Ferramentas de gestão de redes e classificação de tráfego: estudo de caso

A gestão de redes informáticas converteu-se num fator vital para uma rede operar de forma eficiente, produtiva e lucrativa. A gestão envolve a monitorização e o controlo dos sistemas para que estes funcionam como o pretendido, ações de configuração, monitorização, reconfiguração dos componentes, são essenciais para o objetivo de melhorar o desempenho, diminuir o tempo de inatividade, melhor a segurança e efetuar contabilização. Paralelamente, a classificação de tráfego é um tema de bastante relevância em várias atividades relacionadas com as redes, tais como a previsão de QoS, segurança, monitorização, contabilização, planeamento de capacidade de backbones e deteção de invasão. A variação de determinados tipos de tráfego pode influenciar decisões técnicas na área da gestão de redes, assim como decisões políticas e sociais. Neste trabalho pretende-se desenvolver um estudo dos vários protocolos, ferramentas de gestão e de classificação de tráfego disponíveis para apoiar a atividade de gestão. O estudo efetuado terminou com a proposta e implementação de uma solução de gestão adequado a um cenário real bastante rico na diversidade de tecnologias e sistemas.

Sistema pericial para suporte à decisão na alocação de recursos de emergência

O panorama atual da emergência e socorro de primeira linha em Portugal, carateriza-se por uma grande aposta ao longo dos últimos anos num incremento contínuo da qualidade e da eficiência que estes serviços prestam às populações locais. Com vista à prossecução do objetivo de melhoria contínua dos serviços, foram realizados ao longo dos últimos anos investimentos avultados ao nível dos recursos técnicos e ao nível da contratação e formação de recursos humanos altamente qualificados. Atualmente as instituições que prestam socorro e emergência de primeira linha estão bem dotadas ao nível físico e ao nível humano dos recursos necessários para fazerem face aos mais diversos tipos de ocorrências. Contudo, ao nível dos sistemas de informação de apoio à emergência e socorro de primeira linha, verifica-se uma inadequação (e por vezes inexistência) de sistemas informáticos capazes de suportar convenientemente o atual contexto de exigência e complexidade da emergência e socorro. Foi feita ao longo dos últimos anos, uma forte aposta na melhoria dos recursos físicos e dos recursos humanos encarregues da resposta àsemergência de primeira linha, mas descurou-se a área da gestão e análise da informação sobre as ocorrências, assim como, o delinear de possíveis estratégias de prevenção que uma análise sistematizada da informação sobre as ocorrências possibilita. Nas instituições de emergência e socorro de primeira linha em Portugal (bombeiros, proteção civil municipal, PSP, GNR, polícia municipal), prevalecem ainda hoje os sistemas informáticos apenas para o registo das ocorrências à posteriori e a total inexistência de sistemas de registo de informação e de apoio à decisão na alocação de recursos que operem em tempo real. A generalidade dos sistemas informáticos atualmente existentes nas instituições são unicamente de sistemas de backoffice, que não aproveitam a todas as potencialidades da informação operacional neles armazenada. Verificou-se também, que a geo-localização por via informática dos recursos físicos e de pontos de interesse relevantes em situações críticas é inexistente a este nível. Neste contexto, consideramos ser possível e importante alinhar o nível dos sistemas informáticos das instituições encarregues da emergência e socorro de primeira linha, com o nível dos recursos físicos e humanos que já dispõem atualmente. Dado que a emergência e socorro de primeira linha é um domínio claramente elegível para a aplicação de tecnologias provenientes dos domínios da inteligência artificial (nomeadamente sistemas periciais para apoio à decisão) e da geo-localização, decidimos no âmbito desta tese desenvolver um sistema informático capaz de colmatar muitas das lacunas por nós identificadas ao nível dos sistemas informáticos destas instituições. Pretendemos colocar as suas plataformas informáticas num nível similar ao dos seus recursos físicos e humanos. Assim, foram por nós identificadas duas áreas chave onde a implementação de sistemas informáticos adequados às reais necessidades das instituições podem ter um impacto muito proporcionar uma melhor gestão e otimização dos recursos físicos e humanos. As duas áreas chave por nós identificadas são o suporte à decisão na alocação dos recursos físicos e a geolocalização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse. Procurando fornecer uma resposta válida e adequada a estas duas necessidades prementes, foi desenvolvido no âmbito desta tese o sistema CRITICAL DECISIONS. O sistema CRITICAL DECISIONS incorpora um conjunto de funcionalidades típicas de um sistema pericial, para o apoio na decisão de alocação de recursos físicos às ocorrências. A inferência automática dos recursos físicos, assenta num conjunto de regra de inferência armazenadas numa base de conhecimento, em constante crescimento e atualização, com base nas respostas bem sucedidas a ocorrências passadas. Para suprimir as carências aos nível da geo-localização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse, o sistema CRITICAL DECISIONS incorpora também um conjunto de funcionalidades de geo-localização. Estas permitem a geo-localização de todos os recursos físicos da instituição, a geo-localização dos locais e as áreas das várias ocorrências, assim como, dos vários tipos de pontos de interesse. O sistema CRITICAL DECISIONS visa ainda suprimir um conjunto de outras carências por nós identificadas, ao nível da gestão documental (planos de emergência, plantas dos edifícios) , da comunicação, da partilha de informação entre as instituições de socorro e emergência locais, da contabilização dos tempos de serviço, entre outros. O sistema CRITICAL DECISIONS é o culminar de um esforço colaborativo e contínuo com várias instituições, responsáveis pela emergência e socorro de primeira linha a nível local. Esperamos com o sistema CRITICAL DECISIONS, dotar estas instituições de uma plataforma informática atual, inovadora, evolutiva, com baixos custos de implementação e de operação, capaz de proporcionar melhorias contínuas e significativas ao nível da qualidade da resposta às ocorrências, das capacidades de prevenção e de uma melhor otimização de todos os tipos de recursos que têm ao dispor.

