To facilitate everyday activities, context-aware applications use sensors to detect what is happening and use increasingly complex mechanisms (e.g., by using big rule-sets or machine learning) to infer the user's context and intent. For example, a mobile application can recognize that the user is in a conversation and suppress any incoming calls. When the application works well, this implicit sensing and complex inference remain invisible. However, when it behaves inappropriately or unexpectedly, users may not understand its behavior. This can lead users to mistrust, misuse, or even abandon it. To counter this lack of understanding and loss of trust, context-aware applications should be intelligible, capable of explaining their behavior. We investigate providing intelligibility in context-aware applications and evaluate its usefulness to improve user understanding and trust in context-aware applications. Specifically, this thesis supports intelligibility in context-aware applications through the provision of explanations that answer different question types, such as: Why did it do X? Why did it not do Y? What if I did W, What will it do? How can I get the application to do Y? This thesis takes a three-pronged approach to investigating intelligibility by (i) eliciting the user requirements for intelligibility, to identify what explanation types end-users are interested in asking context-aware applications, (ii) supporting the development of intelligible context-aware applications with a software toolkit and the design of these applications with design and usability recommendations, and (iii) evaluating the impact of intelligibility on user understanding and trust under various situations and application reliability, and measuring how users use an interactive intelligible prototype. We show that users are willing to use well-designed intelligibility features, and this can improve user understanding and trust in the adaptive behavior of context-aware applications.

Context represents any knowledge obtained from Wireless Sensor Networks (WSNs) about the object being monitored (such as time and location of the sensed events). Time and location are important constituents of context as the information about the events sensed in WSNs is comprehensive when it includes spatio-temporal knowledge. In this thesis, we first concentrate on the development of a suite of lightweight algorithms on temporal event ordering and time synchronization as well as localization for WSNs. Then, we propose an energy-efficient clustering routing protocol for WSNs that is used for message delivery in the former algorithm. The two problems - temporal event ordering and synchronization - are dealt with together as both are concerned with preserving temporal relationships of events in WSNs. The messages needed for synchronization are piggybacked onto the messages exchanged in underlying algorithms. The synchronization algorithm is tailored to the clustered topology in order to reduce the overhead of keeping WSNs synchronized. The proposed localization algorithm has an objective of lowering the overhead of DV-hop based algorithms by reducing the number of floods in the initial position estimation phase. It also randomizes iterative refinement phase to overcome the synchronicity of DV-hop based algorithms. The position estimates with higher confidences are emphasized to reduce the impact of erroneous estimates on the neighbouring nodes. The proposed clustering routing protocol is used for message delivery in the proposed temporal algorithm. Nearest neighbour nodes are employed for inter-cluster communication. The algorithm provides Quality of Service by forwarding high priority messages via the paths with the least cost. The algorithm is also extended for multiple Sink scenario. The suite of algorithms proposed in this thesis provides the necessary tool for providing spatio-temporal context for context-aware WSNs. The algorithms are lightweight as they aim at satisfying WSN's requirements primarily in terms of energy-efficiency, low latency and fault tolerance. This makes them suitable for emergency response applications and ubiquitous computing.

As mobile devices still have limited battery life, processing power, memory, and display size, they cannot yet execute gaming applications with the same fidelity and quality as their PC counterparts. In response, researchers have recently performed research with the goal of the real-time delivery of game content specifically to fit within mobile devices’ limitations. In this thesis, we present a novel approach to tackling the streaming of objects to mobile devices. Our goal is to reduce the number of objects subject to streaming from the server to the target devices, while not violating the user-defined limitations through an efficient, context-aware 3D object selection and prioritization scheme. We take advantage of the game context to stream only the most relevant objects. Our evaluations have shown that this technique not only leads to better performance in general, but also increases the gameplay experience by helping the player to achieve a higher score.

Mobile applications are deployed in highly dynamic environments. Devices have limited resources available and the user context changes frequently. This introduces new requirements for applications, and requires that applications are able to adapt during runtime. In addition, developers must be able to incrementally add new behaviour to applications as required by unanticipated situations. Current approaches to mobile application development and architectures do not properly address these requirements of mobile applications. This work proposes a framework, based on coordination principles, which is able to facilitate the required methods of adaptation. The framework incorporates a methodology and an architecture. The architecture provides significant advantages over previous work in terms of adaptation support. The methodology provides developers with a development process and guidelines whereby adaptive applications may be specified. As new requirements of existing applications emerge, developers can build and deploy additions to applications during runtime. The research has been evaluated through the design of application prototypes. These were built through the use of an implemented toolkit for application development, which is based on the specified methodology. The architecture, methodology and toolkit provide a unifying framework for mobile applications. The work presented in this thesis closes a gap in existing knowledge in the design and execution of distributed mobile applications.

