Toward a Run-Time Verification Framework for Real-Time Safety-Critical Systems

Presented at SEMINAR "ACTION TEMPS RÉEL:INFRASTRUCTURES ET SERVICES SYSTÉMES". 10, Apr, 2015. Brussels, Belgium.

Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives

The world is increasingly in a global community. The rapid technological development of communication and information technologies allows the transmission of knowledge in real-time. In this context, it is imperative that the most developed countries are able to develop their own strategies to stimulate the industrial sector to keep up-to-date and being competitive in a dynamic and volatile global market so as to maintain its competitive capacities and by consequence, permits the maintenance of a pacific social state to meet the human and social needs of the nation. The path traced of competitiveness through technological differentiation in industrialization allows a wider and innovative field of research. Already we are facing a new phase of organization and industrial technology that begins to change the way we relate with the industry, society and the human interaction in the world of work in current standards. This Thesis, develop an analysis of Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives. Also, an analysis of German reality in facing to approach the future challenge in this theme, the competition expected to win in future global markets, points of domestic concerns felt in its industrial fabric household face this challenge and proposes recommendations for a more effective implementation of its own strategy. The methods of research consisted of a comprehensive review and strategically analysis of existing global literature on the topic, either directly or indirectly, in parallel with the analysis of questionnaires and data analysis performed by entities representing the industry at national and world global placement. The results found by this multilevel analysis, allowed concluding that this is a theme that is only in the beginning for construction the platform to engage the future Internet of Things in the industrial environment Industrie 4.0. This dissertation allows stimulate the need of achievements of more strategically and operational approach within the society itself as a whole to clarify the existing weaknesses in this area, so that the National Strategy can be implemented with effective approaches and planned actions for a direct training plan in a more efficiently path in education for the theme.

Parallel Software framework for time-critical many-core systems

The recent technological advancements and market trends are causing an interesting phenomenon towards the convergence of High-Performance Computing (HPC) and Embedded Computing (EC) domains. On one side, new kinds of HPC applications are being required by markets needing huge amounts of information to be processed within a bounded amount of time. On the other side, EC systems are increasingly concerned with providing higher performance in real-time, challenging the performance capabilities of current architectures. The advent of next-generation many-core embedded platforms has the chance of intercepting this converging need for predictable high-performance, allowing HPC and EC applications to be executed on efficient and powerful heterogeneous architectures integrating general-purpose processors with many-core computing fabrics. To this end, it is of paramount importance to develop new techniques for exploiting the massively parallel computation capabilities of such platforms in a predictable way. P-SOCRATES will tackle this important challenge by merging leading research groups from the HPC and EC communities. The time-criticality and parallelisation challenges common to both areas will be addressed by proposing an integrated framework for executing workload-intensive applications with real-time requirements on top of next-generation commercial-off-the-shelf (COTS) platforms based on many-core accelerated architectures. The project will investigate new HPC techniques that fulfil real-time requirements. The main sources of indeterminism will be identified, proposing efficient mapping and scheduling algorithms, along with the associated timing and schedulability analysis, to guarantee the real-time and performance requirements of the applications.

Interlimb Coordination During Step-to-Step Transition and Gait Performance

Most energy spent in walking is due to step-to-step transitions. During this phase, the interlimb coordination assumes a crucial role to meet the demands of postural and movement control. The authors review studies that have been carried out regarding the interlimb coordination during gait, as well as the basic biomechanical and neurophysiological principles of interlimb coordination. The knowledge gathered from these studies is useful for understanding step-to-step transition during gait from a motor control perspective and for interpreting walking impairments and inefficiency related to pathologies, such as stroke. This review shows that unimpaired walking is characterized by a consistent and reciprocal interlimb influence that is supported by biomechanical models, and spinal and supraspinal mechanisms. This interlimb coordination is perturbed in subjects with stroke.

