Serviços e aplicações móveis
Anderson Luiz Brunozi, Eliana De Martino*, Nádia Corradi, Robert Bafini, Grace Kelly
de Castro Silva, Patricia Maria Pereira, Armando Zampar Junior e Vinicius José Latorre
Este artigo apresenta os resultados do Projeto Serviços e Aplicações Móveis (SAM) que utiliza a especificação
OpenLS (Open Location Services) do OpenGIS Consortium, combinada com tecnologias emergentes como
Web Services, para o desenvolvimento de aplicações LBS. Serviços baseados em localização (LBS) são
serviços que utilizam informação geográfica combinada ou não com a posição do terminal móvel, com o fim
de obter e gerar informação útil aos usuários dos dispositivos móveis. Existem várias iniciativas na definição de
padrões que focam no aumento da interoperabilidade entre serviços baseados em localização. Entre as principais
iniciativas pode-se mencionar a especificação OpenLS (Open Location Services) do OpenGIS Consortium.
Palavras-chave: LBS. GPS. Kerberos. Web services. OpenLS.
1.
Introdução
A evolução tecnológica das redes de
comunicação de dados sem fio, a possibilidade
de integração destas ao mundo IP e à Internet,
associada à adequada especificação de sistemas
e às necessidades de mercado, permitiram o
crescimento exponencial do mercado das
comunicações móveis.
A mobilidade possibilita a extensão do
ambiente de trabalho da empresa às áreas externas,
levando o acesso remoto às informações
corporativas para os seus colaboradores,
permitindo-lhes a aplicação de ações imediatas e
integrando-os melhor em ações de trabalho
colaborativo.
A mobilidade, associada a informações de
localização, permite selecionar a informação a ser
disponibilizada ao usuário de forma que somente
o conteúdo relevante naquele momento seja
considerado.
O mercado de serviços de localização
demanda tecnologias que têm como princípio a
simplicidade, dado que esses serviços são
largamente utilizados por terminais móveis. Além
disso, soluções LBS devem ter alto grau de
interoperabilidade, visto que podem ser
disponibilizadas em diferentes plataformas e
sistemas operacionais e muitas vezes possuem
interface com sistemas legados.
*
O uso da tecnologia Web Services em
soluções LBS objetiva atender estes requisitos,
uma vez que ela permite que sistemas executados
em diferentes ambientes se comuniquem via XML
ou outros padrões Web [1]. A informação em
formato XML é legível tanto para humanos como é
processável por máquinas. Por esta razão há a
necessidade de proteger informações sensíveis que
devam ser transmitidas através da rede em
mensagens SOAP (Simple Object Access Protocol).
Este artigo inclui resultados parciais do
Projeto Serviços e Aplicações Móveis (SAM), da
Fundação CPqD, que propõe a adoção da
tecnologia Web Services e a utilização de padrões
abertos na construção de soluções LBS, bem
como na implementação da infra-estrutura de
segurança do sistema.
2.
A tecnologia Web Services
Nos últimos anos o modelo de arquitetura
orientada a serviços vem despertando a atenção
dos desenvolvedores de software com a promessa
de trazer grandes ganhos para a comunicação
entre os sistemas de computação existentes. Essa
arquitetura pode ser definida como uma arquitetura
de software que relaciona os componentes de um
sistema em um ambiente distribuído, onde são
disponibilizados serviços que podem ser
acessados dinamicamente através de uma rede [2].
Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected].
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Serviços e aplicações móveis
Figura 1 Comunicação via Web Services
A tecnologia Web Services implementa a
maioria das características dessa arquitetura. Ela
propõe a exposição das transações e das regras
de negócios por meio de protocolos que podem
ser acessados e entendidos por qualquer linguagem
de programação, em qualquer sistema operacional, rodando em qualquer dispositivo [3]. Dessa
forma, os Web services são um caminho para a
redução de custos por intermédio da redução da
redundância dos dados e serviços.
Conforme ilustrado na Figura 1, na tecnologia
Web Services, a disponibilização e o acesso aos
serviços envolvem três elementos: consumidores
de serviços, provedores de serviços e serviços de
diretório.
