A checkpointing-enabled and resource-aware Java Virtual Machine for efficient and robust e-Science applications in grid environments

Object-oriented programming languages presently are the dominant paradigm of application development (e. g., Java,. NET). Lately, increasingly more Java applications have long (or very long) execution times and manipulate large amounts of data/information, gaining relevance in fields related with e-Science (with Grid and Cloud computing). Significant examples include Chemistry, Computational Biology and Bio-informatics, with many available Java-based APIs (e. g., Neobio). Often, when the execution of such an application is terminated abruptly because of a failure (regardless of the cause being a hardware of software fault, lack of available resources, etc.), all of its work already performed is simply lost, and when the application is later re-initiated, it has to restart all its work from scratch, wasting resources and time, while also being prone to another failure and may delay its completion with no deadline guarantees. Our proposed solution to address these issues is through incorporating mechanisms for checkpointing and migration in a JVM. These make applications more robust and flexible by being able to move to other nodes, without any intervention from the programmer. This article provides a solution to Java applications with long execution times, by extending a JVM (Jikes research virtual machine) with such mechanisms. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Virtual laboratory for educational environments

In this paper a new simulation environment for a virtual laboratory to educational proposes is presented. The Logisim platform was adopted as the base digital simulation tool, since it has a modular implementation in Java. All the hardware devices used in the laboratory course was designed as components accessible by the simulation tool, and integrated as a library. Moreover, this new library allows the user to access an external interface. This work was motivated by the needed to achieve better learning times on co-design projects, based on hardware and software implementations, and to reduce the laboratory time, decreasing the operational costs of engineer teaching. Furthermore, the use of virtual laboratories in educational environments allows the students to perform functional tests, before they went to a real laboratory. Moreover, these functional tests allow to speed-up the learning when a problem based approach methodology is considered. © 2014 IEEE.

XAdES4J: a java library for XAdES signature services

As comunicações electrónicas são cada vez mais o meio de eleição para negócios entre entidades e para as relações entre os cidadãos e o Estado (e-government). Esta diversidade de transacções envolve, muitas vezes, informação sensível e com possível valor legal. Neste contexto, as assinaturas electrónicas são uma importante base de confiança, fornecendo garantias de integridade e autenticação entre os intervenientes. A produção de uma assinatura digital resulta não só no valor da assinatura propriamente dita, mas também num conjunto de informação adicional acerca da mesma, como o algoritmo de assinatura, o certificado de validação ou a hora e local de produção. Num cenário heterogéneo como o descrito anteriormente, torna-se necessária uma forma flexível e interoperável de descrever esse tipo de informação. A linguagem XML é uma forma adequada de representar uma assinatura neste contexto, não só pela sua natureza estruturada, mas principalmente por ser baseada em texto e ter suporte generalizado. A recomendação XML Signature Syntax and Processing (ou apenas XML Signature) foi o primeiro passo na representação de assinaturas em XML. Nela são definidas sintaxe e regras de processamento para criar, representar e validar assinaturas digitais. As assinaturas XML podem ser aplicadas a qualquer tipo de conteúdos digitais identificáveis por um URI, tanto no mesmo documento XML que a assinatura, como noutra qualquer localização. Além disso, a mesma assinatura XML pode englobar vários recursos, mesmo de tipos diferentes (texto livre, imagens, XML, etc.). À medida que as assinaturas electrónicas foram ganhando relevância tornou-se evidente que a especificação XML Signature não era suficiente, nomeadamente por não dar garantias de validade a longo prazo nem de não repudiação. Esta situação foi agravada pelo facto da especificação não cumprir os requisitos da directiva 1999/93/EC da União Europeia, onde é estabelecido um quadro legal para as assinaturas electrónicas a nível comunitário. No seguimento desta directiva da União Europeia foi desenvolvida a especificação XML Advanced Electronic Signatures que define formatos XML e regras de processamento para assinaturas electrónicas não repudiáveis e com validade verificável durante períodos de tempo extensos, em conformidade com a directiva. Esta especificação estende a recomendação XML Signature, definindo novos elementos que contêm informação adicional acerca da assinatura e dos recursos assinados (propriedades qualificadoras). A plataforma Java inclui, desde a versão 1.6, uma API de alto nível para serviços de assinaturas digitais em XML, de acordo com a recomendação XML Signature. Contudo, não existe suporte para assinaturas avançadas. Com este projecto pretende-se desenvolver uma biblioteca Java para a criação e validação de assinaturas XAdES, preenchendo assim a lacuna existente na plataforma. A biblioteca desenvolvida disponibiliza uma interface com alto nível de abstracção, não tendo o programador que lidar directamente com a estrutura XML da assinatura nem com os detalhes do conteúdo das propriedades qualificadoras. São definidos tipos que representam os principais conceitos da assinatura, nomeadamente as propriedades qualificadoras e os recursos assinados, sendo os aspectos estruturais resolvidos internamente. Neste trabalho, a informação que compõe uma assinatura XAdES é dividia em dois grupos: o primeiro é formado por características do signatário e da assinatura, tais como a chave e as propriedades qualificadoras da assinatura. O segundo grupo é composto pelos recursos assinados e as correspondentes propriedades qualificadoras. Quando um signatário produz várias assinaturas em determinado contexto, o primeiro grupo de características será semelhante entre elas. Definiu-se o conjunto invariante de características da assinatura e do signatário como perfil de assinatura. O conceito é estendido à verificação de assinaturas englobando, neste caso, a informação a usar nesse processo, como por exemplo os certificados raiz em que o verificador confia. Numa outra perspectiva, um perfil constitui uma configuração do serviço de assinatura correspondente. O desenho e implementação da biblioteca estão também baseados no conceito de fornecedor de serviços. Um fornecedor de serviços é uma entidade que disponibiliza determinada informação ou serviço necessários à produção e verificação de assinaturas, nomeadamente: selecção de chave/certificado de assinatura, validação de certificados, interacção com servidores de time-stamp e geração de XML. Em vez de depender directamente da informação em causa, um perfil — e, consequentemente, a operação correspondente — é configurado com fornecedores de serviços que são invocados quando necessário. Para cada tipo de fornecedor de serviços é definida um interface, podendo as correspondentes implementações ser configuradas de forma independente. A biblioteca inclui implementações de todos os fornecedores de serviços, sendo algumas delas usadas for omissão na produção e verificação de assinaturas. Uma vez que o foco do projecto é a especificação XAdES, o processamento e estrutura relativos ao formato básico são delegados internamente na biblioteca Apache XML Security, que disponibiliza uma implementação da recomendação XML Signature. Para validar o funcionamento da biblioteca, nomeadamente em termos de interoperabilidade, procede-se, entre outros, à verificação de um conjunto de assinaturas produzidas por Estados Membros da União Europeia, bem como por outra implementação da especificação XAdES.

