App’s para Covidus-19 que usam só Bluetooth são, realmente, confiáveis?

App’s para Covidus-19 que usam só Bluetooth são, realmente, confiáveis?

João Orvalho, professor do Politécnico de Coimbra, Investigador do CISUC da Universidade de Coimbra

joaorvalho@gmail.com, http://www.joao-orvalho.pt/, 936969156

Há vários anos que atuamos em situações relacionadas com a localização e rastreamento, em projetos com tecnologias Bluetooth e outras (GPS, LoRa, etc) em espaços abertos, urbanos e interiores (edifícios amplos, reduzidos, autocarros, Metro, centros comerciais, etc), que mantém a operacionalidade, materializada em diversos e produtos e serviços. Esta reflexão foi elaborada com base em trabalhos efetuados no contexto do projeto BlueEyes [1], Politécnico de Coimbra, e do relacionamento com parceiros empresariais com é caso da empresa Italiana GiPStech [2], de cujo blog saiu parte deste conteúdo, com quem tenho trabalhado num projeto piloto numa estação de Metro em Portugal, e da empresa Streamline [3], de Coimbra.

Ora, as múltiplas opções (App’s) a ser lançadas e patrocinadas por governos e outros, estão focados na tecnologia Bluetooth, o que me deixa um pouco perplexo. Será um erro de perceção minha ou faltam esclarecimentos?

Salvo melhores opiniões, a opção apenas por sinais Bluetooth, não considerando outras opções técnicas (algoritmos), como é o caso da fusão de multisensores, é um risco que afetará a confiabilidade de uma App para detetar (ou não) os contatos de grande proximidade entre pessoas diferentes. Consequentemente, os dados registados podem ser afetados por um grande número de falsos positivos ou falsos negativos, com repercussões na validade dos avisos-alarmes gerados após a deteção, subsequente, de um contágio: pode-se estar a enviar avisos aos utilizadores sem risco (detetados incorretamente) e, por outro lado, não serem enviados aos utilizadores de risco, pois, o último, pode não ter sido totalmente detetado pelo aplicativo.

Sem dúvida, que o meio mais amplamente disponível para ajudar nesta emergência pandémica passa pelo smartphone que cada um de nós “veste” todos os dias. Na China, por exemplo, o uso de smartphones na população entre 15 e os 65 anos de idade é quase 100% [4],. No entanto, se uma App é uma forma barata e rápida de fazê-lo, provavelmente não se pode dizer o mesmo sobre a eficácia obtida pelo uso de tecnologias, normalmente disponíveis num smartphone comercial, que, entre outras coisas, foram reduzidas, por várias razões, à possibilidade de usar apenas o sinal Bluetooth.

Se o foco das discussões está colocado na privacidade dos dados, aqui, neste texto, o eixo é colocado nas vertentes técnicas, relacionados com:

i - a possibilidade de estimar uma distância a partir das medições da potência do sinal Bluetooth, emitido por dois ou mais smartphones;

ii - a possibilidade de manter a App ativa em segundo plano, tornando-a disponível (funcional) em todos os tipos e modelos de equipamentos, a fim de garantir direitos de acesso "iguais" a qualquer pessoa com um smartphone.

Analisemos pontos A e B.

A - Estimativa da distância a partir da mera medição da potência de um sinal de radiofrequência

Todos os smartphones estão equipados com um rádio Bluetooth, mais tradicionalmente usado para propósitos muito diferentes daqueles para os quais está agora a ser usado: o Bluetooth foi usado para conectar os headphones, transferir alguns arquivos (pequenos) e conectar mãos-livres do carro, etc. Contudo, hoje, usamos o sinal Bluetooth, ou melhor, a medida de sua intensidade, para calcular a distância entre dispositivos (smartphones, Beacons, etc) em imensos sistemas de navegação (ex: cidadãos cegos), localização, posicionamento, rastreamento, etc.

No caso de medição da potencia do seu sinal, entre smartphones, o princípio é muito simples: cada smartphone pode emitir um sinal e receber os sinais emitidos pelos outros smartphones que estão nas imediações, se um sinal é recebido com intensidade "alta", o smartphone emissor é está "Próximo" (ou melhor: provavelmente está próximo) do outro, o recetor e vice-versa.

