abstract: As people age, the desire to grow old independently and in place becomes larger and takes greater importance in their lives. Successful aging involves the physical, mental and social well-being of an individual. To enable successful aging of older adults, it is necessary for them to perform both activities of daily living (ADL) and instrumental activities of daily living (IADL). Embedded assessment has made it possible to assess an individual's functional ability in-place, however the success of any technology depends largely on the user than the technology itself. Previous researches in in-situ functional assessment systems have heavily focused on the technology rather than on the user. This dissertation takes a user-centric approach to this problem by trying to identify the design and technical challenges of deploying and using a functional assessment system in the real world. To investigate this line of research, a case study was conducted with 4 older adults in their homes, interviews were conducted with 8 caregivers and a controlled lab experiment was conducted with 8 young healthy adults at ASU, to test the sensors. This methodology provides a significant opportunity to advance the scientific field by expanding the present focus on IADL task performance to an integrated assessment of ADL and IADL task performance. Doing so would not only be more effective in identifying functional decline but could also provide a more comprehensive assessment of individuals' functional abilities with independence and also providing the caregivers with much needed respite. The controlled lab study tested the sensors embedded into daily objects and found them to be reliable, and efficient. Short term exploratory case studies with healthy older adults revealed the challenges associated with design and technical aspects of the current system, while inductive analysis performed on interviews with caregivers helped to generate central themes on which future functional assessment systems need to be designed and built. The key central themes were a) focus on design / user experience, b) consider user's characteristics, personality, behavior and functional ability, c) provide support for independence, and d) adapt to individual user's needs. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Computer Science 2015

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Many alternatives have been employed in order to process all the data generated by current applications in a timely manner. One of these alternatives, the Apache Hadoop, combines parallel and distributed processing with the MapReduce paradigm in order to provide an environment that is able to process a huge data volume using a simple programming model. However, Apache Hadoop has been designed for dedicated and homogeneous clusters, a limitation that creates challenges for those who wish to use the framework in other circumstances. Often, acquiring a dedicated cluster can be impracticable due to the cost, and the acquisition of reposition parts can be a threat to the homogeneity of a cluster. In these cases, an option commonly used by the companies is the usage of idle computing resources in their network, however the original distribution of Hadoop would show serious performance issues in these conditions. Thus, this study was aimed to improve Hadoop’s capacity of adapting to pervasive and shared environments, where the availability of resources will undergo variations during the execution. Therefore, context-awareness techniques were used in order to collect information about the available capacity in each worker node and distributed communication techniques were used to update this information on scheduler. The joint usage of both techniques aimed at minimizing and/or eliminating the overload that would happen on shared nodes, resulting in an improvement of up to 50% on performance in a shared cluster, when compared to the original distribution, and indicated that a simple solution can positively impact the scheduling, increasing the variety of environments where the use of Hadoop is possible. / Diversas alternativas têm sido empregadas para o processamento, em tempo hábil, da grande quantidade de dados que é gerada pelas aplicações atuais. Uma destas alternativas, o Apache Hadoop, combina processamento paralelo e distribuído com o paradigma MapReduce para fornecer um ambiente capaz de processar um grande volume de informações através de um modelo de programação simplificada. No entanto, o Apache Hadoop foi projetado para utilização em clusters dedicados e homogêneos, uma limitação que gera desafios para aqueles que desejam utilizá-lo sob outras circunstâncias. Muitas vezes um cluster dedicado pode ser inviável pelo custo de aquisição e a homogeneidade pode ser ameaçada devido à dificuldade de adquirir peças de reposição. Em muitos desses casos, uma opção encontrada pelas empresas é a utilização dos recursos computacionais ociosos em sua rede, porém a distribuição original do Hadoop apresentaria sérios problemas de desempenho nestas condições. Sendo assim, este estudo propôs melhorar a capacidade do Hadoop em adaptar-se a ambientes, pervasivos e compartilhados, onde a disponibilidade de recursos sofrerá variações no decorrer da execução. Para tanto, utilizaram-se técnicas de sensibilidade ao contexto para coletar informações sobre a capacidade disponível nos nós trabalhadores e técnicas de comunicação distribuída para atualizar estas informações no escalonador. A utilização conjunta dessas técnicas teve como objetivo a minimização e/ou eliminação da sobrecarga que seria causada em nós com compartilhamento, resultando em uma melhora de até 50% no desempenho em um cluster compartilhado, quando comparado com a distribuição original, e indicou que uma solução simples pode impactar positivamente o escalonamento, aumentando a variedade de ambientes onde a utilização do Hadoop é possível.

