Abstrações para uma linguagem de programação visando aplicações móveis em um ambiente de Pervasive Computing

Computação Móvel é um termo genérico, ainda em definição, ao redor do qual se delineia um espectro de cenários possíveis, desde a Computação Pessoal, com o uso de computadores de mão, até a visão futurista da Computação Ubíqua. O foco do projeto ISAM (Infra-estrutura de Suporte às Aplicações Móveis Distribuída), em desenvolvimento no II/UFRGS, é a Pervasive Computing. Esta desenha um cenário onde o usuário é livre para se deslocar mantendo o acesso aos recursos da rede e ao seu ambiente computacional, todo tempo em qualquer lugar. Esse novo cenário apresenta muitos desafios para o projeto e execução de aplicações. Nesse escopo, esta tese aprofunda a discussão sobre questões relativas à adaptação ao contexto em um ambiente pervasivo sob a ótica de uma Linguagem de Programação, e define uma linguagem chamada ISAMadapt. A definição da linguagem ISAMadapt baseia-se em quatro abstrações: contexto, adaptadores, políticas e comandos de adaptação. Essas abstrações foram concretizadas em duas visões: (1) em tempo de programação, através de comandos da linguagem e arquivos de configuração, descritos com o auxílio do Ambiente de Desenvolvimento de Aplicações; (2) em tempo de execução, através de serviços e APIs fornecidos pelos componentes que integram o ambiente de execução pervasiva (ISAMpe). Deste, os principais componentes que implementam a semântica de execução da aplicação ISAMadapt são: o serviço de reconhecimento de contexto, ISAMcontextService, e a máquina de execução da adaptação dinâmica, ISAMadaptEngine.As principais contribuições desta tese são: (a) primeira linguagem para a codificação de aplicações pervasivas; (b) sintaxe e semântica de comandos para expressar sensibilidade ao contexto pervasivo; (c) fonte para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de aplicações pervasivas; (d) projeto ISAM e o projeto contextS (www.inf.ufrgs.br/~isam) que fornecem suporte para o ciclo de vida das aplicações, desde o desenvolvimento até a execução de aplicações pervasivas.

Primitivas para suporte à distribuição de objetos direcionados à pervasive computing

Renovados são os desa os trazidos à computação distribuída pelos recentes desenvolvimentos nas tecnologias de computação móvel. Tais avanços inspiram uma perspectiva na qual a computação tornar-se-á uma entidade ubíqua em um futuro próximo, estando presente nas mais simples atividades do dia-a-dia. Esta perspectiva é motivadora das pesquisas conduzidas no escopo do projeto ISAM, as quais investigam as questões relativas ao uso da computação em ambientes móveis de larga escala. Neste trabalho é apresentado o sistema PRIMOS (PRIMitives for Object Scheduling), o qual busca, pela complementação da plataforma Java, satisfazer as emergentes necessidades do ISAM. Especi camente, o PRIMOS constitui um conjunto de primitivas para instanciação remota e migração de objetos, comunicação e monitoração, direcionadas a um ambiente de computação distribuída de larga escala de características pervasivas. A primitiva de instanciação remota disponibilizada pelo PRIMOS aumenta a plataforma Java padrão com a possibilidade de criar e ativar objetos em nodos remotos do sistema. Por sua vez, a primitiva de migração faculta a relocação de objetos. A consecu- ção de tais semânticas tem como sub-produto a de nição de semânticas para ativação e desativação de objetos, assim como para captura e restauração de contexto de execução. Sob a perspectiva da comunicação, o PRIMOS de ne um esquema de endereçamento independente de protocolo de transporte, assim como uma interface neutra para acesso às facilidades de comunicação. A integração destas funcionalidades ao mecanismo de invocações remotas da plataforma Java, o RMI, permite a desvinculação deste da pilha TCP/IP. Por conseguinte, habilita a adoção de transportes otimizados ao hardware de comunicação disponibilizado pelo sistema. No que se refere à monitoração, o PRIMOS de ne um esquema exível e extensível baseado em sensores. A exibilidade vem principalmente da possibilidade dos sensores terem seus parâmetros de operação recon gurados a qualquer momento em resposta a novas necessidades do sistema. Por outro lado, o sistema é extensível pois o conjunto de sensores básicos, ditos nativos, pode ser aumentado por sensores providos pela aplicação. Com intuito de validar as idéias postuladas, um protótipo foi construído para o sistema. Sobre este, baterias de testes foram realizadas para cada uma das primitivas constituintes do PRIMOS.

Studio di Augmented World come Paradigma di Progettazione di Sistemi basati su Realtà Aumentata e Pervasive Computing - Verso la Definizione di un Modello

L’obiettivo della tesi è definire un modello che permetta di realizzare applicazioni che integrino diverse tecnologie come la realtà aumentata, pervasive computing e Internet of Things. In particolare si analizza la nozione di "augmentation" che indica un’estensione e un arricchimento delle funzionalità e delle informazioni che possono essere percepite dai sensi umani e che può essere ritrovata, in modo diverso, nelle tecnologie trattate. A tal proposito, si introduce l’idea di augmented world, il cui scopo è quello di realizzare un livello aumentato collegato ad un livello fisico, attraverso il quale permettere l’interazione tra elementi virtuali ed elementi fisici. In seguito, tramite un'analisi tassonomica si vogliono individuare le caratteristiche ed i requisiti fondanti degli ambiti applicativi trattati per poter definire un modello che possa essere utilizzato come riferimento per le diverse tipologie di applicazioni. Infine il modello proposto è stato applicato a diversi casi di studio che spaziano tra i principali contesti applicativi in cui vengono utilizzate le tecnologie illustrate. La modellazione è fatta prescindendo da alcuni aspetti relativi alla comunicazione o alla sincronizzazione tra livello reale e livello aumentato, in quanto l’obiettivo è esporre una prima validazione del modello che permetta di riscontrarne l’adeguatezza ed eventuali limiti per una futura raffinazione.

