Atualmente existem muitos estudos sendo conduzidos na área de Home Care, onde casas providas com sensores e atuadores podem ajudar o paciente em suas tarefas diárias, mesmo aqueles portadores de doenças crônicas ou limitações cognitivas e físicas. No contexto de Home Care, dispositivos domésticos controláveis podem agir como atuadores. Um importante desafio nessa área é a coordenação desses atuadores, para que os mesmos possam ser utilizados na prestação de cuidados ao paciente em sua casa. Para prestar auxílio em tarefas, deve ser levado em consideração o contexto do paciente e dos dispositivos presentes na casa. Este trabalho apresenta uma nova abordagem, sensível ao contexto, para selecionar a funcionalidade, de um dispositivo, mais adequada para a execução de uma atuação em um ambiente de Home Care. Nessa abordagem, as funcionalidades dos dispositivos são representadas por serviços Web, e modelos de processos de negócio são utilizados como roteiros das atividades que devem ser realizadas para gerir uma determinada situação. Desta forma, o problema de selecionar dispositivos e funcionalidades adequadas para executar uma determinada atividade de atuação de um modelo de processo de negócio é tratado através da seleção de serviços Web com base em aspectos sintáticos, semânticos e contextuais. A abordagem é avaliada através da simulação de cenários de aplicação extraídos da literatura, de forma a verificar a sua viabilidade. / There are many studies currently being conducted within the field of Home Care, where houses fulfilled with actuators and sensors can help patients in their daily lives, even the ones who suffer from chronicle diseases or cognitive and physical disabilities. In the Home Care context, controllable domestic devices can perform as actuators. An important challenge to this area refers to the coordination of such actuators so they can be used to assist patients in their home. In order to assist the patient daily live we need to take into consideration the patient and the context of household devices. This work presents a novel context-aware approach for selecting the most appropriate device functionality to execute the actuation needed in a Home Care environment. In this approach, device functionalities are described and represented by Web services, and business process models are used as guidelines for the activities that should be realized to manage a determined situation. Therefore, the issue of selecting devices and adequate functionalities to execute determined activity in a business process model is treated as an approach to select Web services based on their syntactic and semantic aspects in a context-aware manner. The approach is evaluated by simulation of application scenarios extracted from the literature in order to check its viability.

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.

A computação ubíqua define que a computação deve estar presente em ambientes para auxiliar o usuário na realização de suas tarefas diárias de forma eficiente. Para que isto aconteça, sistemas considerados ubíquos devem ser conhecedores do contexto e devem adaptar seu funcionamento em relação aos contextos capturados do ambiente. Informações de contexto podem ser representadas de diversas formas em sistemas computacionais e pesquisas recentes demonstram que a representação destas informações baseada em ontologias apresenta vantagens importantes se comparada à outras soluções, destacando-se principalmente o alto nível de expressividade e a padronização de linguagens para a representação de ontologias. Informações consideradas específicas de domínio são frequentemente representadas em bancos de dados relacionais. Esta diferença em relação a modelos de representação, com o uso de ontologias para representação de contexto e representação relacional para informações de domínio, implica em uma série de problemas no que se refere à adaptação e distribuição de conteúdo em arquiteturas ubíquas. Dentre os principais problemas pode-se destacar a dificuldade de alinhamento entre as informações de domínio e de contexto, a dificuldade na distribuição destas informações entre arquiteturas ubíquas e as diferenças entre modelagens de contexto e de domínio (o conhecimento sobre os objetos do domínio). Este trabalho apresenta um framework de consulta entre informações de contexto e informações de domínio. Com a aplicação deste framework, a recuperação contextualizada de informações se tornou possível, utilizando a expressividade necessária para a modelagem de contexto através de ontologias e utilizando esquemas relacionais previamente definidos e utilizados por sistemas de informação. Para realizar a