Um dos principais desafios de pesquisa na UbiComp consiste em fornecer mecanismos para a ciência de contexto que promovam o desenvolvimento de aplicações que reajam de acordo com a dinâmica do ambiente de interesse do usuário. Para manter o conhecimento a respeito desse ambiente, a área da UbiComp pressupõe a utilização de informações produzidas e disponibilizadas em diferentes localizações, o tempo todo. Nesse sentido, os recentes avanços na área da Internet das Coisas (IoT) têm proporcionado uma crescente disponibilidade de sensores conectados em rede, os quais são potenciais produtores de informações contextuais do ambiente para aplicações ubíquas. Com essa motivação, nessa tese é apresentado o COIOT, um middleware para Internet das Coisas concebido com o objetivo de gerenciar a coleta e o processamento das informações contextuais do ambiente físico, bem como a atuação remota sobre o mesmo. O COIOT foi idealizado considerando os trabalhos previamente desenvolvidos pelo grupo de pesquisa GPPD (Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído) da UFRGS, particularmente o middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). Na concepção do COIOT foi adotada uma abordagem distribuída de processamento de contexto que contempla tanto as premissas da IoT quanto as demandas das aplicações da UbiComp. A arquitetura proposta também contempla o gerenciamento de eventos distribuídos através de regras e triggers para tratar as mudanças de estados dos contextos de interesse. Além disso, a arquitetura proposta gerencia outros aspectos importantes nos cenários da IoT, como o tratamento da interoperabilidade, da heterogeneidade, apoio ao controle da escalabilidade e descoberta de recursos. As principais contribuições desta tese são: (i) a concepção de uma arquitetura para IoT capaz de realizar de forma distribuída tanto a coleta e processamento das informações contextuais, como a atuação remota no meio a fim de atender as aplicações da UbiComp e, (ii) a proposição de um modelo de processamento de eventos distribuídos adequado aos cenários da IoT. Para avaliar a arquitetura do COIOT foram realizados dois estudos de caso na área da agricultura. O primeiro estudo de caso foi desenvolvido em ambiente de produção a partir de demandas de pesquisadores da área da agricultura, particularmente da análise de sementes. Já o segundo estudo de caso teve como cenário de testes ambientes da viticultura de precisão. / One of the main research challenges in UbiComp is to provide mechanisms for context-aware to promote the development of applications that react according to the dynamics of user interest environment. To keep the knowledge of this environment, the area of UbiComp presupposes the use of information produced and made available in different locations, all the time. In this sense, the recent advances in the field of Internet of Things (IoT) have provided an increasing availability of sensors and actuators networked. These sensors are potential producers of contextual information. With this motivation, this thesis is presented the CoIoT, a middleware for Internet of Things (IoT) designed in order to manage the collect and processing of contextual information of the physical environment as well as remote actuation on it. The CoIoT was designed considering the work previously developed by the research group GPPD (Parallel Processing Group and distributed) of UFRGS, particularly middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). In designing the CoIoT it was adopted a distributed approach of context processing that includes both the principles of IoT as the demands of the applications of UbiComp. The proposed architecture also includes rules based and triggers mechanisms to deal with events that characterize the changes of states of the contexts of interest. In addition, the proposed architecture manages other important aspects of IoT scenarios such as the treatment of interoperability, heterogeneity, support the control of scalability and resource discovery. Until now, the central contributions of this thesis include: (i) the design of an architecture for IoT able to perform distributed way both the collect and processing of contextual information, such as remote actuation in the environment in order to meet UbiComp applications and, (ii) the proposition of a distributed event processing model appropriate to the IoT scenarios. In order to evaluate the CoIoT architecture, two case studies were carried out in the area of agriculture. The first case study was developed in a production environment based on the demands of agricultural researchers, particularly seed analysis. On the other hand, the second case study was based on precision testing of viticulture environments.

