O documento discute a abordagem Ambient Assisted Living (AAL) para o cuidado de idosos. Ele introduz os conceitos básicos de AAL, incluindo casas inteligentes, sensores vestíveis e robôs de assistência. O documento também descreve estudos de caso realizados usando simulações e sensores biomédicos para desenvolver e avaliar sistemas AAL. Finalmente, enfatiza a importância da qualidade do contexto para fornecer serviços personalizados e de alta qualidade para usuários de sistem

1. A Abordagem Ambient Assisted Living
(AAL)
Prof. Mario Dantas, PhD
Laboratório de Pesquisa em Sistemas Distribuídos (LaPeSD)
Departamento de Informática e Estatística (INE)
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
http://www.inf.ufsc.br/~mario
Email:mario.dantas@ufsc.br
Outubro, 2014

2. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Sumário
1 Motivação
2 Resumo
3 Conceitos Básicos
4 Estudos de Casos
5 Considerações Finais
6 Discussões
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 2/48

3. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Motivação
Escopo: Cuidado de idosos (e outros) que vivam sozinhos
e requeiram cuidados (normais ou especiais)
Custos:
Enfermidades controláveis (casa/hospital)
Cuidados especializados (casa/hospital)
Monitoração/Sem monitoração (Transporte emergência -
Alocação em hospital)
Problemas operacionais nos números:
De leitos x pacientes
De profissionais de saúde x pacientes
Crescentes de idosos x custos
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 3/48

4. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Motivação
Em 2050, 20% da população mundial terá 60 anos ou mais.
UN Report, Department of Economic and Social Affairs, Population Division , 2001
http://www.un.org/esa/population/publications/worldageing19502050/
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 4/48

5. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Motivação
Usar nossos conhecimentos de TI para:
Uma integração de ambientes inteligentes e pessoas que
devam ser assistidas;
Melhoria na qualidade de vida das pessoas;
Melhor utilização dos sistemas de saúde.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 5/48

6. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Motivação
Ambient (Inteligente) Assisted Living
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 6/48

7. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Resumo
A medida em que a população atinge um grau de
longevidade maior, mais complexas e melhores soluções
devem ser propostas e utilizadas para a monitoração e
controle de pessoas doentes e idosas.
Nesta palestra vamos apresentar os conceitos relativos a
uma abordagem conhecida como Ambient Assisted Living
(AAL), o qual permite com um maior grau de eficiência a
monitoração e um maior grau de liberdade/individualidade
a condição de uma pessoa vivendo em um ambiente
assistido.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 7/48

8. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Resumo
Importante observar o elevado grau de envolvimento de
soluções de TIC e suas interfaces com especialistas das
áreas da saúde e segurança.
Finalizando, os estudos de casos indicam para uma fonte
de crowdsourcing nunca antes imaginada e que deve gerar
um desafio de big-data e processamento distribuído e
paralelo sem precedentes na história.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 8/48

9. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Conceitos Básicos
Noções básicas
Smart homes
Mobile devices
Wearable sensors
Smart fabrics
Assistive robotics
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 9/48

10. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Noções Básicas
Movement
• Accelerometer
• Gyroscope
Biochemical
• Stress markers
(lactate in sweat)
• Wound healing (pH
and infection markers)
Vital Signs
• Respiration sensors
• Thermal sensors
• Galvanic skin response (GSR) sensors
• Cardiac Activity
• Pulse oximeter
• ECG devices
• Doppler radars
Sensores e Medidas
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 10/48

11. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Noções Básicas
Configurações Convencionais
Sensors on body + a handheld or wearable data hub to communicate data wirelessly
+ a central node to process data
Padrões de Curta Distância
• Bluetooth (IEEE 802.15.1)
• ZigBee (IEEE 802.15.4)
Tecnologias de Curta Distância
• RF
• Inductive links, Intrabody Communication
Transferência de Dados
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 11/48

12. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Noções Básicas
Transferência de Dados
Sensors
Handheld device
Central Unit
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 12/48

13. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Noções Básicas
Transferência de Dados
Sensors
Handheld device
Central Unit
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 13/48

14. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Noções Básicas
Transferência de Dados
Sensors
Handheld device
Central Unit
Bluetooth
Wi-Fi/
Internet
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 14/48

15. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Smart Homes
Casas Inteligentes
(Smart Homes)
Ambiente
Casa Inteligente
(Smart Home)
Percepção
(sensores)
Ações
(controllers)
Casa Inteligente = Percepção do ambiente (natureza + humanos)
+
Ações
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 15/48

16. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Wearable Sensors
 Holter type
 Patches
 Body-worn
 Smart
garments:
 Garment
level
 Fabric level
 Fiber level
Tipos de Sensores Usáveis
*A. Dittmar; R. Meffre; F. De Oliveira; C. Gehin; G. Delhomme; , "Wearable Medical Devices Using Textile and Flexible Technologies for Ambulatory
Monitoring," Engineering in Medicine and Biology Society, 2005. IEEE-EMBS 2005. 27th Annual International Conference of the , vol., no., pp.7161-
7164, 2005Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 16/48

17. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Wearable Sensors
Exemplos de Sensores Usáveis
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 17/48

18. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Assistive Robotics
Robos de Assistência
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 18/48

19. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Conceitos Básicos
[Dantas, 2002]
Disponível on-line
[Dantas, 2005]
Disponível on-line
[Dantas, 2009]
Referências Bibliográficas
www.inf.ufsc.br/~mario www.inf.ufsc.br/~mario
[Novembro, 2011]
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 19/48

20. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Estudos de Casos
Cenário: Pesquisa realizada no LaPeSD;
Objetivo: Desenvolver uma abordagem de pesquisa
diferenciada que possa prover novos conhecimentos:
Na área de sistemas distribuídos: computação distribuída e
paralela, armazenamento distribuído (big-data) e cloud;
Na área de redes: Software Defined Network (SDN), cloud
computing;
Crowdsourcing, certificação da qualidade das informações
(contexto e experiência);
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 20/48

21. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Estudos de Casos
Ambiente Experimental
Fase I: Em um primeiro momento adotou-se o uso do
simulador Siafu;
Fase II: Uso de sensores biomédicos (exemplos:
temperatura, pressão, movimento);
Fase III: Composição em laboratório de um AAL;
Fase IV: Composição em uma configuração real um AAL.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 21/48

22. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Nossa pesquisa da Fase I é apresentada a seguir.
Context-aware computing
• Ubiquitous computing has strong links with
the characteristics of the physical world and
its users’ profiles: Context.
• The context is any information that can be
used to characterize the situation of entities
such as person, place or object that is
considered relevant to the interaction
between a user and an application [1].
1
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 22/48

23. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Context-aware computing
• A system can thus use such significant context
information and then provide more optimized
and personalized services, increasing user
satisfaction.
• It is also possible to minimize the
consumption of resources such as energy,
processing and communication, providing
more accurate and dynamic services.
2
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 23/48

24. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Quality of Context
• In ubiquitous environments, one of the many
important factors is the context-awareness.
• An important point about the context-
awareness is that such context information
must be reliable and quality must be ensured.
• Quality of Context (QoC) is any information
that describes the quality of information that
is used as context information [2].
3
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 24/48

25. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Quality of Context
• QoC has a significant impact on users’
experiences with context-aware services,
which can be positive or negative depending
on the QoC.
• QoC can help the user to estimate the
behavior of a context-aware service.
• This study demonstrates the use of QoC in an
Ambient Assisted Living (AAL) environment,
evaluating some QoC parameters.
4
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 25/48

26. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
QoC Taxonomy
5
QoC Taxonomy [3]
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 26/48

27. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Context Management Architecture
6
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 27/48

28. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
• Ambient Assisted Living (AAL);
• Assisted Living is the term given to the
provision of care to people either in their own
homes or in supported housing, underpinned
by technology.
7
Scenario
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 28/48

29. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
• Siafu – Context Simulator [4];
– A graphic scenario was created;
– The behavior of agents was
programmed;
• Monitoring of the resident's health:
– Blood pressure;
– Heart rate;
– Body temperature;
8
Case Study
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 29/48

30. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
QoC Quantifier
• The following parameters were used:
– Up-to-dateness (U) – up-to-date;
– Coverage (C) - valid;
– Precision (P) - accurate;
– Completeness (Cm) - complete;
– Significance (S) - Significant;
– In addition to its general QoC value, which can
alert to potential QoC problems.
9
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 30/48

31. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Results
10
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 31/48

32. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Results
11
Tm Tp Ac R LR U C P Cm S QoC
56 T 37.5 - 34.5 0 1 0.93 0 1 0.48
57 T 37.6 36.6 36.6 1 1 0.97 1 0 0.99
101 T 38.7 37.9 37.9 1 1 0.98 1 1 0.99
105 P 120 104 104 1 1 0.87 1 0 0.97
468 DP 90 86 86 1 1 0.95 1 0 0.99
468 SP 136 129 129 1 1 0.95 1 0 0.99
590 DP 101 64 64 1 0 0.63 1 0 0.66
590 SP 114 72 72 1 0 0.63 1 0 0.66
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 32/48

33. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
QoC Evaluator
• The QoC value quantified should indicate
whether the quality of the information
obtained is adequate.
• In this case, context is used, providing a more
precise adaptation.
• When a quality problem is detected, it is
expected that the set of parameters used will
enable an analysis towards identification of
the problem.
12
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 33/48

34. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
QoC Evaluator
• It is expected that the ontology in the QoC
Evaluator module can help identify QoC
problems by means of:
• Context information values;
• QoC parameters;
• Rules created in the ontology;
• Integration with other ontologies such as
those related to health.
13
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 34/48

35. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Conclusions
• Assessing QoC parameters and the QoC value
is important and helpful to:
• Detect anomalies or inconsistencies in
sensors;
• Generate alerts;
• Activate backup sensors;
• Discard data with insufficient QoC;
• Choose appropriate providers.
14
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 35/48

36. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Conclusions
• It is believed that the implementation of this
proposal might mean a big social impact and a
technological innovation applied to AAL, at
the disposal and support of a significant
number of individuals such as elderly or sick
people, and with a more precise technology.
15
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 36/48

37. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
Further Research
• In future works, we intend to:
• Include environment sensors and mobile
devices;
• Evaluate other QoC parameters;
• Use ontology in the development of the
QoC Evaluator module so as to identify
potential QoC problems.
16
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 37/48

38. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental I
References
[1] A. K. Dey, “Providing Architectural Support for Building Context-Aware
Applications” Georgia Institute of Technology, 2000.
[2] T. Buchholz, A. Küpper, and M. Schiffers, “Quality of Context : What It Is
And Why We Need It” in 10th International Workshop of the HP OpenView
University Association, 2003, pp. 1–14.
[3] D. C. Nazário, M. A. R. Dantas, and J. L. Todesco, “Taxonomy of publications
on Quality of Context” Sustainable Business International Journal, vol. 20,
pp. 1–28, 2012.
[4] N. Europe, “Siafu: An Open Source Context Simulator” 2007. [Online].
Available: http://siafusimulator.org/.
17
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 38/48

39. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental II
Nosso ambiente de pesquisa da Fase II é apresentado a
seguir.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 39/48

40. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental II
Nosso ambiente da Fase III é apresentado a seguir.
Alocação de sensores diferentes em diferentes partes do LaPeSD
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 40/48

41. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Ambiente Experimental IV
A figura abaixo ilustra a Fase IV de pesquisa, que já
estamos trabalhando, com o paradigma SDN (Software
Defined Network)
7/10/2014 Han.jpg
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 41/48

42. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Considerações Finais
A abordagem AAL é uma área interessante de pesquisa e
desenvolvimento para os profissionais de TI;
Todos os componentes para o desenvolvimento de
soluções práticas já existem e estão facilmente disponíveis;
Nossas pesquisas indicam que o provimento de uma
solução requer uma boa base de conhecimento matricial
(exemplos: redes e armazenamento, qualidade de contexto
e experiência);
Os ganhos do paradigma podem, de uma maneira macro,
ser classificados em dois grande grupos: social e
tecnólogico;
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 42/48

43. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Considerações Finais
Os ganhos sociais podem ser entendidos sob os seguintes
aspectos:
A adoção do paradigma, de forma correta, pode prover uma
melhoria significativa na qualidade de vida de milhares (ou
até mesmo milhões) de pessoas;
Menor tempo hospitalização;
Recuperação em casa;
Melhor qualidade de atendimento;
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 43/48

44. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Considerações Finais
Os ganhos sociais podem ser entendidos sob os seguintes
aspectos: (Continuação)
Controle remoto de qualidade (doentes, pessoas com
necessidades especiais e solitários);
Melhor custo benefício na relação técnicos de saúde x
pacientes;
Melhor custo/qualidade na relação do cuidado de idosos
(teimosos ou não);
Possibilidade de extensão do paradigma para outros grupos
(exemplos: crianças e animais domésticos).
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 44/48

45. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Considerações Finais
Os ganhos tecnológicos podem ser entendidos sob os
seguintes aspectos:
O desenvolver do AAL requer conhecimento integrado entre
diversas áreas de TI, tais como: Eng. Software, Banco de
Dados, Sistemas Distribuídos, Arquitetura de computadores e
Redes;
A necessidade de desenvolvimento de fabricação e
integração de sensores residenciais e para seres humanos;
Melhor alocação dos serviços de redes, em termos de
disponibilização de larguras de banda, retardo e jitter;
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 45/48

46. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Considerações Finais
Os ganhos tecnológicos podem ser entendidos sob os
seguintes aspectos:
Melhor utilização de grande quantidade de dados (big-data)
em termos de retorno para a qualidade de vida;
Melhor utilização de nuvens computacionais em termos de
execução de tarefas e armazenamento distribuído;
Melhor desenvolvimento de abordagens de usabilidade,
orientação a contexto e qualidade de experiência.
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 46/48

47. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Discussões
A abordagem AAL ainda está em fase de evolução ?
O crowndsourcing do AAL irá representar um volume
nunca antes imaginado ?
A abordagem de cloud computing vai ter uma expansão
muito maior do que imaginada ?
Vocês estão preparados para poder contribuir para esse
novo ambiente computacional?
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 47/48

48. Motivação
Resumo
Conceitos
Básicos
Estudos de
Casos
Considerações
Finais
Discussões
Discussões
Dúvidas ou Perguntas ??????
Muito Obrigado pelo Convite
Prof. Mario Dantas - UFSC/CTC/INE- LaPeSD
Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 48/48