avaliação do framework, o mesmo foi aplicado em um ambiente baseado no cenário motivador de pesquisa, que descreve possíveis situações de utilização de tecnologias ubíquas. Através da aplicação do framework no cenário motivador, foi possível verificar que a proposta foi capaz de realizar a integração entre contexto e domínio e permitiu estender a filtragem de consultas relacionais. / Ubiquitous computing defines the computer must be present in environments to assist the user to perform their daily tasks efficiently. Thus, ubiquitous systems must be aware of the context and should adapt its operation in relation to the captured environment contexts. Context information can be represented in different ways in computer systems, and recent research shows that the representation of context in ontologies offers important advantages when compared to other solutions, in particular, the high level of expressiveness and the standardization of languages for representation of ontologies. Domain specific information is frequently maintained in relational databases. This difference of representation models, using ontologies for context representation and relational representation to domain information, involves a number of problems as the adjustment and distribution of content in ubiquitous architectures. Related problems include the difficulty of alignment between field and context information, the difficulty in the distribution of information between ubiquitous architectures, and differences between the context and domain modeling (knowledge about the domain objects). This PhD thesis presents a framework of query for context information and domain information. On applying this framework, contextualized information retrieval becomes possible using the expressiveness required for context modeling using ontologies, and using relational schemas previously defined and used by information systems. In order to evaluate the framework, it was applied in an environment based on the motivating scenario. It was possible to verify that the framework was able to accomplish the integration of context and domain, and allowed the extension of the filtering relational queries.

A população idosa mundial está crescendo e, com ela, o número de diagnósticos de doenças relacionadas à velhice como, por exemplo, declínios cognitivos também. Essas doenças costumam afetar a autonomia do idoso no seu lar, especialmente no que se refere à realização de atividades diárias. Com isso em vista, é preciso empregar cuidadores e serviços de saúde que acabam por implicar em altos custos. Nesse sentido, surge a necessidade de conceber sistemas robustos, automatizados, utilizáveis e de baixo custo para a assistência pessoal. A concepção desses sistemas faz menção à área de Ambientes de Vivência Assistida. Portanto, esta dissertação propõe uma abordagem que beneficia os sistemas para Ambientes de Vivência Assistida com a capacidade de prever ações humanas para a facilitação de atividades diárias, particularmente quando declínios cognitivos relacionados à elas ocorrerem. Nesse sentido, foi concebido um meta-modelo semântico para a geração de modelos conceituais de contexto e de comportamento, compostos pelas ações humanas. A partir disso, a previsão de ações (informação de suporte) é realizada por um mecanismo de predição e inferência composto por um modelo semântico probabilístico. A abordagem é demonstrada através de um estudo de caso cujo cenário representa uma situação de declínio cognitivo, enfrentada por um usuário, que impede a condução de uma atividade diária. Então, o mecanismo de predição e inferência, utilizando o modelo semântico probabilístico, prevê qual a ação mais adequada que facilite a conclusão da atividade. Essa previsão é avaliada para aferir o quão bem um usuário seria auxiliado, isto é, se a operação prevista foi por ele realizada. Para isso, foi utilizado um dataset relacionado ao cenário do estudo de caso e medidas de desempenho como a precisão, a revocação e a medida-F. Os resultados dessa avaliação se mostraram promissores sendo, em média, 69,5% para a precisão, 100% para a revocação e 81% para a medida-F. As principais contribuições deste trabalho dizem respeito ao meta-modelo semântico a partir do qual pesquisas na área deste trabalho podem utilizar para gerar modelos de comportamento, e ao modelo semântico probabilístico que realiza predição através de raciocínio incerto sobre os modelos de comportamento, propiciando decisões mais precisas para auxiliar usuários com declínio cognitivo. / The world’s elderly population is growing and, with it, the number of diagnoses of diseases related to old age, such as cognitive