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Computação ubíqua: uma nova realidade ou um breve futuro? Gabriel G. Silva1, Gustavo S. Gomides1, Ruan S. Costa1 1Instituto de Matemática e Computação – Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) Caixa Postal 50 – 37.500-903 – Itajubá – MG – Brasil {gabrielgomesch, ruan.scosta}@gmail.com, gustavo.gomides7@hotmail.com Abstract. The term Ubiquitous Computing was first defined by the scientist of the Xerox Research Center, Mark Weiser, through his article “The computer for the Twenty-First Century” where he says that in the future computers will be part of the most primitive objects. Ubiquitous computing is factually described as the possibility of conducting the computer to experience the real world in an understandable way and its fundamental concept is that this goes beyond the limits of personal computers and workstations and diffuses in our everyday life. It also considered the third component in the computing. First were mainframes, which were used by many individuals and we currently live personal computing, in which human and machine interact directly using a desktop. Resumo. O termo Computação Ubíqua foi definido pela primeira vez pelo cientista do Centro de Pesquisa Xerox, Mark Weiser, através de seu artigo “The computer for the Twenty-First Century”, onde ele diz que no futuro os computadores farão parte dos mais primitivos objetos. A computação ubíqua é factualmente descrita como a possibilidade de conduzir o computador a vivência no mundo real de maneira inteligível e o seu conceito fundamental é que esta ultrapassa os limites de computadores pessoais e estações de trabalho e difunde-se em nossa vida cotidiana. Ela também é considerada a terceira vertente dentro da computação. Primeiramente foram os mainframes, onde estes eram utilizados por diversos indivíduos e atualmente vivemos a computação pessoal, na qual humano e máquina interagem diretamente utilizando-se de uma área de trabalho. 1. Introdução Os computadores têm avançado além dos desktops e estações de trabalho e adentram-se em muitas partes da vida cotidiana. A computação ubíqua é inevitavelmente a computação em contexto, ocorrendo em situações no mundo real. O paradigma da Computação Ubíqua, também chamada de computação pervasiva e Ubicomp, foi introduzido no início dos anos de 1990 por Mark Weiser em seu artigo “The computer for the Twenty-First Century”, e tem-se centrado em permitir o uso transparente e assistido entre computadores, independentemente do ambiente em que estes atuam. A primeira vertente na computação foi a era dos mainframes. Nessa época, o relacionamento entre pessoas e computadores era estabelecido através de pessoal altamente capacitado e que geralmente estava atrás de portas fechadas. O computador era um recurso escasso, negociado e compartilhado entre várias pessoas [Alvarez, Claudia Villa]. Atualmente vivemos a era da computação móvel, em que cada pessoa têm o seu próprio computador, contendo as suas informações, e interagindo diretamente com o mesmo. O conceito primário que deu origem ao paradigma da computação ubíqua é a de que tecnologias que possuam poder de processamento computacional possam operar de forma cooperativa e inteligível. A computação ubíqua abrange um modelo de computação no qual os usuários móveis, serviços e recursos são capazes de descobrir outros usuários, serviços e recursos. Nesse paradigma computacional, as responsabilidades pela execução de determinado serviço necessário para o usuário são distribuídas entre uma variedade de dispositivos, cada qual com suas tarefas e funcionalidades específicas [Cirilo, Carlos Eduardo]. Dentro da computação ubíqua pode-se identificar ao menos três de seus fundamentos, sendo estes a diversidade, descentralização e a conectividade. A diversidade é a tendência da computação ubíqua de se adotar dispositivos que melhor se adéquem as necessidades requisitadas para realização de determinada tarefa. É descentralizada pois não se restringe ao uso de um único dispositivo e sim da cooperação entre diversos dispositivos conectados. E a conectividade é essencial, porque os dispositivos precisam trocar informações entre si – utilizando-se de redes, infravermelho, plugues, dentre outros – para gerar aos usuários serviços e funcionalidades que os sejam úteis. As estratégias de implementação e adaptação de aplicações que rodem em ambientes de ubiquidade são atualmente um importante objeto de pesquisa. Estes ambientes são definidos pela diversidade de dispositivos, desuniformidade de redes e conexões inconstantes. Estas aplicações devem