Computação Ubíqua e a Internet do Futuro

1. Computação Ubíqua e aInternet do Futuro Antonio Alfredo Ferreira Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Ciência da Computação UDESC/CEAVI, Ibirama, SC, 27/9/2011

2. Falar de Computação Ubíqua e a Internet do Futuro é equivalente a falar do Problema da Sorveteria: se você não gosta tem algo errado; se você gosta, qual é o sabor de hoje?

3. Histórico da Comunicação

4. Qual é o tamanho do mundo do ponto de vista da comunicação? Ao longo do tempo, o homem tem conseguido atingir distâncias cada vez maiores ... ... e o mundo tem ficado cada vez “menor”

5. O problema fundamental emsistemas distribuídos • Comunicação (troca de dados, informação) entre entidades comunicantes • Problema existente em cenários onde há necessidade de trocar dados

6. Fogo Sinais de fumaça Bandeiras Pombo correio Telégrafo óptico Hoje também existem vários “sabores” dependendo do tipo de acesso à Internet No futuro, possivelmente teremos uma maior diversidade! Primórdios dacomunicação sem fio (CSF)

7. Primórdios da CSFGrécia antiga • Peça Agamemnon, escrita por Aeschylus em 458 aC, descreve como sinais de fogo foram usados, supostamente, para comunicar a queda de Tróia para Atenas numa distância acima de 450 km Aeschylus

8. Primórdios da CSFGrécia antiga • Problema com sinais de fogo: • Número de mensagens diferentes que podem ser enviadas é bastante limitado • Problema identificado por Polybius, historiador grego do segundo século aC • Não havia como mandar uma nova msg que necessitasse atenção imediata

9. Polybius de Megalopolis (c. 203aC–120aC) filho de Lycortas, historiador grego, famoso pelo seu livro chamado “The Histories” ou“TheRiseofthe Roman Empire” o qual cobre o período de 220aC a 146aC. i Primórdios da CSFGrécia antiga Estátua de Polybius achada em Cleitor, Grécia

10. Primórdios da CSFGrécia antiga: Solução de Polybius • Dois conjuntos de cinco tochas • Suposições: • Há um acordo prévio entre os sinalizadores sobre a codificação das letras e as regras de comunicação a serem usadas • Alfabeto dividido em cinco conjuntos de cinco letras

11. Primórdios da CSFGrécia antiga: Solução de Polybius • Regras de comunicação: • Sinalizador que inicia a transmissão levanta duas tochas • Sinalizador que irá receber a mensagem levanta duas tochas como confirmação que está pronto • Sinalizador TX usa o conjunto de tochas da esquerda para indicar o conjunto do alfabeto a ser usado e o conjunto de tochas da direita para indicar a letra a ser transmitida • Mensagens arbitrárias poderiam ser enviadas • Método usado por quase 20 séculos • Esses princípios valem ainda hoje e possivelmente enquanto não houver uma revolução tecnológica na CSF

12. Observação sobre ostipos de comunicação • Comunicação sem fio e com fio são complementares • Os dois tipos de comunicação devem continuar a crescer • Com fio: fibra óptica • Sem fio: novos protocolos e velocidades mais altas

13. O Nome do JogoouA Evolução da Computação em Ambientes de CSF

14. Computador Móvel Evolução dos Sistemas Computacionais

15. Novas disciplinas Computação móvel/ nômade Computação ubíqua/ pervasiva Computação autonômica e “gêneros de computação” Computação ciente de localização Computação ciente de contexto “Inteligência de ambiente” Computação Móvel Computação Ubíqua Computação na nova era Computação Autonômica

16. Computação móvel Dispositivos computacionais portáteis + Comunicação sem fio • Computação pessoal em qualquer lugar e a qualquer momento • Ser capaz de trabalhar longe do desktop, em lugares onde tarefas precisam ser executadas • Outro nome para computação móvel: • Computação nômade para acessar dados e aplicações

17. WAN IEEE 802.20 (proposto) IP MAN IEEE 802.16 “WiMAX” IP LAN IEEE 802.11 “WiFi” IEEE 802.3 Ethernet PAN Bluetooth USB Computação móvelInfra-estrutura • Rede • Comunicação sem fio • Roteamento • Segurança, privacidade, ... • Hardware: • Gerenciamento de energia • Capacidade limitada

18. Computação móvelDispositivos portáteis • Software/Dados • Sincronização/replicação • Aplicações móveis são aplicações para desktop numa “caixa menor”?

