fortemente baseado em: introdução à computação...
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Introdução à Computação Móvel
Prof. Alfredo Goldman
Sala C-205 [email protected]!
http://www.ime.usp.br/~gold
Fortemente baseado em: Introdução à Computação
Móvel
Prof. Markus Endler
Sala RDC 503 [email protected]
www.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile
© Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 3
Enfoque
Não iremos focar em algumas tecnologias de Redes Celulares/Móveis P.ex.: transmissão RF, camadas física, MAC, enlace
Mas iremos estudar o efeito de Mobilidade Conectividade intermitente Localização/Contexto
sobre protocolos (rede), serviços middleware e aplicações para redes móveis
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Bibliografia básica
Geraldo Robson Mateus and Antonio Alfredo F. Loureiro,
Introdução à Introdução à Computação Móvel, 11a Escola de Computação, COPPE/Sistemas, NCE/UFRJ, 1998.
Segunda edição do livro Introdução à Computação Móvel
http://www.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/docs/cm_livro_2e.pdf Artigos diversos
Ver a página: http://www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/MC-biblio.html
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Tópicos
1. Introdução 2. Conceitos Básicos 3. Android 4. Roteamento e Mobilidade na camada de rede 5. Gerenciamento de Mobilidade 6. Arquiteturas 7. Exemplos de Middlewares para Redes Móveis 8. Gerenciamento de Informação 9. Sensitividade ao Contexto 10. Redes Ad-hoc/Redes de Sensores 11. DTNs (Delay Tolerant Networks) 12. Seminários (a serem ministrados pelos alunos)
Introdução
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Termos Relacionados
Computação Nômade independente do ponto de acesso usuário não está em movimento
Computação Móvel (ou Ubíqua) durante locomoção in- e/ou outdoor
Computação Invisível dispositivos nas imediações do usuário executam
tarefas sem intervenção direta do usuário exemplos: Personal Area Networks, Espaços Ativos
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Motivos para o proliferação
Crescente necessidade de acesso à informação (em qualquer momento e lugar)
Maior eficiência do trabalho comunicação enquanto trabalhamos interação em qualquer lugar e em movimento
Menor custo da infra-estrutura colocação de antenas vs. cabeamento ondas de rádio: multiplexação de muitas conexões
Barateamento e redução do tamanho dos dispositivos móveis maior capacidade, interface mais amigável maior facilidade de transporte
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Principais Problemas 1/2 Desconexão frequente
impossibilidade de completar hand-over ruído/interferência de sinal regiões de sombra ou sem cobertura qualidade variável da comunicação
Largura de banda menor do que na conexão cabeada
Tecnologias sem fio heterogêneas dificuldade de garantir QoS
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Principais Problemas 2/2 Interface com os dispositivos móveis: locomoção requer
outras formas de interação
Conjunto de serviços disponíveis pode variar
Capacidade dos dispositivos móveis bem inferior a dos computadores fixos
Segurança
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Aplicações - Categorias
Principais Categorias: usuário móvel acessa a internet usuário móvel acessa intranet (rede corporativa) usuário móvel acessa serviços/dados de outros usuários
móveis (redes Ad Hoc) dispositivos móveis interagem para transferência de
dados/controle Personal Area Networks Redes de Sensores Robôs móveis cooperativos Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)
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Aplicações - Exemplos Acesso convencional à rede por viajante
transferência de arquivos, Web, acesso remoto
Comércio Vendedores ambulantes Comprador remoto (escolha interativa do produto através de
Web-cam móvel)
Tratamento Médico-hospitalar transmissão do prontuário de/para ambulância (ou local do
acidente) conferência espontânea entre especialistas
Policiamento/Segurança consulta e obtenção de ficha criminal
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Aplicações - Exemplos Entrega de encomendas e Transportadoras
otimização de rota rastreamento de pacotes
Seguradoras avaliação de sinistro
Serviços de resgate coordenação das atividades de resgate transmissão de dados para apoio à tomada de decisão
Aplicações Militares coordenação de ações treinamento
Serviço de Informação trânsito, tempo, …
Entretenimento © Markus Endler (alterado com autorização do mesmo pelo Alfredo) 14
Aplicações - Exemplos Algo a acrescentar ?
