Análise do atraso fim-a-fim observado por diferentes classes de tráfego em redes Ethernet micro-segmentadas

A tecnologia de rede dominante em ambientes locais é ethernet. Sua ampla utilização e o aumento crescente nos requisitos impostos pelas aplicações são as principais razões para a evolução constante presenciada desde o surgimento deste tipo de rede simples e barata. Na busca por maior desempenho, configurações baseadas na disputa por um meio de transmissão compartilhado foram substituídas por topologias organizadas ao redor de switches e micro-segmentadas, ou seja, com canais de transmissão individuais para cada estação. Neste mesmo sentido, destacam-se os dispositivos de qualidade de serviço padronizados a partir de 1998, que permitem a diferenciação de tráfego prioritário. O uso desta tecnologia em ambientes de automação sempre foi refreado devido à imprevisibilidade do protocolo CSMA/CD. Entretanto, o uso de switched ethernet em conjunto com a priorização de tráfego representa um cenário bastante promissor para estas aplicações, pois ataca as duas fontes principais de indeterminismo: colisões e enfileiramento. Este trabalho procura avaliar esta estrutura em ambientes de controle distribuído, através de uma análise temporal determinística. Como resultado, propõe-se um modelo analítico de cálculo capaz de prever os valores máximos, médios e mínimos do atraso fim-a-fim observado nas comunicações de diferentes classes de tráfego. Durante a análise, outras métricas relevantes são investigadas como a variação no atraso (jitter) e a interferência entre classes de prioridades distintas.

Mecanismos para interoperação de backbones MPLS e redes que utilizem outras arquiteturas de QoS

Acredita-se que no futuro as redes de telecomunicação e dados serão integradas em uma só rede, baseada na comutação de pacotes IP. Esta rede deverá oferecer serviços com qualidade (QoS) para as aplicações atuais e futuras. Uma das tecnologias que deverá ser adotada no núcleo desta nova rede é MPLS. MPLS introduz o conceito de switching (comutação) no ambiente IP e também permite que seja implementada a Engenharia de Tráfego, otimizando sua utilização através do roteamento baseado em restrições. Junto com MPLS outras arquiteturas para fornecimento de QoS, como Serviços Integrados e Serviços Diferenciados, serão utilizadas. Entretanto, como nenhuma delas atende a todos os requisitos para garantia de QoS fim a fim e levando-se em consideração o fato de a Internet ser uma rede heterogênea, surge a necessidade de um framework que permita a interoperabilidade das diferentes arquiteturas existentes. Neste trabalho é proposto um modelo de integração que fornece garantias de QoS fim a fim para redes que utilizam tanto Serviços Integrados como Serviços Diferenciados através do emprego de uma infra-estrutura baseada em MPLS e Serviços Diferenciados. A aplicabilidade do modelo foi testada no simulador ns2 e os resultados são apresentados neste trabalho.

Qualidade de serviço em redes IP serviços diferenciados

Este trabalho tem como finalidade apresentar uma visão geral dos assuntos relacionados à definição, configuração e gerenciamento dos serviços habilitados pela arquitetura de Serviços Diferenciados em relação à priorização de tráfego. Nele, descrevemos as necessidades por QoS nas redes atuais e futuras, bem como o direcionamento da Internet 2 em relação ao QoS, mais especificamente voltada ao mecanismo DiffServ. Também são destacados os mecanismos de QoS para redes IP do fornecedor Cisco Systems, o qual possui a maior gama de mecanismos já implantados pelos fornecedores. Por fim, identificamos as características necessárias para participar do QBone, um testbed para Serviços Diferenciados.