declines as well. These diseases usually affect the autonomy of the elderly in their home, especially when it comes to performing daily activities. With this in mind, it is necessary to employ caregivers and health services that end up implying high costs. In this sense, the need arises to design robust, automated, usable and low-cost systems for personal assistance. The design of these systems makes reference to the area of Ambient Assisted Living. Therefore, this dissertation proposes an approach that benefits the Ambient Assisted Living systems with the ability to predict human actions for the facilitation of daily activities, particularly when cognitive declines related to them occur. In this sense, a semantic meta-model was conceived for the generation of conceptual models of context and behavior, composed by human actions. From this, the prediction of actions (information of support) is realized by a mechanism of prediction and inference composed by a probabilistic semantic model. The approach is demonstrated through a case study whose scenario represents a situation of cognitive decline, faced by a user, that prevents the conduct of a daily activity. Then, the prediction and inference mechanism, using the probabilistic semantic model, predicts the most appropriate action that facilitates the conclusion of the activity. This forecast is evaluated to gauge how well a user would be assisted, that is, if the intended operation was performed by him. For this, a dataset related to the case study scenario and performance measures such as precision, recall, and F-measure were used. The results of this evaluation are promising, averaging 69.5% for precision, 100% for recall and 81% for F-measure. The main contributions of this work are related to the semantic meta-model from which research in the area of this work can be used to generate behavioral models, and to the probabilistic semantic model that performs prediction through uncertain reasoning over behavior models, providing better decisions to help users with cognitive decline.

[pt] Serviços para disseminação de informações (serviços push) têm sido amplamente utilizados, em particular para aplicações envolvendo usuários móveis. Estes serviços geralmente atendem a dispositivos com recursos bem diferenciados e em contextos de execução (conectividade sem fio, reserva de energia, etc.) distintos, fazendo necessário adaptar o conteúdo difundido dinamica- e individualmente para cada cliente. Uma vez que muitas adaptações de conteúdo envolvem operações custosas e demandam alto poder de processamento, estas não devem ser realizadas nos clientes móveis. Por outro lado, executar no servidor, as adaptações para cada cliente móvel, torna- se pouco eficiente e escalável. Assim, em tais serviços, é comum utilizar-se intermediários dedicados às adaptações de conteúdo (de acordo com o contexto) dos clientes. Comunicação assíncrona, como publish/subscribe, é considerada por muitos como a mais apropriada para este tipo de serviço. Por outro lado, sistemas para adaptação de conteúdo sensível a contexto não dão suporte a este tipo de comunicação, até porque a adaptação precisa ser individual, e portanto conflita com o paradigma de comunicação um-para-muitos. Neste trabalho apresentamos uma arquitetura para sistemas publish/subscribe com adaptação sensível a contexto, que utiliza um algoritmo que otimiza a adaptação de conteúdo para grandes conjuntos de clientes de uma difusão. / [en] Services for information dissemination (push services) are being widely used, in particular for applications involving mobile users. These services generally serve devices with diferent resources and with distinct execution contexts (wireless connectivity, energy source, etc.), making it necessary to adapt disseminated content individual and dynamically for each client. Since many content adaptations involve costly operations and demand high processing power, these should not be executed at the mobile clients. On the other hand, it is neither efficient nor scalable to execute the adaptations for each mobile client at the server. Thus, in such services, it is common to use proxies dedicated to content adaptations (based on the context) of clients. Asynchronous communication, such as publish/- subscribe, is considered the most appropriate form of communication for this type of service. On the other hand, systems for context-aware content adaptation do not support this type of communication. In this thesis we present an architecture for publish/subscribe systems with context-aware content adaptation, that uses an algorithm that optimizes the content adaptation for large sets of clients.