A Educação Ubíqua, tema de pesquisa desta tese, tem como objetivo relacionar os aprendizes com o ambiente em seu entorno, formando uma rede virtual e real de pessoas, objetos e situações, auxiliando para uma aprendizagem contínua, contextualizada e significativa. A consciência do contexto do aprendiz constitui-se do elemento fundamental neste tipo de educação. A partir das pesquisas realizadas, concluiu-se que, atualmente, os ambientes virtuais de suporte à Educação Ubíqua possuem um contexto de atuação específico ou localizado, além de um ambiente computacional próprio. Desta forma, o problema de pesquisa desta tese consiste em identificar os elementos básicos necessários para auxiliar uma aprendizagem independente de lugar, de tempo, do contexto em que ela ocorre e do ambiente computacional de suporte. A partir desses aspectos, esta tese aborda a hipótese de que o desenvolvimento de um ambiente educacional ubíquo deve ser apoiado por mecanismos computacionais pró-ativos, providos por um ambiente de suporte à ubiqüidade, que possibilite perceber o contexto do aprendiz e o uso de diversas tecnologias de acesso. Cabe ao ambiente educacional adaptar os recursos disponíveis, levando em consideração a dinamicidade com que eles se alteram, de forma contínua e transparente, criando um ambiente propício para a aprendizagem. Desta forma, este trabalho propõe um modelo de Educação Ubíqua orientado à consciência do contexto do aprendiz denominado GlobalEdu. Neste, o aprendiz tem a possibilidade de aprender de forma contínua e integrada com o seu contexto. O GlobalEdu provê uma organização em camadas. A camada de Aplicação é representada por um Agente Pedagógico, cujo objetivo é auxiliar a interação do aprendiz no ambiente. A camada de Sistema consitui-se de um conjunto de módulos Educacionais e de Suporte, necessários para auxiliar no processo educacional do aprendiz no ambiente, manipulando o contexto do aprendiz, seu perfil e seus conteúdos, além de elementos que auxiliem a execução do agente e dos recursos que ele manipula. As principais contribuições dessa tese consistem em aprofundar os aspectos referentes à consciência do contexto do aprendiz, bem como a proposta e desenvolvimento do modelo e sua integração com ambientes de suporte à Computação Ubíqua. Além disso, a partir de uma ontologia para representação de contexto, o modelo permite o mapeamento de contextos diversos. A partir da avaliação do sistema, identificou-se a importância do ambiente educacional preocupar-se com os processos educacionais, enquanto o ambiente computacional suporta os elementos necessários para prover à consciência do contexto e os demais aspectos relacionados à ubiqüidade. / This research is about Ubiquitous Learning. The idea of ubiquitous learning is to create a network of devices, people and situation that allows learning experiences to play out. The learner’s context-aware is a fundamental element of this type of education. Thus, the ubiquitous learning environment supports omnipresense processes, learner autonomy and integration with learner’s surrounding environment. The current related works are oriented for specific contexts. We are investigating what subset of functionality is required for to provide learning can occur anywhere, anytime, with continued computing support and no-specific computational environment. Our hypothesis is that it is possible to develop ubiquitous learning environment using ubiquitous computing support, because this type of computing can provide the context aware characteristics and support several access technologies. With this, the learning environment provides continuous learning resources, creating a propitious environment for the learning. This work proposes a ubiquitous learning model addressed to learner’s context-aware called GlobalEdu. This model supports learning on ubiquitous computing environments. It is composed by Pedagogical Agent, Educational Services and Support Services. The Pedagogical Agent is an agent that runs in the device that the learner is using, assisting the educational process in the ubiquitous environment. It contains an interface to the Educational Services and provides a ubiquitous vision through ubiquitous environment. The Educational Services and Support Services provide the support to agent execution in the ubiquitous environment, through identification and adaptation of resources in agreement with the learner’s profile and learner’s context. The main contributions of this work are concentrated in the surrounding context of the learner. An ontology for context representation was proposed. Moreover, it was proposed a ubiquitous learning model and its integration with a ubiquitous environment. We concluded that the integration of learning environment and ubiquitous environment is important. The ubiquitous environment supports context information and others ubiquitous aspects while the learning environment is dedicated to the educational process.

