Relatorio 1Volume 1 (2010)

Relatorio 1: Contexto, Inferencia e Adaptacaona Internet do Futuro

Markus Endler, Jose Viterbo e Hubert Fonseca

31 de maio de 2010

Contexto, Inferencia e Adaptacaona Internet do Futuro

Markus Endler1, Jose Viterbo2 e Hubert Fonseca3

1 endler@inf.puc-rio.br, 2 viterbo@inf.puc-rio.br, 3 hfonseca@inf.puc-rio.brDepartamento de Informatica

Pontifıcia Universidade Catolica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)Rio de Janeiro, Brasil

Diante da crescente necessidade da utilizacao de informacoes de contexto paraadaptacao e personalizacao de conteudo na Internet, este relatorio apresenta umaanalise das tendencias, cenarios futuros de aplicacao, tecnologias emergentes e dosnovos requisitos que se impoem para que a Internet do Futuro possa ser a basepara a distribuicao e processamento de dados de contexto. Primeiramente, sao ap-resentadas definicoes dos principais termos e conceitos envolvidos na obtencao,distribuicao e utilizacao de contexto, bem como na inferencia de situacoes e pre-ferencias do usuario. Em seguida, e apresentada uma analise de cenarios futuros esao discutidos novos requisitos de rede, plataformas de middleware e aplicacoesque serao necessarios para dar suporte a coleta, disseminacao e utilizacao deinformacoes de contexto na Internet do Futuro.

1 Introducao

Com a crescente disponibilidade de redes sem fios, os usuarios vem passando a utilizar a Internetnao apenas em seus desktops e notebooks, mas tambem a partir de seus celulares, smartphonesou novos dispositivos altamente portateis. Uma vez que o numero de usuarios de celulares crescevertiginosamente e considerando o constante aprimoramento tecnologico dos aparelhos e a cres-cente demanda por compartilhamento e acesso instantaneo a informacoes — estimulado pelocrescimento das de redes sociais —, e possıvel prever que em futuro proximo a Internet seramajoritariamente usada por usuarios moveis envolvidos em todo tipo de atividade e em qualquermomento e lugar.

Essa tendencia e corroborada por dados recentemente divulgados pela Ericsson, empresa suecade telecomunicacoes, revelando que em dezembro de 2009 o trafego de dados atraves das redescelulares no mundo ultrapassou o trafego de voz [Eri10]. Segundo a companhia, em cada um dosdois ultimos anos o trafego de dados aumentou 280%, e que ha a expectativa de que esse trafegodobre anualmente nos proximos cinco anos.

Alem de passarem a ser usados predominantemente para acesso a Internet, os celulares esmartphones vem ganhando a preferencia do usuario perante outros dispositivos moveis. Umestudo sobre internet movel, realizado nos EUA pelo banco de investimentos Morgan Stanley,preve que ainda esse ano o acesso a Internet atraves de smartphones e celulares devera superaro acesso utilizando notebooks e similares, e por volta de 2012, o acesso a internet atraves desmartphones e celulares devera ultrapassar todas as outras formas de acesso somadas [Sta09].

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Este estudo aponta cinco tendencias tecnologicas como os principais fatores que favorecem oaumento no acesso a internet pelo celular: a popularizacao de smartphones, e-readers e tablets, aampliacao das redes 3G e 4G, a grande utilizacao das redes sociais e aplicacoes de vıdeo e VoIP.

No Brasil, uma pesquisa de 2009 do Ibope aponta que o acesso a internet cresceu 10% emrelacao ao ano anterior: de 49%, em 2008, para 54% do total da populacao, considerando osbrasileiros de 16 anos ou mais de idade, em 2009. Entre as pessoas que acessam a web por meiode outros equipamentos que nao o computador, nas principais regioes metropolitanas do paıs,66% o fazem pelo celular, 21% pelo smartphone com tecnologia 3G, 9% por computador demao palm top e 3% por smartphone sem tecnologia 3G. Dentre estas pessoas, 25% acessam ainternet diariamente [Ibo10].

Esse novo paradigma de utilizacao da rede devera causar profundos impactos nao apenas sobreas arquiteturas e protocolos de rede, mas tambem sobre as arquiteturas de servicos e aplicacoes,fazendo com que novas tecnologias e servicos tenham que ser desenvolvidos. O usuario movelacessa a Internet atraves de seu dispositivo movel — que ele porta sempre — e pode estar en-volvido em diferentes situacoes e atividades, que devem ser levadas em conta pelos servicose aplicacoes com os quais ele interage. Nesse caso, a analise de informacoes de contexto dousuario — abrangendo seus dispositivos, sua localizacao e caracterısticas do seu ambiente — efundamental para a adaptacao de aplicacoes.

Diante desta crescente necessidade da utilizacao de informacoes de contexto para adaptacao epersonalizacao de conteudo na Internet, este relatorio tem por objetivo apresentar uma analise dastendencias, cenarios futuros de aplicacao e tecnologias emergentes e identificar alguns dos novosrequisitos que se impoem para os componentes de rede, middleware de contexto e aplicacoesmoveis.

1.1 Organizacao do documento

A proxima secao apresenta definicoes dos principais termos e conceitos, sensores e tecnologiasde obtencao de contexto, metodos de inferencia de contexto e preferencias do usuario. A Secao 3discute cenarios futuros de utilizacao de informacoes de contexto. A Secao 4 apresenta diferentesabordagens sobre gerenciamento de contexto de diversas comunidades de pesquisa. A Secao 5discute os novos requisitos de infra-estrutura de rede, plataformas de middleware e aplicacoesnecessarios para dar suporte a coleta, disseminacao e utilizacao de informacoes de contexto,bem como uma analise sobre os padroes e tecnologias emergentes e tendencias promissoras.Finalmente, a Secao 6 apresenta os cometarios finais.

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2 Conceitos Basicos

Nesta secao sao apresentados os principais conceitos relacionados a utilizacao de informacoesde contexto para a adaptacao de aplicacoes e servicos.

2.1 Contexto

Percepcao de contexto (context-awareness) tem sido apontada como um dos principais paradig-mas de programacao de aplicacoes distribuıdas para dispositivos moveis. Entre as variasdefinicoes encontradas na literatura sobre contexto e percepcao de contexto, a mais referen-ciada afirma que “contexto e qualquer informacao que possa ser utilizada para caracterizaruma situacao de uma entidade considerada relevante para a interacao entre um usuario e umaaplicacao, incluindo o usuario e a propria aplicacao” [Dey01].

De uma forma geral, designamos por contexto o complexo emaranhado de informacoes quedao sentido a um objeto, uma acao ou situacao do mundo real. Desse modo, o termo contextopode se referir a toda e qualquer informacao que diga respeito ao usuario (por exemplo, sualocalizacao, suas preferencias, papel, ou atividade corrente), ao dispositivo movel sendo usado(por exemplo, forma de entrada de dados, tamanho da tela, carga da bateria), as caracterısticasda rede em cada instante (tipo de conexao, custo da comunicacao, banda passante, retardo detransmissao), ao ambiente no qual o usuario se encontra (por exemplo, nıvel sonoro, temperaturaou luminosidade do ambiente) ou a outras informacoes externas relacionadas ao usuario (sualista de contatos, agenda, informacoes geo-referenciadas, eventos programados).

Diferentemente dos parametros de um servico, os dados de contexto nao sao fornecidos ex-plicitamente pelo usuario no momento da solicitacao do servico. Em vez disso, informacao decontexto deve ser obtida ou inferida de forma automatica (por exemplo, atraves do monitora-mento e analise de recursos do dispositivo, do historico de atividades do usuario), ou informadapelo usuario em algum outro momento (configuracao de preferencias).

Aplicacoes sensıveis ao contexto devem ser capazes de prover servicos baseados nao apenasem informacoes de usuarios, mas tambem em informacoes contextuais implıcitas, geralmenteobtidas a partir de sensores no dispositivo movel (por exemplo, GPS) ou no ambiente (por exem-plo, leitores de RFID). Essas aplicacoes podem utilizar as informacao de contexto para otimizare customizar os servicos utilizados pelo usuario, visando, em ultima analise, maximizar a suasatisfacao de uso, ajuda-lo a executar tarefas, auxilia-lo na tomada de decisoes, etc. Mais especi-ficamente, contexto pode ser usado para os seguintes fins:

1. Personalizacao/customizacao do conteudo, informacao apresentada ao usuario, da formade apresentacao das interfaces, do funcionamento do servico, etc, a fim de adequar essesitens ao contexto usuario. Por exemplo, quando um usuario acessa um servico de mapas,o centro geografico do mapa exibido na tela deve corresponder a posicao atual do usuario.