A troca de mensagens entre provedores e
consumidores de serviços utiliza o protocolo
Simple Object Access Protocol (SOAP). O SOAP
[4] é um protocolo baseado em XML, para troca
de informações em um ambiente distribuído,
contendo os seguintes elementos:
• Envelope: identifica o documento XML
como uma mensagem SOAP e é
responsável por definir o conteúdo da
mensagem.
• Header (opcional): contém os dados do
cabeçalho.
• Body: contém as informações de
chamada e de resposta ao servidor.
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• Fault: contém as informações dos erros
ocorridos no envio da mensagem. Esse
elemento só aparece nas mensagens de
resposta do servidor.
O Axis [5] da Apache é uma implementação
do SOAP e foi adotado no Projeto SAM, pois, entre
outras funcionalidades, possui extenso suporte à
Web Service Description Language (WSDL), pode
ser utilizado em servidores de aplicação tais como
Tomcat e possui ferramenta para geração de classes
Java a partir do WSDL e vice-versa.
Para a implementação de clientes Web
Services em dispositivos móveis, a utilização do
Ksoap [6] é a única opção prática, já que a
especificação da API definida pela JSR172 - J2METM
Web Services Specification [7], que especifica um
conjunto mínimo de classes para suporte a clientes
Web Services em terminais móveis, ainda é recente
e não foi incorporada na máquina virtual dos
terminais móveis.
3.
O Projeto SAM
O Projeto Serviços e Aplicações Móveis (SAM)
visa ao desenvolvimento de uma plataforma de
software para comunicação de dados entre agentes
em campo e os centros de dados de suas corporações, utilizando terminais móveis. Aproveitando as
facilidades das redes celulares quanto à comuni-
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cação de dados, a plataforma foi planejada para
explorar as funcionalidades de mobilidade que estão
contempladas nos seguintes módulos principais:
– Sistema de Mobilidade: fornece a infra-estrutura para a comunicação entre
serviços, sincronização de dados, acesso
seguro a serviços, autenticação e
autorização.
– Sistema de Localização de Terminais
Móveis: fornece a localização dos
terminais móveis, base de dados de
localização e funções de gerenciamento
de localização.
– Sistema de Geoposicionamento:
fornece mapas georreferenciados,
análises temáticas, definição de rotas
otimizadas e visualização da localização
dos agentes em campo.
No Projeto SAM, optou-se por uma
arquitetura orientada a serviços utilizando Web
Services porque, dessa forma, os sistemas acima
descritos mantêm baixo acoplamento entre si,
permitindo que sejam desenvolvidos em paralelo
e integrados posteriormente como componentes
da arquitetura SAM.
– Serviço
de
Geocodificação/
Geocodificação Reversa: identifica uma
posição geográfica dado o nome de um
lugar ou endereço. Também funciona de
forma reversa identificando um endereço
completo dada uma posição geográfica.
– Serviço de Apresentação de Mapas:
apresenta informações geográficas no
terminal móvel. É utilizado para
apresentar mapas destacando rotas entre
dois pontos, pontos de interesse, áreas
de interesse, localizações e/ou
endereços.
– Serviço de Determinação de Rotas:
determina a rota entre dois pontos
informados pelo usuário. O usuário
também pode, opcionalmente, informar
pontos pelos quais a rota deve passar,
rotas preferenciais (mais rápida, mais
curta, menos tráfego, mais atrativa, etc.)
e o modo de transporte.
4.2. Web Map Server (WMS)
4.1. OpenGIS Location Services (OpenLS)
A especificação WMS 1.1.1 [10] padroniza
interfaces que devem ser utilizadas por clientes para
requisitar mapas aos servidores e também
padroniza o modo como esses servidores devem
descrever e retornar esses mapas.
Um servidor Basic WMS é capaz de:
– Gerar mapas georreferenciados (como
uma imagem ou um conjunto de objetos
gráficos).
– Responder às perguntas sobre o
conteúdo de um mapa, retornando
informações sobre um determinado
objeto (feature) do mapa.
– Descrever quais mapas ele pode produzir
e quais podem ou não ser consultados,
para que um cliente desse servidor saiba
quais mapas podem ser requisitados.