SHõWA: A Self-healing Framework for Web-based Applications

The complexity of systems is considered an obstacle to the progress of the IT industry. Autonomic computing is presented as the alternative to cope with the growing complexity. It is a holistic approach, in which the systems are able to configure, heal, optimize, and protect by themselves. Web-based applications are an example of systems where the complexity is high. The number of components, their interoperability, and workload variations are factors that may lead to performance failures or unavailability scenarios. The occurrence of these scenarios affects the revenue and reputation of businesses that rely on these types of applications. In this article, we present a self-healing framework for Web-based applications (SHõWA). SHõWA is composed by several modules, which monitor the application, analyze the data to detect and pinpoint anomalies, and execute recovery actions autonomously. The monitoring is done by a small aspect-oriented programming agent. This agent does not require changes to the application source code and includes adaptive and selective algorithms to regulate the level of monitoring. The anomalies are detected and pinpointed by means of statistical correlation. The data analysis detects changes in the server response time and analyzes if those changes are correlated with the workload or are due to a performance anomaly. In the presence of per- formance anomalies, the data analysis pinpoints the anomaly. Upon the pinpointing of anomalies, SHõWA executes a recovery procedure. We also present a study about the detection and localization of anomalies, the accuracy of the data analysis, and the performance impact induced by SHõWA. Two benchmarking applications, exercised through dynamic workloads, and different types of anomaly were considered in the study. The results reveal that (1) the capacity of SHõWA to detect and pinpoint anomalies while the number of end users affected is low; (2) SHõWA was able to detect anomalies without raising any false alarm; and (3) SHõWA does not induce a significant performance overhead (throughput was affected in less than 1%, and the response time delay was no more than 2 milliseconds).

Knowledge repository framework for crowdsourcing innovation intermediary: a proposal

A crowdsourcing innovation intermediary performs mediation activities between companies that have a problem to solve or that seek a business opportunity, and a group of people motivated to present ideas based on their knowledge, experience and wisdom, taking advantage of technology sharing and collaboration emerging from Web2.0. As far as we know, most of the present intermediaries don´t have, yet, an integrated vision that combines the creation of value through community development, brokering and technology transfer. In this paper we present a proposal of a knowledge repository framework for crowdsourcing innovation that enables effective support and integration of the activities developed in the process of value creation (community building, brokering and technology transfer), modeled using ontology engineering methods.

Os apoios educativos na construção do sucesso educativo: um estudo de caso num Território de intervenção prioritária

O maior desafio da escola atual é conjugar a escolaridade obrigatória e universal com a ânsia do sucesso educativo. Uma escola justa e democrática não pode limitar-se a selecionar os que têm mais mérito, tem, obrigatoriamente, de se preocupar com aqueles que têm mais dificuldades em ter sucesso e que se vão autoexcluindo. Um dos dispositivos clássicos para potenciar os resultados académicos são os Apoios Educativos, porém no Agrupamento de Escolas X, um Território Educativo de Intervenção Prioritária (TEIP), os resultados obtidos mantêm-se abaixo dos padrões nacionais. É este o ponto de partida do nosso estudo, pois, apesar do investimento considerável no aumento de apoios educativos neste Agrupamento, muitos alunos continuam a registar insucesso educativo.Partindo desta realidade percecionada com a análise documental sobre os Apoios Educativos neste Agrupamento, e após uma ação de acompanhamento da Inspeção Geral da Educação e Ciência, surgiu a necessidade de orientar o nosso olhar para uma análise de todo o processo dos apoios de modo a perceber como se pode otimizar o impacto dos apoios no sucesso dos alunos e, consequentemente, ter o reconhecimento exterior. Tendo por base a análise de conteúdo das entrevistas a docentes de Português e Matemática, envolvidos no processo dos apoios educativos e do focus group realizado com alunos que beneficiaram destes apoios educativos, e suportada por um enquadramento teórico e legal, delineou-se um plano de ação, que visa a melhoria do sucesso educativo de todos os alunos e envolve toda a organização escolar. Perceciona-se a preponderância da coordenação e da monitorização num processo que se pretende efetivo e não de simples receituário, mas acima de tudo, toma-se consciência que para funcionar é necessário que seja devidamente clarificado, sentido e apropriado por todos os atores envolvidos.

Coordenação e fiscalização de uma empreitada

O presente relatório reporta o trabalho desenvolvido durante o estágio curricular enquadrado no ciclo de estudos do Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto – ISEP. A duração do estágio curricular, inserido em ambiente empresarial, compreendeu um período de seis meses, tendo início em Fevereiro e conclusão no mês de Julho de 2015, decorrendo na empresa ENESCOORD – Coordenação e Gestão de Projetos e Obras, Lda., com o intuito de obter o grau de Mestre em Engenharia Civil – ramo de Gestão da Construção. No presente relatório, faz-se o enquadramento do mesmo, bem como a apresentação da empresa onde foi realizado o estágio curricular. De forma a percecionar as obrigações legais a que está sujeita a fiscalização, aborda-se a legislação aplicável às funções da fiscalização no decorrer de uma obra. O presente documento aborda a temática da Fiscalização e as suas responsabilidades durante a obra, apresentando o trabalho desenvolvido pelo estagiário enquanto membro integrante da equipa de fiscalização. Durante o estágio desenvolveu o trabalho de engenheiro fiscal estagiário na empreitada da SOGENAVE que consistiu na ampliação das instalações da empresa, com o intuito de aumentar o espaço de armazenamento e agrupar as empresas do grupo Trivalor, onde se insere a SOGENAVE. O relatório aborda as áreas de controlo da fiscalização aplicadas durante a obra, analisando com ênfase o controlo de qualidade, de custos, de prazos, de segurança e das alterações introduzidas no projeto. Por fim, enunciam-se algumas considerações em jeito de conclusão inerentes ao trabalho desenvolvido.

