Computação Ubíqua

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Semana da Informática da PUC Minas - SG

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Computação Ubíqua

  1. 1. Computação Ubíqua Prof. Waldir Ribeiro Pires Junior Semana de Informática – PUC Minas SG Belo Horizonte, MG 8 de Maio de 2009 1
  2. 2. Sumário • Sobre o palestrante Introdução • • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa • Aplicações e cenários de uso Desafios associados • • Conclusões Referências • 2
  3. 3. Sobre o Palestrante • Bacharel em Ciência da Computação pela UFMG (2002) • Pós-graduação em Sistemas Móveis e Convergentes em Telefonia Celular pela UEA (2006) – Padrões de projeto em JavaME, Componentização de SW para dispositivos móveis • Mestrando em Ciência da Computação pela UFMG (2008) – Computação móvel e ubíqua, Computação ciente de contexto e Sistemas distribuídos – Engenharia de SW aplicada a aplicações móveis/ubíquas • Engenheiro de SW no Núcleo de Engenharia de SW e Sistemas Synergia (DCC-UFMG) • Professor Assistente da PUC Minas SG 3
  4. 4. Introdução • Qual é o futuro da computação? ? 4
  5. 5. Introdução Opções ● O agente inteligente ● A televisão ● Gráficos 3D, realidade virtual ● Os computadores de “Jornada nas Estrelas” ● A interface GUI refinada ● Nenhuma das opções acima ● 5
  6. 6. Introdução 6
  7. 7. Introdução Interface com o usuário – evolução ● Válvulas a vácuo e interruptores ● Cartões perfurados ● Linha de comando e teclado ● Interface gráfica de usuário ● Mouse, joystick, pedais, capacetes ● Comando de voz, personificação ● Telas sensíveis ao toque, multitoque (entrada e saída) ● Linguagem natural (perguntas e respostas) ● Interfaces tangíveis (foco no toque, ambiente físico) ● Vamos para a resposta! ● 7
  8. 8. Introdução • A computação irá Desaparecer! – – Ser descentralizada – Focada no usuário e suas atividades – Estará em todos os lugares e coisas! ? 8
  9. 9. Introdução: Evolução da Computação 9 Computers in the year 2004. Fortunatelly, they were wrong! 
  10. 10. Introdução: Evolução da Computação Centralized Personal Portable Pervasive Computing Computing Computing Computing Internet Hw/Sw Growth! Advancements! User oriented User oriented Machine oriented Task oriented One computer One computer Many devices “Invisible” devices 10 Many people One person One person Many people
  11. 11. Introdução: Evolução da Computação Man-Machine Interaction 11
  12. 12. Introdução: Evolução da Computação Surface Technologies 12
  13. 13. Introdução: Evolução da Computação Why use the keyboard? Connect the devices to The brain! 13
  14. 14. Composição de Sistemas de Computação Comunicação remota Sistemas Computação Computação Tolerancia a falhas Distribuídos Móvel Pervasiva/Ubiqua Alta disponibilidade Acesso a informações remotas Ambientes Segurança distribuída Inteligentes Arquiteturas Cliente/servidor N-tier Redes Móveis Cluster Acesso móvel a P2P Informações Aplicações adaptativas Grid Redes de dados Sistemas cientes de Computação nas sem fio energia nuvens WLAN Sensibilidade de Virtualização de GPRS/EDGE/HSDPA localização plataformas Interação Homem Máquina Espaços inteligentes Invisibilidade Redes de Escalabilidade sensores Gestão de perfil e sem fio contexto 14
  15. 15. Padrões de Redes Sem Fio 15
  16. 16. Sumário • Sobre o palestrante • Introdução • Definição, objetivos e características Primeiros projetos • • Principais áreas de pesquisa Aplicações e cenários de uso • • Desafios associados Conclusões • • Referências 16
  17. 17. Definição Dicionário Merrian-Webster ● Ubiquitous: existing or being everywhere at the same time, constantly ● encountered Pervasive: to become diffused through every part of ● Mark Weiser: pesquisador do PARC – XEROX, Centro de ● Pesquisas da Xerox (PARC) em Palo Alto, EUA Termo proposto no final da década de 90 ● Citações ● A melhor ferramenta é aquela que é invisível para o usuário. Esta se mistura – com o ambiente diário do usuário a tal ponto de se tornar indistinguível do mesmo Termos similares ● Everyware, Calm technology, Pervasive computing, Ambient technology, ● dsappearing computing 17