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Aplicações – Requisitos 1/2 Naturalmente, cada uma destas aplicações têm
requisitos específicos com relação a: Infra-estrutura
cobertura (indoor, outdoor, acesso a alta/baixa velocidade)
qualidade da comunicação confiabilidade e estabilidade da comunicação segurança (autenticação de dispositivos)
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Aplicações – Requisitos 2/2 Dispositivo Móvel
forma de interação (gráfica, textual, voz, vídeo) capacidade de identificar localização geográfica capacidade de processamento e armazenamento
local
Serviços Middleware Interoperabilidade entre protocolos, caching de
dados, serviço de notificação Garantias de QoS descoberta de novos serviços e recursos e adaptação
dinâmica
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Classificação - Redes Redes Estruturadas: Redes telefones celulares – vários tipos
Redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) sem fio Wireless LANs: p.ex. IEEE802.11 (“WiFi”)
Redes Ad Hoc: IEEE 802.11 (“WiFi”) Redes de dispositivos pessoais (“Personal Area Network”) Redes de Sensores
Outras: Redes mixtas Comunicação via Satélite
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Redes – Características 1/3 Redes celulares circuitos virtuais largura de banda restrita (101 kbps) ampla cobertura tarifação por tempo de uso serviços bem restritos (p.ex. WAP, SMS) controle pela operadora
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Redes – Características 2/3 Personal Communication Networks (GPRS,
i-mode) comutação de pacotes integração com internet ampla cobertura serviços internet : Email, Web, ... tarifação por tráfego controle pela operadora
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Redes – Características 3/3 Redes Celulares de 3G (p.ex. W-CDMA, UMTS) circuitos virtuais & comutação de pacotes tarifação por tráfego garantia de QoS muitos serviços agregados (Jogos, e-banking,
e-commerce) (ainda) alto custo por kbs (de 144kbps a 2Mbps)
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Redes - Características Quarta geração De 100Mbits/s a 1Gbit/s
Conforme a mobilidade
Convergência para o IP Não é mais circuit switching
Geralmente usa OFDM orthogonal frequency-division multiplexing
Duas tecnologias LTE – Long Term Evolution WiMAX
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Redes - Características Wireless ATM Objetivo: transporte integrado de voz, dados e
imagens com foco nas redes públicas de comunicação circuitos virtuais, permanente ou não, com pacotes de
53 bytes 102 Mbps alto custo de instalação cobertura restrita garantias de QoS
Wireless LAN Exemplos: IEEE 802.11b e g HiperLAN HomeRF
Assuntos da última aula Aplicativo off-line para o Chrome Previsão errada do professor em 2008
Os celulares ficariam longe dos computadores de mesa
Chips ARM 2007 - Single-core 220Mhz 2008 - Single-core 330Mhz 2009 - Single-core 660Mhz 2010 - Single-core 1Ghz w/the GPU power of a GMA 950 2011 - Dual-core 1Ghz/1.2Ghz w/the GPU power of a 6600 GT 2012 - Quad-core 1Ghz+ w/the GPU power of a 7600 GT 2013 - Octo-core 1-2.5Ghz w/the GPU power of a 9600 GT 2014 - Octo-core 1-2.5Ghz w/the GPU power of an 8800 GTX
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Arm em 2014
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http://mashable.com/2012/10/30/arm-64-bit-processors/
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Redes - Características IEEE 802.11b Compatível com padrão Ethernet (IEEE 802) define os níveis físico e de acesso ao meio (MAC) cobertura restrita (“Hot Spots”) baixo custo de instalação sem tarifação ou com tarifação sem garantia de QoS (no DCF Distributed Coordination
Function) até 11 Mbps banda de 2,4 a 2,497 GHz (não requer licenciamento) Modo infra-estruturado e modo Ad hoc Provê autenticação e cifragem usando WEP (Wired
Equivalent Privacy) e WPA (Wi-Fi Protected Access)
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Redes - Características IEEE 802.11g Compatível com 802.11b cobertura restrita (“Hot Spots”) sem garantia de QoS (no DCF Distributed Coordination
Function) até 54 Mbps banda de 2,4 GHz (não requer licenciamento) IEEE 802.11a Não compatível com as anteriores Banda 5 GHz Até 54Mbs (ou até o dobro) Não é usada na Europa
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Redes - Características IEEE 802.11ac Em desenvolvimento, banda 5 Ghz Até 500Mbps
IEEE 802.11ad Em desenvolvimento, banda 60 GHz Até 7 Gbps Deve chegar ao mercado em 2014
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Redes - Características HiperLAN (High Performance Radio LAN) Definido pela HiperLAN Alliance (Mercado Europeu) até 23.5 Mbps usa banda de 5 GHz com garantia de QoS Potenciais aplicações: transmissão de imagens
médicas, video-conferência, vigilância por vídeo Poucos produtos HiperLAN/2 Global Forum está trabalhando em uma
versão mais rápida Especial atenção a segurança 42 Mbps reais (com pacotes de 512 bytes) Alternativa real ao formato 802.11 Mas, o mercado decidiu, a família 802.11x ganhou...!
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Redes - Características Home RF Versão 1.0 -> 1.6Mbps Versão 2.0 -> 10 Mbps usa banda de 2.4 GHz Segurança
frequency hopping Password de entrada na rede
Suporte explícito a voz (telefones) QoS Baixa potência
Também perdeu..... !