(Virtual) Agents for running electricity markets

This paper describes a multi-agent based simulation (MABS) framework to construct an artificial electric power market populated with learning agents. The artificial market, named TEMMAS (The Electricity Market Multi-Agent Simulator), explores the integration of two design constructs: (i) the specification of the environmental physical market properties and (ii) the specification of the decision-making (deliberative) and reactive agents. TEMMAS is materialized in an experimental setup involving distinct power generator companies that operate in the market and search for the trading strategies that best exploit their generating units' resources. The experimental results show a coherent market behavior that emerges from the overall simulated environment.

Modelo de especificação e controlo de execuções paralelas e distribuídas

O desenvolvimento actual de aplicações paralelas com processamento intensivo (HPC - High Performance Computing) para alojamento em computadores organizados em Cluster baseia-se muito no modelo de passagem de mensagens, do qual é de realçar os esforços de definição de standards, por exemplo, MPI - Message - Passing Interface. Por outro lado, com a generalização do paradigma de programação orientado aos objectos para ambientes distribuídos (Java RMI, .NET Remoting), existe a possibilidade de considerar que a execução de uma aplicação, de processamento paralelo e intensivo, pode ser decomposta em vários fluxos de execução paralela, em que cada fluxo é constituído por uma ou mais tarefas executadas no contexto de objectos distribuídos. Normalmente, em ambientes baseados em objectos distribuídos, a especificação, controlo e sincronização dos vários fluxos de execução paralela, é realizada de forma explicita e codificada num programa principal (hard-coded), dificultando possíveis e necessárias modificações posteriores. No entanto, existem, neste contexto, trabalhos que propõem uma abordagem de decomposição, seguindo o paradigma de workflow com interacções entre as tarefas por, entre outras, data-flow, control-flow, finite - state - machine. Este trabalho consistiu em propor e explorar um modelo de execução, sincronização e controlo de múltiplas tarefas, que permita de forma flexível desenhar aplicações de processamento intensivo, tirando partido da execução paralela de tarefas em diferentes máquinas. O modelo proposto e consequente implementação, num protótipo experimental, permite: especificar aplicações usando fluxos de execução; submeter fluxos para execução e controlar e monitorizar a execução desses fluxos. As tarefas envolvidas nos fluxos de execução podem executar-se num conjunto de recursos distribuídos. As principais características a realçar no modelo proposto, são a expansibilidade e o desacoplamento entre as diferentes componentes envolvidas na execução dos fluxos de execução. São ainda descritos casos de teste que permitiram validar o modelo e o protótipo implementado. Tendo consciência da necessidade de continuar no futuro esta linha de investigação, este trabalho é um contributo para demonstrar que o paradigma de workflow é adequado para expressar e executar, de forma paralela e distribuída, aplicações complexas de processamento intensivo.