Embora os sistemas e-learning sejam utilizados por diferentes tipos de usuários, com diferentes perfis e culturas, geralmente ele é criado e mantido sem levar em conta essa diversidade. Em tempos em que os sistemas baseados na web precisam fornecer suporte para uma quantidade cada vez maior de material e torná-lo disponível para as diferentes populações em todo o mundo, a introdução do conceito de cultura nos sistemas baseados na web está se tornando uma necessidade, um desafio, e uma questão relevante e oportuna. De fato, considerar a cultura tanto em informática na educação quanto na interação humano-computador é uma questão importante, pois a cultura tem um forte impacto sobre muitos processos cognitivos e afetivos relacionados com a aprendizagem. Além disso, pessoas com diferentes origens culturais desenvolvem interpretações e estratégias alternativas, que consequentemente, são refletidas em suas interações com as tecnologias de aprendizagem. Esta tese apresenta uma nova abordagem para a modelagem de usuários em sistemas adaptativos educacionais, levando em consideração o contexto cultural complementar a 3 outros tipos de informação contextual: tecnológica (relacionada à plataforma e ao dispositivo), educacional (relacionada aos estilos de aprendizagem e a outros aspectos pedagógicos) e pessoal (relacionada com as preferências e informações pessoais dos alunos). Estas características contextuais visam melhorar as capacidades de personalização, fazendo uso de um conjunto de ontologias para representar as propriedades de contexto do usuário. De fato, o contexto cultural de um usuário molda sua percepção sobre características do sistema: um determinado contexto cultural possivelmente faz com que um usuário se concentre em um conjunto de informações e ignore outros. Assim, as características do sistema apropriadas para uma cultura podem não ser adequadas para outras; e o projeto do sistema precisa ser facilmente adaptado para diferentes culturas. Como um mecanismo de teste desta pesquisa, um sistema elearning open-source chamado AdaptWeb® foi ampliado para incorporar a nossa abordagem de adaptação baseada no contexto cultural. As principais características da nossa abordagem são descritas, representando explicitamente a rica noção de contexto como uma extensão da modelagem tradicional do usuário. Nossa abordagem detalha (i) como a adoção de ontologias é usada para a representação do modelo contextual e (ii) como as questões culturais são introduzidas na interface do usuário (apresentação, componentes de diálogo e conteúdo), melhorando a usabilidade e tornando a personalização mais adequada. Para avaliar nossa proposta, realizamos um experimento com um grupo de 65 estudantes de três países, com foco em alguns aspectos de usabilidade relacionados às extensões do AdaptWeb® e a satisfação do usuário sobre a adaptação cultural fornecida. / Although normally used by different types of users, with different profiles and cultures, an e-learning system (ELS) usually is created and maintained without taking into account a diversity-orientation. In times when web-based system needs to provide support for an ever increasing amount of material and make it available for locallanguage populations across the world, the introduction of the culture concept in webbased systems is becoming a necessity, a challenge, and a timely and relevant issue. In fact, considering culture in technology-enhanced learning and human computerinteraction is an important issue since culture has a strong impact on many cognitive and affective processes related to learning. Also, people with different cultural backgrounds develop alternative interpretations and strategies consequently reflecting in their interactions with learning technologies. This thesis presents a new approach to user modeling in adaptive e-learning, taking into account cultural context complementary to 3 other types of contextual information: technological (related to platform-oriented and device-specific characteristics), educational (related to learning styles and other pedagogical aspects) and personal (related mainly with students´ personal information and preferences). These contextual characteristics aim to improve personalization capabilities, making use of a set of ontologies for representing explicitly user’s context properties. Indeed, an user’s cultural context shapes his/her perception of system features: a given culture context will possibly cause an user to focus on a set of information and ignore others. Thus, system features appropriated for one culture may not be suitable for others; and system design needs to be easily adapted for different cultures as well. As the testbed of this research, an actual open-source e-learning system called AdaptWeb® was extended in order to incorporate our approach of cultural-aware context-based adaptation. The main features of our approach are described, representing explicitly the rich context as an extension of traditional student modeling. Our description also details (i) how the adoption of ontologies is used for context models representation and (ii) how cultural issues are introduced in the user interface (presentation, dialog components and contents), improving usability and making personalization more adequate. In an effort to evaluate our ideas, we conducted an experiment with a group of 65 students of three countries focusing on some usability aspects of AdaptWeb® extensions and the user´s satisfaction about the culture-oriented adaptation provided.