portar a habilidade de se ajustarem a mudanças em tais ambientes de forma transparente para o usuário [Lyytinen, K e Yoo, Y]. Diversos desafios precisam ser dominados na computação ubíqua nos níveis tecnológico, social e organizacional [Moura, Alan José]. No aspecto social, tanto interconectividade quanto acesso constante a dispositivos remotos podem acarretar em problemas de segurança e privacidade. E no aspecto tecnológico a implementação de arquiteturas que possibilitem a dinâmica de aplicações ubíquas em larga escala, a forma de coleta de dados para gerarem serviços, a integração entre dispositivos, a evolução das redes de computadores são fatores que encontram-se em desenvolvimento. 2. Definições A computação ubíqua foca na criação de produtos inteligíveis que são conectados, tornando a comunicação e a troca de dados mais fácil e menos indiscreta. Termos como computação pervasiva, computação nomádica, computação móvel e outros tantos, têm sido usados muitas vezes como sinônimos, embora sejam diferentes conceitualmente e empreguem ideias de organização e gerenciamento dos serviços computacionais [Araújo, Regina Borges]. 2.1. O que é computação móvel e pervasiva A definição de computação móvel é dada essencialmente àquele dispositivo que têm a capacidade de realizar processamento computacional, trocar informações via rede e de ser transportado facilmente pelo usuário devido a sua portabilidade estrutural, é importante que o dispositivo disponha de semelhantes recursos e serviços que um computador pode conectar-se. A computação pervasiva baseia-se na convergência de conexão em rede, eletrônica avançada e a conectividade em nuvem – a Internet. O objetivo dos pesquisadores que trabalham na computação pervasiva é criar produtos inteligentes que comunicam-se de forma discreta e que sejam capazes de interagir com o ambiente em que atuam, um ambiente composto por sensores e serviços computacionais. E também na possibilidade de integração com dispositivos que possam fazer parte deste sistema. 2.2. O que é a computação ubíqua A computação ubíqua é favorecida pelos avanços da computação móvel e da computação pervasiva, sendo a interseção de ambas. “A computação ubíqua é o método de melhorar o uso do computador, fazendo muitos computadores disponíveis em todo o ambiente físico, mas tornando-os efetivamente invisível para o usuário” [Weiser, Mark]. “As tecnologias mais profundas e duradouras são aquelas que desapareceram. Elas dissipam-se nas coisas do dia a dia até tornarem-se indistinguíveis” [Weiser, Mark]. Figura 1. Conceito de computação ubíqua, dado como a junção das computações móvel e pervasiva. Mark Weiser considerado o pai computação ubíqua definiu que os computadores não seriam somente móveis, com a possibilidade dos usuários os carregarem por onde quer que estes fossem. Mas também que estes computadores em constante movimento seriam parte de uma grande rede com troca de informações de maneira clara que traria ao usuário todas as informações e serviços que ele precisa nos maisdiversos dispositivos computacionais que estiverem a sua plena disposição de acesso, através da compreensível noção do ambiente em que estes atuam no mundo real. 3. Fundamentos da UbiComp Podem ser identificados três fundamentos da UbiComp, que são diversidade, descentralização e conectividade, explicados abaixo. Diversidade – Diferentemente dos computadores que possuem diversos recursos e funcionalidades distintas, os dispositivos ubíquos focam em funcionalidades específicas que atendem as necessidades dos usuários, como por exemplo, um dispositivo que controla a iluminação da sala de estar. Outro enfoque da diversidade é o processo de gerência dos dispositivos, pois cada um possui determinadas características e limitações. Descentralização – Como o próprio nome explicita, esse fundamento garante que as responsabilidades sejam divididas entre os dispositivos ubíquos para a formação de um sistema maior, refletindo na real necessidade do usuário e nas aplicações necessárias para tal. A partir deste fundamento é caracterizado a ideia de sistema distribuído, pois os servidores e os dispositivos formam uma rede dinâmica. Conectividade – Este fundamento define que na computação ubíqua existe a ideia de conexão sem fronteiras e dispositivos e suas respectivas aplicações se moverem juntamente com o usuário entre as diversas redes existentes, não importando se a rede sem fio seja de longa, média ou curta distância. 4. Aplicações Existem diversas áreas de aplicação da UbiComp, como por exemplo: “Computação de Vestir”, ensino e residências inteligentes, descritas logo abaixo. 