Desenvolvimento de uma framework de argumentação Para apoio à tomada de decisão ubíqua

Os Sistemas de Apoio à Tomada de Decisão em Grupo (SADG) surgiram com o objetivo de apoiar um conjunto de decisores no processo de tomada de decisão. Uma das abordagens mais comuns na literatura para a implementação dos SADG é a utilização de Sistemas Multi-Agente (SMA). Os SMA permitem refletir com maior transparência o contexto real, tanto na representação que cada agente faz do decisor que representa como no formato de comunicação utilizado. Com o crescimento das organizações, atualmente vive-se uma viragem no conceito de tomada de decisão. Cada vez mais, devido a questões como: o estilo de vida, os mercados globais e o tipo de tecnologias disponíveis, faz sentido falar de decisão ubíqua. Isto significa que o decisor deverá poder utilizar o sistema a partir de qualquer local, a qualquer altura e através dos mais variados tipos de dispositivos eletrónicos tais como tablets, smartphones, etc. Neste trabalho é proposto um novo modelo de argumentação, adaptado ao contexto da tomada de decisão ubíqua para ser utilizado por um SMA na resolução de problemas multi-critério. É assumido que cada agente poderá utilizar um estilo de comportamento que afeta o modo como esse agente interage com outros agentes em situações de conflito. Sendo assim, pretende-se estudar o impacto da utilização de estilos de comportamento ao longo do processo da tomada de decisão e perceber se os agentes modelados com estilos de comportamento conseguem atingir o consenso mais facilmente quando comparados com agentes que não apresentam nenhum estilo de comportamento. Pretende-se ainda estudar se o número de argumentos trocados entre os agentes é proporcional ao nível de consenso final após o processo de tomada de decisão. De forma a poder estudar as hipóteses de investigação desenvolveu-se um protótipo de um SADG, utilizando um SMA. Desenvolveu-se ainda uma framework de argumentação que foi adaptada ao protótipo desenvolvido. Os resultados obtidos permitiram validar as hipóteses definidas neste trabalho tendo-se concluído que os agentes modelados com estilos de comportamento conseguem na maioria das vezes atingir um consenso mais facilmente comparado com agentes que não apresentam nenhum estilo de comportamento e que o número de argumentos trocados entre os agentes durante o processo de tomada de decisão não é proporcional ao nível de consenso final.

Real-time Task-Splitting scheduling algorithms framework

Nos dias de hoje, os sistemas de tempo real crescem em importância e complexidade. Mediante a passagem do ambiente uniprocessador para multiprocessador, o trabalho realizado no primeiro não é completamente aplicável no segundo, dado que o nível de complexidade difere, principalmente devido à existência de múltiplos processadores no sistema. Cedo percebeu-se, que a complexidade do problema não cresce linearmente com a adição destes. Na verdade, esta complexidade apresenta-se como uma barreira ao avanço científico nesta área que, para já, se mantém desconhecida, e isto testemunha-se, essencialmente no caso de escalonamento de tarefas. A passagem para este novo ambiente, quer se trate de sistemas de tempo real ou não, promete gerar a oportunidade de realizar trabalho que no primeiro caso nunca seria possível, criando assim, novas garantias de desempenho, menos gastos monetários e menores consumos de energia. Este último fator, apresentou-se desde cedo, como, talvez, a maior barreira de desenvolvimento de novos processadores na área uniprocessador, dado que, à medida que novos eram lançados para o mercado, ao mesmo tempo que ofereciam maior performance, foram levando ao conhecimento de um limite de geração de calor que obrigou ao surgimento da área multiprocessador. No futuro, espera-se que o número de processadores num determinado chip venha a aumentar, e como é óbvio, novas técnicas de exploração das suas inerentes vantagens têm de ser desenvolvidas, e a área relacionada com os algoritmos de escalonamento não é exceção. Ao longo dos anos, diferentes categorias de algoritmos multiprocessador para dar resposta a este problema têm vindo a ser desenvolvidos, destacando-se principalmente estes: globais, particionados e semi-particionados. A perspectiva global, supõe a existência de uma fila global que é acessível por todos os processadores disponíveis. Este fato torna disponível a migração de tarefas, isto é, é possível parar a execução de uma tarefa e resumir a sua execução num processador distinto. Num dado instante, num grupo de tarefas, m, as tarefas de maior prioridade são selecionadas para execução. Este tipo promete limites de utilização altos, a custo elevado de preempções/migrações de tarefas. Em contraste, os algoritmos particionados, colocam as tarefas em partições, e estas, são atribuídas a um dos processadores disponíveis, isto é, para cada processador, é atribuída uma partição. Por essa razão, a migração de tarefas não é possível, acabando por fazer com que o limite de utilização não seja tão alto quando comparado com o caso anterior, mas o número de preempções de tarefas decresce significativamente. O esquema semi-particionado, é uma resposta de caráter hibrido entre os casos anteriores, pois existem tarefas que são particionadas, para serem executadas exclusivamente por um grupo de processadores, e outras que são atribuídas a apenas um processador. Com isto, resulta uma solução que é capaz de distribuir o trabalho a ser realizado de uma forma mais eficiente e balanceada. Infelizmente, para todos estes casos, existe uma discrepância entre a teoria e a prática, pois acaba-se por se assumir conceitos que não são aplicáveis na vida real. Para dar resposta a este problema, é necessário implementar estes algoritmos de escalonamento em sistemas operativos reais e averiguar a sua aplicabilidade, para caso isso não aconteça, as alterações necessárias sejam feitas, quer a nível teórico quer a nível prá

