MW4G Atividades UFRGS julho de 2009 Coimbra, Portugal

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1 MW4G Atividades UFRGS julho de 2009 Coimbra, Portugal

2 Participantes Professores Grupo GPPD UFRGS Cláudio Geyer
Grupo Redes UFRGS João Netto Luciano Gaspary Grupo UCPel Adenauer Yamin

3 Participantes Alunos Luciano Cavalheiro da Silva
doutorando; mw, adaptação Cristiano Costa doutorando; mw, modelo, contexto Diego Midon Pereira Mestrando; redes adhoc para difusão

4 Participantes Valderi R. Q. Leithardt Doutorando; sensores com RFID
Mateus Madail Santin; Doutorando; sensores na área médica

5 Continuum: Uma Infra-estrutura de Software Sensível ao Contexto e Baseada em Serviços para a Computação Ubíqua Cristiano André da Costa Cláudio Fernando Resin Geyer Orientador julho de 2009

6 Computação Ubíqua (ubicomp)
Tecnologia que se integra ao cotidiano Computadores que desaparecem no entorno Acesso de qualquer lugar e a todo o tempo Variados dispositivos Adaptação contínua ao ambiente com uso das informações de contexto (WEISER, 1991)

7 Desafios Sistemas Distribuídos: heterogeneidade, escalabilidade, dependability e segurança Computação Móvel: privacidade, confiança, interoperação espontânea, mobilidade, sensibilidade ao contexto e gerência de contexto Computação Ubíqua: interação transparente com o usuário e invisibilidade (COSTA, 2008)

8 Problemas Como atingir a visão de Mark Weiser sobre computação ubíqua?
Como endereçar os desafios da ubicomp? É possível facilitar o desenvolvimento de software para esse cenário da ubicomp? De que maneira pode-se permitir o acesso aos dados e aplicativos todo tempo e de qualquer lugar?

9 Tese defendida O uso de uma infra-estrutura de software especificamente direcionada à ubicomp pode reduzir a distância entre a visão de Weiser e o cenário atual da computação distribuída.

10 Objetivos Propor uma Infra-estrutura de Software para ubicomp
Uso de middleware e framework Utilizar, integrar e expandir trabalhos já realizados pelo grupo de pesquisa na UFRGS, tais como ISAM e EXEHDA Infra-estrutura de software como uma evolução do ISAM e EXEHDA “Programa que suporta a mediação entre componentes de software, promovendo a interoperabilidade entre estes componentes através de plataformas heterogêneas e variados níveis de recursos” (ADELSTEIN et al., 2005) “Ambientes compostos de APIs, interfaces com o usuário e ferramentas que simplificam o desenvolvimento e a gerência de software em um domínio específico” (BERNSTEIN et al., 1996)

11 Foco específico Lidar com questões relacionadas à sensibilidade ao contexo na ubicomp Aplicar uma visão redefinida da semântica siga-me Sensibilidade ao contexto (Context Awareness): perceber os atributos do ambiente e do usuário, tais como localização física, estado emocional e história pessoal; Contexto(Context): qualquer informação que pode ser utilizada para caracterizar a situação de uma entidade (pessoa, lugar ou objeto). Metáfora de ambiente virtual do usuário, em que dados e aplicativos “seguem” o usuário, podendo ser acessados independementemente da localização (AUGUSTIN et al., 2004) Usuários podem se deslocar livremente carregando os dados e aplicativos necessários, os quais podem ser utilizados de forma imperceptível e integrada com o mundo real

12 Continuum Proposta de infra-estrutura de software para a computação ubíqua Do ponto de vista dos indivíduos, a infra- estrutura deve ser quase que imperceptível nas atividades diárias, mesmo que seu uso traga melhoras ao mundo real e mudanças no ambiente O objetivo é criar um continuum entre a realidade e as melhorias oferecidas

13 ISAM Visão desktop: aplicativos e dados do usuário são acessados de qualquer lugar semântica siga-me EXEHDA - foco em execução distribuída ISAMAdapt - framework para linguagem de programação Vários outros trabalhos: PRIMOS, DIMI, PerDiS, EPA, ... (AUGUSTIN et al., 2004) 13

