Regras para transformação de esquemas conceituais definidos a partir de um framework de banco de dados geográficos para esquemas lógicos de SIG, com base no padrão SAIF

O objetivo dedste trabalho é investigar o projeto de banco de dados aplicado a Sistemas de Informações Geográficas (SIG), mais especificamente, do mapeamento de esquemas conceituais, orientado a objetos, para esquemas lógicos implementados por softwares de SIG comerciais. A transformação dos esquemas conceituais para os lógicos é realizado através da idedntificação de um conjunto de regras genéricas de mapeamento de qualquer esquema concecitual de banco de dados geográficos, baseados em um framework conceitual, para os esquemas lógicos proprietários dos diversos SIG existentes. A concretização desta tarefa de transformação é possível mediante a proposta de um ambiente de suporte. Esse ambiente fornece uma estrutura específica, constituída por uma linguagem formal, definida pelo padrão SAIF (Saptial Archive and Interchange Format), pela ferramenta FME (feature Manipulation Engine) e pela ferramenta CASE Rational Rose v.2000e. O conjunto de regras genéricas elaborado neste trabalho, é composto por dois subconjuntos. O primeiro define regras de correspondência, determinando uma relação entre os conceitos da realidade percebidos pelo Framework conceitual e a linguagem formal apresentada pelo padrão SAIF. O segundo subconjunto define regras de transformação, onde busca-se mapear os conceitos do paradigma da orientação a objetos par aos conceitos relacionais utilizazdos pela maioria dos softwares de SIG, disponíveis no mercado. Com a finalidade de validar a aplicabilidadee deste conjunto de regras de mapeamento e do ambiente de suporte proposto, este trabalho inclui também a implementação de um protótipo, o qual executa a automatização da trasnformação dos esquemas conceituais para os esquemas lógicos de banco de dados geográfico.

Proposta de um framework conceitual para apoiar a criação de técnicas de indexação para banco de dados temporais

Bancos de Dados Temporais (BDTs) surgiram para tentar suprir a necessidade de se obter um melhor aproveitamento das informações que circulam atualmente. Porém, ao mesmo tempo em que é benéfico o seu uso, uma vez que armazenam o histórico das informações, existe um problema neste tipo de banco de dados, que é o desempenho. Além do grande volume de dados armazenados, este problema se agrava ainda mais devido à complexidade nas operações que governam os BDTs, como por exemplo, inclusão, remoção, alteração e consulta. Portanto, focalizando o problema, existe a necessidade de melhorar o desempenho dos BDTs frente às operações de manipulação de dados. Técnicas de indexação apropriadas para dados temporais podem amenizar este problema de desempenho. Técnicas consagradas de indexação são largamente usadas, amparadas no seu alto grau de desempenho e portabilidade. São exemplos B-Tree, B+-Tree e R-Tree, entre outras. Estas técnicas não suportam indexar os complexos BDTs, mas são fundamentais para que sirvam de base para novas estruturas que suportem esses tipos de dados. As técnicas de indexação para dados temporais existentes não conseguem suprir a semântica temporal na sua totalidade. Existem ainda algumas deficiências do tipo: poucas técnicas que abrangem ao mesmo tempo tempo de validade e tempo de transação; não existe uma técnica que oferece informações do seu desempenho; a maioria não distingue ponto no tempo de intervalo de tempo; entre outras. Entretanto, possuem características relevantes em cada uma delas. Assim, um estudo das características mais importantes se tornou um fator importante para que possa ser desenvolvido um modelo capaz de auxiliar na criação de novas técnicas de indexação para dados temporais, a fim de contemplar melhor estes tipos de dados. O objetivo deste trabalho é, com base nas características das técnicas estudadas, desenvolver um framework conceitual capaz de auxiliar na criação de novas técnicas de indexação para dados temporais. Esta estrutura apresenta as características mais relevantes das técnicas existentes, agregando novas idéias e conceitos para contemplar os dados temporais. O framework conceitual desenvolvido agrega características de diferentes técnicas de indexação, possibilitando de variar a arquitetura de um índice para dados temporais, ajustando-os para um melhor desempenho em diferentes sistemas. Para validar o framework proposto é apresentada uma especificação de índices para o modelo de dados TF-ORM (Temporal Functionality in Objects With Roles Model).

Extensão do framework geoframe para modelagem de processos de análise geográfica

As particularidades encontradas na modelagem de bancos de dados geográficos tornam necessário o desenvolvimento de modelos específicos. A totalidade dos modelos desenvolvidos oferece recursos para a modelagem de aspectos estáticos. Alguns dos modelos apresentam soluções parciais para a modelagem de aspectos dinâmicos. A possibilidade de executar processos de análise geográfica, que alteram o estado dos componentes do banco de dados geográficos é, de forma geral, a maior motivação para justificar os investimentos necessários para a sua construção. A formalização desses processos em um modelo conceitual, na fase de projeto, torna desnecessário o uso da terminologia específica que cada software de SIG emprega. A solução desenvolvida estende um framework conceitual (GeoFrame) com uma semântica que suporta a expressão de processos de análise geográfica, mantendo compatibilidade com a linguagem UML. Para utilizar de forma adequada os recursos do framework, uma metodologia para a elaboração do modelo do usuário é indicada. Nessa metodologia, os processos são identificados a partir da elaboração de diagramas de casos de uso e atividades, incorporados no diagrama de classes e detalhados através de diagramas de atividades contendo ações. Um levantamento sobre operações utilizadas em processos de análise geográfica abrangendo a visão conceitual, lógica e de implementação de vários autores levou à construção de um catálogo de operações geográficas. Essas operações foram modeladas utilizando os elementos de modelagem de comportamento da especificação da UML, versão 2.0. O conjunto de recursos oferecidos nesse trabalho proporciona ao projetista de bancos de dados geográficos o desenvolvimento de uma especificação em alto nível e abrangente, utilizando a linguagem UML, reconhecida como padrão em modelagem de sistemas.