2. Adaptacao de servicos em clientes moveis e na infra-estrutura de rede, a fim de aumentara qualidade do servico provido, seja otimizando o seu desempenho, sua confiabilidade ouseu grau de seguranca em determinadas situacoes de uso. Por exemplo, em uma interacaoentre um usuario utilizando um smartphone e um usuario em um desktop, um servico P2P

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de comunicacao por vıdeo pode reduzir a resolucao do vıdeo enviado ao usuario movel,uma vez que smartphones geralmente possuem display menores.

3. Selecao e classificacao de conteudos, servicos, recursos, etc, dos dispositivos do usuarioou da infra-estrutura do ambiente, a fim de oferecer funcionalidades ao usuario. Por ex-emplo, um mecanismo de busca que apresenta os resultados selecionados em funcao dalocalizacao do usuario.

Figure 1: Diagrama representando o processo desde a coleta ate a utilizacao das informacoes decontexto.

2.2 Infraestruturas de contexto

A Figura 1 representa as diversas etapas da utilizacao das informacoes de contexto, desde acoleta — a partir de sensores diversos e dispositivos do usuario —, e posterior analise dessesdados — que inclui mecanismos para a inferencia da situacao do usuario. Para a implementacaodas aplicacoes que utilizam informacoes de contexto, e necessaria uma arquitetura de suportetanto a coleta quanto a analise de dados de contexto.

As principais abordagens para as arquiteturas de sistemas sensıveis a contexto sao: acessodireto aos sensores, arquiteturas baseadas em middleware e arquitetura baseada em servicos decontexto [BDR07]. No primeiro caso, a abordagem do tipo acesso direto aos sensores, comoo proprio nome diz, as aplicacoes clientes devem coletar as informacoes desejadas diretamentedos sensores.

Nas arquiteturas baseadas em middleware, uma arquitetura em camadas esconde dasaplicacoes clientes os detalhes de baixo nıvel da interacao com os sensores e implementa funcoescomo a agregacao de dados de sensores, sua interpretacao em um modelo de contexto e mecan-ismos para a difusao das informacoes de contexto. Ainda assim, o desenvolvedor da aplicacao eresponsavel por utilizar as funcoes oferecidas pelo middleware na construcao de suas aplicacoes.

Finalmente, na abordagem baseada em servidores de contexto, servicos de notificacao esten-dem o middleware para permitir acesso multiplo e concorrente as informacoes de contexto. Ou

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seja, as aplicacoes nao apenas contam com funcoes especıficas para acesso a contexto, mas po-dem tambem se subscrever a servicos que oferecem informacoes de contexto de interesse. Essesservicos sao implementados de forma a permitir o acesso eficiente de varias aplicacoes clientessimultaneamente. Alem disso, a comunicacao assıncrona dispensa as aplicacoes clientes de aces-sar periodicamente os servicos de interesse a fim de verificar atualizacoes de contexto.

Os trabalhos mais recentes na area de aplicacoes sensıveis a contexto tem adotado justa-mente a tereceira abordagem, que assume o uso de uma infraestrutura completa capaz de cole-tar, gerenciar e disseminar informacoes de contexto, para assim reduzir a complexidade exigidano desenvolvimento das aplicacoes que necessitam de informacoes de contexto. Entretanto, aimplementacao desses servicos esbarra em questoes como a descoberta dos servicos de contextodesejados e a descentralizacao de tais servicos visando o aumento da escalabilidade.

2.3 Inferencia de contexto

De uma forma geral, uma infraestrutura de contexto deve prover meios para coletar, armazenare processar informacoes de contexto obtidas a partir de fontes diversas. Muitas vezes, entre-tanto, as informacoes de contexto consideradas isoladamente podem nao ser significativas parauma aplicacao, ao passo que um conjunto de informacoes combinadas pode ser mais util ou pre-ciso. Por exemplo, em [MPOO10] mostrou-se que aumenta-se a precisao de localizacao indoorconsiderando-se a combinacao de padroes de cobertura WiFi com a cobertura por ondas de radioFM.

Em via de regra geral, tambem torna-se necessario agregar e combinar dados oriundos dediversas fontes, ou seja, informacoes basicas de contexto, para obter-se informacoes de maisalto nıvel [DSA01]. Por exemplo, uma certa aplicacao poderia ser capaz de determinar se umdispositivo movel se encontra em um ambiente fechado ou ao ar livre analisando conjuntamentevarios fatores fısicos coletados de sensores do ambiente, como temperatura, luminosidade e nıvelsonoro.

Portanto, uma infraestrutura de contexto deve prover tambem servicos para a inferencia deinformacoes mais especıficas, tais como localizacao, atividade/tarefa/papel do usuario, outrosusuarios co-localizados, suas preferencias, etc [AH08]. A identificacao dessas informacoes demais alto nıvel obtidas a partir da combinacao de informacoes basicas de contexto pode serbaseada na inferencia logica a partir de algum tipo de regra de derivacao (utilizando, por ex-emplo, logica de primeira ordem, logica descritiva ou logica fuzzy). Apesar de parte dessainferencia poder ser feita no dispositivo movel — quando depende exclusivamente de dados decontexto obtidos localmente — para outras informacoes de contexto (envolvendo perfis/lista decontatos, ou a localizacao de varios usuarios), esta so pode ser feita com servicos providos narede fixa (cloud services).

2.4 Adaptacao

O dispositivo movel e a rede sem fio utilizada, bem como a infra-estrutura disponıvel nos am-bientes em que usuarios circulam podem variar bastante. Por sua vez, o padrao de mobilidadee de trafego de dados pode variar entre diferentes grupos de usuarios. Alem disso, aplicacoespara dispositivos moveis devem considerar obrigatoriamente o tipo de rede visitada e a energia

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residual do dispositivo como recursos a serem optimizados. Assim, fica claro que e muito difıcildefinir a priori um comportamento padrao para uma aplicacao ou servico movel, mas que estesdevem ter como principal caracterıstica a auto-adaptacao.

Adaptacoes sao as alteracoes no comportamento de aplicacoes ou servicos sensıveis a contextoem resposta a mudancas de contexto de uma entidade. O aspecto principal deve ser a capacidadede reagir automaticamente a mudancas do ambiente (de execucao ou do usuaerio), de formaproativa, reduzindo a intervencao do usuario. E importante observar que a adaptacao pode serfeita tanto nos dados que estao sendo transmitidos para a unidade movel quanto no proprioprocessamento solicitado pelo usuario, ou seja, no comportamento geral da aplicacao ou servico.O tipo de adaptacao que deve ser feita depende das condicoes e tipo de ambiente movel.

A adaptacao visando um usuario movel especıfico e denominada tambem de customizacao— ou personalizacao — de um servico ou conteudo e ganha uma importancia cada vez maior, amedida em que os dispositivos moveis vem se tornando, cada vez mais, acessorios indispensaveispara as tarefas do dia a dia e passam a ser a principal e universal ferramenta para comunicacao,compartilhamento e acesso a informacoes.

A customizacao pode ser de longo prazo (estatica) ou de curto prazo (dinamica). No primeirocaso, geralmente e feita manualmente pelo usuario, ou derivada do perfil de uso do disposi-tivo indicado pelo mesmo. Exemplos tıpicos de customizacao de longo prazo sao a escolha deparametros de servicos, formas de notificacao ou alarme, servicos frequentemente utilizados,etc. Ja a customizacao de curto prazo, geralmente e feita de forma dinamica e autonoma pelodispositivo, e tem por objetivo adequar o servico, seu modo de funcionamento, ou o conteudofornecido, da melhor maneira possıvel, ao contexto corrente do usuario. Um exemplo tıpico e adeteccao automatica da existencia de uma cobertura WiFi no local do usuario, que poderia causaro chaveamento automatico entre conexoes sem fio 3G e WiFi.