Segundo as leis que regulam o eletromagnetismo, existe um relacionamento que permite converter a medição da intensidade de um sinal de rádio à distância, segundo uma formula simples e muito “popular” [5]:

Distancia = 10 ^ ((Ro – RSSI)/(10 * N))

Onde Ro é o valor da intensidade do sinal medido quando exatamente a 1 metro de distância (parâmetro constante geralmente conhecido ou medido a priori), o RSSI (Received Signal Strength Indicator) é a medição do sinal recebido e N é um coeficiente em relação ao ambiente normalmente variável entre 2 e 4.

Ou seja, parece simples o calculo, mesmo com alta precisão, da distância entre dois smartphones a partir da simples medição do RSSI, ie do sinal que um smartphone recebe do outro. Infelizmente, não é bem assim. O consórcio que estandardização do Bluetooth – Bluetooth SIG [6], reporta vários fatores que impedem a estimativa precisa da distância em tempo real usando, apenas, o sinal RSSI, como o único valor mensurável em smartphones Android e iOS.

De forma resumida, isso significa que pelo menos dois smartphones, especialmente de marca e modelo diferentes, posicionados a uma distância predefinida que permanece constante durante a medição, por exemplo, 2 metros, NÃO recebem um sinal, um do outro, com o mesmo valor RSSI. Ou seja, o RSSI medido pelos dois smartphones será diferente e, consequentemente, cada smartphone poderá estimar uma distância que será diferente entre si, mesmo que os smartphones permaneçam estacionários.

Mais, considerando esse tipo particular de ligação que liga o RSSI e a distância, as pequenas variações na medição do RSSI podem causar erros significativos na estimativa da distância.

Atende-se à seguinte situação real:

- Se colocarmos dois smartphones, A e B, a uma distância de 2 metros. A essa distância, de acordo com a fórmula referida e usando coeficientes típicos, como R0 = -65dBm e N = 2, teoricamente o sinal que cada smartphone deve receber para um enquadramento de 2 metros de distância, deverá ser igual a -71,05 dBm ;

- Se usarmos a App BleTestContact da GIPStech [7], desenvolvida para testar esta situação, verificamos que as medições do smartphone A e/ou smartphone B diferirem, sem querer exagerar, mesmo em 6dBm, que a uma distância de 2 metros significa quase 1 metro de erro (se medirmos 6dBm menos) e 2 metros de erro (se medirmos mais de 6dBm).

Consequentemente, a distância real de 2 metros pode ser erroneamente estimada em 1 metro ou, pior ainda, em 4 metros: o dobro da distância real. Acrescente-se, a isso, que, se os modelos de smartphone forem diferentes, a estimativa, também, será diferente para o smartphone A e para o smartphone B. Não se considerou, no exemplo descrito, que em cenários reais os smarthhones encontrar-se-ão em condições muito diferentes, nem sempre colocados em cima de uma mesa a uma distância fixa e sem objetos no meio que dificultem a propagação do sinal de rádio.

De fato, se "complicarmos” um pouco o cenário, trazendo a simulação de volta a um caso real, basicamente, os dois smartphones quase nunca ficarão parados. E, pior ainda, eles quase nunca estarão "visíveis" ou, naturalmente, estarão colocados num bolso, numa carteira, etc.

Como a o sinal RF do Bluetooth - radiação eletromagnética - é substancialmente, quase totalmente, absorvida por muitos tipos de obstáculos, principalmente pelo corpo humano, sendo este último muito denso com a água, a “coisa” complica-se.

A App BleTestContact da GiPStech, para Android, permite medir da distancia, segundo a formula anteriormente descrita. O código fonte está disponível, para não haver dúvidas (algoritmo) e deixar transparente que a App não guarda, nem envia dados pela Internet, mas apenas se limita a emitir e receber sinais Bluetooth.

Instale-se a App em dois ou mais smartphones e execute-se alguns testes, tipo DIY (faça você mesmo, em português).

B- Mantenha a App sempre ativa no smartphone

Outro problema, que, embora ainda não esteja adequadamente destacado, é, típico destes situações, crítico, pois, é conhecida a "não adesão" dos vários fabricantes de smartphones às especificações originais impostas, por exemplo, pela Google ao Android.

De fato, para que ocorra a troca de sinais Bluetooth descritos na seção anterior, tem uma App de estar sempre em execução, no smartphone responsável por executar a tarefa de detetar o "contato" com outra pessoa que, por definição, tal pode acontecer a qualquer momento.