Análise comparativa de desempenho de redes IP e ATM com tráfego multimídia interativo

A década de 80 é um marco para a área de comunicação de dados. Muitos estudos, pesquisas e especificações foram iniciados para permitir a integração de sistemas de comunicação para voz, vídeo e dados. Desde essa década, os cientistas procuram investir na Internet, que é um dos mais importantes e populares meios de transmissão de informações no mundo, para acomodar aplicações que permitam enviar imagens e sons por esta imensa rede de comunicação. Também nessa década, no final, o International Telecommunications Union – Telecommunication (ITU-T), especificou a tecnologia ATM, cujas pesquisas vinham ocorrendo desde o seu início. O serviço de rede tradicional na Internet é transmissão de datagramas ´besteffort ´, conforme será visto neste trabalho. Neste serviço, os pacotes da origem são enviados para o destino, sem garantia de entrega. Para aquelas aplicações que requerem garantia de entrega, o protocolo TCP (equivalente à camada 4 do RM-OSI) se encarregará da retransmissão dos pacotes que falharam ao atingir o destino para então se conseguir uma recepção correta. Para aplicações de comunicação tradicionais, como FTP e Telnet, em que uma entrega correta é mais importante que a perda de tempo da retransmissão, este serviço é satisfatório. Entretanto, uma nova classe de aplicações, as quais usam mídias múltiplas (voz, som e dados), começam a aparecer na Internet. Exemplos desta classe de aplicação são: vídeo teleconferência, vídeo sob demanda e simulação distribuída. Operações de modo tradicional para estas aplicações resultam em redução da qualidade da informação recebida e, potencialmente, ineficiência do uso da largura de banda. Para remediar este problema é desenvolvido um ambiente de serviço para tempo real, no qual múltiplas classes de serviços são oferecidas. Este ambiente estende o modelo de serviços existentes para ir ao encontro das necessidades das aplicações multimídia com obrigatoriedade de tempo real, porém esta não é uma meta muito fácil. Contudo, a comunidade pesquisadora tem conseguido desenvolver alguns mecanismos que vão pouco a pouco permitindo que este objetivo se transforme em realidade. O ATM é uma tecnologia que provê dutos de alta velocidade para a transferência de qualquer tipo de informação em pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células. A idéia básica é estabelecer entre dois pontos que desejam se comunicar um circuito virtual que é mantido pelos comutadores de células para levar a informação de um lado a outro. A característica marcante do ATM é a Qualidade de Servico – QoS, que garante o desempenho predefinido que determinado serviço necessita. Isso permite suportar aplicações de tempo real que são sensíveis ao atraso. O atendimento à diversidade de características de tráfego e exigências distintas de grandes quantidades de serviços é possível pelo ATM graças ao controle de tráfego reunido à capacidade de multiplexação estatística do meio em altas taxas de transmissão. O objetivo principal desta dissertação é elaborar uma comparação quantitativa e qualitativa do funcionamento de aplicações multimídia sobre IP com RSVP - Protocolo desenvolvido para realizar reservas de recursos integrante da arquitetura de Serviços Integrados (IntServ) proposta pelo IETF para oferecer qualidade de serviço para aplicações tais como aplicações multimídia. Essa proposta também inclui duas classes de serviços, sendo que nessa dissertação, o serviço de carga controlada é que está sendo utilizado. Isso deve-se a implementação dos módulos apresentados em [GRE 2001] e que foram utilizados na realização desse trabalho - e sobre ATM. A proposta final é a elaboração de uma técnica de análise baseado nas principais métricas de desempenho em redes que deve permitir uma melhor visualização do comportamento das tecnologias sob determinadas cargas de tráfego, permitindo assim uma tomada de decisão entre qual das tecnologias que deverá ser adotada em um dado momento, em uma dada situação, ou seja, a indicação do ponto de quebra tecnológica na situação modelada. Para que fosse possível fazer esta comparação, foi necessário dividir-se este trabalho em 3 grandes etapas, que são: • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia ATM; • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia IP com RSVP; • Comparativo quantitativo e qualitativo dos estudos acima.