Os impactos da customizacao sobre os servicos e protocolos de rede sao grandes e de naturezavariada. Primeiramente, o usuario podera ter ao seu dispor a escolha de uma grande quantidadee variedade de servicos de comunicacao e dados com caracterısticas bem distintas (por exem-plo, multimıdia, streams de dados, comunicacao 1-para-muitos, em tempo real, com variadosgraus de confiabilidade e seguranca, etc.) e todos esses servicos precisarao ser atendidos simul-taneamente e com qualidades de servico adequados pela rede. Alem disso, havera uma maiorvariabilidade dessas escolhas, uma vez que qualquer usuario podera — e devera — personalizaros seus servicos e conteudos mais frequentemente. Por isso, tambem a rede precisara estar aptaa se adaptar dinamicamente a tais variacoes.

Finalmente, para o caso da customizacao dinamica, havera um impacto adicional, que estarelacionado a classificacao/deteccao do contexto do usuario. Enquanto algumas informacoessobre o contexto do usuario podem ser obtidas/coletadas no dispositivo movel, como por exemploa sua localizacao, ou o nıvel de sinal da conexao wireless, outras demandarao o armazenamentode grandes quantidades de dados (fornecidas pelo dispositivo movel, ou coletadas atraves demonitoramento da rede cabeada) e alto poder de processamento para analises estatısticas sobreseries historicas, e possivelmente envolvendo metodos de aprendizado de maquina. Portanto, talcustomizacao tera impacto tambem no que tange a transmissao de dados basicos de contexto (dodispositivo para os servidores de contexto), o proprio monitoramento do uso da rede sem fio, daexecucao de servicos auxiliares para a inferencia do contexto do usuario.

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2.5 Compartilhamento de Informacoes

Alem da analise e inferencia do contexto do usuario necessaria para a simples customizacao deservicos e conteudos, cada vez mais o contexto do usuario sera tambem usado para compartilharsuas informacoes de presenca e atividade — o que ele esta fazendo, se esta trabalhando ouem atividade de lazer, se esta ou nao disponıvel para comunicacao, etc — com outros usuarios(amigos ou conhecidos em redes sociais).

Para que isso seja possıvel, informacoes de contexto nao somente precisarao ser transmitidasde/para o usuario movel para fins de customizacao, mas tambem serao insumo para funcoes decasamento de padroes (matchmaking), recomendacao e notificacao em redes sociais. Uma vezque e provavel que no futuro um usuario nao esteja inserido em apenas uma, mas em varias redessociais, isso significa que informacoes de contexto precisarao ser trocadas tambem entre portaisde redes sociais, ou poderao ser compartilhadas diretamente entre usuarios moveis em modopeer-to-peer [FFM+09].

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3 Cenarios

A fim de discutir o comportamento das futuras aplicacoes sensıveis a contexto e identificar seusrequisitos de operacao, nesta secao sao descritos diferentes cenarios envolvendo os conceitosapresentados anteriormente.

3.1 Visao de futuro

A Internet do Futuro (IF) devera abranger a interacao de dispositivos fixos e moveis, sen-sores, processadores embarcados em veıculos e objetos interativos, todos com interfaces decomunicacao sem fio, para uma ou varias tecnologias de RF, tais como WiFi, Bluetooth, WiMaxou 3G. Esses dispositivos, que poderao ser tanto provedores quanto consumidores de contexto,executarao diferentes plataformas, cada uma otimizada para a capacidade de seus recursos, e oseu tipo de uso. Data Centers disponibilizando servicos de cloud computing (isolados ou feder-ados) podem ser responsaveis pela adaptacao de dados, ranqueamento e filtragem, classificacao,matchmaking, e inferencias de contexto. Nesse cenario completamente distribuıdo, aplicacoes eservicos devem ser capazes de ter acesso a dados de contexto de diversas origens a fim de proveras funcionalidades esperadas ao usuario. A Figura 2 exibe um panorama geral destacando ainteracao entre usuarios, dispositivos e servicos para fornecer e/ou consumir dados de contexto.

Usuário A

Usuário B

Redes Veiculares

Ambientes Inteligentes

Serviços de armazenamento/ processamento

Serviços de colaboração

InternetInternet

Contextopessoal

Contextodo dispositivo

Contexto dossensores

Perfil dos usuários

Contexto daaplicaçãoContexto de

localização

Figure 2: Visao de um cenario geral da Internet do Futuro, demonstrando a interacao de usuarios,dispositivos e servicos como fornecedores e consumidores de contexto.

3.2 Cenarios especıficos

A seguir, sao apresentados tres cenarios de aplicacao principais, cada um descrevendo aplicacoese interacoes para uma area especıfica.

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3.2.1 Area de turismo

A discussao sobre aplicacoes envolvendo cenarios de turismo ja e bastante tradicional no es-tudo de aplicacoes sensıveis a contexto. Diversos projetos vem abordando a implementacao deservicos capazes de fornecer informacoes a vistantes que percorrem os pontos turısticos de umacidade, ao ar livre (monumentos, etc) ou em ambientes fechado (museus, etc) [CL05].

Descricao. Helmut e Doris sao um casal alemao que vive em Hanover. Eles estao visitandoo Rio de Janeiro por duas semanas para assistir as Olimpıadas. Christian, o filho do casal, quetem 18 anos, tambem esta na cidade acompanhando os pais, ele tem interesse tambem em reveralguns amigos brasileiros que conheceu quando faziam intercambio em sua universidade.

O dia de Doris, Helmut e Christian comeca em Copacabana, no hotel no qual estao hospeda-dos. Eles ja possuem ingressos eletronicos para as competicoes de ginastica olımpica e volei,entre outras modalidades, comprados antes da viagem. As informacoes logısticas sobre os even-tos (horario, localizacao, transporte e links) foram entregues automaticamente a eles. Como oprimeiro evento em que comparecerao sera na Barra da Tijuca, eles precisarao utilizar o trans-porte publico para chegar la. Seus tıquetes de metro e onibus ja estao incluıdos no pacote dacompra de ingressos. Um servico de recomendacao de locomocao conhece sua localizacao esabe a situacao do transito e dos tranportes. Uma hora antes do horario em que o casal devepegar seu onibus, eles recebem uma notificacao em seus smartphones e se dirigem ao pontode onibus indicado. No trajeto de onibus, eles sao notificados quando passam por pontos deinteresse relevantes, e podem obter informacoes adicionais com seus smartphones.

Durante as competicoes de ginastica olımpica, alguns grupos sao formados dinamicamente,com base nas preferencias das pessoas que estao presentes ao evento. Esses grupos tem conteudoespecial enviado apenas para eles. Por exemplo, Doris se junta a um grupo ad hoc para discutir aperformance dos ginastas alemaes com outros fas do evento, e tem acesso a vıdeos com conteudoespecial mostrando entrevistas com estes ginastas.

Christian, que nao se interessa por ginastica olımpica, nesse dia vai assistir com os pais apenasao jogo de volei no inıcio da noite. Ele usa a tarde livre para passear por Copacabana. Seuspais tambem tem acesso a sua localizacao em tempo real, e vice-versa. Dessa forma, quando ohorario do jogo se aproxima, ele e orientado pelo servico de recomendacao de locomocao a pegaro metro. Quando todos chegam proximo ao estadio, o servico sugere um ponto de encontro parao grupo.

Apos o jogo, Christian faz um lanche com seus pais no cafe do hotel. Ele recebe umanotificacao de que alguns de seus amigos estao disponıveis e tem a intencao de sair para jantar.Christian se concentra agora em agendar um encontro para a noite. Ele consulta o smartphonepara identificar um restaurante com caracterısticas adequadas para ir com os amigos, baseadonas preferencias aprendidas sobre seus amigos com relacao aos restaurantes que costumam fre-quentar. Cada jovem recebe automaticamente uma mensagem sobre o jantar com o endereco dapizzaria escolhida e instrucoes de como chegar la, dependendo da localizacao de cada um, e con-firmam sua presenca. Mais tarde, enquanto tomam um vinho num restaurante proximo ao hotel,consultando seu dispositivo movel, Doris e Helmut ficam contentes em saber que Christian estase divertindo.

