Ficha Programática da unidade curricular

Unidade curricular:		COMPUTAÇÃO MÓVEL
Docente:	RUI SILVA MOREIRA	Grau académico:	DOUTOR
Categoria Funcional:	PROFESSOR AUXILIAR
Ciclo de Estudos:	2º CICLO	Curso:	ENGENHARIA INFORMÁTICA
Semestre curricular:	1º SEMESTRE	Ano lectivo:	2009-2010
N.º total de ECTS:	6
N.º ECTS de Contacto:	2,5
Tipologia das aulas:	As aulas terão a natureza Teórico-Prática (TP)

Avaliação:

1 - Avaliação contínua

O método de avaliação da disciplina baseia-se no modelo da avaliação contínua e compreende duas componentes: uma componente Teórico-Prática e uma componente Prática Não-Laboratorial resultante na sua maioria de trabalhos realizados durante o semestre.

Componente Teórico-Prática

A componente teórico-prática tem um peso de 50% na classificação final da disciplina. A avaliação da componente teórico-prática realiza-se de forma contínua durante as aulas teórico-práticas, e inclui os seguintes elementos de avaliação:

· Dois testes de avaliação individual: incidem sobre os conhecimentos leccionados até ao momento em que são realizados. Cada teste possui um peso de 45% na classificação final. Um teste realiza-se a meio do semestre e o outro no fim do semestre (em data a combinar com os alunos). Os testes englobarão um conjunto de perguntas de escolha múltipla (havendo desconto de 25% por cada resposta errada), de verdadeiros/falso (aplicando-se um desconto de 50% por cada resposta errada) e algumas perguntas de desenvolvimento.

· Desempenho nas aulas TP: esta componente procurará avaliar a assiduidade (medida por folhas de presença) e também a participação, o empenho nas aulas e o conhecimento demonstrado sobre as tecnologias e os sistemas ubíquos e móveis. Este elemento possui um peso de 10% na classificação final.

Exige-se uma nota mínima de oito (8) valores nesta componente para que se possa ponderar com a classificação da componente prática não-laboratorial para efeitos de cálculo da classificação final na disciplina.

A falta aos momentos de avaliação será convertida numa nota 0 (zero) para efeitos de cálculo da classificação. Caso o aluno não fique aprovado, será remetido para exame de recurso ou especial (seja trabalhador-estudante ou finalista), desde que o aluno tenha obtido a aprovação na componente prática da disciplina e cumprido o regime de assistência às aulas. Nas aulas teórico-práticas a assiduidade obrigatória é de 50%, de acordo com o regulamento pedagógico da UFP.

A classificação obtida na componente teórico-prática será, pois, obtida através da seguinte expressão:

Nota da componente Teórico-Prática = 45% Teste 1 + 45% Teste 2 + 10% Desempenho Aluno Aulas

Componente Prática Não-Laboratorial

A componente prática não-laboratorial tem um peso de 50% na classificação final da disciplina. A avaliação da componente prática não-laboratorial realiza-se igualmente de modo contínuo durante as aulas práticas não-laboratoriais e também pela realização de trabalhos/projectos. Estes trabalhos/projectos serão realizados em grupo e implicarão a experimentação de determinadas tecnologia e a especificação e prototipagem de um sistema pervasivo sobre um tema proposto.

A avaliação da componente prática não-laboratorial inclui os seguintes elementos de avaliação:

· Sistema ubíquo e móvel: os alunos deverão projectar um sistema ubíquo e móvel que deverão apresentar no final do semestre (em data a especificar) em sala de aula. Para demonstrar a utilização e substanciar a exequibilidade do sistema, este deverá ser (no todo ou em parte) prototipado utilizando tecnologias já existentes. O resultado final deverá dar origem a um artigo com os requisitos, arquitectura e funcionalidade do sistema bem como das tecnologias utilizadas. Terá ainda que incluir uma revisão bibliográfica exaustiva que demonstrem o conhecimento dos alunos acerca das tecnologias e ferramentas utilizadas em sistemas ubíquos e móveis para o tema concreto proposto. O artigo deverá ser entregue em formato electrónico, de acordo com o modelo das revistas do IEEE (a disponibilizar pelo docente) e possuir entre 4 a 6 páginas. Os alunos terão que marcar presença em pelo menos 2 sessões de discussão/análise dos trabalhos durante as horas de atendimento para acompanhamento do projecto e/ou esclarecimento de dúvidas. Este elemento tem um peso de 40% na classificação final.