Rede de modelos termodinâmicos locais

A simulação computacional de processos é uma ferramenta valiosa em diversas etapas da operação de uma planta química, tais como o projeto, a análise operacional, o estudo da estratégia de controle e a otimização, entre outras. Um programa simulador requer, freqüentemente, o cálculo das propriedades termofísicas que fazem parte das equações correspondentes aos balanços de massa, energia e quantidade de movimento. Algumas dessas quantidades, típicas de operações baseadas no equilíbrio de fases (tais como a destilação fracionada e a separação flash), são as fugacidades e entalpias das fases líquida e vapor em equilíbrio. Contudo, o uso de modelos e correlações cada vez mais sofisticadas para representar acuradamente as propriedades termofísicas dos sistemas reais fez com que grande parte do tempo gasto numa simulação de processos seja devida à avaliação destas propriedades. Muitas estratégias têm sido propostas na literaturas a fim de se reduzir a carga computacional envolvida na simulação, estática e dinâmica, dos problemas de Engenharia Química. Esta diminuição do tempo de processamento pode muitas vezes ser determinante na aplicação ou não da simulação de processos na prática industrial, como, por exemplo, no controle automático. Esta dissertação aborda uma das alternativas para a redução do tempo computacional gasto na simulação de processos: a aproximação das funções que descrevem as propriedades termofísicas através de funções mais simples, porém de fácil avaliação. Estas funções, a fim de se garantir uma aproximação adequada, devem ser corrigidas ou atualizadas de alguma forma, visto que se tratam de modelos estritamente válidos em uma pequena região do espaço das variáveis, sendo, por isto, chamados de modelos locais. Partindo-se do estado atual desta técnica, é proposta nesta dissertação uma nova metodologia para se efetuar esta aproximação, através da representação global da propriedade mediante múltiplas funções simples, constituindo, desse modo, uma rede de modelos locais. Algumas possibilidades para a geração efetiva destas redes são também discutidas, e o resultado da metodologia é testado em alguns problemas típicos de separação por equilíbrio de fases.

Sistemas locais de inovação : estudo de estratégias de planejamento regional (parques e pólos tecnológicos intra-urbanos)

Com o objetivo de melhor se adaptar ao ambiente de competição (informacional) global, que se estrutura e se impõe a partir de uma ´divisão inter-regional do trabalho´, as regiões tendem a desenvolver estratégias de planejamento regional e urbano com o objetivo de impulsionar o parque produtivo informacional local. Intentam desta maneira compôr mecanismos locais que permitam a formação de um Sistema Local de Inovação, baseado na interação sinergética entre os atores sociais. Esta articulação regional trabalha em diversas esferas espaciais (e consequentemente temporais), uma vez que a fluida lógica estrutural do sistema informacional global (´espaço de fluxos´) difere dos mecanismos locais de articulação, pois estes estão ligados teluricamente às tradições culturais (´espaço de lugares´). Segundo Castells, o ´espaço de fluxos´ é definido como sendo um sistema de alcance global estruturado em redes (nós e eixos) permeadas por informações que circulam (eletronicamente) instantaneamente. Porém a dinâmica do sistema é gerada a partir do historicamente construído ´espaço de lugares´(local), articulado reflexivamente a partir da ação de três instituições internas (reconhecidas pelo modelo da Hélice Tripla como: universidades, empresas e governo). De maneira geral, podemos observar que a universidade, enquanto instituição empreendedora e voltada para a produção de inovações informacionais, passa a exercer importante função catalisadora deste processo de organização das forças produtivas regionais (a nível de ´espaço de lugares´) Reconhecendo que há uma tendência à incompatibilidade entre as esferas espaciais de articulação citadas (embora elas tenham uma existência ativa), esta dissertação irá sugerir a pertinência da observação de uma articulação espacial híbrida, tanto global-informacional quanto local-cultural (denominada ´espaço híbrido´), atuando estrategicamente na construção dos Sistemas Locais de Inovação. Desta maneira, com a finalidade de estruturar espacialmente os Sistemas Locais de Inovação, uma das principais estratégias que o planejador regional dispõe é a da formação e potencialização de clusters espaciais de inovação, na forma de programas de criação de pólos e/ou parques tecnológicos (e/ou tecnópoles). Tendo como objetivo a criação de um processo produtivo local sinergético e informacional, são projetadas e aplicadas políticas industriais e urbanas de longo prazo que buscam retirar o máximo possível da proximidade espacial existente e/ou induzida. Como estudo de caso, serão analisados projetos intra-urbanos atuantes nas áreas das Ciências da Vida. Inicialmente serão apresentados quatro casos internacionais, para por fim serem comparados ao projeto Porto Alegre Tecnópole (e em especial ao projeto Cidade Saúde de Porto Alegre).