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Por que e importante? Esse cenario e importante porque discute a utilizacao de dados delocalizacao, juntamente com informacoes extraıdas de bases de dados especıficas, como aquelescontendo itinerarios de onibus, programacao de eventos ou agendas pessoais, para que aplicacoessejam capazes de fornecer funcionalidades aos usuarios. Servicos de inferencia na nuvem podemser utilizados para identificar situacoes de interesse para os usuarios, como a necessidade deantecipar a saıda para algum lugar em funcao do transito, ou a identificacao de grupos de usuarioscolocalizados que tem preferencias/interesses parecidos. O cenario ressalta a importancia deque essas informacoes de contexto cheguem as aplicacoes consumidoras, que podem estar emexecucao em dispositivos moveis, dentro de um intervalo de tempo adequado.

3.2.2 Area medica

Na area medica, convencionalmente os dados dos pacientes tem sido gerenciados estatica e indi-vidualmente por cada hospital ou instituicao. Um tratamento medico integrado baseado em todosos dados medicos relacionados a um indivıduo nao e uma realidade. Entretanto, recentemente,a digitalizacao de dados medicos esta se tornando mais avancada, e atividades para promovero gerenciamento integrado de dados medicos esta proliferando. Alem disso, a possibilidade demonitorar continuamente os sinais vitais (batimentos cardıacos, pressao arterial, etc) de pacientesatraves de sensores, permite o gerenciamento de cuidados de saude com base nas condicoes deum indivıduo e o atendimento de emergencia, quando necessario.

Descricao. Quando completou 50 anos, Pedro decidiu consultar um cardiologista para fazerum check up. Utilizando uma aplicacao especıfica, ele realizou uma busca no catalogo de seuplano de saude — com base no seu endereco residencial, seu endereco comercial e informacoesde sua disponibilidade de dias e horarios registrada em sua agenda de compromissos — paraescolher o profissional mais adequado. Essa aplicacao combinou as informacoes de Pedro comos dados dos consultorios cadastrados para oferecer algumas opcoes a Pedro e efetuar automati-camente a marcacao da consulta com o especialista escolhido por ele.

Na vespera do dia definido para a consulta, Pedro recebeu uma notificacao em seu smartphonealertando sobre o horario limite para que deixasse seu escritorio e se dirigisse ao consultorio,uma vez que a consulta seria no fim do dia. Neste mesmo horario, no dia respectivo, Pedrorecebeu nova notificacao, e partiu a caminho do consultorio. Entretanto, como tinha ocorrido umacidente no trajeto que ele percorreria, o transito estava mais congestionado do que o normal.Pedro recebeu orientacoes atraves do GPS de seu automovel para que seguisse um caminhoalternativo a fim de evitar o engarrafamento. Mesmo assim, como chegaria cerca de meia-horaatrasado ao compromisso, a atendente do consultorio foi avisada e adiantou o horario da proximapaciente, que ja se encontrava la.

Ao chegar ao consultorio, Pedro teve que aguardar apenas 10 minutos para que o medico oatendesse. Nesse ınterim, ele recebeu em seu smartphone uma solicitacao para que permitisseque o cardiologista tivesse acesso ao seu cadastro de informacoes medicas. Desta forma, aconsulta transcorreu rapidamente, pois o medico pode verificar o historico medico de Pedro,tendo apenas que atualizar seu peso e informacoes sobre a pressao medida naquele dia, e solicitara realizacao de alguns exames especıficos, tais como o teste de esforco e eco doppler do coracao.

Pedro realizou os exames solicitados com a maior brevidade possıvel, e assim que os resulta-

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dos ficaram prontos, o cardiologista foi notificado e teve acesso a essas informacoes instantanea-mente atraves de seu smart phone. Como o especialista identificou uma situacao de grande riscode enfarte, ele solicitou o comparecimento de Pedro ao consultorio no dia seguinte, quando pre-screveu medicamentos especıficos. Alem disso, o cardiologista forneceu a Pedro um dispositivoque ele deveria portar para permitir o monitoramento de seus batimentos cardıacos.

Algumas semanas depois, Pedro veio a sofrer um enfarte, que foi imediatamente identificadopelo sistema de monitoramento, o que gerou notificacoes para o pronto-socorro mais proximo— que enviou uma ambulancia para socorrer o paciente —, para seu cardiologista — que se en-contrava fora da cidade e passou a acompanhar os dados enviados pelos sensores da ambulancia— e para o cirurgiao de plantao no pronto-socorro — que teve acesso a todos os dados medicossobre Pedro e passou a acompanhar seu deslocamento.

Quando Pedro chegou ao pronto-socorro, sua situacao era muito grave, mas ele foi oper-ado imediatamente pelo cirurgiao de plantao. Seu cardiologista acompanhou toda a cirurgia,recebendo os dados dos sensores do centro cirurgico e imagens de vıdeo do procedimento, einteragindo com o cirurgiao atraves de audio. Felizmente a operacao foi um sucesso.

Por que e importante? Alem do gerenciamento integrado de dados medicos, praticas medicastais como consulta, diagnostico ou cirurgia remotos tem atraıdo bastante atencao como umaforma de melhorar o atendimento medico. Nesse exemplo, alem de informacoes sobre o historicode saude de pacientes e dados de sensores medicos de sinais vitais, outras informacoes de con-texto importantes sao a localizacao dos pacientes, medicos, consultorios e hospitais, e dadosde agenda e situaao do transito. A operacao de matchingmaking para marcacao de consultas(baseada na localizacao do paciente e dos consultorios/clınicas e compatibilidade de agendas)pode ser realizada por servicos na nuvem, enquanto a identificacao de situacoes de risco podeser feita de forma distribuıda, envolvendo dispositivos moveis e fixos.

3.2.3 Area de comercio

A fim de atrair o interesse dos usuarios e funcionr de forma eficiente, sistemas de suporte aocomercio eletronico devem acompanhar a evolucao tecnologica. Desta forma, existem diver-sas propostas de aplicacoes e dispositivos que tiram proveito de informacoes de contexto dosusuarios, em particular, suas preferencias [KZK05].

Descricao. Ana adora fazer compras e e alguem que esta disposta a compartilhar seus dadospessoais para receber cartoes de fidelidade de suas lojas preferidas. Quando ela vai ao shoppingpara fazer compras, ela conta com um servico diferenciado em funcao das suas caracterısticas.

Em uma dessas lojas, a medida em que ela se aproxima das araras de roupas, pequenos ledsse acendem para indicar os vestidos que sao do seu tamanho, com cores diferentes para sinalizardescontos especiais a que ela tem direito. Na cabine para experimentar roupas, uma tela semel-hante ao espelho reconhece sua presenca e apresenta alguns vestidos selecionados para que elapossa experimentar “virtualmente”, exibindo tambem o valor e detalhes sobre a confeccao decada peca.

Ana encontra um vestido que ela gosta e pede a vendedora que traga uma peca real. Enquantoela experimenta, o espelho reflete sua imagem e ja propoe alguns acessorios adequados. Alguns

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deles nao sao vendidos naquela loja, mas em outras no mesmo shopping. Partes da tela saoutilizadas para anunciar outros produtos pelos quais ela pode se interessar. Se ele se interessar eclicar sobre algum desses itens para obter informacoes adicionais, a loja em que ela se encontrasera remunerada pelo fabricante ou vendedor do produto.

Os amigos de Ana podem se juntar a ela tambem. Atraves de aplicacoes sociais de compartil-hamento de contexto, sua amiga Katia fica sabendo que ela esta na loja de roupas preferida dasduas. Katia entra em contato com Ana, que pede para a amiga olhar as roupas e dar sugestoes,mesmo nao estando com ela na loja. Sua amiga pode ter acesso a imagem do espelho digitalatraves de seu smartphone. Ana discute com ela as opcoes e Katia pode experimentar as pecasvirtualmente tambem. Ou ela pode escolher e sugerir cores ou estampas diferentes disponıveisno estoque da loja e verificar como seria a combinacao se as duas fossem juntas a uma festa.