A computação ubíqua define que a computação deve estar presente em ambientes para auxiliar o usuário na realização de suas tarefas diárias de forma eficiente. Para que isto aconteça, sistemas considerados ubíquos devem ser conhecedores do contexto e devem adaptar seu funcionamento em relação aos contextos capturados do ambiente. Informações de contexto podem ser representadas de diversas formas em sistemas computacionais e pesquisas recentes demonstram que a representação destas informações baseada em ontologias apresenta vantagens importantes se comparada à outras soluções, destacando-se principalmente o alto nível de expressividade e a padronização de linguagens para a representação de ontologias. Informações consideradas específicas de domínio são frequentemente representadas em bancos de dados relacionais. Esta diferença em relação a modelos de representação, com o uso de ontologias para representação de contexto e representação relacional para informações de domínio, implica em uma série de problemas no que se refere à adaptação e distribuição de conteúdo em arquiteturas ubíquas. Dentre os principais problemas pode-se destacar a dificuldade de alinhamento entre as informações de domínio e de contexto, a dificuldade na distribuição destas informações entre arquiteturas ubíquas e as diferenças entre modelagens de contexto e de domínio (o conhecimento sobre os objetos do domínio). Este trabalho apresenta um framework de consulta entre informações de contexto e informações de domínio. Com a aplicação deste framework, a recuperação contextualizada de informações se tornou possível, utilizando a expressividade necessária para a modelagem de contexto através de ontologias e utilizando esquemas relacionais previamente definidos e utilizados por sistemas de informação. Para realizar a avaliação do framework, o mesmo foi aplicado em um ambiente baseado no cenário motivador de pesquisa, que descreve possíveis situações de utilização de tecnologias ubíquas. Através da aplicação do framework no cenário motivador, foi possível verificar que a proposta foi capaz de realizar a integração entre contexto e domínio e permitiu estender a filtragem de consultas relacionais. / Ubiquitous computing defines the computer must be present in environments to assist the user to perform their daily tasks efficiently. Thus, ubiquitous systems must be aware of the context and should adapt its operation in relation to the captured environment contexts. Context information can be represented in different ways in computer systems, and recent research shows that the representation of context in ontologies offers important advantages when compared to other solutions, in particular, the high level of expressiveness and the standardization of languages for representation of ontologies. Domain specific information is frequently maintained in relational databases. This difference of representation models, using ontologies for context representation and relational representation to domain information, involves a number of problems as the adjustment and distribution of content in ubiquitous architectures. Related problems include the difficulty of alignment between field and context information, the difficulty in the distribution of information between ubiquitous architectures, and differences between the context and domain modeling (knowledge about the domain objects). This PhD thesis presents a framework of query for context information and domain information. On applying this framework, contextualized information retrieval becomes possible using the expressiveness required for context modeling using ontologies, and using relational schemas previously defined and used by information systems. In order to evaluate the framework, it was applied in an environment based on the motivating scenario. It was possible to verify that the framework was able to accomplish the integration of context and domain, and allowed the extension of the filtering relational queries.