A Computação Pervasiva tem sido tema de diversos trabalhos nos últimos anos. Essa emergente área de pesquisa propõe uma visão de futuro onde serviços computacionais são oferecidos para os usuários através de inúmeros dispositivos espalhados pelo ambiente. Os serviços são disponibilizados, tanto através da infraestrutura existente dos computadores ligados fisicamente à rede quanto através de dispositivos móveis. Esse espalhamento da computação deve acontecer de maneira natural e imperceptível ao usuário. Dados pessoais, programas e arquivos de dados poderão ser acessados de qualquer lugar em qualquer momento. O poder de processamento será um recurso do ambiente, acessado quando necessário, da mesma forma que é hoje a eletricidade. O usuário não precisará ter ciência de qual máquina realiza o processamento necessário às suas aplicações, contanto que o resultado esperado seja obtido. Acredita-se que essa realidade será atingida através da aliança entre áreas de pesquisa como a Computação em Grade, Computação Móvel e a Computação Consciente do Contexto. A Computação Consciente do Contexto busca enriquecer a comunicação entre os seres humanos e os dispositivos computacionais, tornando sua atuação mais eficaz. As aplicações conscientes do contexto conseguem perceber as modificações que ocorrem no ambiente e adaptar seu comportamento ao novo estado. Esse processo pode ser dividido em três etapas: monitoramento, reconhecimento de contexto e adaptação. Na etapa de monitoramento são coletadas, através de sensores, informações sobre o ambiente. Essas informações, entretanto, são geralmente, de baixo nível de abstração e, portanto, dificilmente usadas diretamente por aplicações. A etapa de reconhecimento de contexto relaciona os dados obtidos do ambiente e transforma-os para que possam ser úteis às aplicações no processo de escolha do comportamento mais adequado à cada circunstância, habilitando a etapa de adaptação a efetivar a transformação do comportamento da aplicação de acordo com a nova situação do ambiente. Este trabalho propõe um servidor de contexto chamado MultiS que tem como objetivo a resolução dos problemas relativos à etapa de reconhecimento de contexto: a produção de dado de contexto baseado em informações de diversos sensores e a capacidade de reagir a modificações no ambiente. Também é proposta uma linguagem para composição de dados do contexto chamada CD-XML utilizada pelas aplicações para descrever ao servidor de contexto os dados aos quais elas são sensíveis. / The Pervasive Computing has been studied on several papers in the last years. This emergent research area presents a vision of future where computational services will be available through uncountable devices scattered across the environment. This service network will be exposed to the users by both traditional wired computers and mobile devices. This distribution of the computing is going to happen smoothly and transparently to the users. Personal data, computer programs, and data files will be available anywhere, anytime. The processing power will be an environment resource and will be accessed whenever needed, in the same way which is the electricity nowadays. The users will no longer need to worry about where their program is being executed, as long as he gets the needed result. The ISAM group believes that this new reality will be achieved through the alliance of research areas such as Grid Computing, Mobile Computing and Context-Aware Computing. The Context-Aware Computing aims to enrich the communication between human being and computer devices. Context-aware applications are capable of recognize the changes on the environment and adapt its own behavior to the new context state. This process can be divided in tree steps: monitoring, context recognition and adaptation. On the monitoring layer, environment information is collected from sensors. Those sensors, however, usually return only low level information, which is hardly used by the applications on its original form. The context recognition layer processes the data acquired from the context and transforms into information aimed to be useful to the adaptation process. With that information the adaptation system can identify the correct behavior for the application on each different context situation. This dissertation propose a context server named MultiS, which target is to solve the problems related to context recognition layer: the production of new context data based on the information of several sensors and the capability of react to changes on the environment. It also presents a new programming language for composition of contextual information, named CD-XML. This language is used by the context-aware applications to communicate to the context server describing which information the application is sensible to.