Por que e importante? Nesse cenario a compra de um vestido pode ser associada a ofertas decolares ou pulseiras, bolsas ou carteiras, relogios, cabelereiros, academias de ginastica (se o com-prador esta escolhendo um traje esportivo), etc, tornando a venda mais lucrativa para os lojistasao mesmo tempo em que a transforma experiencia da escolha/compra de produtos em uma ativi-dade mais rica, divertida e prazeirosa para os clientes. Nesse exemplo, as pricipais informacoesde contexto que sao utilizadas sao as preferencias de Ana, que podem ser inferidas tambem apartir de seu historico de compras. Outra informacao de contexto e aquela sobre qual roupaAna esta experimentando no momento, utilizada para que acessorios possam ser recomendados.Esses dados sao combinadas com informacoes detalhadas sobre os produtos disponıveis em lo-jas proximas, de forma a permitir a associacao entre esses itens e a formulacao de sugestoes deprodutos adequados para o cliente. Varias dessas informacoes podem ser deduzidas por servicosem execucao na nuvem. Alem disso, essas informacoes nao apenas estao disponıveis localmentepara um usuario, mas podem tambem ser acessadas por outros usuarios da sua rede de amigos.O compartilhamento da informacao sobre a localizacao de Ana permite a interacao entre ela esuas amigas naquele momento.

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4 Estado da Arte

Nessa secao, inicialmente sao discutidas as abordagens dos principais projetos de pesquisa re-centes com relacao as questoes relacionadas a coleta e distribuicao de informacoes de contexto.Em seguida, ressaltamos algumas questoes sobre o topico verificadas na pratica, durante o de-senvolvimento de projetos de middlewares de contexto no Laboratorio de Colaboracao Avancada(LAC) da PUC-Rio. Finalmente, apresentamos as visoes sobre o mesmo tema de projetos volta-dos para o levantamento de requisitos para a Internet do Futuro.

4.1 Abordagem tradicional de projetos de middleware de gerenciamento de con-texto

Nos ultimos 10 anos, diversos grupos de pesquisa vem desenvolvendo projetos na area decomputacao ubıqua e ambiente inteligentes. Esses trabalhos oferecem diferentes propostas deinfra-estruturas para coleta e disseminacao de contexto. A seguir discutimos tres abordagensimportantes.

4.1.1 CoBrA

CoBrA (Context Broker Architecture) e um dos mais importantes projetos que envolvem ummiddleware para utilizacao de contexto. Ele consiste em uma infraestrutura que visa permi-tir a implementacao de agentes, servicos e dispositivos que exploram informacoes de contextoem espacos ativos. Sua arquitetura foi projetada considerando quatro aspectos principais: aforma de representar as informacoes de contexto, como possibilitar o compartilhamento dessasinformacoes, como permitir a inferencia de novas informacoes e como proteger a privacidade dousuario.

O principal componente da arquitetura CoBrA e um agente inteligente chamado context broker(negociador de contexto), que tem as seguintes responsabilidades em um ambiente inteligente:(a) prover um modelo comum para representacao de contexto; (b) receber informacoes de con-texto de fontes que nao sao acessıveis a partir de dispositivos que tem recursos limitados; (c)inferir, a partir das informacoes de contexto, dados que nao podem ser recebidos diretamentede sensores (por exemplo, a atividade de um usuario); (d) detectar e corrigir inconsistencias nosdados de contexto recebidos; (e) permitir o controle da privacidade atraves de polıticas definidaspelos usuarios para o compartilhamento e uso de suas informacoes de contexto.

O projeto preve a aplicacao de um context broker para espacos relativamente pequenos corre-spondentes a ambientes fechados, como escritorios ou salas. Diferentes espacos fısicos podemser atendidos por diferentes brokers, e os clientes interessados podem receber informacoes ori-undas desses brokers distintos e fundi-las para formar uma visao coerente do contexto do am-biente [CFJ04]. Alem disso, conjuntos de brokers podem ser empregados conjuntamente paragarantir que o context broker nao se torne um gargalo do sistema.

4.1.2 Gaia

Gaia e uma infra-estrutura para ambientes inteligentes de computacao pervasiva cujo princi-pal objetivo e tornar espacos fısicos, tais como salas, casas e saguoes de aeroportos, reativos e

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adaptaveis, a fim de auxiliar pessoas em suas tarefas tıpicas cotidianas [RHC+02]. Por exemplo,em um aeroporto, servicos podem ajudar o usuario a encontrar o portao de embarque ou notificarum usuario que faz compra na loja duty free sobre os limites de importacao do paıs. Gaia possuium middleware de contexto que permite que aplicacoes obtenham e utilizem diferentes tipos decontextos.

O middleware de contexto do Gaia visa prover suporte para as seguintes tarefas de geren-ciamento de contexto: aquisicao do contexto a partir de diferentes sensores; disseminacao docontexto a diferentes agentes; inferencia de contextos de alto nıvel a partir de contextos debaixo nıvel utilizando diferentes tipos de mecanismos de raciocınio e aprendizagem; facilidadespara diferentes atuacoes dos agentes em diferentes contextos; e interoperabilidade semantica esintatica entre diferentes agentes.

Em Gaia a aquisicao do contexto e realizada por provedores de contexto (context providers), osquais, juntamente com sintetizadores de contexto (context synthesizers), fazem a disseminacaoda informacao contextual a consumidores de contexto (context consumers). Os sintetizadoressao responsaveis, tambem, pela inferencia dos contextos de alto nıvel. Os consumidores obtemdiferentes tipos de contextos, raciocinam sobre o contexto atual e adaptam seu comportamentode acordo com o contexto. Um servico de busca (context provider lookup service) permite queprovedores de contexto anunciem seus contextos e que agentes encontrem os provedores adequa-dos a suas necessidades. Um servico de historico (context history service) mantem os contextospersistidos em um banco de dados para permitir consulta a contextos passados.

4.1.3 Hydrogen

Hydrogen e um framework para aquisicao de contexto especıfico para dispositivos moveis e que,ao contrario da maioria das outras infra-estruturas de contexto, parte de uma arquitetura total-mente distribuıda para o compartilhamento de contexto [HSP+03]. Em Hydrogen faz-se umadiferenciacao entre contexto local e remoto. Enquanto contexto local e informacao “propria”obtida e armazenada no dispositivo movel, contexto remoto e definido como informacao de outrousuario e disponıvel em um outro dispositivo. Entao, quando dois ou mais dispositivos moveisestao proximos um do outro, tornam-se capazes de trocar entre si os seus contextos locais usandoa tecnologia WLAN ou Bluetooth. Desta forma, Hydrogen implementa um compartilhamentode contexto do tipo peer-to-peer.

4.2 Licoes aprendidas no desenvolvimento de provisao de contexto

O trabalho de pesquisa realizado ao longo da execucao dos Projetos MoCA [VSR+08] e Mo-bilis [FMA+08] — middlewares de suporte ao desenvolvimento de aplicacoes sensıveis a con-texto para dispositivos moveis — permitiu ao nosso grupo constatar, na pratica, a relevancia dealguns aspectos particulares na manipulacao de dados contexto. A seguir apresentamos algunsdesses pontos.

Heterogeneidade de contexto. Em geral, os dados de contexto de sistema diferem entreplataformas moveis. A ausencia de uma padronizacao e um modelo unico de contexto impe-dem o desenvolvimento de sistemas sensıveis a contexto universais. Por exemplo, a intensidade

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do sinal medido de pontos de acesso IEEE 802.11 e fornecida por dispositivos e plataformasdiversos em diferentes escalas e formatos. O mesmo ocorre com dados de sensores embarcadosno dispositivo movel, como GPS, acelerometro, etc.

Dilema entre processamento e comunicacao de dados de contexto. Por um lado, dados sim-ples de contexto de sistema dao apenas um retrato momentaneo do estado da rede e do dispos-itivo, mas que serve pouco para a tomada de decisao de um servico/aplicacao movel. Mais im-portante seria a capacidade de identificar tendencias de variacao do dado. Para isso, no entanto,precisa-se uma interpretacao da serie historica de dados, e algoritmos de aprendizado que deve-riam ser executados em servidores na rede, uma vez que demandam muita memoria e poder deprocessamento, recursos escassos nos dispositivos moveis. Porem esses dados de contexto naopodem/devem ser enviados com alta frequencia (para servidores) na rede. Alem de consumirmais energia de dispositivos moveis e maior largura de banda da rede, os servidores podem setornar incapazes de receber esses dados, por problema de escala. Em vez disso, deve haver ja umpre-processamento dos dados de contexto no dispositivo, a fim de so enviar notificacoes sobre“mudancas relevantes” do contexto. Por exemplo, em vez de enviar o nıvel de energia periodica-mente, deve enviar notificacoes apenas quando a energia residual atinge certos valores (p.ex.20%, 10%, 5%, 2%).