  18. 18. Definição Artigos publicados por Mark Weiser: ● quot;The Computer for the 21st Century,quot; Scientific American, pp. 94-10, ● September 1991 quot;Some Computer Science Problems in Ubiquitous Computing,quot; ● Communications of the ACM, July 1993. (reprinted as quot;Ubiquitous Computingquot;. Nikkei Electronics; December 6, 1993; pp. 137-143.) Energia, conectividade sem fio e usabilidade, privacidade – quot;Hot Topics: Ubiquitous Computingquot; IEEE Computer, October 1993. ● Desafios: agregação de elementos computacionais sem fio, mobilidade, – usabilidade quot;The world is not a desktopquot;. Interactions; January 1994; pp. 7-8. ● Falha básica: tornar o computador visível – 18
  19. 19. Computação Ubíqua: Definição • Codição onde o processamento das informações é integrado a atividades e objetos do dia a dia do usuário • Ativação pelo usuário de diversos dispositivos e sistemas computacionais de forma simultânea, em alguns casos sem saber que está fazendo isto. • Evolução do paradigma “desktop” • Rede composta de dispositivos pequenos, baratos e robustos distribuídos ao longo da vida diária do usuário • Dispositivos computacionais em vários lugares • Nas pessoas (internamente??) • Nos veículos, nos tecidos, nos móveis • Nos produtos que consumimos • Dentre outros 19
  20. 20. Computação Ubíqua: Objetivos • Melhor interação das pessoas com dispositivos que têm capacidade de processamento de informação – Melhor = mais intuitivo, natural, transparente – Forma mais natural e comum do que acontece atualmente – Será que isso é bom? Será que vai melhorar a vida do usuário? • Computação deve ser adaptada à localização ou contexto onde as pessoas se encontram • Ex: hora, localização geográfica, data, clima, humor, profissão, estados físicos ou psicológicos, dentre outros • Como colectar ou detectar mudanças de contexto do usuário? • Onde estamos? – Ainda longe de alcançar esse objetivo 20
  21. 21. Computação Ubíqua: Características • Novo paradigma computacional que permite o acesso aos recursos computacionais independente da localização – “Anywhere”, “Everyware” • Capacidade de acessar informações, aplicações e serviços a qualquer lugar e a qualquer momento independente de dispositivo – Serviços ubíquos que acompanham o usuário • As pessoas irão interagir com dispositivos com capacidade de processamento de forma mais “natural” – Interação homem-máquina centrada no usuário • Usuário não precisa estar ciente da existência de uma infra- estrutura computacional embutida no ambiente 21 – Transparência
  22. 22. Sumário • Sobre o palestrante • Introdução • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa Aplicações e cenários de uso • • Desafios associados Conclusões • • Referências 22
  23. 23. Primeiros Projetos: Live Wire Criado por Natalie Jeremijenko no laboratório da XEROX PARC Cabo de plástico conectado a um pequeno motor elétrico no teto da sala controlado por uma conexão de rede LAN Atividade na rede era visível quando o cabo era girado pelo motor 0.1 voltas por pacote de tráfego Exemplo de calm tecnology 23
  24. 24. Primeiros Projetos: Active Badge (1992) Diversas salas do prédio • contendo sensores de captação de sinais de rádio (IR) Cartão que permitia a localização • dos usuários de uma empresa no provimento de serviços – Informações de localização – Redirecionamento de chamadas telefônicas – Localização de empregados O sistema permite a execução de • comandos: 24 http://portal.acm.org/citation.cfm?id=128759
  25. 25. Primeiros Projetos: MediaCup (1999) Desenvolvida pela TECO, Alemanha • Possui sensores de temperatura e • movimento Comunicação sem fio (IR) • – Entre copos, a máquina de café – Outros dispositivos Compartilhamento de • informações de contexto do ambiente Recursos • – Avisar sobre eventos (reuniões) – Avisar que o café está quente demais para beber – Avisar que um novo café está disponível na máquina http://mediacup.teco.edu/ – Pode usá-la para beber café e chá 25