19. Computação móvelDispositivos portáteis?

20. Computação ciente de ... • Localização • Contexto • Físico • Lógico

21. Sistemas cientes de localização Rastreamento da localização Acesso a recursos e informação dependentes da localização Comportamento dependente da localização Computação ciente de “rastreamento” Oportunidades fantásticas nesta área! Computação ciente de localização

22. Computação ciente de localizaçãoExemplo: Guia turístico

23. GPS, 24 satélites http://www.gps.gov/ Galileo, 30 satélites http://ec.europa.eu/dgs/ energy_transport/galileo/ Computação ciente de localização Tecnologias para ambientes externos • Global Positioning System (GPS) • European Satellite Navigation System (Galileo) • Métodos baseados em telefonia celular • AOA, TOA, TDOA, E-OTD, A-GPS • E911 (http://www.fcc.gov/911/enhanced/)

24. Infravermelho Ultra-som RF (Radio Frequency) Wireless LAN Exemplo: Cricket Indoor Location System (Ultrasonic + RF) http://cricket.csail.mit.edu/ Computação ciente de localização Tecnologias para ambientes internos

25. Computação ciente de contexto • Sistemas cientes de contexto consideram um contexto (cenário, ambiente, ...) • Contexto físico • ambiente • data e hora • temperatura • umidade • capacidade do dispositivo • recursos de infra-estrutura • localização/rastreamento • Contexto lógico • interesses • trabalho/lazer • atividade • preferências do usuário • Individual/coletivo (social) • Aspectos fundamentais da Internet do futuro! • Soluções baseadas no usuário e não na rede!

26. Computação ciente de contexto • Contexto como informação: • Caracteriza uma situação de uma pessoa, lugar ou objeto relevante para a interação entre usuário e aplicação • localização • identidade • estado e atividades de pessoas, grupos • estado de objetos computacionais e físicos • Processamento ciente de contexto • Usa informação de contexto para • seletivamente apresentar informação e serviços • automaticamente executar um serviço • anexar informação de contexto para tratamento posterior

27. Computação ciente de contexto • Explora nosso dia-a-dia • fisicamente • logicamente • Atualmente, “tentamos” incorporar o contexto às nossas aplicações móveis ainda de forma primitiva

28. Computação ciente de contextoDaqui para o futuro • Dispositivos com Internet embutida estão se tornando cada vez mais populares • Acesso à Internet está se tornando ubíquo • Capacidade de comunicação está aumentando • Redes com finalidades específicas tendem a desaparecer • TV, dados, voz, ...

29. Computação ciente de contextoHierarquia de redes

30. Computação ciente de contextoQuestões de privacidade • Quem pode acessar “sua” informação de contexto? • Como e onde essa informação é armazenada? • Quais são os potenciais benefícios de compartilhar essa informação? • Como podemos controlar quem acessa nosso contexto? • Aspectos fundamentais para a Internet do futuro

31. Computação ubíqua (Ubicomp) e a Internet do futuro • Ubicomp integra computação ao ambiente • A idéia é não ter computadores “visíveis” como objetos distintos • Outros termos para computação ubíqua: • Computação pervasiva • Tecnologia calma • Coisas que pensam • Everyware (cunhado por Adam Greenfield) • Internet pervasiva • Objetivo: • Embutir computação no ambiente e nos objetos do dia-a-dia • Permitir às pessoas interagirem com dispositivos que têm capacidade de processamento de informação naturalmente • Adaptar a partir do contexto onde elas se encontram

32. Ubicomp "Ubiquitous computing names the third wave in computing, just now beginning. First were mainframes, each shared by lots of people. Now we are in the personal computing era, person and machine staring uneasily at each other across the desktop. Next comes ubiquitous computing, or the age of calm technology, when technology recedes into the background of our lives."

33. Ubicomp • Princípios de Mark Weiser para descrever computação ubíqua: • A finalidade de um computador é ajudar uma pessoa a fazer algo • O melhor computador é um “servo” quieto e invisível • O computador deveria estender a inconsciência de uma pessoa • Tecnologia deveria criar tranqüilidade • Ao projetar a tecnologia calma, Mark Weiser e John Brown descrevem essa tecnologia como “aquela que informa mas não demanda nosso foco ou atenção”

34. i Ubicomp “The Coming Age of Calm Technology”, Mark Weiser and John Seeley Brown, Chapter 6. In: Beyond Calculation: The Next Fifty Years of Computing. Peter Denning and Robert Metcalfe, eds. 1998, xix, 313 p., 15 illus., Softcover, Springer http://en.wikipedia.org/wiki/Mark_Weiser Ambient Devices (http://www.ambientdevices.com)