Por outro lado, a simples diminuicao da reducao do envio de dados de contexto tambem com-promete a usabilidade e a reatividade de alguns servicos, que estarao se baseando em informacoesdefasadas no tempo. Portanto, dependendo da “relevancia” de cada informacao de contexto paraum servico, deve-se encontrar um compromisso entre o processameto local e preliminar dos da-dos de contexto no dispositivo movel e o processamento estatıstico dos dados nos servidores darede, e o volume e frequencia de transmissao de dados necessaria.

Servicos de contexto devem ser ubıquos. Idealmente, devem ser possıvel realizar adaptacoescientes de contexto independentemente da rede utilizada pelo usuario e do domınio de rede cor-respondente. No entanto, atualmente, a implementacao de ciencia ao contexto ainda esta restritaa certos ambientes de rede bem controlados. O motivo e o uso difundido de firewalls e NATs,que impedem que dispositivos moveis se conectem continuamente aos seus servidores de proces-samento de contexto. Portanto, uma arquitetura de provisao de contexto deve necessariamenteestar bem integrada com protocolos de servicos “convencionais” de rede.

4.3 Abordagem da comunidade de pesquisa em Internet do Futuro

A seguir, e discutido de que forma os principais grupos de pesquisa internacionais que abordamtemas relacionados a Internet do Futuro tratam as questoes relacionadas a coleta, distribuicao eemprego de informacoes de contexto, dentro de seus objetivos especıficos.

4.3.1 Grupos de pesquisa da Comunidade Europeia

Redes integradas de sensores e atuadores sem fio. O foco principal do projeto SENSEI ea integracao de redes de sensores e atuadores sem fio (RSASF) em um framework comum deescala global, para que servicos e aplicacoes possam ter acesso a esses dados atraves de interfaces

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universais [Wor08d]. Desta forma, um dos objetivos do projeto e propor uma arquitetura capazde lidar com problemas de escalabilidade inerentes ao grande numero de dispositivos distribuıdosglobalmente, com solucoes de protocolos que permitam que novos sensores e atuadores possamse integrar ao sistema. Alem disso, essa arquitetura deve prover servicos de gerenciamento quetornem possıvel a recuperacao de informacoes de contexto confiaveis e precisas e a interacaocom o ambiente fısico.

Ha, tambem, uma grande preocupacao com a seguranca e privacidade dessas informacoes,bem como com a mobilidade das fontes de dados, os sensores. As informacoes de contextoconsideradas no projeto consistem nao apenas em dados brutos fornecidos pelos sensores, masincluem tambem informacoes mais elaboradas, obtidas atraves da composicao dinamica deservicos, considerando dados de outras fontes.

Um conceito interessante apresentada pelo projeto e ideia das “ilhas de RSASF”, que agregaminformacoes de sensores situados em um mesmo ambiente e gerenciam a interacao nesses gruposde dispositivos, permitindo a adicao ou remocao de dispositivos ao grupo. As informacoes dessessensores sao acessadas atraves de interfaces e gateways especıficos.

Multicasting multimıdia movel. O principal objetivo do projeto Context Casting (C-CAST)e desenvolver multicasting multimıdia movel, a fim de explorar a crescente integracao dos dis-positivos moveis em nosso ambiente fısico cotidiano [Wor08b]. C-CAST integra a computacaosensıvel a contexto as tecnologias de multicasting. A informacao de contexto define gruposque necessitam do mesmo tipo de informacoes de contexto ou de servicos. Esses servicos saofornecidos de forma eficiente por estacoes multicasting. O projeto pesquisa as formas de uti-lizar informacoes sobre a situacao e o ambiente do usuario e seu dispositivo movel para iniciarcomunicacoes em grupo. Esse multicast mediado pelo ambiente pode ser disparado por umevento ou alguma entidade do ambiente fısico que oferece um servico orientado a contexto ousituacoes. Um aspecto importante abordado por C-CAST e a definicao de um framework paracoleta de dados dos sensores, distribuicao de informacao de contexto e gerenciamento eficientedo transporte multicast baseado em contexto.

Servicos baseados em localizacao fornecidos pelo usuario movel. O projeto MUGGES visaa transformacao de usuarios moveis em “prosumers” de servicos baseados em localizacao, isto e,produtores, provedores e consumidores do conteudo disponibilizado pelos dispositivos moveis,a fim de tirar proveito do vasto numero de fontes de informacao moveis em potencial [Wor09].A ideia e que esse conteudo possa ser consumido remotamente por outros usuarios, apenas comseus dispositivos moveis, de forma simples. O projeto aborda questoes sobre a descoberta dosservicos e dados desejados, e a selecao do servico conveniente a ser provido, bem como o mo-mento e localizacao adequados para isso. Essa analise e efetuada a partir do projeto e teste dautilizacao de um conjunto de servicos baseados em localizacao novos e inovadores gerados pelosusuarios moveis.

Ambiente inteligente pessoal. Na visao do projeto PERSIST, os dispositivos portateis carrega-dos pelo usuario e que se movem com ele estao associados a um Ambiente Inteligente Pessoal(Personal Smart Space), capaz de prover servicos pervasivos sensıveis ao contexto ao usuario du-

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rante todo o tempo e em qualquer lugar [Wor08c]. Esse ambiente inteligente pessoal deve cuidardas necessidades dos usuarios, se adaptando as suas preferencias conhecidas e aprendendo novaspreferencias que surjam. O objetivo de PERSIST e desenvolver um Ambiente Inteligente Pes-soal capaz prover um mınimo de funcionalidades que possam ser estendidas ou aprimoradas amedida em que usuarios encontrem outros ambientes inteligentes durante suas atividades cotid-ianas. Essas entidades deverao ser capazes de aprender e realizar inferencias sobre os usarios,suas intencoes, preferencias e contexto. Eles serao dotados com comportamentos pro-ativos, queos capacitarao a compartilhar informacao de contexto com outros Ambientes Inteligentes Pes-soais localizados nas proximidades, resolver conflitos entre as preferencias de multiplos usuarios,fazer e seguir recomendacoes e gerenciar o uso de fontes de recursos limitados entre os usuarios,dispositivos e servicos.

4.3.2 Grupos de pesquisa dos Estados Unidos

Celulares como sensores de dados diversos. Pesquisadores do Center for Embedded Net-worked Sensing (UCLA) preveem um novo uso para celulares como sensores de dados diver-sos, que poderao ser coletados e acessados publicamente — criando o que eles chamam dedata commons — para inferir uma serie de informacoes em uma cidade, tais como problemasde transito, avaliacao de produtos, tagging colaborativo, distribuicao especial de uma doenca,etc [CHK08]. Esta tendencia e tambem chamado distributed citizen-sensing ou participatorysensing [CEL+06]. Nesse caso, naturalmente, esses dados de contexto, que sao coletados de ter-minais moveis periodica e massicamente, precisarao ser encaminhados para os servicos (redessociais) correspondentes.

Localizacao geografica de terminais moveis. Com a proliferacao de telefonia voice-over-IP(VoIP) ha a necessidade de identificar chamadas de emergencia, onde a localizacao do dispositivoe detectada e passada automaticamente para o numero chamado. ECRIT e um protocolo sobreIP que permite determinar a localizacao do aparelho, identifica que se trata de uma chamadade emergencia e encaminha a chamada para o PSAP (Public Safety Answering Point). Outraabordagem e o chamado mobile location protocol (MLP) da Open Mobile Alliance (OMA), umprotocolo em nıvel de aplicacao para obter a posicao de terminais moveis independentemente datecnologia de rede subjacente.

Localizacao geografica de pontos de acesso WiFi. Com relacao a WLANs, os padroes emer-gentes IEEE 802.11k, 802.11u, 802.11v, tambem visam aumentar as funcionalidades de servicosde localizacao. Em particular, no 802.11v, havera o Real Time Location Service, onde serapossıvel acompanhar a localizacao de cada dispositivo cliente e redirecionar pacotes para outroponto de acesso proximo (AP), caso o atual esteja sobrecarregado. Para isso, cada AP tera suaposicao geografica e semantica identificadas.