Tal situação é, substancialmente, critica, principalmente, pelo elevado consumo de energia da bateria. Os sistemas operativos “desligam” este tipo de App, não sendo, então, possível garantir que o aplicativo permaneça ativo para executar a tarefa para a qual o próprio projetado: detetar contato entre pessoas diferentes. Se não for o sistema operativo, será o utilizador a desligar a App quando verificar o nível de energia na bateria a decrescer acentuadamente.

Remeto para o site Don't kill my app! [8], para melhor se analisar este problema. Este interessantíssimo projeto, de código aberto, sobre este assunto, tem um nome é autoexplicativo e sugestivo: "Não mate a minha App!".

Assim, resumindo, perante este angulo, como será possível garantir a confiabilidade de um sistema medidor de proximidades comprometedoras ?

Haja esclarecimentos técnicos.

Referencias:

[1] Projecto BlueEyes - https://www.esec.pt/investigar-transferir/investigacao/projeto-blueeyes ;

[2] GIPStech - http://www.gipstech.com/2020/04/21/bluetooth_only_app_can_help_for_containing_codiv19_spread/ ;

[3] Streamline – https://www.streamline.pt ;

[4] “Population Outflow from Wuhan Determines the Spread and Distribution of the COVID-19 Epidemic in China”, preprint, under review, Jayson S. Jia Faculty of Business and Economics, The University of Hong Kong; Xin Lu, College of Systems Engineering, National University of Defense Technology; Yun Yuan, School of Economics and Management, Southwest Jiaotong University; Ge Xu, School of Management, Hunan University of Technology and Business; Jianmin Jia, Shenzhen Finance Institute, School of Management and Economics, The Chinese University of Hong Kong; Shenzhen Institute of Artificial Intelligence and Robotics for Society jmjia@cuhk.edu.cnCorresponding Author; Nicholas A. Christakis,Yale Institute for Network Science, Yale University. Nature Research - https://www.researchsquare.com/browse?journal=nature-research ;

[5] “Evaluation of the Reliability of RSSI for Indoor Localization”, Qian Dong and Waltenegus Dargie Chair of Computer Networks, Faculty of Computer Science, Technical University of Dresden, Germany, 01062 Email: qian.dong, waltenegus.dargie@tu-dresden.de; 978-1-4673-1291-2/12/$31.00 c 2012 IEEE;

[6] Bluetooth SIG - https://www.bluetooth.com/blog/proximity-and-rssi/ ;

[7]  BleTestContact da GIPStech  https://github.com/gipstech/bleTestContact ;

[8] Don't kill my app! - https://dontkillmyapp.com/ .

UK: Digital skills crisis (Diário de Aveiro, supl. Economia, 28/6/2016)

O Comité para a Ciência e Tecnologia da Câmara dos Comuns do Reino Unido (RU) lançou no passado dia 13 de Junho o relatório “Digital skills crisis”, onde evidenciam a grave crise de competências digitais no RU. Cerca de 12,6 milhões de adultos não tem competências básicas digitais e estimam que 5,8 milhões de pessoas nunca usaram serviços da internet. Estimam, ainda, que este défice de competências digitais podiam gerar ganhos adicionais, em termos de PIB, no valor de £ 63 biliões/ano.

Para prevenir que a sua produtividade e competitividade económica não sejam irremediavelmente atingidas, propõem ações urgentes por parte da indústria, das escolas, das universidades e do governo. O RU precisa de 745.000 trabalhadores com competências digitais até 2017. No entanto, destacam o estado lamentável das ciências da computação nas escolas (em todos os níveis), com a falta de professores com qualificação adequada (só 35% tem qualificação relevante em ciências da computação) e um défice de equipamento apropriado. Apesar do RU ser líder mundial da introdução do ensino da programação no currículo do 1º ciclo, vai levar muito tempo até ter impacto no mundo do trabalho. Para colmatar as lacunas imediatas, recomendam ao Governo para pôr em prática estratégias coerentes para enfrentar a escassez de competências com forte impacto na economia, como é o caso do cyber-segurança, big data, Internet das Coisas, tecnologias da mobilidade e o comércio electrónico.

As competências digitais são essenciais para se ter acesso a um vasto leque de produtos e serviços.