A especificação OpenLS [9] foi aprovada
pelo OpenGIS Consortium em janeiro de 2004. Ela
define um conjunto de interfaces para o
desenvolvimento de serviços baseados em
localização, todos utilizando protocolos no padrão
Web. Os serviços especificados encontram-se
descritos a seguir:
– Serviço de Diretório: provê acesso a um
diretório on-line para localização de um
determinado lugar, produto ou serviço.
– Serviço de Gateway: identifica a
posição geográfica de um determinado
terminal móvel.
Esses serviços podem ser requisitados pelo
cliente utilizando as três interfaces definidas pela
especificação WMS:
1. GetMap (obrigatória), para requisitar um
mapa. Na requisição devem ser especificados
parâmetros como o layer, a área que deve ser
mapeada (extent), o sistema de coordenadas e o
nome do estilo.
2. GetFeatureInfo (opcional), para
consultar o mapa. Na requisição deve ser
especificada a coordenada em que deve ser feita
a consulta.
3. GetCapabilities (obrigatória), para
descrever os mapas.
4.
LBS – Padrões abertos utilizados
A interoperabilidade é um dos pontos-chave
a ser considerados no desenvolvimento de
aplicações LBS, visto que estas devem ser
disponibilizadas em diferentes plataformas e
sistemas operacionais, e muitas vezes devem ter
interface com sistemas e bancos de dados legados.
O OpenGIS Consortium (OGC) [8] define uma
série de padrões computacionais que objetivam
promover interoperabilidade entre Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Alguns dos padrões OGC
utilizados nesta pesquisa estão descritos a seguir.
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Serviços e aplicações móveis
5.
Segurança – Protocolo Kerberos
Desenvolvido pelo Massachusetts Institute of
Technology (MIT) [11], o Kerberos é um protocolo
de autenticação projetado para prover
autenticação segura a aplicações Cliente/Servidor
por meio do uso de criptografia de chave secreta.
É um padrão bem estabelecido, altamente testado
e de código aberto e tem sido largamente utilizado
por empresas para identificar clientes de serviços
de rede, que se comunicam através de redes de
comunicação abertas, intrinsecamente inseguras,
e para proteger a privacidade da comunicação
com esses serviços.
Tendo em vista a necessidade de prover ao
sistema SAM uma infra-estrutura de autenticação
que garanta que o acesso às funcionalidades do
sistema seja realizado apenas por usuários
autorizados, a necessidade de proteger
informações sensíveis que devam ser transmitidas
através da rede em mensagens SOAP, bem como
a utilização do mesmo mecanismo de segurança
para o cliente Web e o cliente móvel, decidiu-se
por utilizar o protocolo Kerberos V5 na
implementação da infra-estrutura de segurança do
sistema.
Uma segunda opção para prover segurança
à comunicação através de Web Services seria a
utilização do protocolo HTTPS, em vez do HTTP,
como protocolo de transporte para as mensagens
SOAP. Porém, com esta solução, a segurança da
comunicação estaria sendo confiada ao transporte,
e não seria mais uma responsabilidade da
aplicação, que permite um controle de seleção da
informação a ser criptografada.
O principal impedimento para a utilização do
protocolo HTTPS como transporte, entretanto, é
o fato de que esta solução não é suportada pela
maioria dos terminais móveis de baixo custo
atualmente disponíveis, uma vez que esses
terminais, em sua maioria, possuem uma máquina
virtual Java que não define como obrigatório o
suporte a HTTPS para os dispositivos móveis.
6.
Descrição do protótipo
6.1. Arquitetura
A arquitetura proposta para desenvolvimento
do protótipo prevê a adoção da tecnologia Web
Services a fim de garantir a interoperabilidade e a
ubiqüidade dos serviços envolvidos, conforme
Figura 2.
O Servidor Web recebe, dos diversos
clientes, as requisições XML encapsuladas em
mensagens SOAP e encaminha-as para o serviço
responsável pela sua execução. O serviço
responsável processa a Requisição, acessando
informações na base de dados caso seja
necessário, e envia a Resposta de volta para o
Servidor Web, que a codifica como uma Resposta
XML e a envia para a Aplicação Cliente. Esta, por
sua vez, decodifica a Resposta XML e aplica as
funções de apresentação apropriadas para mostrar
a resposta no dispositivo.
