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Computação Ubíqua: Lidando com a Volatilidade
Prof. Carlos Ferraz
Equipe: André, Estêvão e Monique
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Lidando com a Volatilidade
Na computação móvel e na computação ubíqua,
o conjunto de usuários, dispositivos e componentes de software em
um ambiente tende a mudar constantemente.
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Dispositivos Móveis
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Dispositivos Móveis
• PDA• Notebook• GPS / PNA• Smartphone• Netbook• Tablet• Handheld game console• Portable media player• Digital camera
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Outros Dispositivos Conectados
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Outros Dispositivos Conectados
• Smart TV• Vídeo-games da 7ª geração• Blu-ray• Refrigerador• Termostato• Máquina de lavar/secar• Aquecedor de água• Vehicular media player
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Conectividade sem Fio
• Wi-Fi• Bluetooth• IrDA• 3G
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Conectividade sem Fio
• Principais problemas de conectividade [Stojmenovic 2002]:
– Continuidade da conectividade para dispositivos que entram e saem das estações-base;
– Conectar sem fio dispositivos em locais sem tal infra-estrutura.
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Conectividade sem Fio
• Raramente ocorre conectividade sem fio direta entre dispositivos
– Comunicação através de múltiplos segmentos com ou sem fio.
• Quanto maior o alcance:– Maior a disputa por banda;– Mais potência necessária.
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Em Sistemas Distribuídos, pouco se distinguem:
– Computação Móvel– Computação Ubíqua– Computação Tangível– Realidade Aumentada
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VOLÁTIL
[Figurado] Que muda de forma fácil ou frequente. = INCERTO, INCONSTANTE, INSTÁVEL, VOLÚVEL ≠ ESTÁVEL, PERMANENTE
(priberam)
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Sistemas Voláteis
• Características:– Falhas de dispositivos e conexões;– Mudanças em propriedades das conexões
(banda etc.);– Formação e dissolução de associações entre
componentes de software.
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Sistemas Voláteis
• Tratamento tradicional desses eventos supõe que sejam raros, portanto novas estratégias são requeridas.
• Integração ao mundo físico não pertine a SD, mas volatilidade sim.
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Sistemas Voláteis
• Espaços inteligentes– São os ambientes dentro dos quais
sistemas voláteis subsistem;– Serviços embutidos;– Sala, veículo, praça, etc;– Interagem com dispositivos móveis;– Mobilidade física e lógica.
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Sistemas Voláteis
• Diferenças entre tipos de conectividade:– Largura de banda;– Latência;– Custo energético;– Custo financeiro.
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Sistemas Voláteis
• Problemas de alcance e oclusão:– Desconexão– Variação de banda e latência
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Sistemas Voláteis
• Timeout– Difícil adaptar a condições dramaticamente
mutáveis;– Se grande demais, prejudica latência e
throughput;– Se pequeno demais, congestiona e
desperdiça energia.
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Associaçãox
Interoperaçãox
Conexão
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Associações Voláteis
• Pré-configurada: cliente/servidor de e-mails;• Espontânea:
● Provocada por humano: cliente/servidor web;● Provocada por dados: compartilhamento P2P;● Provocada fisicamente: sistemas móveis e
ubíquos.
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Associações Voláteis
• Confiança e privacidade
• Comunicações costumam ocorrer dentro de redes locais
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Associações Voláteis
• Designação dinâmica de endereços, DNS etc.
– DHCP– Sem servidor:
● Métodos baseados em broadcast ou multicast;● IPv6;● Zero Configuration Networking (IETF)
– Apple Bonjour.
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Associações Voláteis
• Escala: Quantos dispositivos? Quantos componentes? Como selecionar as interações?
• Escopo: Como delimitar a gama de interações? Quais as fronteiras administrativas e territoriais?
[Kindberg & Fox 2001]
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Associações Voláteis
• Serviços de descoberta– Diretório determinado em tempo de
execução;– Diretório sensível a contexto;– Pode não existir servidor de diretório no
espaço inteligente;– Os serviços são voláteis;– Protocolos eficientes em energia e banda.
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Associações Voláteis
Descoberta de Dispositivos
X
Descoberta de Serviços
Bluetooth: ambos
Focaremos em serviços
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Associações Voláteis
• Interfaces do serviço– Registrar serviços a disponibilizar;– Excluir tais registros;– Consultar serviços disponíveis.
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Associações Voláteis● Jini
● Protocolo de localização de serviços [Guttman 1999]
● Sistema de Nomeação Intencional [Adjie-Winoto et al. 1999]
● Protocolo de descoberta de serviços simples (Universal Plug and Play)
● Serviço de Descoberta Segura de Serviços [Czerwinski et al. 1999]
● Serviço de Descoberta do Bluetooth (camada de enlace)
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Associações Voláteis
• Requisitos de um serviço de descoberta:– Associação relevante e de baixo esforço;– Linguagens da descrição de serviços e da
consulta compatíveis entre si;– Descoberta específica a espaço inteligente,
sem identificação prévia;– Implementação eficiente de diretórios
(agilidade, banda e energia);– Volatilidade de serviços (tolerância a sumiços).