WPAC: wireless payment and access control: dispositivos móveis no pagamento de serviços e controlo de acessos

A rápida evolução dos dispositivos móveis e das tecnologias de comunicação sem fios transformou o telemóvel num poderoso dispositivo de computação móvel. A necessidade de estar sempre contactável, comum à civilização moderna, tem aumentado a dependência deste dispositivo, sendo transportado pela maioria das pessoas num ambiente urbano e assumindo um papel talvez mais importante que a própria carteira. A ubiquidade e capacidade de computação dos telemóveis aumentam o interesse no desenvolvimento de serviços móveis, além de tradicionais serviços de voz. Um telemóvel pode em breve tornar-se um elemento activo nas nossas tarefas diárias, servindo como um instrumento de pagamento e controlo de acessos, proporcionando assim novas interfaces para serviços existentes. A unificação de vários serviços num único dispositivo é um desafio que pode simplificar a nossa rotina diária e aumentar o conforto, no limite deixaremos de necessitar de dinheiro físico, cartões de crédito ou débito, chaves de residência e de veículos automóveis, ou inclusive documentos de identificação como bilhetes de identidade ou passaportes. O interesse demonstrado pelos intervenientes, desde os fabricantes de telemóveis e operadores de rede móvel até às instituições financeiras, levaram ao aparecimento de múltiplas soluções de serviços móveis. Porém estas soluções respondem geralmente a problemas específicos, apenas contemplando um fornecedor de serviços ou uma determinada operação de pagamento, como seja a compra de bilhetes ou pagamento de estacionamento. Estas soluções emergentes consistem também tipicamente em especificações fechadas e protocolos proprietários. A definição de uma arquitectura genérica, aberta interoperável e extensível é necessária para que os serviços móveis possam ser adoptados de uma forma generalizada por diferentes fornecedores de serviços e para diversos tipos de pagamento. A maior parte das soluções actuais de pagamento móvel depende de comunicações através da rede móvel, algumas utilizam o telemóvel apenas como uma interface de acesso à internet enquanto outras possibilitam o envio de um SMS (Short Message Service) para autorizar uma transacção, o que implica custos de comunicação em todas as operações de pagamento. Este custo de operação torna essas soluções inadequadas para a realização de micropagamentos e podem por isso ter uma aceitação limitada por parte dos clientes. As soluções existentes focam-se maioritariamente em pagamentos à distância, não tirando partido das características do pagamento presencial e não oferecendo por isso uma verdadeira alternativa ao modelo actual de pagamento com cartões de crédito/débito. As capacidades computacionais dos telemóveis e suporte de diversos protocolos de comunicação sem fio local não têm sido aproveitadas, vendo o telemóvel apenas como um terminal GSM (Global System for Mobile Communications) e não oferecendo serviços adicionais como seja a avaliação dinâmica de risco ou controlo de despesas. Esta dissertação propõe e valida, através de um demonstrador, uma aquitectua aberta para o pagamento e controlo de acesso baseado em dispositivos móveis, intitulada WPAC (Wireless Payment and Access Control). Para chegar à solução apresentada foram estudadas outras soluções de pagamento, desde o aparecimento dos cartões de débito até a era de pagamentos electrónicos móveis, passando pelas soluções de pagamento através da internet. As capacidades dos dispositivos móveis, designadamente os telemóveis, e tecnologias de comunicação sem fios foram também analisadas a fim de determinar o estado tecnológico actual. A arquitectura WPAC utiliza padrões de desenho utilizados pela indústria em soluções de sucesso, a utilização de padrões testados e a reutilização de soluções com provas dadas permite aumentar a confiança nesta solução, um destes exemplos é a utilização de uma infra-estrutura de chave pública para o estabelecimento de um canal de comunicação seguro. Esta especificação é uma arquitectura orientada aos serviços que utiliza os Web Services para a definição do contracto do serviço de pagamento. A viabilidade da solução na orquestração de um conjunto de tecnologias e a prova de conceito de novas abordagens é alcançada com a construção de um protótipo e a realização de testes. A arquitectura WPAC possibilita a realização de pagamentos móveis presenciais, isto é, junto do fornecedor de bens ou serviços, seguindo o modelo de pagamento com cartões de crédito/débito no que diz respeito aos intervenientes e relações entre eles. Esta especificação inclui como aspecto inovador a avaliação dinâmica de risco, que utiliza o valor do pagamento, a existência de pagamentos frequentes