  26. 26. Primeiros Projetos: MediaCup (1999) Objetivos • – Como adicionar elementos computacionais em objetos do dia a dia – Aplicar restrições como bateria, energia, conectividade sem fio – Controle de estados de contexto (bebendo, sobre a mesa, vazia, etc.) – Criação de uma rede de dados sem fio de baixo custo – Construção de redes ad-hoc em ambientes contendo um conjunto de dispositivos – Tarefas colaborativas entre dispositivos (máquina de café, relógio, copo, portas, etc) http://mediacup.teco.edu/ 26
  27. 27. Outros Projetos The Marble Answering Machine 27
  28. 28. Outros Projetos Smart Object WiFi Weather forecasts Stock market reports News Alarm clock RSS feeds Emails API in Java or Perl RFID reader Violet's Nabaztag 28
  29. 29. Sumário • Sobre o palestrante Introdução • • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa Aplicações e cenários de uso • • Desafios associados Conclusões • • Referências 29
  30. 30. Principais Áreas de Pesquisa 30
  31. 31. Computação Móvel Permite acesso a informações de qualquer lugar e ● momento Reflete uma sociedade “dependente de informações” ● Apresenta uma nova “forma” de como utilizamos um ● computador Computador ou elemento computacional? ● De cada 10 processadores produzidos no mundo, apenas ● um tem como destino um computador Mobilidade Comunicação Computação Processamento Sem Fio Pessoal Portátil Em qualquer Tipos variados lugar + + = Conectado a Em qualquer lugar Pode ser levado Portátil uma rede de A qualquer momento a qualquer lugar dados e voz Poder trabalhar longe Não depende de que provê serviços do desktop em locais energia da tomada onde tarefas precisam 31 ser executadas
  32. 32. Computação Nômade • Não possui residência fixa, mudando de local permanentemente e não se fixa muito tempo em um único local • Colocar dados e software móveis da mesma maneira que os usuários – O acesso a estes dados é feita de forma transparente – Requer uma reconfiguração de acesso a serviços e dados a cada mudança -> adaptabilidade • Três fases – Descoberta de recursos – Localização de serviços – Capacidade disponíveis (poder computacional, armazenamento, comunicação) • Requer uma base de serviços e recursos altamente distribuída 32
  33. 33. Computação Autonômica – IBM (2001) • Iniciativa de desenvolvimento de sistemas computacionais capazes de se auto gerenciar – Minimizar a complexidade crescente no gerenciamento de sistemas computacionais – Baseado no sistema autonômico mais famoso conhecido: o sistema nervoso humano • Controle de funções involuntárias do corpo: digestão, metabolismo, respiração, batimento cardíaco, dentre outros. • A proposta da IBM é fazer com que sistemas computacionais simulem o sistema nervoso humano para aumentar sua capacidade de auto gerenciamento Self-optimization: monitoramento e controle de recursos automáticos Self-protection: Self-healing: Self-configuration: para garantir o identificação e descoberta e configuração funcionamento adequado proteção correção automática de de acordo com os proativa de automática de componentes 33 requisitos definidos ataques arbitrários falhas
  34. 34. Ambientes Inteligentes • Ambientes eletrônicos sensíveis e responsíveis a presença de pessoas • Dispositivos trabalham em conjunto para prover suporte a pessoas na execução de atividades do dia a dia • Tendência: os dispositivos se tornarem invisíveis diante de nossa visão • Conceitos: Dispositivos embutidos no ambiente – Ciente de contexto – Personalização de atividades – Adaptabilidade de serviços e informações – Comportamento antecipatório – • Problemas – Privacidade, impacto econômico, social, político e cultural 34
  35. 35. Exemplo de Cenário Ellen retorna para a casa depois de um longo dia de trabalho. Na porta de frente, ela é reconhecida por um sistema de vigilância inteligente, o alarme é desativado e a porta é destravada e aberta automaticamente. Quando ela entra pela sala, o mapa da casa indica que seu marido Pedro está em uma feira de arte em Paris e que sua filha Carol está no quarto brincando com uma tela de interação. O serviço de vigilância infantil remoto recebe uma notificação de que Ellen está em casa e é desativado. Ao entrar na cozinha, a tela do menu familiar é ativada indicando que não há mensagens novas não lidas. A lista de compras composta pela geladeira inteligente necessita da confirmação de Ellen para ser enviada ao supermercado para entrega. 35