4.1. “Computação de Vestir” Pode ser enquadrada como uma extensão da computação móvel, onde a tecnologia está presente em óculos, pulseiras, relógios multifuncionais, vestuário e entre outros. 4.1.1. Google Glass O óculos de realidade virtual desenvolvido pela empresa Google denominado Google Glass pode ser visto como um dos maiores representantes da “computação de vestir”, sendo que a revista Time o considerou como a invenção do ano em 2012. Ele foi projetado inicialmente para a visualização de fotos e vídeos, porém novas funcionalidades ainda serão incorporadas. 4.2. UbiComp no Ensino Os dispositivos UbiComp no ensino têm como enfoque oferecer suporte aos professores na produção do material didático, aos alunos na anotação das informações passadas em aula de forma aprimorada e maior interação entre professores e alunos por meio das lousas digitais. 4.2.1 Classroom 2000 Desenvolvido pelo Instituto Tecnológico da Georgia o Classroom 2000 é formado por um conjunto de software e hardware que durante as aulas presenciais captam as informações e posteriormente às disponibiliza aos alunos em documentos multimídia. 4.2.2 Lousas Digitais As lousas digitais funcionam semelhante a um computador, porém possuem uma tela maior, melhor, inteligente e sensível ao toque. Elas podem transformar uma aula padronizada em uma aula interativa, pois os professores podem utilizá-la para apresentações em três dimensões, melhor visualização do material didático, realizar atividades e jogos interativos, poderá ter uma maior participação dos alunos pois estes podem ser convidados a interagir com a lousa, os professores ainda possuem o recurso de salvar tudo o que foi feito na aula podendo ser compartilhado posteriormente com os alunos via e-mail, entre outros recursos disponíveis. 4.3. UbiComp em Residências Inteligentes No contexto doméstico os dispositivos UbiComp tem por finalidade conhecer as atividades dos moradores e proporcionar-lhes uma melhor qualidade de vida. 4.3.1 Adaptive House O Adaptive House foi um projeto desenvolvido pela Universidade de Colorado e tem como objetivo analisar o estilo de vida e o dia a dia dos moradores, adaptando os ambientes de acordo com as necessidades dos mesmos. Ele inicialmente foi desenvolvido para o controle de iluminação, água e o sistema AVAC (Aquecedor, Ventilador e Ar Condicionado). 5. Softwares Existentes As aplicações para os dispositivos UbiComp devem ser desenvolvidas levando-se em conta que tais dispositivos possuem limitações referentes à memória, processamento, vida útil da bateria, tela do dispositivo, armazenamento das informações e redes de comunicação. Já o Sistema Operacional deve ser projetado tendo em mente as características e os objetivos do dispositivo. 5.1 Linguagens de Programação Os programadores podem utilizar as linguagens de programação: Java, C, C++ e algumas linguagens prioritárias para o desenvolvimento de aplicações em dispositivos ubíquos. Alguns desenvolvedores optam pela linguagem Java pois ela atende perfeitamente os dispositivos pequenos e possui independência entre as plataformas do código compilado. Já as linguagens C e C++ são indicadas para a otimização de plataformas de objetivos específicos. Não importa a linguagem utilizada, pois a programação deve ser suficientemente eficiente para lidar com as limitações dos dispositivos expostas anteriormente. Além disso, deve-se evitar a perda de dados quando a bateria encontra-se em carga muito baixa. 5.1.2 Estratégia para o desenvolvimento Os programadores devem seguir algumas estratégias no desenvolvimento de aplicações para os dispositivos ubíquos, sendo algumas apresentadas logo abaixo: Simplicidade – A programação deve ser simples e deve-se colocar características menos importante em rotinas separadas. Miniaturização – A aplicação deve ser pequena e enxuta, pois esta utiliza menos memória do dispositivo e seu tempo de instalação é mais curto. Minimizar uso de memória – Alocar objetos somente quando for necessário e liberá-los após o uso, a aplicação deve ter controle sobre o gerenciamento da memória e caso utilize a linguagem Java deve-se evitar o uso de objetos. Variáveis Locais – Deve-se dar prioridade às variáveis locais, pois o acesso a esse tipo de variável é mais rápido do que em variáveis globais e instâncias de classes. Uso de Threads – Se for detectado que uma operação leva mais que 0.1 segundos na sua execução, deve-se executar esta operação em um thread separado. 