· Desempenho nas aulas PNL: esta componente procurará avaliar a assiduidade (medida por folhas de presença), a participação e o empenho nas aulas através da apresentação, análise e discussão de vários artigos sobre sistemas e tecnologias ubíquas e móveis. Poderá ainda ser pedido aos alunos para realizarem (nas aulas e em casa) trabalhos práticos de aplicação e/ou configuração de sistemas, tecnologias ou ferramentas utilizadas na construção de sistemas ubíquos e móveis. Estes elementos serão distribuídos pelo semestre e possuem um peso de 60% na classificação final da componente prática não-laboratorial.

A assiduidade às aulas práticas não-laboratoriais deve ser no mínimo de 70%. Não há possibilidade de recurso ou época especial para a componente prática não-laboratorial. A classificação obtida na componente prática obtém-se através da seguinte expressão:

Nota da componente Prática Não-Laboratorial = 40% Projecto Sistemas Ubíquo e Móvel + 60% Desempenho Aulas PNL

Classificação final

A classificação final da disciplina obtém-se através da seguinte expressão:

Nota final = 50% Nota da Componente Teórico-Prática + 50% Nota da Componente Prática Não-Laboratorial

Ao aluno, só será contabilizada a classificação obtida na componente teórico-prática da disciplina se o aluno tiver obtido uma classificação igual ou superior a dez (10) valores na componente prática. Caso contrário lança-se a nota negativa (da componente prática) em pauta. De igual modo, exige-se uma nota mínima de oito (8) valores na componente teórico-prática para que se possa ponderar com a classificação da componente prática não-laboratorial. Caso contrário lança-se a nota negativa (da componente teórica) em pauta.

2 - Exame de Recurso/Época Especial:

O exame de recurso/época especial é uma prova excepcional que ocorre apenas no final do ano lectivo, no período previsto no cronograma, e que apenas abrange a componente teórico-prática da disciplina, incidindo sobre a totalidade da matéria teórico-prática incluída no programa da disciplina, com a duração máxima, incluindo tolerância, de 90 minutos. O aluno só se poderá submeter a este exame se tiver sido aprovado na componente prática desta disciplina e tenha cumprido as assiduidades mínimas estabelecidas no regulamento pedagógico. É exigida uma nota mínima que seja, pelo menos, igual ao valor inferior da classificação, que num exame, dá acesso à oral, nesta componente teórica da avaliação para que se possa ponderar com a nota da componente prática para efeitos do cálculo da nota final. Esta prova destina-se aos alunos que não obtiveram aprovação na componente teórico-prática da disciplina, ou alunos em regimes especiais. Não existe qualquer possibilidade de recurso à componente prática da disciplina.

A classificação final do aluno será calculada utilizando a equação indicada acima na secção classificação final. A classificação obtida no exame de recurso ou especial corresponderá à classificação da componente teórica.

Este procedimento também se aplica às Épocas de Trabalhador-Estudante e Finalista.

No caso de alunos com o estatuto de trabalhador-estudante, com impossibilidade de presença num número significativo de aulas teórico-práticas, a avaliação do desempenho em sala de aula será substituída por uma prova oral em que o aluno deverá resolver um conjunto de problemas teórico-práticos relacionados com o programa da disciplina. Sempre que se julgar necessário, o docente poderá solicitar o desenvolvimento de trabalhos complementares (sob o modo de apresentação oral ou escrita) de modo a melhor aferir o nível de conhecimentos e de competências alcançado pelo aluno.