A população idosa mundial está crescendo e, com ela, o número de diagnósticos de doenças relacionadas à velhice como, por exemplo, declínios cognitivos também. Essas doenças costumam afetar a autonomia do idoso no seu lar, especialmente no que se refere à realização de atividades diárias. Com isso em vista, é preciso empregar cuidadores e serviços de saúde que acabam por implicar em altos custos. Nesse sentido, surge a necessidade de conceber sistemas robustos, automatizados, utilizáveis e de baixo custo para a assistência pessoal. A concepção desses sistemas faz menção à área de Ambientes de Vivência Assistida. Portanto, esta dissertação propõe uma abordagem que beneficia os sistemas para Ambientes de Vivência Assistida com a capacidade de prever ações humanas para a facilitação de atividades diárias, particularmente quando declínios cognitivos relacionados à elas ocorrerem. Nesse sentido, foi concebido um meta-modelo semântico para a geração de modelos conceituais de contexto e de comportamento, compostos pelas ações humanas. A partir disso, a previsão de ações (informação de suporte) é realizada por um mecanismo de predição e inferência composto por um modelo semântico probabilístico. A abordagem é demonstrada através de um estudo de caso cujo cenário representa uma situação de declínio cognitivo, enfrentada por um usuário, que impede a condução de uma atividade diária. Então, o mecanismo de predição e inferência, utilizando o modelo semântico probabilístico, prevê qual a ação mais adequada que facilite a conclusão da atividade. Essa previsão é avaliada para aferir o quão bem um usuário seria auxiliado, isto é, se a operação prevista foi por ele realizada. Para isso, foi utilizado um dataset relacionado ao cenário do estudo de caso e medidas de desempenho como a precisão, a revocação e a medida-F. Os resultados dessa avaliação se mostraram promissores sendo, em média, 69,5% para a precisão, 100% para a revocação e 81% para a medida-F. As principais contribuições deste trabalho dizem respeito ao meta-modelo semântico a partir do qual pesquisas na área deste trabalho podem utilizar para gerar modelos de comportamento, e ao modelo semântico probabilístico que realiza predição através de raciocínio incerto sobre os modelos de comportamento, propiciando decisões mais precisas para auxiliar usuários com declínio cognitivo. / The world’s elderly population is growing and, with it, the number of diagnoses of diseases related to old age, such as cognitive declines as well. These diseases usually affect the autonomy of the elderly in their home, especially when it comes to performing daily activities. With this in mind, it is necessary to employ caregivers and health services that end up implying high costs. In this sense, the need arises to design robust, automated, usable and low-cost systems for personal assistance. The design of these systems makes reference to the area of Ambient Assisted Living. Therefore, this dissertation proposes an approach that benefits the Ambient Assisted Living systems with the ability to predict human actions for the facilitation of daily activities, particularly when cognitive declines related to them occur. In this sense, a semantic meta-model was conceived for the generation of conceptual models of context and behavior, composed by human actions. From this, the prediction of actions (information of support) is realized by a mechanism of prediction and inference composed by a probabilistic semantic model. The approach is demonstrated through a case study whose scenario represents a situation of cognitive decline, faced by a user, that prevents the conduct of a daily activity. Then, the prediction and inference mechanism, using the probabilistic semantic model, predicts the most appropriate action that facilitates the conclusion of the activity. This forecast is evaluated to gauge how well a user would be assisted, that is, if the intended operation was performed by him. For this, a dataset related to the case study scenario and performance measures such as precision, recall, and F-measure were used. The results of this evaluation are promising, averaging 69.5% for precision, 100% for recall and 81% for F-measure. The main contributions of this work are related to the semantic meta-model from which research in the area of this work can be used to generate behavioral models, and to the probabilistic semantic model that performs prediction through uncertain reasoning over behavior models, providing better decisions to help users with cognitive decline.