num período curto de tempo, e a data, hora e local do pagamento como factores de risco; solicitando ao cliente o conjunto de credenciais adequado ao risco avaliado, desde códigos pessoais a dados biométricos. É também apresentada uma alternativa ao processo normal de pagamento, que apesar de menos cómoda permite efectuar pagamentos quando não é possível estabelecer um canal de comunicação sem fios, aumentando assim a tolerância a falhas. Esta solução não implica custos de operação para o cliente na comunicação com o ponto de venda do comerciante, que é realizada através de tecnologias de comunicação local sem fios, pode ser necessária a comunicação através da rede móvel com o emissor do agente de pagamento para a actualização do agente de software ou de dados de segurança, mas essas transmissões são ocasionais. O modelo de segurança recorre a certificados para autenticação dos intervenientes e a uma infra-estrutura de chave pública para cifra e assinatura de mensagens. Os dados de segurança incluídos no agente de software móvel, para desabilitar a cópia ou corrupção da aplicação mas também para a comparação com as credenciais inseridas pelo cliente, devem igualmente ser encriptados e assinados de forma a garantir a sua confidencialidade e integridade. A arquitectura de pagamento utiliza o standard de Web Services, que é amplamente conhecido, aberto e interoperável, para definição do serviço de pagamento. Existem extensões à especificação de Web Services relativas à segurança que permitem trocar itens de segurança e definem o modo de cifra e assinatura de mensagens, possibilitando assim a sua utilização em aplicações que necessitem de segurança como é o caso de serviços de pagamento e controlo de acesso. O contracto de um Web Service define o modo de invocação dos serviços, transmissão de informação e representação de dados, sendo normalmente utilizado o protocolo SOAP que na prática não é mais que um protocolo de troca de mansagens XML (eXtensible Markup Language). O envio e recepção de mensagens XML; ou seja, a transmissão de simples sequências de caracteres, é suportado pela maioria dos protocolos de comunicação, sendo portanto uma solução abrangente que permite a adopção de diversas tecnologias de comunicação sem fios. O protótipo inclui um agente de software móvel, implementado sobre a forma de uma MIDlet, aplicação Java para dispositivos móveis, que implementa o protocolo de pagamento comunicando sobre uma ligação Bluetooth com o ponto de venda do comerciante, simulado por uma aplicação desenvolvida sobre a plataforma .NET e que por isso faz prova da heterogeneidade da solução. A comunicação entre o comerciante e o seu banco para autorização do pagamento e transferência monetária utiliza o protocolo existente para a autorização de pagamentos, com base em cartões de crédito/débito. A definição desta especificação aberta e genérica em conjunto com o forte interesse demonstrado pelos intervenientes, proporciona uma boa perspectiva em termos de adopção da solução, o que pode impulsionar a implementação de serviços móveis e dessa forma simplificar as rotinas diárias das pessoas. Soluções móveis de pagamento reduzem a necessidade de transportar vários cartões de crédito/débito na nossa carteira. A avaliação dinâmica de risco permite aumentar a segurança dos pagamentos, com a solicitação de mais credenciais ao cliente para pagamentos com um maior risco associado, sendo um ponto importante quer para os clientes quer para as instituições financeiras pois diminui o risco de fraude e aumenta a confiança no sistema. Esta solução de pagamento electrónico pode também facilitar a consulta de pagamentos efectuados e saldos, mantendo um histórico dos movimentos, o que não é possível nos cartões de crédito/débito sem uma visita a uma ATM (Automated Teller Machine) ou utilização de homebanking.

Power Electronics Didactic Modules for Direct Current Machine Control

Several didactic modules for an electric machinery laboratory are presented. The modules are dedicated for DC machinery control and get their characteristic curves. The didactic modules have a front panel with power and signal connectors and can be configurable for any DC motor type. The three-phase bridge inverter proposed is one of the most popular topologies and is commercially available in power package modules. The control techniques and power drives were designed to satisfy static and dynamic performance of DC machines. Each power section is internally self-protected against misconnections and short-circuits. Isolated output signals of current and voltage measurements are also provided, adding versatility for use either in didactic or research applications. The implementation of such modules allowed experimental confirmation of the expected performance.