Framework orientado a objetos para o desenvolvimento de aplicações de automação predial e residencial

O crescente aumento pela exigência de funcionalidades na implementação dos atuais sistemas de automação predial, vem provocando um aumento da complexidade de projeto e de gerenciamento desses sistemas. O grande desafio que se apresenta atualmente é como, a partir de dispositivos isolados e subsistemas, conseguir sistemas totalmente integrados, os quais permitam economia no investimento inicial, na operação e na manutenção dos sistemas de automação, garantindo um aumento no desempenho geral da edificação Acredita-se que uma etapa importante para avaliar a real necessidade da integração seja projetar o sistema de automação sem foco em uma tecnologia específica, o que não ocorre atualmente, uma vez que, pela carência de ferramentas de apoio ao projeto, as etapas de especificação e projeto geralmente já estão focadas em uma tecnologia disponível para implementação. Este trabalho busca preencher a lacuna deixada pela carência dessas ferramentas, tendo por finalidade a especificação de um framework orientado a objetos para o desenvolvimento de aplicações de automação predial e residencial que permita modelar estes sistemas de forma independente da tecnologia que ele irá utilizar, possibilitando o mapeamento posterior para a mais adequada ou disponível. Serviram como base para o framework proposto a análise de vários padrões abertos disponíveis para implementação de sistemas de automação predial e a especificação ISO/IEC10746, o modelo de referência para processamento distribuído aberto, usado como suporte a metodologia de projeto proposta. O trabalho também discute o mapeamento dos conceitos definidos para uma arquitetura alvo, apresentado um estudo de caso para validação da metodologia proposta.

fwWorkCell : framework para a construção de simuladores didáticos de células de trabalho

Braços robóticos articulados são cada vez mais utilizados hoje em dia e consistem de dispositivos mecânicos programáveis, equipados com sensores e atuadores sob o controle de um sistema computacional. Existem atualmente no mercado inúmeros fabricantes e modelos destes braços, cada um adequado a uma determinada utilização ou faixa de mercado. Para que se saiba operar devidamente este robô é necessário um período de aprendizagem. Essa necessidade pode ser suprida pelo emprego dos simuladores de braços robóticos.Desenvolver um simulador é uma atividade complexa, mas alguns elementos de sua estrutura e de seu comportamento são comuns a vários tipos de simuladores e podem idealmente ser reusados. Permitir reuso de código e de projeto é exatamente um dos principais fatores que motivaram a construção de um framework. Este trabalho descreve a definição e a construção do fwWorkCell , um framework que permita agilizar a construção destes simuladores. Tal agilidade será obtida através da implementação de um ambiente de edição e de classes genéricas para controle, visualização e programação dos robôs. A proposta deste framework inclui definição de classes genéricas e de controle, a construção de todo um ambiente de suporte à manipulação e visualização das células de trabalho e suas simulações e visa dar suporte à construção de uma grande variedade de simuladores. O framework proposto foi utilizado em uma aplicação real: através dele foi feita a migração de um simulador já existente.

A Framework supporting collaboration on the distributed design of integrated systems

The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

Framework orientado a objetos para projeto de hardware e software embarcados para sistemas tempo-real

A crescente complexidade dos sistemas tempo-real embarcados demanda novas metodologias e ferramentas para gerenciar os problemas de projeto, análise, integração e validação de sistemas complexos. Este trabalho aborda o tema co-projeto de sistemas tempo-real embarcados, propondo estratégias para a integração das fases iniciais de modelagem de um sistema tempo-real embarcado com as fases subseqüentes do projeto, como a implementação do software e do hardware. É proposto um framework orientado a objetos que permite a criação de modelos orientados a objetos de sistemas tempo-real embarcados, utilizando conceitos temporais similares aos propostos em UML-RT (ou mais especificamente no UML Profile for Schedulability, Performance and Time). É proposta uma estratégia de mapeamento dos requisitos temporais dos diagramas UMLRT para uma interface de programação (API) baseada na “Especificação Tempo-Real para Java” (Real-Time Specification for Java ou RTSJ), a qual pode ser executada tanto em software – em programas RTSJ executando em máquinas virtuais Java (JVM) tempo-real – ou em hardware – em processadores Java Tempo-Real. Para permitir o mapeamento para hardware são propostas extensões tempo-real ao processador Java FemtoJava, desenvolvido no âmbito de dissertações de mestrado e projetos de pesquisa no PPGC, criando-se um novo processador tempo-real denominado de RT-FemtoJava. Dentre as extensões propostas ao processador FemtoJava destaca-se a inclusão de um relógio de tempo-real e o suporte a instruções para alocação e manipulação de objetos. Os conceitos propostos foram validados no âmbito de estudos de caso, sendo os resultados obtidos descritos na presente dissertação.