14 Continuum Evolução do Projeto ISAM Considera requisitos apresentados
Arquitetura baseada em serviços Redefinição da semântica siga-me “Usuários podem ir para qualquer lugar carregando os dados e os aplicativos que desejam, os quais podem ser usados de forma imperceptível e integrada com o mundo real” 14

15 Processo de Desenvolvimento
Ambiente Integrado de Desenvolvimento Aplicações Ubíquas Suporte ao Continuum Framework Continuum Middleware plataforma de Hardware e Software Aplicações Ubíquas API da Linguagem Ferramentas de Desenvolvimento Continuum Framework Outros Frameworks Ambiente em tempo de projeto Ambiente em tempo de execução 15

16 Arquitetura de Software
Aplicações Ubíquas Espaço do Usuário Suporte ao Continuum Framework Distributed Execution Context Awareness Adaptation Management User Interaction de Execução Perfilamento Subsistemas Executor Communi-cator Discovery ContextDB Adaptation Control Cyber Foraging Interface Selector Trust Manager ... ... ... ... Serviços Plugáveis Ambiente de Execução (runtime) Sistema Operacional nativo Base Rede Pervasiva (sem-fio, cabeada ou qualquer outro tipo) 16

17 Modelando o mundo físico no Continuum
Modelar três principais entidades Locais Pessoas Coisas No desenvolvimento de aplicações modelar somente as entidades de interesse (DEY et al., 2001) 17

18 Modelando o mundo físico
Cidade Bairro Escritório Casa Relação não representadas: CoBase: composição CoCell: composição CoPerson: associação CoGadget: associação Agregação descreve uma cooperação estreita entre um dispositivo e uma CoCell. O dispositivo pode se mover. Associação descreve um relação de fraco acoplamento. Nenhuma hierarquia é observada. CoGadget representa um dispositivo que acessa as aplicações de maneira ad hoc. Ex.: PDAs, celulares, etc. Composição descreve um dispositivo que é parte constituinte da célula. Não pode ser movido. CoNode representa um dispositivo que executa aplicações do usuário e utiliza serviços do Continuum CoPerson representa uma pessoa que está presente em uma CoCell CoBase representa um dispositivo encarregado de gerenciar CoCell(s) e interagir com as demais CoMobi representa um dispositivo móvel. Tipicamente conectado via rede sem-fio e com capacidades limitadas CoCell representa um local. O grau de abstração é dependente da aplicação modelada CoDimension abstração física do mundo real envolvendo todas as entidades modeladas 18

19 Camada de Base Sem compromisso com linguagem ou ambiente de execução
Sistema Operacional nativo Ambiente de Execução (runtime) Rede Pervasiva (sem-fio, cabeada ou qualquer outro tipo) Sem compromisso com linguagem ou ambiente de execução Diferente para CoGadgets Limitações ISAM e EXEHDA Web 2.0 e AJAX Web SOA = Internet of Services (IoS) 19

20 Serviços Plugáveis Cada serviço no middleware é um Web service
Executor Communi-cator Discovery ContextDB ... Cada serviço no middleware é um Web service Modelo Software as a Service (SaaS) Acessíveis a partir de nodos CoBase por padrão Possibilidade de execução de serviços em diversos nodos (CoBase, CoNode e CoMobi) CoGadget não executa serviços localmente 20

21 Arquitetura Distribuída de Serviços (CoDSA)
21

22 Serviços Propostos Dois tipos de serviços: Derivados do EXEHDA: Tipo I
Executor Communi-cator Discovery ContextDB ... Dois tipos de serviços: Derivados do EXEHDA: Tipo I Novos serviços: Tipo II Modelados através da UML representa interface da WSDL 2.0 Organizados em subsistemas agrega serviços de propósito comum Distributed Execution Adaptation Management Context Awareness User Interaction 22

23 Subsistema de Execução Distribuída
Gerencia o processamento e a comunicação distribuída Distributed Execution Tipo I Tipo II Sub-sistema Executor CIB Co-Space Commu-nicator Service Manager Security Depend-ability Gerência e distribuição de aplicações Serviço de eventos (comunicação assíncrona) Manutenção da infra-estrutura distribuída Gerência dos serviços plugáveis Gerência de chaves, autenticação, controle de acesso e depuração Espaço de tuplas (comunicação síncrona) Mecanismo de checkpointing e redundância 23