Processamento de Informacao pela Rede. Tilman Wolf [Wol06] propoe uma arquiteturachamada Information Transfer and Data Service (ITDS) visa implementar novos servicos so-bre dados dentro da rede. ITDS e uma nova abstracao que permite que aplicacoes fonte e destino

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(end-systems) definam como deve ser a transmissao de informacao e de fluxos de dados e queo ITDS determina como deve ser feita a codificacao dessa informacao em dados e como essainformacao deve ser processada pela rede. Ou seja, a rede deixa de ser uma simples roteadora depacotes e passa a ter funcoes de processamento e de armazenamento nos elementos de rede.

4.3.3 Grupos de pesquisa da Asia

Uma nova arquitetura de rede. No Japao, o projeto AKARI propoe que, por volta de 2016,seja adotada uma nova arquitetura de rede. Com este projeto, os autores pretendem suprir aslimitacoes da Internet atual, que se desenvolveu sobre computadores conectados por meio delinhas telefonicas e tecnicas de roteamento criadas ha 40 anos [Wor08a]. Refletindo a crescentecomplexidade e diversidade das sociedades humanas, as proximas geracoes de redes terao req-uisitos que em breve nao serao mais atendidos pela arquitetura da Internet atual, com limitacoescomo a falta de transparencia decorrente do abrangente uso de redes NAT (Network AddressTranslation) — devido a baixa disponibilidade de enderecos IPv4 —, limitacoes no roteamentode multicasting, baixa velocidade de redes ATM, entre outras.

Sensores para o monitoramento do meio ambiente. O projeto AKARI discute tambem asdiversas aplicacoes das redes de sensores, como o auxılio a preservacao ambiental, por meiode medicao de temperaturas, nıveis de poluicao e migracao de animais, e na area de saude, pormeio de medicao de sinais vitais ou administracao de medicamentos a pacientes em hospitais. Epossıvel, por exemplo, monitorar por meio de redes de sensores o clima em areas de producaoagrıcola de determinado produto, de modo a inferir datas adequadas para plantio e colheita,minimizando perdas e problemas de desabastecimento na cadeia produtiva de alimentos.

A quantidade de sensores conectados em redes e cada vez maior, e exige cada vez mais ve-locidade, poder de processamento e, consequentemente, energia dessas redes. Por exemplo,a quantidade de sensores utilizados por aplicacoes para monitoramento de saude de idosos epacientes medicos, aplicacoes para monitoramento de solo, entre outras, tendera a crescer ateabranger a maior parte dos indivıduos, hectares cultivados e numero de automoveis, o que repre-senta numeros da ordem de bilhoes de sensores interconectados.

Redes privadas baseadas em contexto. A arquitetura atual de Internet, construıda para per-mitir o acesso a qualquer endereco IP de forma eficiente, e gerenciada de maneira altamentedependente da topologia. Deste modo, um usuario pode acessar qualquer dispositivo conec-tado a Internet. O projeto AKARI preve mecanismos que diferenciam servicos, baseados nascredenciais dos usuarios ou dispositivos em funcao de meta-dados ou de sua localizacao, difer-entemente do modelo atual que preve acesso a qualquer endereco IP. Deve ser possıvel construirredes privadas baseadas em informacoes do usuario, dispositivo, localizacao, entre outras.

Roteamento eficiente baseado em localizacao. Na Coreia, pesquisadores do Instituto de Tec-nologia Avancada (KAIST) ressaltam o papel de contexto de localizacao para a descobertae selecao de servicos proximos ao requisitante, como parte de uma uma visao de interacaoespontanea e ad hoc com servicos (Service-centric Networking).

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Outro aspecto que o grupo considera uma caracterıstica relevante em ambientes ad hoc decomputacao ubıqua e o dinamismo das conexoes. Devido a mobilidade dos nos, o roteamentoentre os pares muda ao longo do tempo e precisa ser redescoberto continuamente. Alem disso,as aplicacoes tambem substituem dinamicamente conexoes estabelecidas anteriormente, quandodescobrem — com base em contexto — novos servicos mais apropriados. A fim de evitar que ocusto de descoberta seja pago tanto pela aplicacao quanto pela camada de rede, os pesquisadorespropoem a criacao de uma camada de roteamento generico compartilhado que considera tantoenderecos IP quanto etiquetas estabelecidas pela camada de aplicacao na determinacao do rotea-mento. Finalmente, o grupo tambem realiza pesquisa sobre redes baseadas em relacoes sociais, afim de prover suporte a aplicacoes moveis sociais tanto para redes ad hoc quanto redes tolerantesa atraso. O foco do trabalho recai, em especial, no emprego semantica no nıvel da aplicacao,para tornar os protocolos de rede mais eficientes e seguros.

4.4 Resumo

Atraves da analise das abordagens de diferentes projetos, nesta secao procurou-se identificar ostopicos mais importantes com relacao a manipulacao de dados de contexto. Entre os topicosobservados podemos destacar: o fornecimento de servicos e informacoes de contexto geradospelos usuario moveis e seus dispositivos; a utilizacao generalizada de dados de contexto obtidosde sensores distribuıdos; a utilizacao de informacoes de contexto para obter uma distribuicaode dados mais eficiente; a necessidade de uma infraestrutura de contexto capaz de englobar umgrande numero de provedores de contexto e atender um grande numero de consumidores decontexto. Na proxima secao serao discutidos os requisitos de rede que identificamos a partirdessa analise.

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5 Requisitos da rede

A discussao sobre os cenarios futuros para aplicacoes sensıveis a contexto e a analise dos projetosrelacionados a utilizacao de dados de contexto na Internet do Futuro permitiram a identificacaode um conjunto de requisitos de rede que sao enumerados na proxima secao. Em seguida, saodestacados alguns topicos correspondentes a oportunidades de pesquisa e desenvolvimento emnosso paıs.

5.1 Descricao dos requisitos

R1: Suporte a Mobilidade de Usuarios. A rede precisara dar suporte nativo e generalizado amobilidade de usuarios, terminais, elementos de rede e clusters ad hoc. Para tal, serao necessariosmecanismos para a) a deteccao de mobilidade, isto e, a percepcao e identificacao de um novocontexto do usuario/ terminal, bem como das condicoes de execucao do servico/aplicacao, b) aselecao do melhor ponto de conexao, cluster ou de configuracao dos elementos da rede, tambem,baseado na analise, comparacao, e predicao de contextos, e c) a migracao e adaptacao suave (etransparente) do estado de execucao do servico do antigo para o novo contexto.

R2: Informacoes sobre a Localizacao Geografica. A rede precisara estar ciente dalocalizacao geografica de seus elementos, o que constitui uma informacao de contexto especıfica.A localizacao geografica sera indispensavel nao somente para terminais e clusters, para possi-bilitar o encaminhamento otimizado de dados e/ou a consulta especıfica a sensores disponıveisem determinada localizacao/regiao, como tambem dos elementos roteadores e chaveadores donucleo da rede. Para esses elementos, a informacao geografca sera fundamental para a criacaode rotas e otimizadas ou customizadas, bem como a selecao de servicos processadores e agra-gadores de dados geo-indexados.

R3: Terminais Autonomicos. A capacidade de auto-organizacao e a descoberta autonoma determinais, clusters ou elementos de rede sera necessaria para possibilitar a formacao espontanea,oportunıstica e distribuıda de redes, conferindo-lhes maior flexibilidade, ubiquidade e autonomi-cidade (e.g. nao depender da configuracao manual por administradores de rede). Tal como ocorrecom o suporte a mobilidade, aqui tambem informacoes de contexto serao fundamentais para adeteccao de configuracoes alternativas, a selecao da configuracao mais apropriada, o processo deauto-adaptacao da rede e o gerenciamento decentralizado de redes heterogeneas.

R4: Variedade de Protocolos de Rede. A rede devera ser capaz de executar simultanea-mente uma grande variedade de protocolos de rede (com alto grau de adaptabilidade) sobrecomponentes de rede virtualizados. Em tal ambiente virtualizado, contextos de variados tipos— e.g. contexto/preferencias do usuario, capacidade de seu terminal, parametros de QoS oucontexto/estado de uso do servico, bem como o estado dos recursos virtualizados — poderao serlevados em conta para os ajustes dinamicos das fatias de recursos virtualizados que serao alo-cados a cada fluxo de comunicacao. Alem disso, as otimizacoes dos fluxos deverao ocorrer emparalelo e de forma orquestrada nos protocolos de varias camadas (suporte a otimizacao cross-layer).