Utilization of different encryption schemes for securing SCADA component communication

A vital role is being played by SCADA Communication for Supervisory Control and Data acquisition (SCADA) Monitoring Ststems. Devices that are designed to operate in safety-critical environments are usually designed to failsafe, but security vulnerabilities could be exploited by an attacker to disable the fail-safe mechanisms. Thus these devices must not onlybe designed for safety but also for security. This paper presents a study of the comparison of different Encryption schemes for securing SCADA Component Communication. The encryption schemes such as Symetric Key Encrypton in Wireless SCADA Environment, Assymmetric-key Encryption to Internet SCADA, and the Cross Crypto Scheme Cipher to secure communication for SCADA are analysed and the outcome is evaluated.

BANMAC: an opportunistic MAC protocol for reliable communications in body area networks

We consider reliable communications in Body Area Networks (BAN), where a set of nodes placed on human body are connected using wireless links. In order to keep the Specific Absorption Rate (SAR) as low as possible for health safety reasons, these networks operate in low transmit power regime, which however, is known to be error prone. It has been observed that the fluctuations of the Received Signal Strength (RSS) at the nodes of a BAN on a moving person show certain regularities and that the magnitude of these fluctuations are significant (5 - 20 dB). In this paper, we present BANMAC, a MAC protocol that monitors and predicts the channel fluctuations and schedules transmissions opportunistically when the RSS is likely to be higher. The MAC protocol is capable of providing differentiated service and resolves co-channel interference in the event of multiple co-located BANs in a vicinity. We report the design and implementation details of BANMAC integrated with the IEEE 802.15.4 protocol stack. We present experimental data which show that the packet loss rate (PLR) of BANMAC is significantly lower as compared to that of the IEEE 802.15.4 MAC. For comparable PLR, the power consumption of BANMAC is also significantly lower than that of the IEEE 802.15.4. For co-located networks, the convergence time to find a conflict-free channel allocation was approximately 1 s for the centralized coordination mechanism and was approximately 4 s for the distributed coordination mechanism.