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Redes - Características Redes de Satélites: cobertura ampla 101 Mbps alto custo alta latência, garantia de QoS diversos serviços de comunicação (imagens,
telefonia) mobilidade do “backbone” Low 1000km, Medium 10.000km e
Geostationary 36.000kmEarth Orbit
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Redes - Características
SAT
ERBs terrestres
Geostationary Earth Orbit (GEO) Ex: Inmarsat
SAT
ERBs terrestres
SAT SAT
Infra-estrutura Low-Earth Orbit (LEO) Ex: Iridium, 66 satélites
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Comparação
CARACTERÍSTICAS LEO MEO GEO Custo Alto Baixo Médio Vida útil ( anos ) 3-7 10-15 10-15 Atraso > 8ms +-80ms +-300ms Complexidade das operações Alta Média Baixa Handover Frequente Ocasional Inexistente Penetração em prédios Limitada Limitada Nula Risco Tecnológico Alto Baixo Médio
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Redes - Características Personal Area Networks (PANs) para communicação entre dispositivos (notebooks,
PDAs, telefones celulares, fones de ouvido) cobertura bem restrita (poucos metros) Ideia: substituir cabeamento entre dispositivos
próximos baixo custo da interface (< $ 10) configuração dinâmica 102-103 kbs Principal Exemplo: Bluetooth
desenvolvimento inciado pela Ericsson (1994) opera na faixa de 2.4 GHz (ISM- Industrial, Scientific Medicine) (em breve) instalado em qualquer equipamento (em vez de
Infra-vermelho)
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Redes - Características Redes de Sensores configuração arbitrária topologia dinâmica devido ao recurso energia para coleta de dados sensorias (temperatura,
humidade, abalos sísmicos, etc.) baixíssimo custo de componentes (“smart dust”) gerenciamento coletivo de energia (“energy maps”) Nós podem ter diferentes funções:
Coleta de dados Roteamento Armazenamento e síntese de dados
Aplicações: militares, monitoramento do meio-ambiente, segurança, etc.
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Telefonia Celular: Evolução Tecnologias Analógicas: Advanced Mobile Phone System (AMPS) - EUA e outros Total Access Comm. System (TACS) - UK e outros Nordic Mobile Telephone (NMT) - países nórdicos Tecnologias Digitais: D-AMPS - EUA Personal Digital Cellular (PDC) no Japão TDMA CDMA Cellular Digital Packet Data (CDPD) baseado no AMPS GSM e General Packet Radio Service (GPRS) W-CDMA (EUA e Europa) Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS) -
Europa
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Gerações 1G
Analógicos e “transportáveis” 1979 no Japão com 23 bases 1981 Dinamarca, Suécia, Noruega e Finlância
Patente de 1971 (Roaming e Handover)
2G Digitais e pequenos GSM 1991 na Finlândia SMS e downloads
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Gerações 2,xG
Introdução do packet switching GPRS up to 115Kbits/s Edge up to 236.8 kbit/s (2.75G)
3G 2001 Docomo no Japão Streaming
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Telefonia Celular: Mercado Número crescente de usuários móveis: Preços de aparelhos e serviços puderam ser reduzidos
devido à grande quantidade de usuários Novos serviços (SMS, WAP, Location-based Services)
criam a demanda por aparelhos com novas funcionalidades
Massificação é o motor da inovação tecnológica! [Estimativa] No futuro, 40-60% do faturamento das
operadoras de telefonia celular será devido à comunicação de dados
Redes Celulares: Integração de serviços de dados e voz; integração com Internet; acesso por uma grande diversidade de equipamentos integração com redes locais wireless (Hot Spots WiFi)
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O Exemplo i-mode 1/3 Serviço celular com provedor internet (NTT
DoCoMo) criou o conceito de “celular para olhar” baseado em IP tarifação por tráfego, e única “always on” - conexão é mantida aberta e
compartilhada por vários usuários Aplicações: jogos on-line, notícias, Email, e-
banking, enviar fotos, Personal Information Mngt.
http://www.nttdocomo.com/
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O Exemplo i-mode 2/3 A explosão do serviço DoCoMo (dados 2012) mais de 59 milhões de usuários Wallet phone
"Osaifu-Keitai" LTE desde 2010 Novas tecnologias
Inclusive para casos extremos Ver: http://www.nttdocomo.com/binary/
about/facts_factbook.pdf
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O Exemplo i-mode 3/3
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Modelo Geral: Rede infra-estruturada
Rede Fixa
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Ponto de acesso
Canal Contexto Desconexão
Movimentação
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Modelo Geral: Rede Ad hoc
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Movimentação
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