6. Impactos socioeconômicos da UbiComp 6.1 Impactos Econômicos Estima-se que em 2025, a Internet das Coisas movimente de 1.5 a 6.5 trilhões de dólares por ano(Prado 2015). A Cisco acredita que até 2022, 14 trilhões de dólares serão movimentados no mercado. Baseando-se puramente na lei de Moore, temos a ideia de que o número de transístores em um chip aumenta em 100% a cada 18 meses. Tal relação vêm se mostrando real desde os anos 60. Assim, é de se esperar um avanço ainda maior no desenvolvimento das tecnologias móveis. O que, aliado a produção massiva, tornará estes dispositivos ainda mais baratos, portanto, alcançáveis a uma boa parcela da população. Também é de se esperar que a computação ubíqua afete os meios de produção. Um sistema completamente autônomo, que possui vários dispositivos, realizando as mais diversas tarefas e se comunicando entre si é capaz de produzir a um ritmo mais alto e a um preço mais baixo do que um sistema parecido, porém composto por humanos. A empresa Uber, que atua no setor de transportes, anunciou que em 2025 não pretende possuir algum motorista humano contratado em sua frota. Para eles, o futuro de seu negócio está no desenvolvimento de seu carro autônomo. Paralelo a isso, outras empresas, como a Google ou a Tesla Motors, trabalham com pesquisas parecidas. O que vem sendo sugerido se trata de um modelo de negócio em que o usuário contrata o serviço de um motorista particular sempre que quiser, não precisando assim ter a necessidade de manter os custos de um carro. E com isso, ocarro oferecido seria capaz de dirigir sozinho, algo que já acontece hoje em dia. Argumentos favoráveis a essa ideia não faltam: um carro autônomo é mais seguro que um motorista humano, pois a máquina não se embriaga, a máquina não fica com sono e também não fica desatenta. Além disso, a inteligência computacional ali presente, não faz ultrapassagens perigosas nem excede o limite de velocidade. Porém o preço disso tudo, se refletirá em desemprego para os trabalhadores do setor de transportes(Kanter 2015). 6.2 Impactos sociais Com a computação ubíqua, o usuário interage com muito mais informação do que outrora. Junto disso, os dispositivos geram uma quantidade maior de dados que devem ser processados. Esse paradigma é capaz de transformar a forma como a sociedade encara a tecnologia. A cada dia, observamos que há uma dependência maior da tecnologia para se manter(e também mesmo melhorar) o nosso estilo de vida. Por mais negativo que isso soe, não é necessariamente algo ruim. Na área médica, temos uma série de equipamentos, câmeras e sensores que monitoram o estado dos pacientes e auxiliam os médicos em diagnósticos, operações e cirurgias. A tendência para os próximos anos é que isso aumente. Graças a isso, a medicina é capaz de combater inúmeras doenças e prolongar o tempo de vida das pessoas. Além disso, graças as redes sociais, mantemos as pessoas conectadas umas às outras. Pessoas trocam informações e se relacionam afetivamente ou até profissionalmente usando softwares em seus celulares e computadores. É possível fazer isso usando até mesmo relógios digitais. Com os celulares, é possível filmar, fotografar e compartilhar o conteúdo em alguma rede social em questão de segundos. Por conta disso, os grandes veículos de comunicação não detêm mais o monopólio da informação. O advento do smartphone tornou democrático o modo como os eventos são noticiados. Assim, o usuário não está mais sujeito apenas aos interesses de grandes canais de televisão ou jornais. Ele tem a possibilidade de enxergar a informação por outros pontos de vista. Porém nem tudo são flores. Assuntos sensíveis como a segurança da informação e a privacidade do usuário vêm sendo discutidos. De tempos em tempos, notícias polêmicas sobre vazamentos de fotos íntimas ou documentos secretos aparecem na mídia. Muitos serviços mantém os dados do usuário salvos na nuvem sem a devida criptografia. Como se não bastasse, os próprios dispositivos geram informações o tempo inteiro. Um celular com sistema operacional Android monitora a movimentação dele pelo GPS. Mesmo quando o usuário desliga o GPS, o aparelho continua mandando seus dados de localização para os servidores do Google. Recentemente, a empresa coreana Samsung se envolveu numa polêmica ao deixar claro em sua política de privacidade que a sua SmartTV armazena todos os dados que ela ouve através da função de reconhecimento de voz. Inclusive eles sugerem que o usuário não revele nenhuma informação pessoal ou confidencial perto da televisão. “Se você ativar o reconhecimento de voz, poderá interagir com sua Smart TV usando sua voz. Para oferecer o recurso de reconhecimento de voz, alguns comandos de voz podem ser transmitidos (em conjunto com informações sobre seu