abstract: Recommender systems are a type of information filtering system that suggests items that may be of interest to a user. Most information retrieval systems have an overwhelmingly large number of entries. Most users would experience information overload if they were forced to explore the full set of results. The goal of recommender systems is to overcome this limitation by predicting how users will value certain items and returning the items that should be of the highest interest to the user. Most recommender systems collect explicit user feedback, such as a rating, and attempt to optimize their model to this rating value. However, there is potential for a system to collect implicit user feedback, such as user purchases and clicks, to learn user preferences. Additionally with implicit user feedback, it is possible for the system to remember the context of user feedback in terms of which other items a user was considering when making their decisions. When considering implicit user feedback, only a subset of all evaluation techniques can be used. Currently, sufficient evaluation techniques for evaluating implicit user feedback do not exist. In this thesis, I introduce a new model for recommendation that borrows the idea of opportunity cost from economics. There are two variations of the model, one considering context and one that does not. Additionally, I propose a new evaluation measure that works specifically for the case of implicit user feedback. / Dissertation/Thesis / M.S. Computer Science 2012

The cellular phone network has been increasing rapidly during the last years. For many people the mobile phone has become an every day gadget with a wide performance and functional range. The usage of technologies like GPRS, HSCSD, EDGE and UMTS as well as the bandwidth of networks and consequently the connectivity of the phones has also increased persistently. Coming along with that, three technologies, which are ubiquitous or pervasive computing, mobile and wireless networks and location-based technologies, are making rapid progress. The aim of this thesis is to offer an architecture for a location-based user interface in the intersection of the three technologies mentioned above. The system should work with a minimum of special hardware requirement. Not to overload the user with information, the user interface should be adaptable, context-aware and location-based. The context-data should remain extendible and adaptable.

A Educação Ubíqua, tema de pesquisa desta tese, tem como objetivo relacionar os aprendizes com o ambiente em seu entorno, formando uma rede virtual e real de pessoas, objetos e situações, auxiliando para uma aprendizagem contínua, contextualizada e significativa. A consciência do contexto do aprendiz constitui-se do elemento fundamental neste tipo de educação. A partir das pesquisas realizadas, concluiu-se que, atualmente, os ambientes virtuais de suporte à Educação Ubíqua possuem um contexto de atuação específico ou localizado, além de um ambiente computacional próprio. Desta forma, o problema de pesquisa desta tese consiste em identificar os elementos básicos necessários para auxiliar uma aprendizagem independente de lugar, de tempo, do contexto em que ela ocorre e do ambiente computacional de suporte. A partir desses aspectos, esta tese aborda a hipótese de que o desenvolvimento de um ambiente educacional ubíquo deve ser apoiado por mecanismos computacionais pró-ativos, providos por um ambiente de suporte à ubiqüidade, que possibilite perceber o contexto do aprendiz e o uso de diversas tecnologias de acesso. Cabe ao ambiente educacional adaptar os recursos disponíveis, levando em consideração a dinamicidade com que eles se alteram, de forma contínua e transparente, criando um ambiente propício para a aprendizagem. Desta forma, este trabalho propõe um modelo de Educação Ubíqua orientado à consciência do contexto do aprendiz denominado GlobalEdu. Neste, o aprendiz tem a possibilidade de aprender de forma contínua e integrada com o seu contexto. O GlobalEdu provê uma organização em camadas. A camada de Aplicação é representada por um Agente Pedagógico, cujo objetivo é auxiliar a interação do aprendiz no ambiente. A camada de Sistema consitui-se de um conjunto de módulos Educacionais e de Suporte, necessários para auxiliar no processo educacional do aprendiz no ambiente, manipulando o contexto do aprendiz, seu perfil e seus conteúdos, além de elementos que auxiliem a execução do agente e dos recursos que ele manipula. As principais contribuições dessa tese consistem em aprofundar os aspectos referentes à consciência do contexto do aprendiz, bem como a proposta e desenvolvimento do modelo e sua integração com ambientes de suporte à Computação Ubíqua. Além disso, a partir de uma ontologia para representação de contexto, o modelo permite o mapeamento de contextos diversos. A partir da avaliação do sistema, identificou-se a importância do ambiente educacional preocupar-se com os processos educacionais, enquanto o ambiente computacional suporta os elementos necessários para prover à consciência do contexto e os demais aspectos relacionados à