Este trabalho apresenta uma proposta de infra-estrutura de software sensível ao contexto para a computação ubíqua (ubicomp) denominada Continuum. A área de ubicomp, também chamada de computação pervasiva, pressupõe uma forte integração com o mundo real, com foco no usuário e na manutenção de alta transparência. Para o desenvolvimento de aplicativos nesse cenário, é necessária uma infra-estrutura de software adequada. A infra-estrutura projetada é baseada no padrão da arquitetura orientada a serviços (service-oriented architecture ou SOA), fazendo uso de framework e middleware, e empregando uma redefinição da semântica siga-me. Nessa visão redefinida, os usuários podem ir para qualquer lugar carregando os dados e os aplicativos que desejam, os quais podem ser usados de forma imperceptível e integrada com o mundo real (seamless integration). O foco particular desse trabalho é sensibilidade ao contexto: a percepção de características relacionadas aos usuários e ao entorno. No trabalho são considerados os recursos disponíveis no ambiente e é mantida a história dos dados de contexto. Além disso, é proposta a representação do contexto para promover raciocínio e compartilhamento de conhecimento, empregando uma ontologia. Dessa forma, contexto é representado de uma maneira formal e bastante expressiva, diferente de muitas soluções existentes hoje em dia que ainda usam modelos de representação ad hoc. Esta tese está então na interseção destas três áreas principais: infra-estrutura de software para ubicomp, sensibilidade ao contexto e ontologias. No desenvolvimento desta tese, também examina-se o campo da computação ubíqua, e sugere-se um modelo de arquitetura geral que enfrente esses desafios fundamentais. Baseado nos requisitos estabelecidos para esse modelo, propõe-se um conjunto de serviços para o Continuum. Os serviços são projetados considerando o trabalho previamente desenvolvido pelo nosso grupo de pesquisa, mais especificamente o projeto ISAM, e particularmente o middleware EXEHDA. A proposta estende esses projetos, adicionando aspectos que não haviam sido considerados no momento do seu desenvolvimento. Particularmente, o suporte a sensibilidade de contexto é melhorado com a proposta de uma ontologia para a formalização da informação de contexto. Algumas análises, usando a metodologia de estudo de caso, foram conduzidas para apreciar as principais proposições da tese. Baseado nessas avaliações, foram apresentadas algumas lições aprendidas e traçada a conclusão do trabalho. Como resultado, Continuum é uma infra-estrutura de software que endereça muitos aspectos da computação ubíqua, integrando imperceptivelmente diferentes desafios. / The present work is a proposal of a context-aware software infrastructure for ubiquitous computing (ubicomp) named Continuum. The ubicomp area, also called pervasive computing, presupposes a strong integration with the real world, with focus on the user and on keeping high transparency. For the development of applications in this scenario, we need an adequate software infrastructure. The infrastructure designed in this work is based on service-oriented architecture (SOA), making use of framework and middleware, and employing a redefinition of follow-me semantics. In this redefined vision, users can go anywhere carrying the data and application they want, which they can use in a seamlessly integrated fashion with the real world. The specific focus of our work is context awareness: the perception of characteristics related to users and surroundings. We consider the resources available in the environment and keep a history of context data. Furthermore, we propose the representation of context to promote reasoning and knowledge sharing, using ontology. In this way, context is represented in a considerably expressive, formal approach, different from many solutions that exist today, which still use ad hoc representations models. Our work is then at the intersection of these three main areas: software infrastructures for ubicomp, context awareness, and ontologies. In the development of this thesis, we also survey the field of ubiquitous computing, suggesting a general architectural model to deal with its fundamental challenges. Based on the established requirements for this model, we propose a set of services for Continuum. The services are designed considering the previous works developed by our research group, namely ISAM (Infra-estrutura de Suporte às Aplicações Móveis – Mobile Applications Support Infrastructure), and particularly the middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). We further extend these projects, by adding aspects to them that had not been considered at the time of their development. Particularly, we improve context awareness support, proposing an ontology for the formalization of context information. We have conducted some analysis, using case study methodology, to evaluate the main propositions of our work. Based on these assessments, we present lessons learned and draw the conclusion of our work. As a result, Continuum is a software infrastructure that addresses many aspects of ubiquitous computing, seamlessly integrating many different challenges.