dispositivo, inclusive identificadores de dispositivos) a um serviço de terceiros que converte fala, ou parte dela, em texto para oferecermos a você os recursos de reconhecimento de voz. Além disso, a Samsung poderá coletar – e seu dispositivo poderá capturar – comandos de voz e o texto associado para que possamos oferecer a você recursos de reconhecimento de voz e para avaliarmos e melhorarmos os recursos. Esteja ciente de que, se suas palavras incluírem informações pessoais ou confidenciais, essas informações estarão entre os dados capturados e transmitidos para terceiros por meio do uso do reconhecimento de voz.” – Política de Privacidade global da Samsung. Outros exemplos em que a privacidade do usuário é violada não faltam. Além disso, não existe a garantia que os dados estão armazenados de forma segura. Em 2011, o banco de dados da Playstation Network, foi invadido e teve 70 mil registros de usuários roubados. Esses registros possuíam informações pessoais incluindo os dados de cartão de crédito. A Cisco estima que em 2020, teremos 37 bilhões de dispositivos conectados à internet. Em um sistema tão grande, de escala global, a segurança da informação se torna um aspecto prioritário, a fim de garantir a integridade dos dados e a privacidade de seus usuários. Este é um dos maiores desafios da computação ubíqua para os próximos anos. 7. Desafios da UbiComp Analisando em primeira instância as aplicações em sistemas ubíquos, sabe-se que estas oferecerão enormes benefícios potenciais, tanto para indivíduos quanto para a sociedade, em termos de cuidados pessoais, sustentabilidade, transporte, dentre outros. No entanto, essas mesmas tecnologias nos expõem a novos riscos significativos, tais como divulgações acidentais de informações privadas, publicidade excessivamente intrusiva, obrigações sociais indesejáveis e até mesmo um sentimento geral de falta de liberdade e controle. Assim estas questões rompem os conceitos que estão sob a égide da privacidade. Mas os desafios da computação ubíqua são maiores ainda em relação aos avanços tecnológicos. Os principais desafios da computação ubíqua no nível tecnológico são dados a seguir [Araújo, Regina Borges]: • Novas Arquiteturas – Projeto e a implementação de arquiteturas computacionais que possibilitem a configuração dinâmica de serviços ubíquos em larga escala; • Tratamento de Contexto – um dos grandes desafios no tratamento do contexto é a coleta dos dados de diversos sensores e o processamento desses dados em informações de contexto e disseminação dessas informações para centenas de aplicações executadas em diversos dispositivos; • Integração da mobilidade em larga escala com a funcionalidade da computação pervasiva; • Integração de redes sem fio de forma transparente para o usuário; • Segurança nas redes sem fio e nos sistemas ubíquos; • Criação de metodologia de desenvolvimento de aplicações em que a aplicação move agregado ao usuário; • Etc. 8. Conclusão É seguro afirmar que a computação ubíqua se tornará o paradigma dominante em alguns anos. Assim como ocorreu com o computador pessoal, a internet e os celulares, fatores como o barateamento dos dispositivos e o fácil acesso contribuirão para sua popularização. A cada ano, novos sensores, celulares, softwares e computadores são lançados no mercado, quase sempre trazendo algo de novo e um desempenho melhor. Além disso, a utilização de novos protocolos de comunicação, como o IPv6 permitirão que bilhões de dispositivos se conectem à Internet, cada um deles possuindo um endereço próprio. Mas existe uma série de obstáculos que devem ser superados a fim de garantir a utilização segura destes dispositivos, tanto por parte do usuário, como por parte dos outros dispositivos que se comunicarão com ele. 9. Referências Bibliográficas ABOWD, G.D. “Classroom 2000: An experiment with the instrumentation of a living educational environment”. IBM Systems Journal, v. 38. ADAMI, Anna. Computação Ubíqua. Disponível em: <http://www.infoescola.com/informatica/computacao-ubiqua>. 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XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, 2003, Natal. Computação Ubíqua: Princípios, Tecnologias e Desafios, p. 45-115 1. Introdução 2. Definições 2.1. O que é computação móvel e pervasiva 2.2. O que é a computação ubíqua 3. Fundamentos da UbiComp 4. Aplicações 4.1. “Computação de Vestir” 4.2. UbiComp no Ensino 4.3. UbiComp em Residências Inteligentes 5. Softwares Existentes 6. Impactos socioeconômicos da UbiComp 7. Desafios da UbiComp 8. Conclusão 9. Referências Bibliográficas
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