Em uma arquitetura baseada em serviços,
vale ressaltar que um serviço pode acessar outro a
fim de executar suas funções. Dessa forma é gerado
um encadeamento de serviços, podendo um
mesmo serviço assumir o papel de provedor ou
consumidor.
O protótipo implementado está restrito aos
seguintes casos de uso:
– Autenticação de usuário no cliente Web
e no cliente móvel.
– Visualização da localização de um
determinado terminal móvel.
– Visualização do histórico da localização
de um determinado terminal móvel.
Nos casos de uso em questão, após a
autenticação de um usuário utilizando o protocolo
Kerberos, o Serviço de Apresentação permite a
visualização de um mapa com a localização do
terminal móvel que se encontra em uma dada
posição (X, Y). Essa posição é obtida por meio
do Serviço de Localização, implementado para um
Figura 2 Arquitetura do protótipo
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Serviços e aplicações móveis
Cliente Web
Serviço de
Autenticação
Internet
Cliente Web
Servidores
Kerberos
Figura 3 Serviço de Autenticação
GPS
Satélite GPS
Web Services
OpenLS
http
GPS
BTS
Bluetooth
Rede Celular/Fixa
Serviço de Localização
Cliente móvel
http
Base
de localização
Servidor de localização
Figura 4 Serviço de Localização
terminal móvel GSM/GPRS acoplado a um GPS
(Global Positioning System) externo via Bluetooth.
O conjunto dessas posições em um determinado
espaço de tempo permite gerar uma lista de
posições (X, Y), formando o histórico da
localização de um determinado terminal móvel.
6.2. Serviço de Autenticação
Seguindo a padronização de comunicação
via Web Services em todo o sistema, para a
autenticação de usuários foi implementado um
serviço que serve como interface para que
os clientes se comuniquem com o servidor
Kerberos, utilizando um protocolo XML, conforme Figura 3.
Quando o cliente solicita autenticação no
sistema, este irá receber do servidor Kerberos [11],
por intermédio do Serviço de Autenticação, um TGT
(Ticket-Granting Ticket). De posse desse TGT, o
cliente poderá usá-lo para comprovar sua identidade
ao servidor de autenticação e obter um ticket de
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serviço para poder se comunicar de forma segura
com os outros serviços que compõem o sistema.
6.3. Serviço de Localização
A especificação OpenLS define interfaces de
serviços que facilitam o desenvolvimento de
aplicações baseadas em localização. Entre os
serviços padronizados está o Serviço de
Localização utilizado no protótipo.
A Figura 4 ilustra o esquema implementado
no protótipo do Serviço de Localização:
A posição (latitude, longitude) é capturada
do GPS (Global Positioning System) pelo terminal
móvel via interface Bluetooth e enviada via HTTP a
um servidor de localização que armazena e
gerencia os dados de localização. O Serviço de
Localização é disponibilizado via Web Services e
acessado por meio de uma interface encapsulada
na estrutura definida pelo padrão OpenLS.
De acordo com a especificação, a
requisição ao Serviço de Localização ocorre por
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Serviços e aplicações móveis
xls:SLIRType
xls:InputGatewayParametersType
xls:InputMSIDsType
xls:InputMSIDs
xls:InputGatewayParameters
SLIR
Standard Location
Immediate Request.
Presponse type is
Synchronous
xls:InputMSInformation
Figura 5 Requisição do Serviço de Localização
xls:SLIAType
xls:InputGatewayParametersType
xls:InputMSIDsType
xls:OutputMSInformationType
SLIA
xls:InputGatewayParameters
Standard
Location
Immediate
Response
xls:InputMSIDs
xls:InputMSInformation
Xls:Position
Figura 6 Resposta do Serviço de Localização
intermédio de um SLIR (Standard Location
Immediate Request), ilustrado na Figura 5, que
contém as seguintes informações:
• InputGatewayParameters: detalhes para
a requisição, como prioridade, tipo de
localização, tipo do sistema de referência
espacial.
• InputMSInformation: identificação do
terminal móvel (tipo e valor), encapsulada
pela estrutura InputMSID. O identificador
pode ser, por exemplo, o IMEI
(International Mobile Equipment Identity).
No processamento de uma requisição, o
Serviço de Localização acessa uma base de dados
de localização onde estão armazenados,
classificados por terminal móvel, os dados de
posição coletados por um certo período de tempo.