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R5: Gerenciamento de Dados de Usuarios. Na rede do futuro, as informacoes de contextorelativas a cada usuarios serao fundamentais na interacao destes entre si ou com servicos forneci-dos pelo ambiente. Nao apenas dados de localizacao, mas tambem preferencias registradas ouinferidas, dados pessoais disponıveis em mıdias sociais, etc. Alem disso, usuarios podem terinteresse em fornecer dados coletados a partir de seus dispositivos moveis e que sejam de inter-esse geral, relacionados ao ambiente em que estao inseridos ou a temas especıficos. A rede deveoferecer mecanismos para permitir que esses dados sejam descobertos e transmitidos de formaeficiente.

R6: Gerenciamento de Dados de Sensores. A rede do futuro nao sera somente meio de trans-missao de dados armazenados ou gerados por usuarios, mas sera tambem o meio para o trans-porte, o armazenamento, a agregacao e o processamento de dados gerados por sensores. Essessensores serao parte integral e inseparavel da nova rede, a medida em que a rede passe a ser us-ada para as mais diversas aplicacoes de monitoramento e controle remoto. Considerando-se quesensores — tanto moveis como estacionarios — essencialmente capturam dados (ou contexto)de seu meio ambiente, pode-se afirmar que a rede do futuro tera uma parcela significativa detrafego relacionado exclusivamente a transmissao e processamento de dados de contexto, bemcomo ao gerenciamento remoto de sensores.

5.2 Oportunidades para desenvolvimento no Brasil

Atualmente, dados de contexto — em especial relacionados a localizacao — ja sao a essenciade muitos servicos e produtos comerciais, os quais sao utilizados nos mais diversos setores, taiscomo o controle de cadeias de fornecimento e logıstica, asset management, alocacao de recursose mao de obra, prevencao de acidentes, etc. O uso de informacoes de contexto nessas aplicacoesvisa ao aumento da eficiencia e seguranca nos setores produtivos, em logıstica, e nos setoresfinanceiros e comerciais. Por exemplo, a CISCO, empresa que tem grandes clientes em nossaindustria aeroespacial (p.ex. Boeing), automotiva e de semi-condutores [Cis], oferece algunsservicos baseados em localizacao integrados a suas solucoes e equipamentos de rede.

No mercado de servicos e anuncios via Web, a ciencia da localizacao tambem esta se tornandoum elemento cada vez mais importante para a geracao de anuncios personalizados, i.e., depen-dentes da localizacao do usuario, em maquinas de busca Web. Ja em 2004, a Google criou umpatente para essa tecnologia, e recentemente comprou a AdMob, uma empresa com tecnologiaespecıfica para oferecer anuncios baseados em localizacao em dispositivos moveis. Estima-seque servicos baseados em localizacao terao um impacto grande na industria dos servicos Web jaem 2010.

Outro elemento que vem impulsionando servicos baseados em localizacao sao as redes sociais,que tambem sao muito populares no Brasil. Por exemplo, as redes sociais como o Four Square(www.foursquare.com), Onde Estou (www.ondeestou.com.br) e Loopt (www.loopt.com) estaotransformando celulares em uma ferramenta social, conectando amigos e avisando quando elesestao proximos, mostrando eventos e locais de interesse ao redor dos usuarios. Estas redes jaestao se integrando aos microblogs e com as redes sociais ja existentes, permitindo que gruposde amigos/conhecidos e contatos profissionais possam partilhar suas localizacoes com o intuitode receber e trocar informacoes contextuais a cada momento e lugar.

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No caso do Brasil, a pesquisa e desenvolvimento em TI tem focado primordialmente emservicos e aplicacoes, e tem contribuıdo pouco nos setores de software de sistema: softwareembarcado, sistemas operacionais e protocolos de rede. Dado este perfil da industria de soft-ware brasileira, acreditamos que tambem para a Internet do Futuro as maiores oportunidades seencontram no desenvolvimento de solucoes para aplicacoes especıficas, dentre os quais deve-sedestacar os setores energetico, ambiental, agro-pecuario, e-government, turismo, entretenimentoe servicos em geral.

Neste sentido, identificamos a seguir algumas linhas de possıvel atuacao da industria de soft-ware brasileira com relacao a ciencia de contexto e adaptacao na Internet do Futuro:

• Servicos baseados em localizacao para o problemas de logıstica especıficos, como porexemplo, rastreamento de veıculos para transporte de carga, distribuicao de combustıveis,transporte publico metropolitano, etc.

• Servicos baseados em localizacao para o turismo, congressos e eventos esportivos degrande escala, como a Copa do Mundo de 2014 e as Olimpıadas de 2016. Nesse setor vis-lumbramos uma grande oportunidade para se desenvolver servicos cientes da localizacaoque levem em conta as especificidades das metropoles brasileiras (topografia, sistema detransporte), do comercio, da hospitalidade do povo, e da rica diversidade cultural brasileira.Por exemplo, o bairro da Lapa, (Rio de Janeiro) e um bairro boemio por excelencia, ondeha dezenas de shows, gafieiras, casas de danca, etc, cada uma apresentando uma certotipo de musica. Nesse contexto, poderia-se imaginar servicos baseados em localizacaoque permitam ao visitante obter uma indicacao previa do “astral do local”, atraves doacesso a indicadores da animacao das pessoas no local, captadas atraves de medicoes doacelerometro, microfone (som ambiente), camera dos seus smartphones.

• Servicos e aplicacoes para usuarios moveis na area financeira, comercial e de entreten-imento, onde as opcoes de personalizacao e adaptacao de servicos esta muito rela-cionada aos habitos brasileiros e as especificidades socio-culturais regionais. Por exem-plo, as caracterısticas de espontaneidade (e menor habito de planejamento), facilidadede comunicacao, menor preocupacao com a privacidade e apego a famılia do brasileiropoderiam ser exploradas em servicos cientes de contexto para recomendacao de atividadesde lazer e produtos, comunicacao instantanea, redes sociais com compartilhamento in-stantaneo de informacoes sobre o contexto do usuario.

• Servicos e aplicacoes para utilizar os dados de sensores e fornecidos por usuarios de dis-positivos moveis no monitoramento urbano. Informacoes coletadas dessa forma podemser uteis para a melhoria da qualidade de vida dos cidadaos, por exemplo: permitindoa identificacao de engarrafamentos com a sugestao de rotas alternativas; fornecendoinformacoes sobre transportes publicos; gerando alertas sobre situacoes de risco, comoinundacoes, incendios, deslizamentos; etc.

• Aplicacoes para redes de sensores em larga escala (cobrindo grandes partes do territorionacional) nos setores ambiental, energetico, industrial ou agro-pecuario. Nesse caso, have-ria necessidade de uma integracao das redes de sensores em larga escala (possivelmente

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atraves de operadoras de telefonia) e demandaria servicos especıficos para a gerencia emanutencao das redes, hubs para a agregacao de dados e analise dos mesmos. Podemosmuito bem imaginar que empresas gigantes do setor energetico (Petrobras, Eletrobras, Fur-nas), de mineracao (Vale, MMX), ou mesmo estatais poderiam ser grandes desenvolvedo-ras e usuarias de tais redes nacionais de sensores.

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6 Conclusoes

Este relatorio teve como principal objetivo identificar — a partir de uma analise de cenariosfuturos de uso da Internet e o estudo de projetos de pesquisa sobre o tema — os novos requisitospara os componentes de rede, middleware de contexto e aplicacoes moveis que se impoem diantedo crescente acesso a Internet atraves de dispositivos moveis.

Diante das tendencias observadas, e possıvel afirmar que a utilizacao de dados de contexto seracada vez mais importante para as futuras aplicacoes e servicos em execucao na rede. De umaforma geral, essas informacoes de contexto irao englobar os dados mais diversos, abrangendodados dos usuarios, dispositivos e sensores do ambiente. A compilacao e processamento dessesdados causa impacto sobre o projeto de servicos e protocolos de redes da Internet do futuro.

Uma observacao importante e que ate agora os dados de contexto, especialmente os fornecidospor sensores, eram processados e utilizados localmente em redes dedicadas e isoladas. Para ofuturo, vislumbramos uma tendencia a uma maior distribuicao e integracao dessas redes paraacesso global a esses dados. A fim de prover a escalabilidade e funcionalidade necessarios paraa implementacao de aplicacoes e servicos sensıveis a contexto, um conjunto de requisitos foiapresentado.

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