Aquisição e otimização de mapas de navegação usando redes neurais

A capacidade de encontrar e aprender as melhores trajetórias que levam a um determinado objetivo proposto num ambiente e uma característica comum a maioria dos organismos que se movimentam. Dentre outras, essa e uma das capacidades que têm sido bastante estudadas nas ultimas décadas. Uma consequência direta deste estudo e a sua aplicação em sistemas artificiais capazes de se movimentar de maneira inteligente nos mais variados tipos de ambientes. Neste trabalho, realizamos uma abordagem múltipla do problema, onde procuramos estabelecer nexos entre modelos fisiológicos, baseados no conhecimento biológico disponível, e modelos de âmbito mais prático, como aqueles existentes na área da ciência da computação, mais especificamente da robótica. Os modelos estudados foram o aprendizado biológico baseado em células de posição e o método das funções potencias para planejamento de trajetórias. O objetivo nosso era unificar as duas idéias num formalismo de redes neurais. O processo de aprendizado de trajetórias pode ser simplificado e equacionado em um modelo matemático que pode ser utilizado no projeto de sistemas de navegação autônomos. Analisando o modelo de Blum e Abbott para navegação com células de posição, mostramos que o problema pode ser formulado como uma problema de aprendizado não-supervisionado onde a estatística de movimentação no meio passa ser o ingrediente principal. Demonstramos também que a probabilidade de ocupação de um determinado ponto no ambiente pode ser visto como um potencial que tem a propriedade de não apresentar mínimos locais, o que o torna equivalente ao potencial usado em técnicas de robótica como a das funções potencias. Formas de otimização do aprendizado no contexto deste modelo foram investigadas. No âmbito do armazenamento de múltiplos mapas de navegação, mostramos que e possível projetar uma rede neural capaz de armazenar e recuperar mapas navegacionais para diferentes ambientes usando o fato que um mapa de navegação pode ser descrito como o gradiente de uma função harmônica. A grande vantagem desta abordagem e que, apesar do baixo número de sinapses, o desempenho da rede e muito bom. Finalmente, estudamos a forma de um potencial que minimiza o tempo necessário para alcançar um objetivo proposto no ambiente. Para isso propomos o problema de navegação de um robô como sendo uma partícula difundindo em uma superfície potencial com um único ponto de mínimo. O nível de erro deste sistema pode ser modelado como uma temperatura. Os resultados mostram que superfície potencial tem uma estrutura ramificada.

Redes-em-Chip : arquiteturas e modelos para avaliação de área e desempenho

Com o advento dos processos submicrônicos, a capacidade de integração de transistores tem atingido níveis que possibilitam a construção de um sistema completo em uma única pastilha de silício. Esses sistemas, denominados sistemas integrados, baseiam-se no reuso de blocos previamente projetados e verificados, os quais são chamados de núcleos ou blocos de propriedade intelectual. Os sistemas integrados atuais incluem algumas poucas dezenas de núcleos, os quais são interconectados por meio de arquiteturas de comunicação baseadas em estruturas dedicadas de canais ponto-a-ponto ou em estruturas reutilizáveis constituídas por canais multiponto, denominadas barramentos. Os futuros sistemas integrados irão incluir de dezenas a centenas de núcleos em um mesmo chip com até alguns bilhões de transistores, sendo que, para atender às pressões do mercado e amortizar os custos de projeto entre vários sistemas, é importante que todos os seus componentes sejam reutilizáveis, incluindo a arquitetura de comunicação. Das arquiteturas utilizadas atualmente, o barramento é a única que oferece reusabilidade. Porém, o seu desempenho em comunicação e o seu consumo de energia degradam com o crescimento do sistema. Para atender aos requisitos dos futuros sistemas integrados, uma nova alternativa de arquitetura de comunicação tem sido proposta na comunidade acadêmica. Essa arquitetura, denominada rede-em-chip, baseia-se nos conceitos utilizados nas redes de interconexão para computadores paralelos. Esta tese se situa nesse contexto e apresenta uma arquitetura de rede-em-chip e um conjunto de modelos para a avaliação de área e desempenho de arquiteturas de comunicação para sistemas integrados. A arquitetura apresentada é denominada SoCIN (System-on-Chip Interconnection Network) e apresenta como diferencial o fato de poder ser dimensionada de modo a atender a requisitos de custo e desempenho da aplicação alvo. Os modelos desenvolvidos permitem a estimativa em alto nível da área em silício e do desempenho de arquiteturas de comunicação do tipo barramento e rede-em-chip. São apresentados resultados que demonstram a efetividade das redes-em-chip e indicam as condições que definem a aplicabilidade das mesmas.

As redes que se tecem nas escolas públicas de ensino médio de Porto Alegre : o uso das tecnologias digitais e a construção de indicadores de fluência digital a partir de uma abordagem sociotécnica

Há diferenças significativas nos níveis de fluência digital entre os alunos da Rede Pública de Ensino de Porto Alegre em função de suas diferentes condições de acesso e utilização de computadores, conectividade e sociabilidade. Utilizamos uma amostra de 430 casos obtidos em 19 escolas da Rede Pública de Ensino com o objetivo de mapear as relações tecidas na rede de interações entre agentes humanos e não-humanos que compõem o entorno das Escolas Estaduais de Ensino Médio. Para reconstituirmos as múltiplas relações que se estabelecem no processo de produção do conhecimento, utilizamos a idéia de rede sociotécnica, principalmente, no que se refere a interesses políticos, econômicos e sociais dos grupos envolvidos, evitando, sobretudo, à luz de tal abordagem, a dimensão meramente instrumental da ciência. Trabalhamos com métodos estatísticos para o estabelecimento de indicadores de acessibilidade, usabilidade, interconectividade, sociabilidade e fluência no uso do suporte informático. O conceito weberiano de tipo ideal serviu de subsídio à construção de parâmetros de análise. Com o uso deste aporte metodológico-conceitual estabelecemos distâncias existentes entre os diferentes pontos dessa rede de interações. Os indicadores permitiram identificar sete níveis distintos de fluência digital entre os alunos, sendo dois relacionados à acessibilidade (Não Fluentes I e II), dois à usabilidade do suporte e da Internet (Não Fluentes III e IV) e três relativos ao nível de domínio que estes possuem com relação à utilização do suporte informático (Fluente no Suporte Informático; Fluente Potencial; Fluente no Uso do Suporte Informático e das Tecnologias da Informação e Comunicação).

Gerenciamento de redes baseado em web services em um ambiente de gerenciamento por delegação : uma abordagem orientada a serviços

Novas tecnologias têm sido investigadas como soluções alternativas ao protocolo de gerenciamento de redes padrão, o SNMP. Nesse cenário, a tecnologia de Web Services (WS) vem se tornando bastante promissora, mas imaginar que ela irá substituir de imediato o SNMP não é uma abordagem factível, pois é provável que o SNMP continue sendo utilizado nos dispositivos de rede por um bom tempo. Além disso, os WS são recentes, necessitando maiores investigações com respeito a utilização no gerenciamento de redes. As atuais investigações realizadas comparam os WS com o SNMP em casos genéricos, não levando em consideração casos especí cos de gerenciamento. Nesse contexto, esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a avaliação de duas implementações baseadas em WS, desenvolvidas no especí co contexto do gerenciamento distribuído por delega- ção e tendo a MIB Script, de nida pelo IETF, como base de desenvolvimento. A primeira implementação consiste na construção de um novo tipo de gateway WS para SNMP, denominado gateway em nível de serviço, que caracteriza-se por ser construído baseado nos serviços que um determinado módulo de MIB oferece. Isso proporciona um grau maior de abstração, na visão do gerente WS, na manipulação dos agentes SNMP e, também, diminui o número de mensagens trocadas entre o gerente WS e o gateway desenvolvido. A segunda implementação realiza a total substituição do SNMP no gerenciamento dos dispositivos, permitindo, com isso, um gerenciamento de redes completamente baseado em Web Services. A implementação consistiu na construção de um novo tipo de agente, denominado por agente orientado a serviços baseado em Web Services, ou apenas agente WS. O agente WS desenvolvido possui as mesmas características que o gateway em ní- vel de serviço, diferindo apenas na não utilização de SNMP no caso do agente WS. O gerenciamento das duas implementações é realizado através de um módulo desenvolvido e incorporado ao ambiente de gerenciamento de redes QAME. Esse módulo manipula as duas implementações da mesma maneira, uma vez que os serviços oferecidos por elas possuem a mesma interface de acesso. A avaliação realizada consistiu na comparação entre as duas implementações desenvolvidas neste trabalho e outras duas soluções de gerenciamento investigadas: o gateway em nível de objeto e uma implementação da MIB Script, denominada Jasmin. Os parâmetros de avaliação utilizados nas comparações foram o tráfego gerado e o tempo de resposta percebido. Como será visto ao nal, os resultados das comparações realizadas no caso especí co do gerenciamento por delega- ção são diferentes daqueles apresentados em investigações mais genéricas. Além disso, as duas implementações desenvolvidas neste trabalho demonstraram serem promissoras, apresentando resultados bastante satisfatórios com relação aos parâmetros avaliados.

Análise e estimativa de desempenho de redes profibus

Durante a evolução da comunicação, diversos fatores contribuíram para melhorar a qualidade dos sistemas computacionais (Hardware e Software) em um ambiente industrial, onde o fator desempenho é um dos pontos importantes a ser considerado em um projeto de automação industrial. Nos últimos vinte anos, surgiram diversas propostas de padronização de protocolos para automação industrial e aplicações de tempo real, cada qual com características e tempos de resposta diferentes. Um estudo detalhado sobre as características técnicas de controle de tempo é de extrema importância, visto que esses sistemas, muitas vezes são implementados em situações de missão crítica, nas quais o tempo de resposta é um fator crucial para a aplicação. Nesta dissertação, apresentamos as etapas de evolução das técnicas de controle de acesso ao barramento, culminando inicialmente com o surgimento da proposta do protocolo FIELDBUS e em seguida com a proposta alemã, o PROFIBUS. O principal objetivo deste trabalho é propor um modelo analítico para a realização de avaliação de desempenho em uma rede PROFIBUS. O trabalho apresenta uma descrição das características funcionais do protocolo, bem como uma descrição detalhada dos tempos de controle utilizado pelo protocolo para controle e supervisão da rede. Uma descrição dos experimentos e o cruzamento dos dados obtidos na simulação com os dados obtidos através do modelo analítico demonstram a razão pela qual os modelos analíticos é uma ferramenta de extrema importância devido a sua agilidade em estimar o desempenho de uma rede PROFIBUS. Palavras-chave: Avaliação de desempenho, automação industrial, redes de campo, protocolos.

Representações reduzidas por redes neurais com aprendizado local não-supervisionado sobre campos receptivos restritos

Algoritmos ótimos na extração de componentes principais com aprendizado não-supervisionado em redes neurais de múltiplos neurônios de saída são não-locais, ou seja, as modificações em uma dada sinapse entre dois neurônios dependem também da atividade de outros neurônios. Esta rede ótima extrairá as principais componentes dos dados e submetidos à sua primeira camada. As principais componentes são as projeções destes vetores nos autovalores máximos da matriz de correlação Gij = (eiej), onde a média (-) é sobre a distribuição de e. Existem fortes evidências indicando que sinapses biológicas só se modificam via regras locais, como por exemplo a regra de Hebb. Mas se aplicarmos regras locais numa rede com múltiplas saídas, todos os neurônios da saída serão equivalentes e darão respostas redundantes. A rede será bastante ineficiente. Um modo de contornar este problema é através da restrição dos campos receptivos dos neurônios de saída. Se cada neurônio acessar diferentes partes dos estímulos de entrada, a redundância diminui significativamente. Em contrapartida, ao mesmo tempo que a redundância diminui, também diminui a informação contida em cada neurônio; assim, devemos balancear os dois efeitos otimizando o campo receptivo. O valor ótimo, em geral, depende da natureza dos estímulos, sua estatística, e também do ruído intrínseco à rede. Objetivamos com este trabalho determinar a estrutura ótima de campos receptivos com aprendizado não-supervisionado para uma rede neural de uma camada em diversas condições medindo seu desempenho a partir de técnicas de reconstrução.