O resultado obtido é disponibilizado por
meio de um par de coordenadas (X, Y) na forma
de latitude e longitude, sendo esta enviada ao
usuário por intermédio de um SLIA (Standard
Location Immediate Answer), ilustrado na Figura
6, também definido na especificação OpenLS, que
contém as seguintes informações:
• OutputGatewayParameters: envelope que
carrega a resposta do Serviço de
Localização.
• OutputMSInformation: contém a identificação do terminal e a posição
requisitada encapsulada pela estrutura
OutputMSID.
A Figura 7 ilustra o esquema implementado
no protótipo do Serviço de Apresentação:
O Serviço de Apresentação é disponibilizado
via Web Services e é acessado por meio da interface
definida na especificação OpenLS. De acordo com
a especificação, a requisição ao Serviço de
Apresentação ocorre por intermédio de um
PortrayMapRequest, ilustrado na Figura 8, o qual
contém as seguintes informações:
• Output: especifica formato, altura e
largura do mapa a ser gerado.
• BaseMap (opcional): especifica a lista
de layers que devem compor o mapa.
• Overlay (opcional): especifica a lista de
tipos de dados que devem ser
retornados sobre o mapa. Entre os tipos
de dados possíveis, pode ser especificada uma determinada posição (X, Y)
que se deseja visualizar.
No processamento de uma requisição, o
Serviço de Apresentação acessa uma base de
dados georreferenciada, recupera um mapa
centrado na posição (X, Y) informada e disponibiliza
o mapa em uma URL acessível pelo usuário. O
acesso à base de dados georreferenciada é feito
utilizando-se a interface WMS, conforme
apresentado anteriormente na Figura 7.
O mapa obtido é disponibilizado por meio
de uma URL, sendo esta enviada ao usuário por
intermédio do PortrayMapResponse, ilustrado
na Figura 9, também definido na especificação
OpenLS.
6.4. Serviço de Apresentação
6.5. Execução do protótipo
O Serviço de Apresentação é outro serviço
cuja interface, definida pela especificação OpenLS,
é implementada neste protótipo.
Um esquema simplificado do Projeto SAM
é apresentado na Figura 10. No atual protótipo
[12], foram implementados três Web services
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Serviços e aplicações móveis
OpenLS
Web
Serviços
Serviço de
Apresentação
WMS
Base
de dados
georrefenciada
Figura 7 Serviço de Apresentação
xls:PortrayMapRequestType
Output +
1..¥
Specifies the output of the
map(s) taht should generated
Basemap +
PortrayMapRequest +
The layers that should
make up the baseMap,
(getCapabilities Provides
the impl Provides)
Content of a presentation
request
Overlay +
0..¥
Overlays the set of ADT’s
onto the basemap
Figura 8 Requisição do Serviço de Apresentação
xls:PortrayMapResponseType
PortrayMapResponse
-
Content of a presentation
response
xls:Map +
1..¥
Figura 9 Resposta do Serviço de Apresentação
desenvolvidos nos sistemas anteriormente
descritos: Serviço de Autenticação, Serviço de
Apresentação e Serviço de Localização
(Gateway). Uma aplicação agregadora foi
desenvolvida para fazer o papel de controller na
chamada de Web services. A própria aplicação
agregadora é também um Web service, que é
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chamada tanto pelo cliente móvel como pelo
cliente Web.
O protótipo é executado por meio de um
cliente Web ou de um cliente móvel, por
intermédio do qual o usuário, após sua
autenticação, informa a identificação do terminal
móvel que deseja localizar.
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Serviços e aplicações móveis
Figura 10 Esquema simplificado SAM
Figura 11 Protótipo SAM – Localização de um agente – interface Web
Figura 12 Protótipo SAM – Localização de um agente – interface móvel (P900 SonyEricsson)
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Serviços e aplicações móveis
Figura 13 Protótipo SAM – Histórico da localização de um agente – interface Web
Figura 14 Protótipo SAM – Histórico da localização de um agente – interface móvel (P900 SonyEricsson)
O Serviço de Localização é acionado a fim
de determinar a posição (X, Y) do terminal em
questão. Conhecendo a posição (X, Y), o
Serviço de Apresentação é invocado e o mapa
é apresentado na tela. As figuras 11 a 14
mostram o resultado obtido para a localização
de um terminal móvel, e o resultado obtido para
o histórico da localização de um terminal móvel.