  36. 36. Computação Distribuída Sistemas de hardware e software contendo mais de um único ● elemento de processamento Elementos fisicamente distantes ● Execução simultânea e comunicação via rede ● Arquiteturas de sistemas distribuídos ● Cliente/servidor, N-tier, P2P ● Acesso a dados e serviços remotos (RPC) ● Algoritmos distribuídos ● Confiança no envio de dados e alocação de recursos na rede ● Consensus ● Segurança ● Confiabilidade, privacidade ● 36
  37. 37. Usabilidade – Interface Homem-Máquina Estudo da interação entre usuários e computadores ● Intercessão de várias ciências: computação, comportamental, desenho, ● dentre outras Tópicos de interesse ● Computação centrada ao usuário ● Realidade aumentada (augmented reality) ● 37
  38. 38. Computação Ciente de Contexto Sistemas que possuem a percepção do ambiente ● Inclui pessoas próximas, dispositivos, luminosidade, nível de ruído, ● temperatura, conectividade de rede e condição social Aspectos de contexto ● Localização (onde), vizinhos (com quem) e recursos (com o quê) ● Processamento ciente de contexto ● Usa informações de contexto para seletivamente apresentar informação ● e serviços Automaticamente executar um serviço ● Anexar informações de contexto para tratamento posterior ● Desafios ● Como detectar e reagir a mudanças de contexto? ● 38
  39. 39. Computação Ciente de Contexto Como ligar uma luz? Flip a switch Say “Turn on the lights” ● ● Hardwired Speech ● ● Clap hands Say “Turn on that light” ● ● Sound Multimodal ● ● Touch screen on wall computer “I want to read a book” ● ● GUI dialog box It’s dark outside ● Click on a GUI map that Infer action ● ● represents the environment Make a specific gesture ● Use a PDA, cell phone, … ● Vision ● Walk into the room ● Automatic ● 39
  40. 40. Redes de Sensores Sem-Fio Define uma rede de dispositivos computacionais denominados ● sensores que cooperam entre si com o objetivo de monitorar condições físicas ou ambientais de um local ou região Temperatura, som, vibração, pressão, movimento, luminosidade, dentre ● outros Especialização de redes ad hoc com características bem ● específicas Características ● São geralmente usadas em ambientes inóspitos de difícil acesso ● Grande quantidade de dispositivos executando uma única aplicação ● Componentes compactos e autônomos ● Coletam, processam e entregam dados coletados do ambiente a um ● observador, comunicação sem fio em múltiplos saltos 40
  41. 41. Redes de Sensores Sem-Fio Cenários de uso ● Observação ambiental ● Desastres naturais, fogo, enchentes, – monitoramento de espécies de animais Aplicações militares ● Detecção de transmissões – eletromagnéticas Construção civil ● Casas e edifícios inteligentes – Saúde ● Sensores “in-body” – Redes veiculares ● Manutenção, monitoramento, – comunicação, tráfego 41 Dentre outras. ●
  42. 42. Redes de Sensores Sem-Fio: Redes Veiculares PUMA: GM + Segway two seater 42
  43. 43. Redes de Sensores Sem-Fio: Redes Veiculares Busca por vagas no centro de uma cidade 43
  44. 44. Redes de Sensores Sem-Fio Operações militares 44
  45. 45. Redes de Sensores Sem-Fio Gestão de emergências 45
  46. 46. Redes de Sensores Sem-Fio Gestão de desastres naturais 46
  47. 47. Redes de Sensores Sem-Fio Tópicos de pesquisa ● Melhores algoritmos, arquiteturas e sistemas ● Extensão ou interligação de RSSF com outros tipos de nós ● Killer applications, aplicabilidade das RSSFs no dia a dia ● Melhoras no hardware e no software utilizado ● Segurança ● Autenticação, gerenciamento de chaves, proteção a ataques – Gestão de dados ● Agregação e fusão de dados, compressão – Energia ● Durabilidade, desempenho de baterias, uso de energias alternativas – Testes reais ● Muitas simulações, poucos testes reais – 47
  48. 48. Sumário • Sobre o palestrante Introdução • • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa • Aplicações e cenários de uso • Desafios associados • Conclusões • Referências 48