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Associações Voláteis
• Acesso bootstrap ao serviço de descoberta local em tempo de execução sem configuração manual:
– Multicast/broadcast solicitações para um endereço IP multicast previamente conhecido
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Associações Voláteis
• Frequency hopping (Bluetooth):– Sequência pré-determinada de saltos de
frequência;– Dispositivos "servidores" mudam de faixa
lentamente;– Dispositivos "clientes" mudam de faixa
rapidamente até estabelecer conexão.
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Associações Voláteis
• Servidor de diretório– Cliente procura o servidor via multicast;– Identificando o servidor, conexão unicast;– O servidor poderia ser eleito entre os
dispositivos presentes, mas poderia sumir e exigir implementação complexa dos clientes.
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Associações Voláteis
• Descoberta sem servidor– Serviço distribuído;– Modelo push: serviços fazem multicast
regularmente● Casts desnecessários;
– Modelo pull: clientes buscam por multicast● Respostas redundantes;
– Cada multicast consome energia e banda.
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Associações Voláteis
• Mecanismo lease– Aloca recursos a serviços– Prazo de expiração, renovável– Desregistro
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Associações Voláteis
• Jini - Componentes:– Serviços de lookup;– Serviços Jini;– Clientes Jini.
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Associações Voláteis
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Associações Voláteis
• Jini - Mecanismos:– Clientes baixam objetos Java;– Lookup pode ser via string ou via interfaces
conhecidas;– Joining: ato de registrar;– Endereço multicast IP conhecido intermedia
os componentes;– Instâncias de lookup possuem nomes de
grupo (ex.: admin, finanças, vendas, etc.).
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Associações Voláteis
• Onde estamos até agora?– Escala OK– Volatilidade OK– Princípio da fronteira?
● Subnet: não OK! Invasão de outros espaços inteligentes;
● Descrição de serviços: não OK! Forma de escrever, perda de oportunidades.
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Associações Voláteis
• Associação física– Resolve algumas limitações da descoberta
via rede;– Maior envolvimento humano.
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Associações Voláteis
• Descoberta de escopo:– Entrada humana– Sensor: glifos (QRCode?), GPS
– Canal fisicamente limitado: som, onda infra-vermelha
– Associação direta: sem serviço de descoberta; um ou poucos serviços.
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Associações Voláteis
• Descoberta de escopo:– Associação direta
● Sensor de endereço: codificado em barras; proximidade física - Near Field Communication, infravermelho
– Estímulo físico: laser modulado
– Correlação temporal/física:● Apertar simultaneamente botões nos dispositivos
[SWAP-CA 2002]● Sacudir simultaneamente dois dispositivos
[Holmquist et al. 2001]
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Associações Voláteis
Problemas de escala são mitigados por fortes expectativas de limites territoriais e administrativos
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Interoperação Volátil
Idealmente, evitar oportunidades perdidas, fazendo associações o mais genéricas possível.
● Minimizar a complexidade do protocolo● Interfaces heterogêneas porém
adaptáveis [Ponnekanti & Fox 2004]– N² adaptações
● Analogia com pipes em UNIX: read, write
● HTTP: get, post
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Interoperação Volátil
Programação orientada a dados / orientada a conteúdo
● interface imutável● serviços diferentes através de dados
diferentes● Web x CORBA● pouco robusto, difícil verificar
compatibilidade– tipos MIME
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Interoperação Volátil
Sistemas de eventos [Bates et al. 1996]● Interface genérica fixa● Publicadores registram dados
estruturados (eventos)● Assinantes recebem eventos relevantes● one.world [Grimm 2004]● Active Badge [Harter & Hopper 1994]● Eventos compostos: rastreamento● Publicação, assinatura e tratamento
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Interoperação Volátil
Sistemas de eventos [Bates et al. 1996]● Interoperação requer mesmos serviço e
tipos de atributos de eventos– XML
– JSON● Publicadores e assinadores não
precisam se identificar
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Interoperação Volátil
Espaços de tuplas● Paradigma de comunicação indireta● Incluir e recuperar tuplas de um espaço● Contrato de teor de tuplas
Publicação:
<'The leaning tower', 'image/jpeg', <jpeg data>>
Consumo:
<*, 'image/jpeg', *>
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Interoperação Volátil
Espaços de tuplas● Event heap [Johanson & Fox 2004]● LIME - Linda in a Mobile Environment
[Murphy et al. 2001]● TOTA - Tuples On The Air [Mamei &
Zambonelli 2009]● L²imbo [Davies et al. 1998)
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Interoperação Volátil
Interoperação direta entre dispositivos● JetSend [Williams 1998]● Speakeasy [Edwards et al 2002]
Associações indiretas e soft state
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Referência
• Coulouris, G. DISTRIBUTED SYSTEMS: Concepts and Design. (5th Edition)