Na aplicação, cada terminal móvel é associado
a um agente em campo.
7.
Considerações finais
A fim de garantir a ubiqüidade dos
serviços, aplicações LBS devem estar disponíveis
em vários tipos de dispositivos, ter interface com
sistemas e bancos de dados legados, além de
suportar uma variedade de tecnologias de infraestrutura de rede. O uso de padrões abertos na
definição das interfaces é uma forma de garantir
a interoperabilidade entre os sistemas.
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A tecnologia Web Services também vem
sendo amplamente difundida como uma
solução revolucionária para os problemas de
integração entre os sistemas de computação. A
combinação da tecnologia Web Services com a
utilização de padrões abertos foi um grande
desafio nesta pesquisa, uma vez que a
especificação OpenLS 1.0 ainda não está
preparada para essa tecnologia.
No entanto, uma iniciativa está em
andamento no OpenGIS com o objetivo de
desenvolver e estender os padrões OGC Web
Services (OWS) para facilitar a descoberta, o
acesso e o uso de dados geográficos e de
serviços de geoprocessamento, por meio do
suporte a WSDL/SOAP.
Os trabalhos de padronização do OpenGIS
estão sendo acompanhados no âmbito de
Comitê Técnico, via afiliação da Fundação
CPqD, que permite acesso e influência no
desenvolvimento das especificações.
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Serviços e aplicações móveis
8.
Referências
[1] ARSANJANI, A.; HAILPERN, B.; MARTIN, J.;
TARR, P. Web Services: promises and
compromises. ACM Queue, mar. 2003.
[2] AMORIM, S. A tecnologia Web Services e sua
aplicação num sistema de gerência de
telecomunicações. Tese de mestrado, Universidade
Estadual de Campinas, Campinas, SP, 2004.
[3] COSTA, G. O modelo de Web Services – Como
desenvolver aplicações em uma nova arquitetura
de software. Promon Tecnologia Business &
Technology Review Series, 2002.
[4] SOAP. Simple Object Access Protocol [on-line].
2003. Disponível em: <http://www.w3.org/TR/
soap12>. Acesso em: 7 nov. 2005.
[5] Axis. Apache Axis [on-line]. 2003. Disponível
em: <http://ws.apache.org/axis>. Acesso em: 7
nov. 2005.
[7] JSR 172. Disponível em: <http://www.jcp.org/
en/jsr/detail?id=172>. Acesso em: 7 nov. 2005.
[8] OGC. OpenGIS Consortium [on-line]. 1994.
Disponível em: <http://www.opengis.org>.
Acesso em: 7 nov. 2005.
[9] OGC. OpenGIS Location Services: Core
Services [Parts 1-5]. Versão 1.0. MA: Open GIS
Consortium, Inc., 2004.
[10] OGC. Web Map Service Implementation
Specification. Versão 1.1.1. MA: Open GIS
Consortium, Inc., 2002.
[11] Kerberos V5. Disponível em: <http://
Web.mit.edu/kerberos/>. Acesso em: 7 nov.
2005.
[12] G. K. C. SILVA, P. M. P., G. C. MAGALHÃES.
Disponibilização de serviços baseados em
localização via Web Services. Geoinfo 2004.
[6] Ksoap 2.0. Disponível em: <http://
ksoap.objectweb.org/>. Acesso em: 7 nov. 2005.
Abstract
This article reports the results of the project Mobile Services and Applications that uses the OpenLS
(Open Location Services) specification from the OpenGIS Consortium, combined to emerging
technologies such as WebServices, for developing LBS applications. Location-Based Services (LBS)
are services which use geographical information, combined or not with the position of the mobile
terminal in order to obtain and generate useful information to the users of mobile devices. There are
several initiatives in the definition of standards which aim at increasing the interoperability among
location-based services. Among the main initiatives we can mention the OpenLS (Open Location Services)
specification from the OpenGIS Consortium.
Key words: LBS. GPS. Kerberos. Web services. OpenLS.
94
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 1, n. 1, p. 85-94, jan./dez. 2005