Vertical handover supporting pervasive computing in future wireless networks

A variety of current and future wired and wireless networking technologies can be transformed into a seamless communication environments through application of context-based vertical handovers. Such seamless communication environments are needed for future pervasive/ubiquitous systems. Pervasive systems are context aware and need to adapt to context changes, including network disconnections and changes in network Quality of Service (QoS). Vertical handover is one of many possible adaptation methods. It allows users to roam freely between heterogeneous networks while maintaining the continuity of their applications. This paper proposes a vertical handover mechanism suitable for multimedia applications in pervasive systems. The paper focuses on the handover decision making process which uses context information regarding user devices, user location, network environment and requested QoS. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Using context and preferences to implement self-adapting pervasive computing applications

Applications that exploit contextual information in order to adapt their behaviour to dynamically changing operating environments and user requirements are increasingly being explored as part of the vision of pervasive or ubiquitous computing. Despite recent advances in infrastructure to support these applications through the acquisition, interpretation and dissemination of context data from sensors, they remain prohibitively difficult to develop and have made little penetration beyond the laboratory. This situation persists largely due to a lack of appropriately high-level abstractions for describing, reasoning about and exploiting context information as a basis for adaptation. In this paper, we present our efforts to address this challenge, focusing on our novel approach involving the use of preference information as a basis for making flexible adaptation decisions. We also discuss our experiences in applying our conceptual and software frameworks for context and preference modelling to a case study involving the development of an adaptive communication application.

Developing context-aware pervasive computing applications: Models and approach

There is growing interest in the use of context-awareness as a technique for developing pervasive computing applications that are flexible, adaptable, and capable of acting autonomously on behalf of users. However, context-awareness introduces a variety of software engineering challenges. In this paper, we address these challenges by proposing a set of conceptual models designed to support the software engineering process, including context modelling techniques, a preference model for representing context-dependent requirements, and two programming models. We also present a software infrastructure and software engineering process that can be used in conjunction with our models. Finally, we discuss a case study that demonstrates the strengths of our models and software engineering approach with respect to a set of software quality metrics.

A software engineering framework for context-aware pervasive computing

There is growing interest in the use of context-awareness as a technique for developing pervasive computing applications that are flexible, adaptable, and capable of acting autonomously on behalf of users. However, context-awareness introduces various software engineering challenges, as well as privacy and usability concerns. In this paper, we present a conceptual framework and software infrastructure that together address known software engineering challenges, and enable further practical exploration of social and usability issues by facilitating the prototyping and fine-tuning of context-aware applications.

Active node supporting context-aware vertical handover in pervasive computing environment with redundant positioning

A major requirement for pervasive systems is to integrate context-awareness to support heterogeneous networks and device technologies and at the same time support application adaptations to suit user activities. However, current infrastructures for pervasive systems are based on centralized architectures which are focused on context support for service adaptations in response to changes in the computing environment or user mobility. In this paper, we propose a hierarchical architecture based on active nodes, which maximizes the computational capabilities of various nodes within the pervasive computing environment, while efficiently gathering and evaluating context information from the user's working environment. The migratable active node architecture employs various decision making processes for evaluating a rich set of context information in order to dynamically allocate active nodes in the working environment, perform application adaptations and predict user mobility. The active node also utilizes the Redundant Positioning System to accurately manage user's mobility. This paper demonstrates the active node capabilities through context-aware vertical handover applications.

Progetto e sviluppo di una libreria tuProlog per l’interfacciamento di sensori in contesti di pervasive computing

Il termine pervasive computing incarna l’idea di andare oltre il paradigma dei personal computers: è l’idea che qualsiasi device possa essere tecnologizzato ed interconnesso con un network distribuito, costituendo un nuovo modello di interazione uomo-macchina. All’interno di questo paradigma gioca un ruolo fondamentale il concetto di context-awareness, che fa riferimento all’idea che i computer possano raccogliere dati dall’ambiente circostante e reagire in maniera intelligente e proattiva basandosi su di essi. Un sistema siffatto necessita da un lato di una infrastruttura per la raccolta dei dati dall’ambiente, dall'altro di un supporto per la componente intelligente e reattiva. In tale scenario, questa tesi ha l'obiettivo di progettare e realizzare una libreria per l'interfacciamento di un sistema distribuito di sensori Java-based con l’interprete tuProlog, un sistema Prolog leggero e configurabile, scritto anch'esso in Java ma disponibile per una pluralità di piattaforme, in modo da porre le basi per la costruzione di sistemi context-aware in questo ambiente.

Salutogenesis: a new paradigm for pervasive computing in healthcare environments?

Salutogenesis is now accepted as a part of the contemporary model of disease: an individual is not only affected by pathogenic factors in the environment, but those that promote well-being or salutogenesis. Given that "environment" extends to include the built environment, promotion of salutogenesis has become part of the architectural brief for contemporary healthcare facilities, drawing on an increasing evidence-base. Salutogenesis is inextricably linked with the notion of person-environment "fit". MyRoom is a proposal for an integrated architectural and pervasive computing model, which enhances psychosocial congruence by using real-time data indicative of the individual's physical status to enable the environment of his/her room (colour, light, temperature) to adapt on an on-going basis in response to bio-signals. This work is part of the PRTLI-IV funded programme NEMBES, investigating the use of embedded technologies in the built environment. Different care contexts require variations in the model, and iterative prototyping investigating use in different contexts will progressively lead to the development of a fully-integrated adaptive salutogenic single-room prototype.