Campus universitários são ambientes compostos de recursos e pessoas que utilizam os tais. Um dos principais recursos utilizados pela comunidade de um campus são os objetos de aprendizagem. Tais objetos existem de maneira abundante, espalhados no ambiente ou concentrados em um único local. Entretanto, a abundancia desses objetos faz com que uma pessoa sinta-se cognitivamente cansada ao ter que analisar vários objetos e selecionar apenas alguns. Esse cansaço cognitivo acaba levando a pessoa a escolher um conjunto de objetos de aprendizagem que não satisfarão suas necessidades e interesses da melhor maneira possível. A computação evoluiu de grandes mainframes a pequenos computadores espalhados em um ambiente. Hoje é possível a existência de ambientes pervasivos, onde os recursos computacionais estão sempre presentes e agindo de forma invisível ao usuário. Tais ambientes tornam possível o acompanhamento das atividades do usuário, provendo informações contextuais que podem ser utilizadas para ajudar a seleção dos melhores recursos (ex. objetos de aprendizagem, restaurantes, salas de aula) à determinada pessoa. A localização é uma informação contextual de grande importância na seleção de tais recursos. Tal informação pode ser facilmente obtida através do sinal de GPS do dispositivo móvel de um usuário e utilizada em conjunto com os interesses do usuário para recomendar os recursos próximos que melhor atenderão ao mesmo. Neste contexto este trabalho descreve uma abordagem para recomendar objetos de aprendizagem físicos ou virtuais que estejam relacionados aos prédios próximos a atual localização do usuário. Para executar tal tarefa é descrito um sistema de recomendação que utiliza a informação de localização, obtida através do dispositivo móvel do usuário, combinada à informações do perfil do usuário, dos objetos de aprendizagem relacionados aos prédios e informações tecnológicas do dispositivo para instanciar um modelo ontológico de contexto. Após instanciado o modelo são utilizadas regras semânticas, escritas em forma de antecedente e consequente, que fazem uma correspondência entre os interesses do usuário e o domínio de conhecimento do objeto de aprendizagem para filtrar os objetos próximos ao usuário. De posse desses objetos recomendados o sistema os apresenta em uma interface adaptativa que mostra a localização tanto dos objetos quanto do usuário. Para validar a abordagem apresentada é desenvolvido um estudo de caso onde as regras semânticas de recomendação são executadas sobre o modelo ontológico desenvolvido. O resultado gerado por tais regras é um conjunto de pares (usuário, objeto de aprendizagem recomendado) e prova a validade da abordagem. / University campus are environments composed of resources and people who use them. One of the main resources used by a campus community are learning objects. Such objects are abundantly even scattered in the environment or concentrated in one location. However the abundance of such objects makes a person feel cognitively tired when having to analyze various objects and select just a few of them. This cognitive fatigue eventually leads the person to choose a set of learning objects that do not meet their needs and interests in the best possible way. Computing has evolved from large mainframe to small computers scattered in an environment. Today it is possible the existence of pervasive environments where computational resources are always present and acting in a manner invisible to the user. Such environments make it possible to monitor user activities, providing contextual information that can be used to help select the best resources (e.g. learning objects, restaurants, classrooms) to a particular person. The location is a contextual information of great importance in the selection of such resources. Such information can be easily obtained through the GPS signal from a mobile device and used with the user’s interests to recommend the nearby resources that best attend his needs and interests. In this context, this work describes an approach to recommend physical or virtual learning objects that are related to buildings near the user’s current location. To accomplish such a task we described a recommender system that uses the location information, obtained through the user's mobile device, combined with information from the user’s profile, learning objects related to buildings and technological information from the device to instantiate an ontological context model. Once the model is instantiated we used semantic rules, written in the form of antecedent and consequent, to make a match between the user’s interests and the knowledge domain of the learning object in order filter the user’s nearby objects. With such recommended objects, the system presents them in an adaptive interface that shows both the object and the user location. To validate the presented approach we developed a case study where the recommendation semantic rules are executed on the developed ontological model. The income generated by such rules is a set of pairs (user, recommended learning object) and proves the validity of the approach.