Objectivos da unidade curricular e competências a atingir:

A visão de Mark Weiser sobre um mundo de computadores ubíquos e embebidos em praticamente todos os objectos do dia a dia, fazendo por isso parte de todas a nossas tarefas, tem vindo a tornar-se uma realidade. As redes, as plataformas e as aplicações sem fios estão hoje cada vez mais presentes no nosso quotidiano. O rápido desenvolvimento e proliferação destas tecnologias deve-se fundamentalmente aos avanços nas comunicações sem fios (e.g., infravermelhos, Bluetooth, Wi-Fi, etc.) assim como à evolução dos dispositivos electrónicos (e.g., portáteis, PDAs, telemóveis, etc.) que são cada vez mais pequenos, rápidos, baratos e de baixo consumo energético.

A conjugação do aparecimento de redes de acesso ubíquo com considerável largura de banda e de dispositivos móveis com razoável poder computacional fomenta o aparecimento de aplicações e ambientes de computação ubíqua e móvel. Nesta disciplina pretende-se que os alunos abordem em detalhe as normas, tecnologias, arquitecturas e ferramentas actualmente propostas e aplicadas no âmbito das redes e dos sistemas e aplicações ubíquas e móveis. Esta disciplina requer no entanto que os alunos possuem noções básicas de redes de comunicações e conhecimento/prática na utilização de ferramentas de desenvolvimento.

Assim, pretende-se que os alunos consigam identificar os objectivos dos sistemas ubíquos e móveis bem como caracterizar estes sistemas, exemplificando com alguns casos práticos a sua natureza e utilidade.

Pretende-se ainda que os alunos consigam enumerar e descrever as técnicas de codificação de sinais e acesso a células de redes sem fios, e ainda caracterizar as tecnologias e arquitecturas utilizadas na implementação de redes locais sem fios e redes de sensores.

Por outro lado pretende-se que os alunos sejam capazes de perceber os conceitos gerais sobre pilhas de protocolos que estão na base das redes de comunicação, em particular a tecnologia IP para redes móveis e os protocolos de routing mais utilizados em redes ad hoc.

Um dos objectivos mais importantes será também a percepção e aplicação dos conceitos e técnicas de localização e contextualização geralmente utilizadas em sistemas ubíquos e móveis. Pretende-se que os alunos consigam descrever as formas e/ou processos de reconfiguração dinâmica de sistemas móveis como forma de adaptação tanto à localização como ao contexto das aplicações e dos seus utilizadores.

Outro dos objectivos igualmente importante será a capacidade para identificar e caracterizar os requisitos que estão na base dos sistemas ubíquos e móveis, nomeadamente os diferentes modos de funcionamento como forma de adaptação às condições de energia limitada dos dispositivos móveis e às características das redes sem fios mais abertas e dinâmicas e com largura de banda limitada.

No final do semestre os alunos deverão ser capazes de manter um discurso informado e coerente sobre os vários tipos de aplicações ubíquas e moveis existentes, a sua utilidade, bem como conseguir identificar e compreender, em detalhe, as tecnologias que suportam e permitem desenvolver estas aplicações.

Conteúdos por unidade lectiva e sua forma de execução pedagógica:

Conteúdos	Horas Contacto	Estudo Individual	ECTS	Bibliografia
	(T+TP+P+L+TC+OT)
1. Introdução aos Sistemas Ubíquos e Móveis
1.1. Visão histórica e definição	10	16	1	[1], [4], [5]
1.2. Fundamentos, características e objectivos
1.3. Análise de projectos de sistemas ubíquos e móveis
2. Tecnologias de Comunicação sem Fios
2.1. Técnicas de codificação de sinais	6	8	0,5	[2], [3], [6]
2.2. Técnicas de acesso aos canais de uma célula
2.3. Comunicações sem fios (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee)
3. Protocolos e Redes Móveis
3.1. Fundamentos sobre pilhas de protocolos	6	8	0,5	[3], [8], [9], [10]
3.2. Tecnologias IP e Integração de serviços
3.3. Protocolos de routing em redes ad hoc
4. Sistemas Baseados em Micro-controladores
4.1. Plataforma Arduino	16	24	1,5	[19]
4.1.1. Arquitectura
4.1.2. Ambiente de desenvolvimento
4.1.3. Linguagem de programação
4.2. Percepção e actuação
4.2.1 Entradas/saídas de dados
4.2.2 Integração de sensores (temperatura, luz, etc.)
4.3. Comunicação (ZigBee – Xbee)
5. Localização e Contextualização
5.1. Detecção e acompanhamento da localização	16	22	1,5	[11], [12], [13], [14], [15]
5.2. Anúncio/procura de recursos e serviços ubíquos e móveis
5.3. Descoberta e percepção do contexto
5.4. Adaptação dinâmica de sistemas móveis
6. Requisitos de Sistema
6.1. Caracterização dos problemas nos sistemas ubíquos e móveis	10	14	1	[16], [17], [18]
6.2. Modos de funcionamento e poupança de energia
6.3. Segurança e privacidade em ambientes móveis
TOTAL	64	92	6 156

Nota: Nº de ECTS = horas/26

Conteúdos-Horas-Contacto-Estudo Individual–ECTS-Bibliografia

1. Introdução aos Sistemas Ubíquos e Móveis-10-16-1-[1], [4], [5]

2. Tecnologias de Comunicação sem Fios-6-8-0,5-[2], [3], [6]

3. Protocolos e Redes Móveis-6-8-0,5-[3], [8], [9], [10]

4. Sistemas Baseados em Micro-controladores-16-24-1,5-[19]

5. Localização e Contextualização-16-22-1,5-[11], [12], [13], [14], [15]

6. Requisitos de Sistema-10-14-1-[16], [17], [18]

Bibliografia:

Principal

[1] G. Coulouris, J. Dollimore & T. Kindberg, Distributed Systems: Concepts and Design, 4^th Edition, Addison Wesley, 2005.

[2] W. Stallings, Wireless Communications & Networks. 2nd Edition, Prentice Hall 2002.

[3] A. Tanenbaum, Computer Networks. 4nd Edition, Prentice Hall 2003.

[4] M. Weiser, The Computer for the Twenty-First Century. Scientific American, Vol. 265, No. 3, September 1991, pp. 94-104.

[5] M. Satyanarayanan, Pervasive Computing: Vision and Challenges. IEEE Personal Communications, Vol. 8, No. 4, August 2001.

[6] J. Haartsen, M. Naghshineh, J. Inouye, Bluetooth: Vision, Goals and Architecture. Mobile Computing and Communications Review, Volume 1, Number 2, 1998.

[7] ZigBee Alliance, ZigBee Overview - Emerging Standards -Where Does ZigBee Fit? URL: http://www.zigbee.org/en/resources (Julho 2005).

[8] C. Perkins, Mobile networking through Mobile IP. IEEE internet computing, January 1998. Pages 58-69.

[9] E. Royer and C. Toh, A review of current routing protocols for ad hoc mobile wireless networks. IEEE Personal Communications, Vol. 6, No. 2, April 1999, pp. 46-55.

[10] A. Campbell, J. Gomez, S. Kim, C-Y. Wan, Z. Turanyi and A. Valko, Comparison of IP Micromobility Protocols. IEEE Wireless Communication, February 2002, pp 72-82.

[11] J. Hightower and G. Borriello, Location Systems for Ubiquitous Computing. IEEE Computer, August 2001, pp 57-66.

[12] A. Harter, A. Hopper, P. Steggles, A. Ward and P. Webster, The Anatomy of a Context-Aware Application. Wireless Networks, Vol. 8, No. 2-3, March-May 2002, pp. 187-197.

[13] G. Chen and D. Kotz, A Survey of Context-Aware Mobile Computing Research. Dartmouth College, Technical Report TR2000-381, 2000.

[14] M. Korkea-aho, Context-Aware Applications Survey. Helsinki University of Technology, 2000. URL: http://users.tkk.fi/~mkorkeaa/doc/context-aware.html (Julho 2006).