35. Ubicomp • Palavras-chaves da visão de Mark Weiser: • Tecnologia calma • Invisível • Dispositivos na periferia de nossos sentidos • O computador não é o centro da atração • As melhores ferramentas são (quase) invisíveis aos seus usuários • Relações pessoa-pessoa e pessoa-computador • Hardware e software deveriam fundir em “underware”

36. Ubicomp • Dispositivos computacionais por todo lugar • nas pessoas (inclusive internamente?) • nos veículos • nos tecidos • nos móveis • nos produtos que consumimos • … • Podem variar de etiquetas passivas a dispositivos de informação conectados em rede

37. Ubicomp • Atualmente, temos processadores embutidos em • dispositivos eletro-eletrônicos • carros, aviões, ... • … • No entanto, a maior parte deles não é • conectada à rede • interoperável • ciente de contexto

38. Ubicomp • Computação ubíqua significa levar a computação para fora do computador pessoal • Conecte com o que as pessoas fazem • Permeie o mundo físico • UbiComp = “Pervasivo”, “Ambiente”, “Contexto” • Base para a Internet do futuro!

39. Ubicomp em perspectivaEletrodomésticos “inteligentes” • O forno inteligente: • Controlado por botões ou computador? • Programado por tempo ou “alimento pronto”? • É hora da auto limpeza? Faça a programação • Há alguma “coisa” queimando? • Alguma “coisa” entornou que precisa limpar o forno? • Os suportes da panela, tabuleiro, ..., estão na posição correta? • A pessoa está autorizada a operar o forno? • O que você precisaria para confiar no seu forno? E na sua casa?

40. Computação móvel + Ambiente inteligente Ubicomp = Ubicomp Computação de mesa Computação móvel Ambiente inteligente Computação desagregada Computação invisível Realidade aumentada

41. Aperte o interruptor Solução física Bata palmas Som Toque um display de controle Diálogo baseado em uma interface de usuário Toque o mapa que representa o ambiente Use um tablet, celular, … Diga “Ligue as lâmpadas” Voz Diga “Ligue aquela lâmpada” Multimodal “Eu quero ler um livro” Está escuro Infere uma ação Faça um gesto específico Visão Entre na sala Automático Ubicomp oferece novas opçõesHaja luz, mas como?

42. UbicompQuestões de longo termo • Atenção • Complexidade • Privacidade • Segurança • Extensibilidade

43. UbicompComplexidade (para usuários) • Várias decisões para serem tomadas pelo sistema • Vários dispositivos para gerenciar • É necessário um certo grau de automação • “Regras de comportamento” • Mas, de onde obtê-las? • Mas, como gerenciá-las?

44. UbicompPrivacidade • Sistema deve tomar várias decisões para/sobre uma pessoa • Sistema precisa de informações • Quem obtém a informação? • Boas intenções podem se transformar em práticas inapropriadas

45. UbicompSegurança • Começa pela disponibilidade de serviços • Como você sabe com quem está falando? • Ubicomp requer • conectividade dinâmica • troca de vários dados pessoais • evitar acessos fraudulentos

46. UbicompExtensibilidade • Interoperabilidade • Vários domínios/vários tipos de ambientes • Casa, trabalho, veículo • Necessidade de padronização • Configuração • Ferramentas para gerenciar dispositivos e processos • Validação

47. UbicompComo essas e outras questões são tratadas? • Indústria segue em frente • Aparecem soluções ad hoc • Tentativa e erro • Unificada vs. diversificada • Teoria  Técnicas  Metodologia Ferramentas • Do ponto de vista acadêmico, oportunidades incríveis de pesquisa! • Do ponto de vista não acadêmico, oportunidades incríveis de desenvolvimento tecnológico de ponta! • Nesse caso, a base científica é que permite o avanço tecnológico

48. O Desenvolvimento de Aplicações para o Ambiente de Computação Móvel/Ubíqua

49. Desenvolvendo aplicações e serviçosUm exemplo “simples” • 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

50. Exemplo de uma aplicação que segue esse princípio • Michel combinou com Dilma de buscá-la no aeroporto • Dilma enviou uma mensagem eletrônica para Michel com informações sobre o seu vôo, que foram armazenadas na agenda eletrônica do Michel • O vôo está marcado para chegar às 17:21 da próxima quarta-feira e, normalmente, Michel gasta 45 min para ir de seu local de trabalho até o aeroporto