ubiqüidade. / This research is about Ubiquitous Learning. The idea of ubiquitous learning is to create a network of devices, people and situation that allows learning experiences to play out. The learner’s context-aware is a fundamental element of this type of education. Thus, the ubiquitous learning environment supports omnipresense processes, learner autonomy and integration with learner’s surrounding environment. The current related works are oriented for specific contexts. We are investigating what subset of functionality is required for to provide learning can occur anywhere, anytime, with continued computing support and no-specific computational environment. Our hypothesis is that it is possible to develop ubiquitous learning environment using ubiquitous computing support, because this type of computing can provide the context aware characteristics and support several access technologies. With this, the learning environment provides continuous learning resources, creating a propitious environment for the learning. This work proposes a ubiquitous learning model addressed to learner’s context-aware called GlobalEdu. This model supports learning on ubiquitous computing environments. It is composed by Pedagogical Agent, Educational Services and Support Services. The Pedagogical Agent is an agent that runs in the device that the learner is using, assisting the educational process in the ubiquitous environment. It contains an interface to the Educational Services and provides a ubiquitous vision through ubiquitous environment. The Educational Services and Support Services provide the support to agent execution in the ubiquitous environment, through identification and adaptation of resources in agreement with the learner’s profile and learner’s context. The main contributions of this work are concentrated in the surrounding context of the learner. An ontology for context representation was proposed. Moreover, it was proposed a ubiquitous learning model and its integration with a ubiquitous environment. We concluded that the integration of learning environment and ubiquitous environment is important. The ubiquitous environment supports context information and others ubiquitous aspects while the learning environment is dedicated to the educational process.

A Computação Pervasiva tem sido tema de diversos trabalhos nos últimos anos. Essa emergente área de pesquisa propõe uma visão de futuro onde serviços computacionais são oferecidos para os usuários através de inúmeros dispositivos espalhados pelo ambiente. Os serviços são disponibilizados, tanto através da infraestrutura existente dos computadores ligados fisicamente à rede quanto através de dispositivos móveis. Esse espalhamento da computação deve acontecer de maneira natural e imperceptível ao usuário. Dados pessoais, programas e arquivos de dados poderão ser acessados de qualquer lugar em qualquer momento. O poder de processamento será um recurso do ambiente, acessado quando necessário, da mesma forma que é hoje a eletricidade. O usuário não precisará ter ciência de qual máquina realiza o processamento necessário às suas aplicações, contanto que o resultado esperado seja obtido. Acredita-se que essa realidade será atingida através da aliança entre áreas de pesquisa como a Computação em Grade, Computação Móvel e a Computação Consciente do Contexto. A Computação Consciente do Contexto busca enriquecer a comunicação entre os seres humanos e os dispositivos computacionais, tornando sua atuação mais eficaz. As aplicações conscientes do contexto conseguem perceber as modificações que ocorrem no ambiente e adaptar seu comportamento ao novo estado. Esse processo pode ser dividido em três etapas: monitoramento, reconhecimento de contexto e adaptação. Na etapa de monitoramento são coletadas, através de sensores, informações sobre o ambiente. Essas informações, entretanto, são geralmente, de baixo nível de abstração e, portanto, dificilmente usadas diretamente por aplicações. A etapa de reconhecimento de contexto relaciona os dados obtidos do ambiente e transforma-os para que possam ser úteis às aplicações no processo de escolha do comportamento mais adequado à cada circunstância, habilitando a etapa de adaptação a efetivar a transformação do comportamento da aplicação de acordo com a nova situação do ambiente. Este trabalho propõe um servidor de contexto chamado MultiS que tem como objetivo a resolução dos problemas relativos à etapa de reconhecimento de contexto: a produção de dado de contexto baseado em informações de diversos sensores e a capacidade de reagir a modificações no ambiente. Também é proposta uma linguagem para composição de dados do contexto chamada CD-XML utilizada pelas aplicações para descrever ao servidor de contexto os dados aos quais elas são sensíveis. / The Pervasive Computing has been studied on several papers in the last years. This emergent research area presents a vision of future where computational services will be available through uncountable devices scattered across the environment. This service network will be exposed to the users by both traditional wired computers and mobile devices. This