Conforme visto anteriormente, há escassez de alternativas para co- leta de informações detalhadas sobre o trajeto de passageiros em sistemas
de transporte coletivo baseados em ônibus. Algumas informações, como pas- sageiros embarcados entre pontos e carregamento dos ônibus, dependem de equipamentos especiais instalados nos mesmos, e outras, como matrizes OD, não são passíveis de serem determinadas automaticamente. Nesta seção des- crevemos um sistema para coleta destas informações que usa os smartpho- nesdos passageiros para determinar o conjunto de passageiros embarcados entre os pontos de parada. O sistema de coleta de informações proposto é um sistema distribuído composto por um número qualquer de smartphones e uma central de processamento. Parte-se do princípio que ao determinar quais smartphones estão embarcados, tem-se um subconjunto representativo dos passageiros do ônibus. Assim, o problema de determinação do conjunto de passageiros embarcados pode ser aproximado pela determinação de quais smartphonesestão no interior do ônibus.
O ambiente operacional da proposta consiste de passageiros de ônibus contribuindo na coleta, pessoas no ponto de parada aguardando o embarque e a central de processamento que recebe as informações coletadas. Todo pas- sageiro possui uma aplicação móvel instalada em seu smartphone que, em conjunto, identifica os demais passageiros embarcados que também possuem a aplicação. Uma rede é formada no interior do ônibus, e é usada para iden- tificar os passageiros embarcados. Aqueles passageiros cujo smartphone in- tegra a rede ad-hoc é considerado embarcado no ônibus. Consequentemente, a entrada e saída do smartphone da rede é uma aproximação do embarque e desembarque do passageiro da mesma, e esta informação pode ser usada para construção da matriz OD. Para determinar se um smartphone deixou a rede, espera-se a conexão Bluetooth ser desfeita. Em experimentos reali- zados com o protótipo descrito no anexo B, a detecção da desconexão pelo próprio Bluetooth é rápida (tempos observados foram menores que 1s), e para efeitos deste trabalho, consideramos este tempo desprezível. Sempre que se aproximam de um ponto de parada, o conjunto de passageiros identificado é enviado à central de processamento. Por sua vez, a central de processamento é um agregador das informações coletadas pelos smartphones. Seu papel é processar e agregar informações de viagens (origens/destino, carregamentos) a partir dos dados recebidos dos smartphones. A adoção de smartphones possibilita que o sistema de coleta não dependa de equipamentos instalados na infraestrutura ou nos ônibus, facilitando a implantação e manutenção do sistema.
Cada smartphone de passageiro embarcado possui um aplicativo ins- talado. Todo aplicativo possui um “Algoritmo de Formação de Rede” res- ponsável pela formação e manutenção de uma rede ad-hoc com os outros aplicativos próximos. Um subsistema auxiliar “Processamentos auxiliares” é usado para processar os sensores do smartphone e determinar quando um
passageiro está chegando próximo a um ponto de parada. Ao se aproximar dos pontos de embarque e desembarques, os integrantes da rede ad-hoc são determinados, o histórico e contagem são contabilizados. Por fim os dados coletados são enviados pelo líder à central por intermédio do subsistema de “Envio a central”. A central realiza o processamento e tratamento necessário às informações recebidas para disponibilizá-los aos interessados.
O aplicativo executado nos smartphones dos passageiros embarcados em um ônibus durante o processo de coleta de dados é composto pelos seguin- tes elementos: “Algoritmo de Formação de Rede”, responsável pela formação e manutenção da rede ad-hoc; “Processamentos auxiliares”, para processa- mento de sensores do smartphone e determinar quando um passageiro está chegando próximo a um ponto de parada; “Envio à central”, executado ape- nas no líder da rede para envio dos dados coletados a cada ponto de parada. A central realiza o processamento e tratamento necessários às informações recebidas para disponibilizá-los aos interessados.
A partir da concepção geral apresentada acima, surgem questões asso- ciadas à forma de implementação em face das características do ambiente no qual o sistema opera. Inicialmente, é preciso destacar as razões pelas quais se opta pela formação de rede, conforme segue. Havendo uma rede no in- terior dos ônibus, torna-se possível determinar que todos os nós pertencem, de fato, ao mesmo veículo através dos traços de GPS de cada nó; em con- traste, o problema de determinar se um nó isolado está em um ônibus não tem solução simples (REDDY et al., 2010; THIAGARAJAN et al., 2010; SHA- FIQUE; HATO, 2015). Além disso, a consolidação dos dados antes do envio em apenas um nó ajuda na consistência da informação, ao contrário do caso em que nós individuais enviassem informações à central. Por último, sempre que algum nó da rede permanecer a bordo em um ponto de parada, é possível preservar o histórico do trajeto para envio à central, facilitando verificações adicionais de consistência de dados e confirmação de itinerário.
Uma segunda questão refere-se ao tipo de interface de comunicação a ser usada na formação da rede. Ônibus são relativamente pequenos, com comprimentos entre 12 m e 18 m. Smartphones típicos possuem duas interfa- ces de comunicação sem fio cujo alcance permite a conexão de quaisquer dois passageiros embarcados: WiFi e Bluetooth. O alcance do rádio WiFi depende da versão específica do protocolo em uso e de características da antena. Por exemplo, um access point 802.11b ou 802.11g com uma antena padrão pode ter alcances na faixa dos 100 m (PARIKH; KANABAR; SIDHU, 2010). Blu- etooth, por outro lado, possui alcance típico de 20-30 m em rádios Bluetooth Classe 2 usados em smartphones (PEI et al., 2010). Sendo ambos igualmente apropriados para uso em relação ao alcance, Bluetooth foi escolhido ao invés de WiFi como interface de comunicação pois: (1) é mais eficiente energe-
ticamente do que WiFi (MOHAN; PADMANABHAN; RAMJEE, 2008); e (2) ônibus são pequenos (entre 12 m e 18 m) e o maior alcance fornecido pelo WiFi não é necessário para construir uma rede entre passageiros de um ônibus.
O método a ser usado na formação da rede, isto é, o algoritmo para for- mação baseado em Bluetooth, passa a ser um aspecto fundamental do sistema, consistindo no foco desta tese. Destaca-se que, na concepção do algoritmo, deve ser dada atenção à eficiência temporal no processo de formação, pois o conjunto de passageiros muda a cada embarque e desembarque nas para- das de ônibus. O tempo para finalizar a determinação do conjunto é igual ao tempo que o ônibus leva para se deslocar de um ponto de parada ao pró- ximo. Portanto, há uma restrição temporal para que a coleta de informações dos passageiros no ônibus seja realizada. Para obter a eficiência desejada na formação da rede, propõe-se usar as características do ambiente a favor do processo de organização da topologia da rede. Parte-se da observação que em situações reais os nós têm propensões distintas a desembarcar; assim, o algo- ritmo de formação pode organizar a rede colocando nas extremidades desta, os nós cujos os desembarques são estimados para ocorrer mais cedo do que outros, que por sua vez, são colocados em posições estruturantes da rede. Tais ideias dão origem ao algoritmo Bluemob, apresentado a seguir.
2.3 ALGORITMO BLUEMOB: FORMANDO REDES COM TOPOLOGIA