser vista no modelo remoto de gerenciamento de redes. Neste caso, vários usuários podem cooperativamente adicionar, remover ou reorganizar os símbolos marcadores no quadro-branco sobre a mesa usada na atividade de gerenciamento. Implementações desta situação serão detalhadas no próximo capítulo. Diferentes técnicas de visualização de informações podem ser aplicadas às imagens aumentadas provenientes da câmera de vídeo com os dados de rede. Como exemplo, pode-se visualizar gráficos 2D ou 3D, ícones representativos, objetos coloridos, e textos. Em geral, os dados visuais serão colocados sobre seus símbolos com marcadores fiduciais, ou ao lado deles. No próximo capítulo, serão apresentadas as implementações baseadas no framework ARnet que ilustram essas situações.

51 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 50 Figura 3.4: Esquema de Associação um-para-um.

52 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 51 Figura 3.5: Esquema de Associação um-para-muitos.

53 Implementações CAPÍTULO 4 Para que o framework proposto fosse avaliado, foram desenvolvidas três aplicações de RA para o gerenciamento de rede que estendem ferramentas de linha de comando. Essas aplicações implementam uma combinação dos modelos de gerenciamento de rede e de visualização descritos anteriormente. As três aplicações são: ARNETVIS - usa o modelo remoto de gerenciamento de redes com associação símbolo/equipamento do tipo um-para-muitos ; Mobile-ARNETVIS (ARNETVIS Móvel) - usa principalmente, o modelo de gerenciamento móvel e associação símbolo/equipamento do tipo umpara-um. Porém, também pode ser usado no modelo de gerenciamento remoto; e WB-ARNETVIS (White-Board-ARNETVIS) - usada para implementar o modelo de gerenciamento remoto de redes com a associação símbolo/equipamento do tipo um-para-um. Cada aplicação apresenta uma forma particular de funcionamento. Entretanto, para que as informações de rede dos equipamentos gerenciados sejam coletadas, reunidas e apresentadas ao usuário em RA através de cada aplicação, seis diferentes tipos serviços foram implementados. São eles: PingAR (Ping with Augmented Reality) que faz uso do comando shell nmap para verificar se um host está ativo na rede ou não. O comando nmap foi escolhido, ao invés do comando ping, porque gerou um tempo de resposta mais eficiente, quando implementado através do modelo do framework proposto. NmapeAR (Nmap with Augmented Reality) que usa o comando nmap para a detecção de portas TCP ou UDP que estejam abertas e filtradas em um ou mais hosts;

54 3.3 Associações de Marcadores Visuais e Dispositivos 53 ARuptime (Host Uptime with Augmented Reality) que usa o comando snmpget para obter informações sobre o tempo total que um equipamento permanece ligado; ARsnmp (SNMP tools with Augmented Reality) que também usa o comando shell snmpget para recuperar informações de rede mais detalhadas sobre os hosts escaneados, como o tipo do sistema operacional, o usuário responsável pela máquina, dentre outras; ARnetload (Host Upload/Download with Augmented Reality)que utiliza o comando snmpstatus para reunir dados sobre a quantidade de pacotes de dados de entrada e de saída transferidos através das interfaces de rede de cada equipamento monitorado; e ARCable (Augmented Reality for Cables) que utiliza o comando mii-tool para verificar se o cabo de rede do equipamento usado pela aplicação em RA está conectado à placa de rede ou não. Todas as aplicações utilizam os serviços citados, com exceção da aplicação WB-ARNETVIS que não utiliza o serviço nmapear, devido ao fato de que ainda não foi possível definir a melhor visualização para essa ferramenta. As aplicações foram implementadas em um equipamento PC comum com processador de 2,08 GHz, 1GB de memória RAM, placa de vídeo AGP GeForce 5200FX de 256 MB, webcam USB Logitech 4000 PRO, sistema operacional GNU/Linux Fedora Core 4.0, com kernel versão 2.6, pacote ARToolkit versão e pacotes freeglut 1 e freeglut-devel pré-instalados. A linguagem de programação utilizada foi a Linguagem C. Os códigos fontes das aplicações estão disponíveis no CD-ROM que acompanha este trabalho (veja Apêndice A), e também para download no site do grupo de pesquisas FUNCOMP 2 do Instituto de Informática da UFG. Informações adicionais sobre instalação e dependências de bibliotecas do sistema podem ser encontradas neste site. A seguir, será apresentada uma descrição detalhada de cada aplicação. 1 freeglut é um conjunto de bibliotecas open source do kit de ferramentas GLUT (OpenGL Utility Toolkit. 2

55 4.1 Aplicação ARNETVIS Aplicação ARNETVIS A aplicação ARNETVIS destina-se ao modelo de gerenciamento remoto de redes de computadores que apresentam muitos (mais de 10) equipamentos gerenciáveis. Nessa aplicação, cada símbolo representa um conjunto de equipamentos de uma vez. Em outras palavras, esta aplicação utiliza o modelo de visualização de dados um-para-muitos. O ARNETVIS foi projetado para adaptar os seis serviços citados anteriormente para serem utilizados interativamente, através de um quadrobranco, um de cada vez. A cada serviço foi associado um símbolo marcador único e exclusivo, que ativa a função de rede correspondente através do Monitor de Rede (implementado na Camada de Monitoramento), como ilustra o exemplo da Figura 4.1. Figura 4.1: Exemplo de associações entre os símbolos e as funções de rede do framework). Para que o serviço escolhido seja ativado, basta que o usuário utilize um símbolo marcador desejado por vez, e o coloque na coluna do lado esquerdo do quadro-branco para ser capturado pela câmera de vídeo, como indicado na Figura 4.2. Nesse momento, fluxos de execução (threads) para cada máquina monitorada são inicializados pelo Monitor de Rede, e cada um se encarrega de captar e atualizar na Área de Dados Compartilhados as informações relativas ao serviço selecionado de cada equipamento. As informações extraídas dos equipamento dependem do serviço selecionado, como descrito a seguir:

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