distribution of the computing is going to happen smoothly and transparently to the users. Personal data, computer programs, and data files will be available anywhere, anytime. The processing power will be an environment resource and will be accessed whenever needed, in the same way which is the electricity nowadays. The users will no longer need to worry about where their program is being executed, as long as he gets the needed result. The ISAM group believes that this new reality will be achieved through the alliance of research areas such as Grid Computing, Mobile Computing and Context-Aware Computing. The Context-Aware Computing aims to enrich the communication between human being and computer devices. Context-aware applications are capable of recognize the changes on the environment and adapt its own behavior to the new context state. This process can be divided in tree steps: monitoring, context recognition and adaptation. On the monitoring layer, environment information is collected from sensors. Those sensors, however, usually return only low level information, which is hardly used by the applications on its original form. The context recognition layer processes the data acquired from the context and transforms into information aimed to be useful to the adaptation process. With that information the adaptation system can identify the correct behavior for the application on each different context situation. This dissertation propose a context server named MultiS, which target is to solve the problems related to context recognition layer: the production of new context data based on the information of several sensors and the capability of react to changes on the environment. It also presents a new programming language for composition of contextual information, named CD-XML. This language is used by the context-aware applications to communicate to the context server describing which information the application is sensible to.

Context-aware computing envisions a new generation of smart applications that have the ability to perpetually sense the user’s context and use these data to make adaptation decision in response to changes in the user’s context so as to provide timely and personalized services anytime and anywhere. Unlike the traditional distribution systems where the network topology is fixed and wired, context-aware computing systems are mostly based on wireless communication due to the mobility of the network nodes; hence the network topology is not fixed but changes dynamically in an unpredictable manner as nodes join and the leave network, in addition to the fact that wireless communication is unstable. These factors make the design and development of context-aware computing systems much more challenging, as the system requirements change depending on the context of use. The Unified Modelling Language (UML) is a graphical language commonly used to specify, visualize, construct, and document the artefacts of software-intensive systems. However, UML is an all-purpose modelling language and does not have notations to distinguish context-awareness requirements from other system requirements. This is critical for the specification, visualization, construction and documentation of context-aware computing systems because context-awareness requirements are highly important in these systems. This thesis proposes an extension of UML diagrams to cater for the specification, visualization, construction and documentation of context-aware computing systems where new notations are introduced to model context-awareness requirements distinctively from other system requirements. The contributions of this work can be summarized as follows: (i) A context-aware use case diagram is a new notion which merges into a single diagram the traditional use case diagram (that describes the functions of an application) and the use context diagram, which specifies the context information upon which the behaviours of these functions depend. (ii) A Novel notion known as a context-aware activity diagram is presented, which extends the traditional UML activity diagrams to enable the representation of context objects, context constraints and adaptation activities. Context constraints express conditions upon context object attributes that trigger adaptation activities; adaptation activities are activities that must be performed in response to specific changes in the system’s context. (iii) A novel notion known as the context-aware class diagram is presented, which extends the traditional UML class diagrams to enable the representation of context information that affect the behaviours of a class. A new relationship, called utilisation, between a UML class and a context class is used to model context objects; meaning that the behaviours of the UML class depend upon the context information represented by the context class. Hence a context-aware class diagram is a rich and expressive language that distinctively depicts both the structure of classes and that of the contexts upon which they depend. The pragmatics of the proposed approach are demonstrated using two real-world case studies.