LEMOS, Fabrício Dias Alves. Uma abordagem para inserção de sensibilidade ao contexo em técnicas de recomendação baseadas em conhecimento. 2012. 102 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Computação, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-22T17:58:58Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) / Approved for entry into archive by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-06-22T18:00:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-22T18:00:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) Previous issue date: 2012 / O principal desafio de um Sistema de Recomendação é conseguir identificar e recomendar itens que tenham maior chance de corresponder aos interesses de seus usuários que, em geral, possuem uma natureza bastante subjetiva e heterogênea. É importante, então, que os Sistemas de Recomendação possam recomendar itens personalizados a partir da identificação do perfil de cada usuário. Entretanto, muitas vezes, o perfil do usuário não é suficiente para que o sistema consiga identificar completamente seus interesses. A utilização do sistema em um contexto diferente do habitual pode acarretar em um resultado insatisfatório para a recomendação, sendo necessária sua adaptação ao novo contexto. Este trabalho propõe uma abordagem para inserção de sensibilidade ao contexto em Sistemas de Recomendação, a qual utiliza, além do contexto do usuário, o próprio contexto dos itens recomendados. Para tal, técnicas de recomendação baseadas em conhecimento são adaptadas para incluir regras de domínio com caráter contextual. A abordagem proposta é utilizada na concepção de um sistema de recomendação de fotos sensível ao contexto que explora o contexto do usuário e o contexto de geração das fotos para a realização da recomendação. Através do sistema desenvolvido, a abordagem é validada a partir de experimentos com usuários, nos quais são avaliados a qualidade da recomendação e os ganhos obtidos com a utilização das informações contextuais.

FONTELES, André Sales. Um framework para aquisição adaptativa e fracamente acoplada de informação contextual para dispositivos móveis. 2013. 96 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-08T18:31:04Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_asfonteles.pdf: 3450400 bytes, checksum: 30d4ac8e77c80d859fc10cf484e2ba15 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-13T12:41:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_asfonteles.pdf: 3450400 bytes, checksum: 30d4ac8e77c80d859fc10cf484e2ba15 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T12:41:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_asfonteles.pdf: 3450400 bytes, checksum: 30d4ac8e77c80d859fc10cf484e2ba15 (MD5) Previous issue date: 2013 / Mobile devices, such as smartphones and tablets, with a number of sensors have become commonplace in our daily lives. This scenario promotes applications from these platforms to increasingly access contextual information of the environment, the user and the system, which adapt accordingly or offer relevant services. This behavior is known as context-awareness. Several infrastructures have been created to help in the development of context-aware applications. These infrastructures facilitate the acquisition and management of contextual information. However, many of them are not appropriated to the heterogeneous and particular environment of mobile devices. This work presents an infrastructure for context acquisition called CAM (Context Acquisition Manager). CAM is a framework designed for use in sensor rich mobile devices. Among its main features are the loosely coupling with the applications that use it and the possibility of adapting in deployment time or execution time. The deployment adaptation allows a developer to customize what features will be included in the installation of the framework. The adaptation in execution time allow the framework to enable or disable its features according to applications requirements. To evaluate this work we developed a context-sensitive application as a proof of concept that uses the framework CAM. Through the development of this application, it was possible to notice a clear separation between the context acquisition code, wrapped by the framework, and the application code. A prototype of another application in which tests were performed on the dynamic adaptation mechanism of the framework was also developed. In this experiment, the impact of the adaptation on the resources of the device was investigated, which showed an increased economy in memory and CPU. / Dispositivos móveis, tais como smartphones e tablets, dotados de uma série de sensores se tornaram comuns no nosso dia a dia. Esse cenário propiciou que aplicações dessas plataformas acessassem cada vez mais informações contextuais do ambiente, do sistema e do usuário para se adaptar de acordo ou oferecer serviços relevantes. Aplicações dotadas desse comportamento são conhecidas como sensíveis ao contexto. Várias infraestruturas já foram criadas para auxiliar no desenvolvimento de aplicações desse tipo. Essas infraestruturas facilitam a aquisição e o gerenciamento de informações contextuais. Todavia, muitas delas não são apropriadas para o ambiente de execução heterogêneo e peculiar dos dispositivos móveis. Esse trabalho de dissertação de mestrado apresenta uma infraestrutura para aquisição de contexto chamada CAM (Context Acquisition Manager). CAM é um framework projetado para utilização em dispositivos móveis dotados de sensores embarcados. Entre suas principais ca-racterísticas estão o fraco acoplamento entre ele e as aplicações que o utilizam e a possibilidade de adaptação no momento de implantação ou de execução. A adaptação na implantação permite ao desenvolvedor personalizar quais características serão incluídas na instalação do framework. Já a adaptação em tempo de execução permite desabilitar ou habilitar partes do framework conforme a demanda. Para avaliação desse trabalho foi desenvolvida uma aplicação sensível ao contexto como prova de conceito que utiliza o framework CAM. Através do desenvolvimento dela, foi possível perceber a clara separação entre o código de aquisição de contexto, encapsulado no framework, do código de uma aplicação que o utiliza. Também foi desenvolvido um protótipo de uma outra aplicação, no qual foram realizados testes do mecanismo de adaptação dinâmica do framework. No experimento foi analisado o impacto da adaptação na utilização do processador e da memória primária do dispositivo, que mostrou um aumento na economia de ambos.