Identificação de pessoas numa portaria virtual

Ao longo dos últimos anos tem havido um crescimento elevado na utilização de dispositivos de comunicação sem fios existindo inúmeras aplicações nas mais diversas áreas, sendo cada vez mais uma realidade no quotidiano das pessoas e da indústria. Neste trabalho é proposto uma adaptação para módulos baseados no protocolo 802.15.4 de forma a adaptar os mesmos com características distintas das que possuem. Nomeadamente são desenvolvidos diferentes tipos de antenas (antena impressa simples, agregado com 2 e 4 antenas) para serem incorporadas nos módulos por forma a permitir a sua utilização num projecto de portaria virtual, que poderá ser utilizado em escolas, hospitais, empresas, por forma a controlar o fluxo de movimentos. Para além do dimensionamento da antena e a sua adaptação aos módulos são também efectuada alterações no software nos módulos de transmissão e recepção de modo a garantir que o controlo da passagem de utilizadores numa portaria virtual seja feita do modo mais eficiente possível. O trabalho foi realizado em varias etapas, efectuando-se primeiro um estudo detalhado sobre as comunicações sem fios e nomeadamente sobre o protocolo 802.15.4. Posteriormente foram projectadas as antenas e feita a sua integração nos módulos. Por último foram efectuadas uma campanha de medidas com vista a avaliar o desempenho do sistema.

Serial experiments lain's body: o corpo enquanto fronteira entre o físico e o virtual

Dissertação apresentada à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Audiovisual e Multimédia.

A remote virtual experiment in mechanical engineering

Conferência: 2nd Experiment at International Conference (Exp at)- Univ Coimbra, Coimbra, Portugal - Sep 18-20, 2013

Reproducibility of simulated myocardial lesions simulated on a virtual phantom

Human virtual phantoms are being widely used to simulate and characterize the behavior of different organs, either in diagnosis stages but also to enable foreseeing the therapeutic effects obtained on a certain patient. In the present work a typical patient’s heart was simulated using XCAT2©, considering the possibility of a lesion and/or anatomical alteration being affecting the myocardium. These simulated images, were then used to carry out a set of parametric studies using Matlab©. Although performed in controlled sceneries, these studies are very important to understand and characterize the performance of the methodologies used, as well as to determine to what extent the relations between the perturbation introduced at the myocardium and the resulting simulated images can be considered conclusive.

O desenvolvimento de um modelo de ensino virtual num contexto de investimento incipiente em e - learning: progressos e desafios

Este artigo relata o desenvolvimento de um modelo de ensino virtual em curso na Universidade dos Açores. Depois de ter sido adotado na lecionação de disciplinas da área da Teoria e Desenvolvimento Curricular em regime de e-learning e b-learning, o modelo foi, no ano académico de 2014/15, estendido à lecionação de outras disciplinas. Além de descrever o modelo e explicar a sua evolução, o artigo destaca a sua adoção no contexto particular de uma disciplina cuja componente online foi lecionada em circunstâncias especialmente desafiadoras. Neste sentido, explica o processo de avaliação da experiência, discute os seus resultados e sugere pistas de melhoria. Essa avaliação enquadra-se num processo de investigação do design curricular – a metodologia que tem sido usada para estudar o desenvolvimento do modelo.

Unbalance and field balacing virtual labs

One of the most common problems of rotating machinery is the rotor unbalance. The effects of rotor unbalance can vary from the malfunction of certain equipment to diseases related to the exposure to high vibration levels. However, the balancing procedure is known, it is mandatory to have qualified technicians to perform it. In this sense, the use of virtual balancing experiments is of great interest. The present demo is dedicated to present two different balancing simulators, which can be explored in conjunction, as they have complementary outputs. © 2014 IEEE.

Machine learning Vasicek model calibration with Gaussian processes

In this article, we calibrate the Vasicek interest rate model under the risk neutral measure by learning the model parameters using Gaussian processes for machine learning regression. The calibration is done by maximizing the likelihood of zero coupon bond log prices, using mean and covariance functions computed analytically, as well as likelihood derivatives with respect to the parameters. The maximization method used is the conjugate gradients. The only prices needed for calibration are zero coupon bond prices and the parameters are directly obtained in the arbitrage free risk neutral measure.

Estudo técnico-económico para otimização do projeto e implementação de uma bomba de calor "heat machine"

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica