Arquitecturas e ferramentas para gestão de redes e sistemas: estudo de um caso

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Arquitecturas, Sistemas e Redes

Arquitecturas dos sistemas de informação

Nas últimas décadas, a aplicação do conceito de arquitectura nos Sistemas de Informação (SI) tem tido uma grande adesão. Para isso, muito contribuiu o desenvolvimento das metodologias de Planeamento de SI (PSI) e a realização de diversos trabalhos nesta área. Contudo, tem-se verificado à semelhança do que se passa noutras áreas do domínio dos SI, que não existe um consenso entre os diversos investigadores sobre os conceitos e terminologia a utilizar. É por isso frequente encontrar na literatura trabalhos de diferentes autores que utilizam conceitos e terminologia diferentes para representar a mesma coisa. A justificação comummente aceite para esta situação são os diferentes contextos em que os diversos trabalhos são realizados. Face a esta realidade procurou-se neste trabalho clarificar os conceitos associados às arquitecturas e à sua aplicação nos SI, justificando a sua necessidade e utilidade; e identificando, analisando e comparando as principais contribuições nesta área. Para além dessa clarificação, foram ainda identificados e caracterizados um conjunto de aspectos, designados por perspectivas, úteis para a construção das arquitecturas dos SI. A caracterização destas perspectivas, derivadas dos principais modelos de arquitecturas encontrados na literatura, permite estabelecer um ponto de partida para a definição de um enquadramento metodológico para a construção das arquitecturas dos SI.

Arquitecturas dos sistemas de informação: uma comparação de abordagens

Mais de duas décadas após a sua introdução nos Sistemas de Informação (SI) continua a ser relevante falar e aplicar as arquitecturas dos SI nas organizações. A este facto não é alheio o reconhecimento da importância e criticidade das arquitecturas dos SI para o sucesso dos Sistemas e Tecnologias de Informação (SI/TI) nas organizações. Neste contexto, este artigo para além de reflectir sobre os tipos de arquitecturas nos SI, sua aplicabilidade e utilidade para as organizações, pretende fazer uma comparação entre as principais abordagens para a construção das arquitecturas dos SI.

Documentos inteligentes

Ao longo deste trabalho será apresentada uma solução para sistemas de informação empresarial no domínio da Qualidade. Desenvolvida num ambiente real com recurso a plataforma .NET, a sua eficácia foi posta à prova em várias implementações. Várias organizações necessitam de implementar processos baseados num documento único, que deve conter o registo de toda a informação, mas que exige a intervenção de diferentes colaboradores. Esta necessidade varia muito entre organizações. Para dar resposta a este problema foi desenvolvido um sistema, denominado de Documentos Inteligentes, que, através de várias ferramentas, permite configurar processos, sem recorrer a codificação, baseados no registo de informação, workflow, controlo de acessos e alertas. É justamente a descrição dos vários componentes tecnológicos utilizados para dar resposta aos problemas, que se irá efectuar neste trabalho. Em termos de desenvolvimento de software foram abordados conceitos práticos de engenharia de domínio, RAD, arquitecturas por camadas, abstracção e workflow que possibilitaram uma maior flexibilidade do sistema desenvolvido e que conduz, simultaneamente, a uma rápida implementação de soluções de software baseadas nesta área.

Sistema de aquisição de dados em tempo real

Neste trabalho propus-me realizar um Sistema de Aquisição de Dados em Tempo Real via Porta Paralela. Para atingir com sucesso este objectivo, foi realizado um levantamento bibliográfico sobre sistemas operativos de tempo real, salientando e exemplificando quais foram marcos mais importantes ao longo da sua evolução. Este levantamento permitiu perceber o porquê da proliferação destes sistemas face aos custos que envolvem, em função da sua aplicação, bem como as dificuldades, científicas e tecnológicas, que os investigadores foram tendo, e que foram ultrapassando com sucesso. Para que Linux se comporte como um sistema de tempo real, é necessário configura-lo e adicionar um patch, como por exemplo o RTAI ou ADEOS. Como existem vários tipos de soluções que permitem aplicar as características inerentes aos sistemas de tempo real ao Linux, foi realizado um estudo, acompanhado de exemplos, sobre o tipo de arquitecturas de kernel mais utilizadas para o fazer. Nos sistemas operativos de tempo real existem determinados serviços, funcionalidades e restrições que os distinguem dos sistemas operativos de uso comum. Tendo em conta o objectivo do trabalho, e apoiado em exemplos, fizemos um pequeno estudo onde descrevemos, entre outros, o funcionamento escalonador, e os conceitos de latência e tempo de resposta. Mostramos que há apenas dois tipos de sistemas de tempo real o ‘hard’ que tem restrições temporais rígidas e o ‘soft’ que engloba as restrições temporais firmes e suaves. As tarefas foram classificadas em função dos tipos de eventos que as despoletam, e evidenciando as suas principais características. O sistema de tempo real eleito para criar o sistema de aquisição de dados via porta paralela foi o RTAI/Linux. Para melhor percebermos o seu comportamento, estudamos os serviços e funções do RTAI. Foi dada especial atenção, aos serviços de comunicação entre tarefas e processos (memória partilhada e FIFOs), aos serviços de escalonamento (tipos de escalonadores e tarefas) e atendimento de interrupções (serviço de rotina de interrupção - ISR). O estudo destes serviços levou às opções tomadas quanto ao método de comunicação entre tarefas e serviços, bem como ao tipo de tarefa a utilizar (esporádica ou periódica). Como neste trabalho, o meio físico de comunicação entre o meio ambiente externo e o hardware utilizado é a porta paralela, também tivemos necessidade de perceber como funciona este interface. Nomeadamente os registos de configuração da porta paralela. Assim, foi possível configura-lo ao nível de hardware (BIOS) e software (módulo do kernel) atendendo aos objectivos do presente trabalho, e optimizando a utilização da porta paralela, nomeadamente, aumentando o número de bits disponíveis para a leitura de dados. No desenvolvimento da tarefa de hard real-time, foram tidas em atenção as várias considerações atrás referenciadas. Foi desenvolvida uma tarefa do tipo esporádica, pois era pretendido, ler dados pela porta paralela apenas quando houvesse necessidade (interrupção), ou seja, quando houvesse dados disponíveis para ler. Desenvolvemos também uma aplicação para permitir visualizar os dados recolhidos via porta paralela. A comunicação entre a tarefa e a aplicação é assegurada através de memória partilhada, pois garantindo a consistência de dados, a comunicação entre processos do Linux e as tarefas de tempo real (RTAI) que correm ao nível do kernel torna-se muito simples. Para puder avaliar o desempenho do sistema desenvolvido, foi criada uma tarefa de soft real-time cujos tempos de resposta foram comparados com os da tarefa de hard real-time. As respostas temporais obtidas através do analisador lógico em conjunto com gráficos elaborados a partir destes dados, mostram e comprovam, os benefícios do sistema de aquisição de dados em tempo real via porta paralela, usando uma tarefa de hard real-time.

Sistema de gestão de iluminação LUTRON

Os custos da construção dos edifícios e posteriormente a sua manutenção, são cada vez mais elevados. A dimensão e a densidade de ocupação, que hoje caracterizam os edifícios, os objectivos de flexibilidade de utilização e contenção de custos de funcionamento, são cada vez mais uma necessidade, tornando indispensável a racionalização do projecto e a optimização da exploração dos edifícios. Quer sejam através de imposições legais, como os recentes diplomas relativos ao Sistema de Certificação Energética (SCE), Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE), quer surjam das próprias necessidades de evolução da actual sociedade, assistimos a uma exigência cada vez maior dos requisitos de conforto, de segurança e flexibilidade. Esta preocupação não se pode esgotar no correcto e eficaz projecto dos sistemas implementados, mas é importante não descurar a sua performance ao longo do seu tempo de vida útil dos Sistemas. A automatização e integração de sistemas nos edifícios é um tema actual e que se vem tornando obrigatório dadas as necessidades actuais de cumprir os requisitos energéticos, de segurança, de conforto, de sustentabilidade e adaptabilidade em todas as fazes da vida de uma edificação: projecto, construção e utilização, englobando a sua manutenção e remodelações. De acordo com estas necessidades as características tecnológicas evoluíram desde os tempos em que não existia nenhuma automatização nos edifícios, passando pelos sistemas centralizados em que num único ponto, era possível saber o estado dos equipamentos do edifício e exercer controlo sobre eles, mas sem integração dos vários sistemas, até aos sistemas de gestão integrados com arquitecturas distribuídas.

Os referenciais de segurança da informação e a melhoria contínua: um caso exploratório

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Arquitecturas, Sistemas e Redes

O Futuro dos Centros de Dados

Atualmente, as Tecnologias de Informação (TI) são cada vez mais vitais dentro das organizações. As TI são o motor de suporte do negócio. Para grande parte das organizações, o funcionamento e desenvolvimento das TI têm como base infraestruturas dedicadas (internas ou externas) denominadas por Centro de Dados (CD). Nestas infraestruturas estão concentrados os equipamentos de processamento e armazenamento de dados de uma organização, por isso, são e serão cada vez mais desafiadas relativamente a diversos fatores tais como a escalabilidade, disponibilidade, tolerância à falha, desempenho, recursos disponíveis ou disponibilizados, segurança, eficiência energética e inevitavelmente os custos associados. Com o aparecimento das tecnologias baseadas em computação em nuvem e virtualização, abrese todo um leque de novas formas de endereçar os desafios anteriormente descritos. Perante este novo paradigma, surgem novas oportunidades de consolidação dos CD que podem representar novos desafios para os gestores de CD. Por isso, é no mínimo irrealista para as organizações simplesmente eliminarem os CD ou transforma-los segundo os mais altos padrões de qualidade. As organizações devem otimizar os seus CD, contudo um projeto eficiente desta natureza, com capacidade para suportar as necessidades impostas pelo mercado, necessidades dos negócios e a velocidade da evolução tecnológica, exigem soluções complexas e dispendiosas tanto para a sua implementação como a sua gestão. É neste âmbito que surge o presente trabalho. Com o objetivo de estudar os CD inicia-se um estudo sobre esta temática, onde é detalhado o seu conceito, evolução histórica, a sua topologia, arquitetura e normas existentes que regem os mesmos. Posteriormente o estudo detalha algumas das principais tendências condicionadoras do futuro dos CD. Explorando o conhecimento teórico resultante do estudo anterior, desenvolve-se uma metodologia de avaliação dos CD baseado em critérios de decisão. O estudo culmina com uma análise sobre uma nova solução tecnológica e a avaliação de três possíveis cenários de implementação: a primeira baseada na manutenção do atual CD; a segunda baseada na implementação da nova solução em outro CD em regime de hosting externo; e finalmente a terceira baseada numa implementação em regime de IaaS.

Estratificação da interação com o utilizador em ambientes de Realidade Virtual

A evolução tecnológica tem sido de tal ordem que a realidade virtual deixou de ser um mero conceito que apenas é possível de implementar recorrendo a máquinas com um poder de processamento muito elevado. Tendo em conta o potencial da realidade virtual e a não existência de boas práticas na criação da interface de um sistema que use este conceito, pretende-se, nesta dissertação, fazer um estudo sobre como pode ser analisada e estruturada a componente de interação através da estratificação de níveis de interação para as diferentes operações do sistema pretendido. Por forma a ser possível, posteriormente, comparar cada um dos sistemas relativamente à interação, foram estipulados um conjunto de ações/operações que teriam de ser passíveis de executar em cada um, bem como, um tema base, uma aplicação de realidade virtual de simulação de espaço aplicada ao sector mobiliário. Depois de implementados os sistemas, estes foram apresentados a um conjunto de pessoas que foram inquiridas sobre os mesmos, por forma a avaliar a interação com cada um. Através dos resultados obtidos da avaliação dos inquéritos entregues, foi possível concluir que, para uma grande parte das operações implementadas, existe uma preferência para que a realização da operação seja o mais similar à sua execução num contexto real.

Implementation of an IoT-based Sensor Network Integrating IoT-based Sensor Networks with Large-Scale Message Distribution

As technology advances not only do new standards and programming styles appear but also some of the previously established ones gain relevance. In a new Internet paradigm where interconnection between small devices is key to the development of new businesses and scientific advancement there is the need to find simple solutions that anyone can implement in order to allow ideas to become more than that, ideas. Open-source software is still alive and well, especially in the area of the Internet of Things. This opens windows for many low capital entrepreneurs to experiment with their ideas and actually develop prototypes, which can help identify problems with a project or shine light on possible new features and interactions. As programming becomes more and more popular between people of fields not related to software there is the need for guidance in developing something other than basic algorithms, which is where this thesis comes in: A comprehensive document explaining the challenges and available choices of developing a sensor data and message delivery system, which scales well and implements the delivery of critical messages. Modularity and extensibility were also given much importance, making this an affordable tool for anyone that wants to build a sensor network of the kind.

Migração de aplicações móveis híbridas para Android nativo

Durante os últimos anos tem-se assistido a um crescimento exponencial da utilização dos dispositivos móveis. Atualmente, a presença destes dispositivos está tão consolidada na sociedade em que nos encontramos que é praticamente impossível estar num espaço público sem encontrar uma pessoa a utilizar um exemplar deste tipo de dispositivos, na forma de um Smartphone ou um Tablet. Nesse sentido, um grande número de organizações de desenvolvimento de software tem vindo a apostar na criação de aplicações para servir este mercado com enorme potencial. De forma a iniciar o desenvolvimento aplicacional nesta área, cabe às organizações escolherem a metodologia de desenvolvimento que mais se adapta às suas necessidades e ao contexto que desejam explorar. Por vezes, a abordagem adotada acaba por ser tornar inadaptada a longo prazo, podendo as aplicações começar a apresentar níveis de desempenho e problemas comportamentais indesejados, de acordo com as alterações realizadas e as necessidades evidenciadas no seu processo de evolução, sendo necessário explorar outras alternativas metodológicas. No contexto apresentado surge a temática da presente dissertação, que se propõe à criação de um plano de migração tecnológica genérico direcionado a um conjunto aplicações móveis em estudo, desenvolvidas através de uma metodologia híbrida, adaptada ao desenvolvimento de aplicações compatíveis com as diversas plataformas móveis. O plano devia então ser construído com o intuito de efetuar a migração das aplicações para uma metodologia nativa, adaptada ao desenvolvimento de aplicações móveis específicas a uma determinada plataforma móvel, que no presente caso seria sob a plataforma Android. No decorrer do trabalho realizado foram desenvolvidos mecanismos e componentes genéricos que permitiram implementar um módulo de migração responsável por construir um projeto nativo base de Android através de um projeto híbrido, construído segundo as suas tecnologias específicas. Finalizada a implementação, foram realizados testes comparativos entre a aplicação alvo de migração e o protótipo nativo conseguido e foi apresentada uma série de resultados que permitiram concluir a adequação da metodologia nativa para ultrapassar a problemática evidenciada. Além disso, foi também possível concluir que o sistema de migração genérico resultante do trabalho desta dissertação permite reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento necessário em migrações de outras aplicações que se enquadrem na mesma problemática.

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

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.

Controlo de acesso móvel

O mercado de smartphones tem vindo a crescer massivamente nos últimos anos, bem como a diversi cação das suas funcionalidades no dia-a-dia de cada pessoa. O mercado aberto de aplicações para estes equipamentos também tem sofrido uma forte evolução o que permite uma maior qualidade e competitividade pela apresentação de produtos. O conceito de casas inteligentes está cada vez mais presente e é algo que as pessoas se estão a acomodar de forma gradual. Para acompanhar tal feito, é necessário desenvolver as capacidades dos equipamentos que estas pessoas mais usam para que estes possam dar resposta a estas necessidades. Para o caso atual irão ser estudadas as fechaduras inteligentes. Os sistemas comercializados atualmente, são tipicamente sistemas proprietários e apresentam algumas limitações ou faltas (ex: ao nível da segurança, incapacidade de abranger um largo número de dispositivos móveis ou mesmo ao nível do preço). Neste contexto, e com base na caracterização das soluções de controlo de acesso atuais, foi estudada a viabilidade de, usando uma abordagem assente em tecnologias não proprietárias (i.e., abertas), desenvolver soluções de controlo de acesso com características comparáveis com os sistemas proprietários actuais e, eventualmente, ultrapassando os limites e falhas identi cados. Dadas estas premissas o sistema de controlo de acesso móvel pensado envolve um computador BeagleBone Black e a tecnologia sem os Bluetooth. Este sistema permite a fácil integração do computador com qualquer smartphone atual e é dotado de fortes características de segurança e privacidade. O sistema foi concebido inicialmente para ser implementado em fechaduras de portas mas com possibilidade de expansão para outros equipamentos. Além disso, o sistema permitirá também o acesso a terceiros após a devida autorização do dono.