Adaptive Game Design Study of a fully adaptive framework

Adventure! The Paladin Order foi um projecto ambicioso que começou por ser desenvolvido como um video jogo completo. Tinha como objéctivo implementar uma ferramenta diferente que permitisse tornar o jogo completamente adaptativo às decisões do jogador tanto nas interacções e no diálogo com outras personagens, assim como no combate contra os variados inímigos do jogo. Devido à inexperiência do autor uma grande parte do tempo foi passado a estudar e a pesquisar várias possíveis soluções que permitissem criar um ambiente que fosse adaptativo de uma forma simples e interessante, não só para os programadores mas também para qualquer pessoa que fosse responsável por editar o diálogo e a história do jogo. Os resultados foram bastante interessantes, revelando um sistema que depende simultaneamente dos ficheiros de onde é retirado o diálogo, e de um sistema de personalidades que permite definir qual será o comportamento de qualquer objecto do jogo ou, pelo menos, como as outras personagens irão reagir. O produto final é uma ferramenta de bases sólidas que permite uma implementação relativamente simples de um sistema abrangente e adaptativo, com poucas falhas e apenas algumas questões de simplicidade de código.

A framework for real time MMO game content generation

Com o aumento de plataformas móveis disponíveis no mercado e com o constante incremento na sua capacidade computacional, a possibilidade de executar aplicações e em especial jogos com elevados requisitos de desempenho aumentou consideravelmente. O mercado dos videojogos tem assim um cada vez maior número de potenciais clientes. Em especial, o mercado de jogos massive multiplayer online (MMO) tem-se tornado muito atractivo para as empresas de desenvolvimento de jogos. Estes jogos suportam uma elevada quantidade de jogadores em simultâneo que podem estar a executar o jogo em diferentes plataformas e distribuídos por um "mundo" de jogo extenso. Para incentivar a exploração desse "mundo", distribuem-se de forma inteligente pontos de interesse que podem ser explorados pelo jogador. Esta abordagem leva a um esforço substancial no planeamento e construção desses mundos, gastando tempo e recursos durante a fase de desenvolvimento. Isto representa um problema para as empresas de desenvolvimento de jogos, e em alguns casos, e impraticável suportar tais custos para equipas indie. Nesta tese e apresentada uma abordagem para a criação de mundos para jogos MMO. Estudam-se vários jogos MMO que são casos de sucesso de modo a identificar propriedades comuns nos seus mundos. O objectivo e criar uma framework flexível capaz de gerar mundos com estruturas que respeitam conjuntos de regras definidas por game designers. Para que seja possível usar a abordagem aqui apresentada em v arias aplicações diferentes, foram desenvolvidos dois módulos principais. O primeiro, chamado rule-based-map-generator, contem a lógica e operações necessárias para a criação de mundos. O segundo, chamado blocker, e um wrapper à volta do módulo rule-based-map-generator que gere as comunicações entre servidor e clientes. De uma forma resumida, o objectivo geral e disponibilizar uma framework para facilitar a geração de mundos para jogos MMO, o que normalmente e um processo bastante demorado e aumenta significativamente o custo de produção, através de uma abordagem semi-automática combinando os benefícios de procedural content generation (PCG) com conteúdo gráfico gerado manualmente.