Contudo, como escreveu Peter Tait no The Telegraph, o maior desafio que enfrentamos, como sociedade, é motivar um grande número de nossa população escolar para levar a educação a sério, para que seja vista como fundamental, relevante, para o seu futuro e para as suas perspectivas de emprego. Afirma, também, que “muitos estudantes veem o nosso modelo atual da educação como obsoleto. Como se pode mudar isso? Como podemos tornar a educação algo que os alunos querem, em vez de ser algo que eles têm de suportar? Como “provocamos” vontade de aprender e dar um propósito de ir para a escola? ”

Um dos clichês mais citadas dos últimos tempos é que o mundo está a mudar quatro vezes mais rápido do que nossas escolas.
Mas o RU enfrenta outros problemas. Segundo um relatório da Equality and Human Rights Commission, os rapazes brancos pobres são, agora, o grupo com menores graduações no sistema GCSEs (General Certificate of Secondary Education). Além disso, relativamente aos grupos étnicos, são menos propensos a frequentar o ensino superior. É um problema crescente, afirma Peter Tait, reforçado com o problema de género no ensino superior e o rankings decepcionantes da Grã-Bretanha no sistema PISA.

Serão estas algumas das “big questions”que levaram ao “Brexit” ?

João Orvalho, jgorvalho@gmail.com

Zoom Smart Cities: “Quem são os donos das cidades?” (Diário de Aveiro, supl. Economia, 31/5/2016)

Na passada semana estive num zoom às smart cities, no evento internacional para as cidades inteligentes em Portugal, precisamente o Zoom Smart Cities, em Lisboa. 

“Eu quando pensei em ideias para cidades inteligentes pensei, por exemplo, na criação de um aspirador central que pudesse, em poucos minutos limpar uma cidade inteira (…)”, uma declaração proferida por Fernando Alvim, Apresentador de Rádio e TV (Antena 3 e RTP), que usou o humor para definir e forma como o cidadão comum olha para a temática das Smart Cities. Com esta e outras ideias arrancou gargalhadas mas acabou por mostrar de forma divertida que pensar em cidades inteligentes é pensar na implementação de soluções que sirvam os cidadãos, que tornem as suas vidas mais fáceis, que ajudem e contribuam para a felicidade comum. Já não se fala apenas de cidades tecnológicas, para mostrar que é necessária a criatividade, a audácia em implementar projetos que despertem nos cidadãos vontade de viver e participar na sua cidade, a arte, as politicas sociais, e obviamente as politicas económicas que promovam desenvolvimento sustentável.

Saskia Sassen, conceituada socióloga e investigadora, colocou a questão: “Quem são os donos das cidades?”

A resposta não se fez esperar: “Se uma cidade inteligente não mobiliza a inteligência dos seus cidadãos, então, não é muito inteligente, é apenas a implementação de sistemas técnicos”, defendeu. “Quando introduzimos as pessoas, tudo se complica, pois estas não têm só um formato, não podemos controlar as suas opiniões, os seus desejos ou as suas preocupações. Isso eleva o nível de complexidade, pelo que digo que ser smart significa ser capaz de lidar com um cenário muito mais complexo do que aquele que ocorre num laboratório no desenvolvimento de uma tecnologia”, concluiu.

Neste sentido, a cidade de Chicago tem o projeto “Array of Thinks” (AoT) onde se questiona: quem é o dono dos dados?. O AoT tem como objectivo tornar uma cidade inteligente aberta, democrática e colaborativa. É um conceito que passa por sensores posicionados ao redor da cidade, os quais adquirem dados sobre a qualidade do ar, tráfego pedestre e de veículos, por exemplo, mas nada sobre o individuo-cidadão,  qualquer dado privado, intrusivo. Os dados são disponibilizados a todos – abertos – para a investigação,  poder local, empresas, empreendedores, criativos e para o cidadão comum.

João Orvalho, jgorvalho@gmail.com

Industria 4.0: energia mais barata é aquela que se poupa (Diário de Aveiro, supl. Economia, 17/5/2016)

“A energia mais barata é aquela que se poupa” é um slogan típico de um qualquer governo português antes de começar a governar.  Todos afirmam que vão promover “uma maior eficiência da Administração Pública, das empresas e dos comportamentos individuais dos cidadãos”. Na Administração Pública tem havidos dezenas de intenções: instituir metas obrigatórias de iluminação interior por soluções mais eficientes; acções ao nível dos edifícios, das frotas, ... 

Sendo a eficiência energética uma parte integrante da Indústria 4.0, um governo, neste quadro, em paralelo com a criação de condições para o tecido empresarial, devia de dar o exemplo com os seus serviços, passando dos “powerpoints” à prática efectiva.