An improved preemption delay upper bound for floating non-preemptive region

In embedded systems, the timing behaviour of the control mechanisms are sometimes of critical importance for the operational safety. These high criticality systems require strict compliance with the offline predicted task execution time. The execution of a task when subject to preemption may vary significantly in comparison to its non-preemptive execution. Hence, when preemptive scheduling is required to operate the workload, preemption delay estimation is of paramount importance. In this paper a preemption delay estimation method for floating non-preemptive scheduling policies is presented. This work builds on [1], extending the model and optimising it considerably. The preemption delay function is subject to a major tightness improvement, considering the WCET analysis context. Moreover more information is provided as well in the form of an extrinsic cache misses function, which enables the method to provide a solution in situations where the non-preemptive regions sizes are small. Finally experimental results from the implementation of the proposed solutions in Heptane are provided for real benchmarks which validate the significance of this work.

Quantifying the channel quality for interference-aware wireless sensor networks

Reliability of communications is key to expand application domains for sensor networks. SinceWireless Sensor Networks (WSN) operate in the license-free Industrial Scientific and Medical (ISM) bands and hence share the spectrum with other wireless technologies, addressing interference is an important challenge. In order to minimize its effect, nodes can dynamically adapt radio resources provided information about current spectrum usage is available. We present a new channel quality metric, based on availability of the channel over time, which meaningfully quantifies spectrum usage. We discuss the optimum scanning time for capturing the channel condition while maintaining energy-efficiency. Using data collected from a number of Wi-Fi networks operating in a library building, we show that our metric has strong correlation with the Packet Reception Rate (PRR). This suggests that quantifying interference in the channel can help in adapting resources for better reliability. We present a discussion of the usage of our metric for various resource allocation and adaptation strategies.

Hybrid wired/wireless PROFIBUS architectures: performance study based on simulation models

The problem of providing a hybrid wired/wireless communications for factory automation systems is still an open issue, notwithstanding the fact that already there are some solutions. This paper describes the role of simulation tools on the validation and performance analysis of two wireless extensions for the PROFIBUS protocol. In one of them, the Intermediate Systems, which connect wired and wireless network segments, operate as repeaters. In the other one the Intermediate Systems operate as bridge. We also describe how the analytical analysis proposed for these kinds of networks can be used for the setting of some network parameters and for the guaranteeing real-time behaviour of the system. Additionally, we also compare the bridge-based solution simulation results with the analytical results.

Calculating an upper bound on the finishing time of a group of threads executing on a GPU: a preliminary case study

Graphics processor units (GPUs) today can be used for computations that go beyond graphics and such use can attain a performance that is orders of magnitude greater than a normal processor. The software executing on a graphics processor is composed of a set of (often thousands of) threads which operate on different parts of the data and thereby jointly compute a result which is delivered to another thread executing on the main processor. Hence the response time of a thread executing on the main processor is dependent on the finishing time of the execution of threads executing on the GPU. Therefore, we present a simple method for calculating an upper bound on the finishing time of threads executing on a GPU, in particular NVIDIA Fermi. Developing such a method is nontrivial because threads executing on a GPU share hardware resources at very fine granularity.

Bridge architecture to interconnect hybrid wired/wireless PROFIBUS networks

The integration of wired and wireless technologies in modern manufacturing plants is now of paramount importance for the competitiveness of any industry. Being PROFIBUS the most widely used technology in use for industrial communications, several solutions have been proposed to provide PROFIBUS networks with wireless communications. One of them, the bridge-based hybrid wired/wireless PROFIBUS network approach, proposes an architecture in which the Intermediate Systems operate at Data Link Layer level, as bridges. In this paper, we propose an architecture for the implementation of such a bridge and the required protocols to handle communication between stations in different domains and the mobility of wireless stations.

Static-priority scheduling over wireless networks with multiple broadcast domains

We propose a wireless medium access control (MAC) protocol that provides static-priority scheduling of messages in a guaranteed collision-free manner. Our protocol supports multiple broadcast domains, resolves the wireless hidden terminal problem and allows for parallel transmissions across a mesh network. Arbitration of messages is achieved without the notion of a master coordinating node, global clock synchronization or out-of-band signaling. The protocol relies on bit-dominance similar to what is used in the CAN bus except that in order to operate on a wireless physical layer, nodes are not required to receive incoming bits while transmitting. The use of bit-dominance efficiently allows for a much larger number of priorities than would be possible using existing wireless solutions. A MAC protocol with these properties enables schedulability analysis of sporadic message streams in wireless multihop networks.