LIMA, Rafael de. CatchML: uma linguagem de domínio específico para modelagem do tratamento de exceção sensível ao contexto. 2013. 111 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-12T15:18:44Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlima.pdf: 1916774 bytes, checksum: 8d3c896a97a4692523fcd35305e73f1e (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-20T13:54:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlima.pdf: 1916774 bytes, checksum: 8d3c896a97a4692523fcd35305e73f1e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T13:54:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_rlima.pdf: 1916774 bytes, checksum: 8d3c896a97a4692523fcd35305e73f1e (MD5) Previous issue date: 2013 / In ubiquitous systems, due to the complexity added by the use of contextual information, the application of context aware exception handling (CAEH) techniques has many challenges and in the literature several approaches have been found to define concepts and abstractions useful for modeling CAEH. However, only one of these approaches proposes a method for specification and verification of models in the field of ubiquitous systems, which provides a tool for specifying the CAEH model using a Java API, and also generates an error report to a text file. The disadvantage of this approach is that the designer should strive to understand programming details that are irrelevant to the analysis process of the exceptional behavior of the system. Then, this work aims to propose a domain specific language for modeling CAEH, which provides abstractions and constructors that allow to express relevant concepts and make the task of designing CAEH models simpler and more intuitive. In addition, the language is integrated with the tool mentioned before that allows automatic model verification. The errors generated by the verifier are now shown directly in the source code making their identification and correction easier for the designer. In order to evaluate the language, a case study is conducted to provide evidence of its viability as an alternative to modeling CAEH. / Em sistemas ubíquos, devido à complexidade inserida pela utilização de informações contextuais, a aplicação de técnicas de tratamento de exceção sensível ao contexto (TESC) tem sido objeto de estudo para muitos pesquisadores. Na literatura são encontradas diversas abordagens que definem conceitos e abstrações úteis para modelagem de TESC. Entretanto, apenas uma dessas abordagens propõe um método para especificação e verificação de modelos no domínio de sistemas ubíquos o qual fornece uma ferramenta para especificação do modelo de TESC através de uma API Java, e gera ainda um relatório de erros em um arquivo texto. A desvantagem dessa abordagem é que o projetista deve se esforçar para entender detalhes de programação irrelevantes ao processo de análise do comportamento excepcional do sistema. Esta dissertação tem portanto como objetivo propor uma linguagem de domínio específico para modelagem de TESC, com o intuito de oferecer abstrações e construtores que permitem expressar conceitos pertinentes e tornar a tarefa de projetar modelos de TESC mais simples e intuitiva. Além disso, a linguagem é integrada com a ferramenta citada anteriormente, o que permite realizar a verificação do modelo de forma automática. Os erros gerados pelo verificador são mostrados agora diretamente no código do modelo facilitando a identificação e correção dos mesmos pelo projetista. A fim de avaliar a linguagem, um estudo de caso é realizado para fornecer indícios de sua viabilidade como alternativa para modelagem de TESC.