Um estratégia nacional para a industria 4.0 é um eixo importantíssimo, que, devidamente, conjugado com estratégias de cidades inteligentes contribuirá para um poupança de energia. A Indústria no futuro, em poucos anos, será muito distante da que hoje conhecemos, e reconhecemos, no que se trata de gestão da produção e da energia.

É preciso uma gestão holística dos fluxos de energia para se atingir objetivos ambiciosos da União Europeia para 2030, respeitando os compromissos assumidos em Paris, em Novembro de 2015, na 21ª Conferência das Partes da Convenção das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (COP21).

Um governo devia lançar concursos para implementação de acções de ecodesign na Administração Pública, para acabar com os equipamentos energeticamente pouco eficientes, como  por exemplo, os certos eletrodomésticos, de modo a conseguir maior eficiência energética. O estado tem de dar o exemplo!

Vamos esperar que a Comissão Europeia determine restrições de ecodesign nos lares europeus para conseguir acabar com eletrodomésticos que são energeticamente ineficientes ? ... de forma a diminuir as emissões de dióxido de carbono, tal como foi  apresentado pelo comissário Jyrki Katainen, vice-presidente da Comissão para o Emprego e Competitividade, e debatido na reunião do colégio de comissários no dia 20 de abril de 2016. Tendo, o mesmo, referido que a poupança energética com esta mudança pode equivaler ao consumo total anual da Áustria e Portugal. 

Apesar de não ter havido referência direta nem a chaleiras, nem a secadores, nem a torradeiras sabe-se que a medida pretende abranger todos os pequenos eletrodomésticos. O referido comissário destacou, ainda, as virtudes do ecodesign, o qual reforçou o poder da tomada de decisão dos consumidores, deu apoio ao mercado único, estimulou a competitividade e a inovação na Europa, não esquecendo o facto, não insignificante, de o ecodesign ter contribuído para os consumidores terem reduzido (poupado) as suas contas de energia em cerca de 500 euros por ano.

João Orvalho, jgorvalho@gmail.com

Open Data Tourism Hack at Ria Aveiro 20XX (Diário de Aveiro, supl. Economia, 22/3/2016)

Os grandes problemas precisam de pequenas soluções - e muitas !

Por isso, acredito que em 20XX ir-se-á realizar uma competição Open Data (dados abertos) para encontrar as melhores App’s, sobre dados abertos da Ria de Aveiro, que ajudem a gerir os maiores problemas e globalmente aplicáveis ao turismo. Outro importante objectivo é promover o uso dos dados abertos e a criação de redes de sensores “abertos”, fomentando o processo de inovação no contexto do movimento das cidades inteligentes.

O Hack at Ria Aveiro será uma plataforma para apoiar o processo de desenvolvimento de App. Ela permitirá a criação por equipas multidisciplinares, com colaboração on-line, com apoio de mentores e peritos. Ela será aberta e gratuita para qualquer criador de App, ou seja, engenheiros, designers, profissionais de marketing, comunicadores ou apenas as pessoas com boas ideias. Os catálogos de dados são conjuntos que estarão partilhados por instituições da Administração Pública, garantidos (qualidade e devidamente actualizados), como por exemplo, estatísticas sobre as diversas funções da economia do mar, transportes, eventos, pontos de interesse, espaço culturais, saúde, parques de bicicletas, rotas, wifi hot spot, etc.

Contudo, na Ria Aveiro, tal como em Portugal e na Europa, apesar das muitas iniciativas, temos de levar esta política mais a sério. “Europa está sem um compromisso sério face aos dados abertos” diz Paul MacDonnell, do Center for Data Innovation - uma organização “think tank” que se tem dedicado à reflexão e estudo sobre a interligação entre os dados, a tecnologia e as políticas públicas, acredita que a maior parte dos países europeus ainda não está a levar a sério as oportunidades criadas pelos dados abertos. No seu artigo[1] relembra o potencial de mercado para os dados abertos: até 2020, estima-se que os dados abertos venham a criar um mercado de bens e serviços na ordem dos 75.7 mil milhões de euros, em toda a Europa. O responsável do Center for Data Innovation acredita que o impacto da diretiva europeia para a reutilização da informação do sector público está, ainda, longe do desejável. Apesar do mérito da iniciativa, a diretiva deixa nas mãos dos estados membros a decisão sobre a informação e formatos a disponibilizar.

É preciso construir uma “Open Data and Smart Ria Aveiro”.

João Orvalho, Professor do Politécnico de Coimbra, jgorvalho@gmail.com

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[1] Europe needs to get serious about open data, EurActiv.com