[15] B. Noble, System Support for Mobile, Adaptive Applications. IEEE Personal Communications, February 2000, pp. 44-49.

[16] J. Jing, A. Helal and A. Elmagarmid, Client-Server Computing in Mobile Environments. ACM Computing Surveys, vol. 31, No. 2, June 1999, pp. 117-157.

[17] J. Flinn and M. Satyarayanan, PowerScope: A Tool for Profiling the Energy Usage of Mobile Applications. In: Proceedings of the 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, New Orleans, LA, February 1999.

[18] F. Stajano and R. Anderson, The Resurrecting Duckling: Security Issues for Ad Hoc Wireless Networks. In: Proc. 7th International Workshop on Security Protocols, Cambridge, UK, 1999.

[19] Arduino - Tutorials, http://arduino.cc/en/Tutorial/HomePage (2009).

Requisitos a serem cumpridos para registo total dos ECTS:

A aprovação (nota final igual ou superior a dez valores) é condição necessária, mas não suficiente, para creditar esta unidade curricular. Para obter a creditação desta unidade curricular o aluno terá de garantir a obtenção de todos os ECTS previstos para a unidade curricular. A atribuição dos ECTS ao aluno não é dependente exclusivamente da assiduidade em sala de aula (obrigatoriamente assegurada a, pelo menos, a 70% das aulas práticas laboratoriais e 50% das aulas teórico-práticas leccionadas); ela é também decidida em função da assiduidade aos actos pedagógicos programados pelo professor e da participação em seminários, eventos culturais e científicos a definir pelo docente ou a coordenação da área científica de Informática.

Os ECTS previstos para o trabalho e estudo pessoal do aluno só lhe serão integralmente atribuídos em função do desempenho demonstrado, nomeadamente no que respeita à aquisição dos conhecimentos e competências visados por esta unidade curricular: conhecimento efectivo da bibliografia indicada e demonstração do conhecimento sobre sistemas ubíquos e móveis e da capacidade para compreender e explicar as características técnicas e tecnologias que estão na base destes sistemas. O grau de desenvolvimento de conhecimentos bem como de aquisição de competências nas áreas temáticas compreendidas no programa da disciplina será avaliado de modo contínuo ao longo do semestre, quer em termos do domínio dos conceitos teóricos que sustentam a análise e compreensão dede sistemas ubíquos e móveis, quer em termos do domínio das tecnologias inerentes a estes sistemas, quer ainda em termos de comunicação oral e escrita dos temas e conceitos abordados.

Resumo: Apresentação dos objectivos, programa e método de avaliação. Introdução aos sistemas ubíquos e móveis: fundamentos, características, objectivos e exemplos de sistemas ubíquos e móveis. Tecnologias de codificação e acesso aos canais de comunicação; Comunicações sem fios (Wi-Fi, Bluetooth e ZigBee); Protocolos e redes móveis: fundamentos sobre pilhas de protocolos, tecnologias IP e integração de serviços, protocolos de routing em redes ad hoc. Sistemas baseados em micro-controladores: plataforma Arduino, percepção (sensores) e actuação no contexto, comunicação. Localização e anúncio de serviços e recursos; contextualização e adaptação dinâmica de sistemas móveis. Identificação e análise dos problemas e requisitos de sistema para operação, gestão de energia e controlo de segurança em sistemas ubíquos e móveis.

Abstract: Presentation of the goals, syllabus and evaluation methods. Introduction to ubiquitous and mobile systems; Fundamentals, characteristics and goals of mobile and ubiquitous systems. Coding and channel access technologies; Wireless communications (Wi-Fi, Bluetooth and ZigBee); Mobile networks protocols: protocol stacks, IP technologies and integration of services, routing protocols for ad hoc networks. Systems based on micro-controllers: Arduino platform, perception (sensors) and acting over the context, communications. Location and discovery of services and resources; context and dynamic adaptation of mobile systems. Identification and analysis of the problems and systems requirements for operation, energy management and security control in ubiquitous and mobile systems.