  49. 49. Aplicações e Cenários de Uso Redes residenciais • Entretenimento e Jogos • Serviços de inteligência • Aprendizado ubíquo • Turismo e Transporte • Negócios e Shopping • Laboratórios de pesquisa • Monitoramento de saúde • Controle de ambientes • 49
  50. 50. Aplicações e Cenários de Uso 50
  51. 51. Aplicações e Cenários de Uso 51
  52. 52. Computador Vestível (Wearable Computer) 52
  53. 53. Computador Vestível (Wearable Computer) 53
  54. 54. Telepresença 54
  55. 55. Sumário • Sobre o palestrante Introdução • • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa • Aplicações e cenários de uso • Desafios associados • Conclusões • Referências 55
  56. 56. Desafios Associados • Complexidade • Interatividade com o usuário • Várias decisões, vários • Interface humano computador dispositivos, automação “natural” • Energia • Qualidade de serviço – Maior consumo: transmissão • Adaptabilidade, disponibilidade, segurança, • Processamento desempenho, • Poder e custo no manutenibilidade, processamento personalização • Armazenamento • Temas éticos • Coleta de dados – Privacidade, “intrusiveness”, impacto social e cultural • Transmissão de dados – Taxa, conectividade 56
  57. 57. Desafios Privacidade • Quem deve ter acesso a suas informações de contexto? • Como e onde esta informação está armazenada? • É interessante compartilharmos estas informações? • Como controlar quem acessa meus dados de contexto? 57
  58. 58. Desafios Segurança Como disponibilizar serviços • seguros? Autenticidade: com quem eu • estou falando? Como proteger estes dados? • Temas éticos e filosóficos To ubiComp or not to ubiComp ● Seres cibernéticos? ● Tudo controlado por máquinas? ● 58
  59. 59. Desafios Confiança Confiabilidade nos elementos (serviço, dispositivo e usuário) ● Energia • Consumo diretamente proporcional à transmissão de dados • Soluções de otimização de consumo de energia em dispositivos embarcados • Lixo tecnológico – Baterias, placas de circuito, metais 59
  60. 60. Sumário • Sobre o palestrante Introdução • • Definição, objetivos e características • Primeiros projetos • Principais áreas de pesquisa • Aplicações e cenários de uso Desafios associados • • Conclusões • Referências 60
  61. 61. Conclusões: Porque Computação Ubíqua? • Mudança de paradigma computacional – O futuro é sem fio • Alta demanda – Profissionais qualificados (mercado e academia) – Novos produtos e serviços – Trabalho de integração entre os mundos com e sem fio • Benefícios – Atividades humanas podem se beneficiar • Desafios – Devem ser pesquisados e solucionados 61
  62. 62. Conclusões: Porque Computação Ubíqua? • Teoria e prática Computação de mesa – Tecnologias interessantes e impactantes precisam de aplicações e serviços Computação móvel Ambiente inteligente interessantes e práticos • O paradigma traz novos Computação desagregada desafios Computação invisível – Tecnológicos e éticos Realidade aumentada • Desafio para o sucesso – O projeto de aplicações e Computação móvel serviços para as novas infraestruturas de Ubicomp = + comunicação sem fio Ambiente inteligente 62
  63. 63. Conclusões: Pesquisa@UFMG.br Computação móvel/ubíqua Engenharia de software para ● ● aplicações móveis Computação ciente de ● contexto Cloud computing ● Sistemas distribuídos ● 63
  64. 64. Conclusões: Pesquisa@UFMG.br Frameworks Web para Sistemas baseados em ● ● aplicações ubíquas eventos Contexto coletivo ● 64
  65. 65. Conclusões Fim! ● Contato ● wpjr2@yahoo.com ● Perguntas? ● 65
  66. 66. Referências • Computação Ubíqua – Disciplina da Pós-graduação em Ciência da Computação, UFMG, 2008 – Prof. Antonio A. F. Loureiro • Mark Weiser – quot;The Computer for the 21st Century,quot; Scientific American, pp. 94-10, September 1991 • http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/SciAmDraft3.html – quot;Some Computer Science Problems in Ubiquitous Computing,quot; Communications of the ACM, July 1993. – quot;Hot Topics: Ubiquitous Computingquot; IEEE Computer, October 1993. – quot;The world is not a desktopquot;. Interactions; January 1994; pp. 7-8. • Context Aware Computing Applications – Bill N. Schilit, Norman Adams, and Roy Want 66

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