How a cyber-physical system can efficiently obtain a snapshot of physical information even in the presence of sensor faults

We present a distributed algorithm for cyber-physical systems to obtain a snapshot of sensor data. The snapshot is an approximate representation of sensor data; it is an interpolation as a function of space coordinates. The new algorithm exploits a prioritized medium access control (MAC) protocol to efficiently transmit information of the sensor data. It scales to a very large number of sensors and it is able to operate in the presence of sensor faults.

Low torque loss gears: austempered ductile iron versus carburized steel

Low-loss power transmission gears operate at lower temperature than conventional ones because their teeth geometry is optimized to reduce friction. The main objective of this work is to compare the operating stabilization temperature and efficiency of low-loss austempered ductile iron (ADI) and carburized steel gears. Three different low-loss tooth geometries were adopted (types 311, 411 and 611, all produced using standard 20° pressure angle tools) and corresponding steel and ADI gears were tested in a FZG machine. The results obtained showed that low-loss geometries had a significant influence on power loss, gears 611 generating lower power loss than gears 311. At low speeds (500 and 1000 rpm) and high torque ADI gears generated lower power loss than steel gears. However, at high speed and high torque (high input power and high stabilization temperature) steel gears had better efficiency.

Sistema didáctico de baixo custo com FPGA de alta densidade

O uso das Field-Programmable Gate Array tem crescido de forma exponencial. Com isto dito, é importante que os engenheiros electrotécnicos estejam familiarizados com este tipo de tecnologia. Foi com o intuído de passar estas valências para os alunos do ISEP, que surgiu a ideia de criar um sistema didáctico, que permitisse ao alunos aprender a trabalhar com estes dispositivos. O seguinte trabalho iniciou-se com base num estudo das características destes dispositivos e das suas potencialidades, seguido de uma avaliação do que o mercado tem para oferecer. Posteriormente, com base em toda a informação reunida, foi definida a arquitectura do sistema, que levou selecção de dispositivos a incluir no mesmo, e culminando na concepção do esquema eléctrico do sistema e da placa de circuito impresso correspondente ao protótipo do mesmo. As principais directivas para este projecto foram o uso de uma FPGA de alta densidade e a concepção da ferramenta com o custo de projecto o mais reduzido possível.

Estratégia de internacionalização da Grande Porto: seleção, modos de entrada e marketing-mix na abordagem dos mercados internacionais

Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Gestão das Organizações, Ramo de Gestão de Empresas Orientada pelo Professor Doutor José Freitas Santos

Optimal fuzzy PID control tuned with genetic algorithms

Fuzzy logic controllers (FLC) are intelligent systems, based on heuristic knowledge, that have been largely applied in numerous areas of everyday life. They can be used to describe a linear or nonlinear system and are suitable when a real system is not known or too difficult to find their model. FLC provide a formal methodology for representing, manipulating and implementing a human heuristic knowledge on how to control a system. These controllers can be seen as artificial decision makers that operate in a closed-loop system, in real time. The main aim of this work was to develop a single optimal fuzzy controller, easily adaptable to a wide range of systems – simple to complex, linear to nonlinear – and able to control all these systems. Due to their efficiency in searching and finding optimal solution for high complexity problems, GAs were used to perform the FLC tuning by finding the best parameters to obtain the best responses. The work was performed using the MATLAB/SIMULINK software. This is a very useful tool that provides an easy way to test and analyse the FLC, the PID and the GAs in the same environment. Therefore, it was proposed a Fuzzy PID controller (FL-PID) type namely, the Fuzzy PD+I. For that, the controller was compared with the classical PID controller tuned with, the heuristic Ziegler-Nichols tuning method, the optimal Zhuang-Atherton tuning method and the GA method itself. The IAE, ISE, ITAE and ITSE criteria, used as the GA fitness functions, were applied to compare the controllers performance used in this work. Overall, and for most systems, the FL-PID results tuned with GAs were very satisfactory. Moreover, in some cases the results were substantially better than for the other PID controllers. The best system responses were obtained with the IAE and ITAE criteria used to tune the FL-PID and PID controllers.