24 Subsistema de Gerência de Adaptação
Responsável pela gerência de contexto Adaptation Management Tipo I Tipo II Sub-sistema Adaptation Control Cyber-foraging Actuator Realiza o controle da Adaptação (ACTUS) Permite aumentar capacidade de dispositivos Controla atuadores 24

25 Subsistema de Interação com o Usuário
Lida com as camadas de mais alto nível: interação transparente e invisibilidade User Interaction Tipo I Tipo II Sub-sistema Persist-ence Trust Manager Interface Selector Ubiquitous Guru Fornece acesso ubíquo a Arquivos Gerência de confiança e privacidade Manutenção e criação de Interfaces com o usuário Gerência de atenção e de intenção do usuário e aspectos relacionados com invisibilidade 25

26 Continuum Framework Auxilia no desenvolvimento de aplicativos ubíquos usando serviços do middleware Elementos do framework: Interfaces de programação (APIs) Interfaces com o usuário (UI) Ferramentas Relação com requisitos do modelo abrangente e com abstrações de linguagem propostas pelo ISAMAdapt 26

27 Perfilamento de Execução
Ferramenta do framework para configurar o ambiente de execução, a distribuição e instalação (deployment)

28 Modelo de Contexto Baseado em ontologia Representada em OWL
Definida conforme metodologia existente e aceita pela comunidade Considerado o modelo mais promissor para representação de contexto (NOY e McGUINNESS, 2001) (BALDAUF et al., 2007)

29 Modelo de Contexto (cont.)
representação do conhecimento Web semântica ontologia Lucas está no Auditório Verde Definição formal e explícita de vocabulário comum e suas relações em um domínio específico de discurso. (GRUBER, 2007) Extensão da Web orientada a humanos na qual significado é dado ao conteúdo de maneira que o software entende. (BERNERS-LEE et al., 2001)

30 Ontologia do Continuum

31 Armazenamento do Contexto
Banco de Dados Relacional Eficiência Interface de acesso (SQL / SPARQL) Conversão de OWL em Modelo E-R Dados históricos - grande volume de dados Acesso distribuído - escalabilidade, disponibilidade

32 Subsistema de Consciência de Contexto
Congrega todos os serviços relacionados com consciência de contexto Context Awareness Tipo I Tipo II Sub-sistema Monitor Discov-ery Proces-sor Aggre-gator Contextdb Context Action Interação com sensores e extração dos dados brutos Conversão em representação de contexto e filtragem dos dados brutos Detecção de recursos, como sensores Combinação de informação de contexto considerando preferências do usuário Gerência do banco de dados e inferência de contexto Interface de alto-nível para manipulação de contexto

33 Conclusão Poucas infra-estruturas de software consideram desafios necessários na Ubicomp No passado Aura, Gaia, One.World e ISAM Continuum proposto como evolução do ISAM Emprega SOA, web services, middleware e framework Considera requisitos atuais da área Diversos serviços propostos 33

34 Conclusão (cont.) Foco principal do trabalho é consciência de contexto
definido modelo de contexto especificada uma ontologia modelada uma forma de armazenar e localizar contexto Definido modelo geral para sistemas conscientes de contexto Proposta comparada com estado da arte 34

35 Trabalhos Futuros Replicação e especialização de CoBase
Implementação de alguns serviços modelados Estudo mais detalhado de aspectos de segurança, dependability e interação com usuário Orientação às tarefas do serviço Ubiquitous Guru Suportar redes de sensores Tratar tipos específicos de contexto. Ex.: estado emocional 35

36 Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Informática Ambiente Virtual Para Computação Pervasiva Direcionado às Demandas do Projeto ISAM Por Matues Madail Santin Orientador Prof. Dr. Cláudio Fernando Resin Geyer Julho de 2009 Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

37 Ambiente Virtual Para Computação Pervasiva Direcionado às Demandas do Projeto ISAM
Tema Proposição de um ambiente virtual direcionado à Computação Pervasiva. Tal ambiente deve dar suporte à interatividade de diferentes tipos de aplicações, à sensibilidade ao contexto e à adaptação. Empregando este ambiente virtual, deverá ser possível desenvolver softwares customizáveis que atendam o perfil de interesse de diferentes usuários. Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

38 Objetivos Modelar um ambiente virtual direcionado ao projeto ISAM
Ambiente Virtual Para Computação Pervasiva Direcionado às Demandas do Projeto ISAM Objetivos Modelar um ambiente virtual direcionado ao projeto ISAM de forma integrada à arquitetura de software do CONTINUUM, e que contemple aspectos de customização, contextualização e percepção da intenção do usuário. Conceber aplicações pervasivas direcionadas à área da medicina para validar o ambiente virtual proposto para o Projeto ISAM; Continuar participando ativamente em projetos relacionados com o tema que envolva a equipe de pesquisadores do ISAM. Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

39 Estudo de Caso HE-UFPEL/FAU & RUTE
Hospital Escola da UFPEL/FAU Hospital de ensino aos acadêmicos da área de saúde Atende a cidade de Pelotas e região Ligado ao SUS (Sistema Único de Saúde) Diversas especialidades médicas Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

40 Estudo de Caso HE-UFPEL/FAU & RUTE
Rede Universitária de Telemedicina A Rede Universitária de Telemedicina (RUTE) é uma iniciativa do Ministério da Ciência e Tecnologia, apoiada pela Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) e pela Associação Brasileira de Hospitais Universitários (Abrahue) e coordenada pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), que visa a apoiar o aprimoramento de projetos em telemedicina já existentes e incentivar o surgimento de futuros trabalhos interinstitucionais Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

41 Programa de Internação Domiciliar Interdisciplinar
Estudo de Caso PIDI Programa de Internação Domiciliar Interdisciplinar Internação domiciliar aos pacientes com câncer independente da fase de evolução da sua doença HE/UFPEL – Hospital Escola da UFPEL Direcionado ao tratamento oncológico Abordagem interdisciplinar Agentes: Equipe médica interdisciplinar Cuidadores domésticos (familiares, etc.) Ausência de monitoramento remoto de qualquer tipo Seminário CAPES/GRICES – Julho de 2009 slide

42 Dr. Cláudio Fernando Resin Geyer
Uma Solução Híbrida para a Redução de Consumo Energético em RSSFs (RSFID) Universidade Federal do Rio Grande do Sul UMA SOLUÇÃO HÍBRIDA PARA A REDUÇÃO DE CONSUMO ENERGÉTICO EM RSSFs RSFID Dr. Cláudio Fernando Resin Geyer Msc. Valderi R. Q. Leithardt geyer, vrqleithardt Cláudio Geyer / Valderi Leithardt RSFID

43 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Roteiro
Introdução Conceitos RSSFs e RFID Objetivos Simulador SensorLibras Previsão de Publicações Artigos Submetidos Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

44 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Introdução
Rede de Sensores Sem Fio Muitos nós coletores de baixo custo Um ou alguns nós “base” Exemplos Classicos Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

45 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Introdução
Identificadores RFID estão sendo utilizados em animais, identificação e controle de orgãos e uma infinidade de aplicações; Sensores Classe II Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

46 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Conceitos
Cenários onde RSSFs atuam Cenários Básicos Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

47 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Conceitos
Aplicações exemplo RFID: CHIP do BOI que está sendo utilizado para rastrear gado que é criado na região Amazônica, e Controle de transporte de orgãos para transplantes utilizando a RFID com outras formas de comunicação. Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

48 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Conceitos
Uma antena de rádio comum, ligada a um leitor, que emite um sinal para as etiquetas (também conhecidas por tags ou transponders) e recebe delas, alimentadas pelo campo eletromagnético da própria antena, informações contidas em seus chips. Funcionamento da TAG RFID Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

49 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Objetivos
Alguns objetivos específicos são: • Definição de um modelo para uso em uma rede híbrida combinando RFID e RSSFs; • Desenvolver estudos sobre a elaboração de uma arquitetura que se possa reutilizar a energia produzida pela tag RFID; • Desenvolvimento de algoritmos para o tratamento da concorrência, principalmente quando houver leitura e gravação da tag RFID inserida no sensor; • Estudos para adaptação de outras formas de comunicação ao modelo proposto; • Validar a lógica com protótipos de adaptação e usabilidade através de simulações; • Estudar e desenvolver melhorias do simulador Shox para redes de sensores sem fios; • Definir e implementar um modelo de sensor com RFID embutido; • Validar o modelo proposto através de simulações e experimentações; Alguns objetivos específicos, que serão ampliados no decorrer das pesquisas. Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

50 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Objetivos
A tese defendida propõe a integração da tecnologia RFID inserida no próprio sensor, aumentando o tempo de vida da bateria do nó sensor devido ao fato de não haver transmissão de dados através do sensor e sim a leitura da tag RFID, sendo proposto um tipo de transmissão passiva. Para simular a proposta, está sendo desenvolvido um modelo para o simulador para redes de sensores sem fios (SHOX), Este simulador foi desenvolvido por Tales Heimfarth do Instituto de Informática UFRGS. Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

51 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC Simulador
SHOX É um simulador genérico, baseado em eventos, de rede de sensores, que tem como ponto central a simulação da comunicação entre os diferentes nodos da rede. Ele é similar ao conhecido simulador ns-2, porém, apresenta algumas vantagens. Desenvolvimento de melhorias e adaptações do ShoX para a tese defendida Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

52 Tradução Libras/Português (Datilologia)
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC SensorLibras Língua Brasileira de Sinais (LIBRAS); Computação Ubíqua; Rede de Sensores sem Fios (RSSF). Tradução Libras/Português (Datilologia) Introdução Sobre SensorLibras “Luva” wireless tradutora Libras/Português (Sun SPOT World 2009) Arquitetura de comunicação do SensorLibras Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

53 Interpretação em tempo real
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - PPGC SensorLibras Paradigma da tradução Língua de Sinais Interpretação em tempo real SiSi Voz / Sinal BSL Sim SignSmith Texto / Sinal ASL Não iSign Player Rybená LIBRAS TLIBRAS AcceleGlove Sinal / Texto-Voz SensorLibras Sinal / Texto Tabela Comparativa com Soluções Cláudio Geyer / Valderi Leithardt / RSFID

54 Referências (citadas na apresentação)
ADELSTEIN, F. et al. Fundamentals of Mobile and Pervasive Computing. New York: McGraw-Hill, 2005. AUGUSTIN, I. et al. ISAM, Joining Context-Awareness and Mobility to Building Pervasive Applications. In: ILYAS, M.; MAHGOUB, I. (Eds.) Mobile Computing Handbook. Boca Raton: CRC, p BALDAUF, M.; DUSTDAR, S.; ROSENBERG, F. A survey on context-aware systems. International Journal of Ad Hoc and Ubiquitous Computing, Geneve, v.2, n.4, p , Oct BERNERS-LEE, T.; HENDLER, J.; LASSILA, O. The Semantic Web. Scientific American, New York, v. 284, n. 5, p , May 2001. BERNSTEIN P. Middleware: a model for distributed system services. Communications of the ACM, New York, v.39, n.2, p , Feb GRUBER, T. Ontology. Disponível em: < >. Acesso em: nov HENRICKSEN, K.; INDUSLKA, J. Developing Context-aware Pervasive Computing Applications: models and approach. Pervasive and Mobile Computing, Amsterdam, v.2, n.2, p.37-64, Feb NOY, N.; MCGUINNESS, D. Ontology Development 101: a guide to creating your first ontology f. Technical Report – Knowledge Systems Laboratory, Stanford University, Stanford. ROBINSON, P.; VOGT, H.; WAGEALLA, W. Some Research Challenges in Pervasive Computing. In: ROBINSON, P.; VOGT, H.; WAGEALLA, W. (Eds.) Privacy, Security and Trust within the Context of Pervasive Computing. Boston: Springer Science + Business Media, p SATYANARAYANAN, M. Pervasive computing: vision and challenges. IEEE Personal Communications, Los Alamitos, v.8, n.4, p , Aug WEISER, M. The Computer for the 21st Century. Scientific American, New York, v.265, n.3, p , Mar 54