LEMOS, Fabrício Dias Alves. Uma abordagem para inserção de sensibilidade ao contexo em técnicas de recomendação baseadas em conhecimento. 2012. 102 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-08-04T12:16:49Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-08-05T15:45:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-05T15:45:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_fdalemos.pdf: 2928114 bytes, checksum: 0e0110fab82736ead8bd32ae8b1e2a15 (MD5) Previous issue date: 2012 / O principal desafio de um Sistema de Recomendação é conseguir identificar e recomendar itens que tenham maior chance de corresponder aos interesses de seus usuários que, em geral, possuem uma natureza bastante subjetiva e heterogênea. É importante, então, que os Sistemas de Recomendação possam recomendar itens personalizados a partir da identificação do perfil de cada usuário. Entretanto, muitas vezes, o perfil do usuário não é suficiente para que o sistema consiga identificar completamente seus interesses. A utilização do sistema em um contexto diferente do habitual pode acarretar em um resultado insatisfatório para a recomendação, sendo necessária sua adaptação ao novo contexto. Este trabalho propõe uma abordagem para inserção de sensibilidade ao contexto em Sistemas de Recomendação, a qual utiliza, além do contexto do usuário, o próprio contexto dos itens recomendados. Para tal, técnicas de recomendação baseadas em conhecimento são adaptadas para incluir regras de domínio com caráter contextual. A abordagem proposta é utilizada na concepção de um sistema de recomendação de fotos sensível ao contexto que explora o contexto do usuário e o contexto de geração das fotos para a realização da recomendação. Através do sistema desenvolvido, a abordagem é validada a partir de experimentos com usuários, nos quais são avaliados a qualidade da recomendação e os ganhos obtidos com a utilização das informações contextuais.

No futuro, espera-se que residências se tornem Ambientes Inteligentes capazes de assistir as pessoas que nelas habitam. Sistemas desenvolvidos para esses Ambientes de Vivência Assistida poderiam manipular o dinamismo existente dentro das residências. Estas normalmente são organizadas de acordo com o perfil do usuário, sendo que objetos, ao longo do tempo, são atualizados ou alterados em relação à localização, principalmente equipamentos eletrônicos. O perfil do usuário também pode se alterar ao longo do tempo. Por exemplo, diferentes doenças podem envolver o usuário e fazer com que a relação dele com os objetos da residência se alterem, sendo que, quando esta relação é alterada devido a problemas cognitivos (como esquecimentos), às vezes, o próprio usuário pode se colocar em situações indesejadas. Este trabalho propõe uma abordagem para apoiar sistemas para Ambientes de Vivência Assistida (casas inteligentes) a identificar e prever situações que coloquem em risco a saúde dos usuários, tornando esses sistemas capazes de reagir frente a uma situação em curso, bem como se antecipar a uma situação de uma forma proativa, tentando eliminar ou suavizar seu impacto. Tal abordagem considera que, ao longo do tempo, o perfil do usuário pode mudar, sendo que diferentes situações podem surgir, as quais podem não terem sido previstas inicialmente na concepção do sistema. Nesse sentido, uma capacidade para a extensibilidade dos sistemas é inserida para identificação, predição e tomada de decisão para agir frente a essas novas situações. A abordagem é verificada através de experimentos empíricos, em um estudo de caso desenvolvido. As situações são simuladas e, posteriormente, detectadas pelo sistema para a escolha das ações mais apropriadas a serem executadas, resultando na utilização de funcionalidades dos dispositivos da residência, assim buscando agir frente à situação de interesse (i.e., indesejada). Nesse estudo de caso, novas situações indesejadas são injetadas no ambiente de vivência do usuário e a característica extensível são aplicadas, fazendo com que o sistema evolua para atuar frente a essas novas situações. / In the future, it is expected that the houses become intelligence environment able of assist the people who inhabit it. Systems developed for theses environments of assisted living could manipulate the dynamism existent inside of houses. These are usually organized according to the user profile, and over the time objects are updated or changed of location, mainly appliances. The user profile may change over time, for instance different diseases can involve the user and making the user’s relationship with household objects change over the time, and when that relation is changed due to cognitive impairments (forgetfulness), sometimes the user can place himself in unwanted situations. To this end, this thesis developed an approach to aid the systems for Ambient Assisted Living (smart houses) to identify and predict situations that endanger the user’s health in their living environment, thus becomes these systems able of react to a current situation, as well as to anticipate a situation in a proactive way, thus trying to eliminate or manipulate its impact. This approach takes into account that over the time the user’s profile can change, and different situations can arise, which maybe not have been initially planned in a first phase of development of the systems, therefore an extensible capability is applied to identify, predict and make decision for act against these new situations. This approach is verified by the developed case study, and situations are simulated for the system detect and choose the most appropriated actions. This approach is verified by the developed case study, and situations are simulated and subsequently detected by the system for choosing the most appropriate actions to be performed, resulting in the consumer of functionalities of the house devices, thus seeking to act against the unwanted situation.