Embora os sistemas e-learning sejam utilizados por diferentes tipos de usuários, com diferentes perfis e culturas, geralmente ele é criado e mantido sem levar em conta essa diversidade. Em tempos em que os sistemas baseados na web precisam fornecer suporte para uma quantidade cada vez maior de material e torná-lo disponível para as diferentes populações em todo o mundo, a introdução do conceito de cultura nos sistemas baseados na web está se tornando uma necessidade, um desafio, e uma questão relevante e oportuna. De fato, considerar a cultura tanto em informática na educação quanto na interação humano-computador é uma questão importante, pois a cultura tem um forte impacto sobre muitos processos cognitivos e afetivos relacionados com a aprendizagem. Além disso, pessoas com diferentes origens culturais desenvolvem interpretações e estratégias alternativas, que consequentemente, são refletidas em suas interações com as tecnologias de aprendizagem. Esta tese apresenta uma nova abordagem para a modelagem de usuários em sistemas adaptativos educacionais, levando em consideração o contexto cultural complementar a 3 outros tipos de informação contextual: tecnológica (relacionada à plataforma e ao dispositivo), educacional (relacionada aos estilos de aprendizagem e a outros aspectos pedagógicos) e pessoal (relacionada com as preferências e informações pessoais dos alunos). Estas características contextuais visam melhorar as capacidades de personalização, fazendo uso de um conjunto de ontologias para representar as propriedades de contexto do usuário. De fato, o contexto cultural de um usuário molda sua percepção sobre características do sistema: um determinado contexto cultural possivelmente faz com que um usuário se concentre em um conjunto de informações e ignore outros. Assim, as características do sistema apropriadas para uma cultura podem não ser adequadas para outras; e o projeto do sistema precisa ser facilmente adaptado para diferentes culturas. Como um mecanismo de teste desta pesquisa, um sistema elearning open-source chamado AdaptWeb® foi ampliado para incorporar a nossa abordagem de adaptação baseada no contexto cultural. As principais características da nossa abordagem são descritas, representando explicitamente a rica noção de contexto como uma extensão da modelagem tradicional do usuário. Nossa abordagem detalha (i) como a adoção de ontologias é usada para a representação do modelo contextual e (ii) como as questões culturais são introduzidas na interface do usuário (apresentação, componentes de diálogo e conteúdo), melhorando a usabilidade e tornando a personalização mais adequada. Para avaliar nossa proposta, realizamos um experimento com um grupo de 65 estudantes de três países, com foco em alguns aspectos de usabilidade relacionados às extensões do AdaptWeb® e a satisfação do usuário sobre a adaptação cultural fornecida. / Although normally used by different types of users, with different profiles and cultures, an e-learning system (ELS) usually is created and maintained without taking into account a diversity-orientation. In times when web-based system needs to provide support for an ever increasing amount of material and make it available for locallanguage populations across the world, the introduction of the culture concept in webbased systems is becoming a necessity, a challenge, and a timely and relevant issue. In fact, considering culture in technology-enhanced learning and human computerinteraction is an important issue since culture has a strong impact on many cognitive and affective processes related to learning. Also, people with different cultural backgrounds develop alternative interpretations and strategies consequently reflecting in their interactions with learning technologies. This thesis presents a new approach to user modeling in adaptive e-learning, taking into account cultural context complementary to 3 other types of contextual information: technological (related to platform-oriented and device-specific characteristics), educational (related to learning styles and other pedagogical aspects) and personal (related mainly with students´ personal information and preferences). These contextual characteristics aim to improve personalization capabilities, making use of a set of ontologies for representing explicitly user’s context properties. Indeed, an user’s cultural context shapes his/her perception of system features: a given culture context will possibly cause an user to focus on a set of information and ignore others. Thus, system features appropriated for one culture may not be suitable for others; and system design needs to be easily adapted for different cultures as well. As the testbed of this research, an actual open-source e-learning system called AdaptWeb® was extended in order to incorporate our approach of cultural-aware context-based adaptation. The main features of our approach are described, representing explicitly the rich context as an extension of traditional student modeling. Our description also details (i) how the adoption of ontologies is used for context models representation and (ii) how cultural issues are introduced in the user interface (presentation, dialog components and contents), improving usability and making personalization more adequate. In an effort to evaluate our ideas, we conducted an experiment with a group of 65 students of three countries focusing on some usability aspects of AdaptWeb® extensions and the user´s satisfaction about the culture-oriented adaptation provided.