Uso do network simulator-NS para simulação de sistemas distribuídos em cenários com defeitos

O desenvolvimento de protocolos distribuídos é uma tarefa complexa. Em sistemas tolerantes a falhas, a elaboração de mecanismos para detectar e mascarar defeitos representam grande parte do esforço de desenvolvimento. A técnica de simulação pode auxiliar significativamente nessa tarefa. Entretanto, existe uma carência de ferramentas de simulação para investigação de protocolos distribuídos em cenários com defeitos, particularmente com suporte a experimentos em configurações “típicas” da Internet. O objetivo deste trabalho é investigar o uso do simulador de redes NS (Network Simulator) como ambiente para simulação de sistemas distribuídos, particularmente em cenários sujeitos à ocorrência de defeitos. O NS é um simulador de redes multi-protocolos, que tem código aberto e pode ser estendido. Embora seja uma ferramenta destinada ao estudo de redes de computadores, o ajuste adequado de parâmetros e exploração de características permitiu utilizá-lo para simular defeitos em um sistema distribuído. Para isso, desenvolveu-se dois modelos de sistemas distribuídos que podem ser implementados no NS, dependendo do protocolo de transporte utilizado: um baseado em TCP e o outro baseado em UDP. Também, foram estudadas formas de modelar defeitos através do simulador. Para a simulação de defeito de colapso em um nodo, foi proposta a implementação de um método na classe de cada aplicação na qual se deseja simular defeitos. Para ilustrar como os modelos de sistemas distribuídos e de defeitos propostos podem ser utilizados, foram implementados diversos algoritmos distribuídos em sistemas síncronos e assíncronos. Algoritmos de eleição e o protocolo Primário-Backup são exemplos dessas implementações. A partir desses algoritmos, principalmente do Primário-Backup, no qual a simulação de defeitos foi realizada, foi possível constatar que o NS pode ser uma ferramenta de grande auxílio no desenvolvimento de novas técnicas de Tolerância a Falhas. Portanto, o NS pode ser estendido possibilitando que, com a utilização dos modelos apresentados nesse trabalho, simule-se defeitos em um sistema distribuído.

SAM: um sistema adaptativo para transmissão e recepção de sinais multimídia em redes de computadores

Esta Tese apresenta o SAM (Sistema Adaptativo para Multimídia), que consiste numa ferramenta de transmissão e recepção de sinais multimídia através de redes de computadores. A ferramenta pode ser utilizada para transmissões multimídia gravadas (vídeo sob demanda) ou ao vivo, como aulas a distância síncronas, shows e canais de TV. Seu maior benefício é aumentar o desempenho e a acessibilidade da transmissão, utilizando para isso um sinal codificado em camadas, onde cada camada é transmitida como um grupo multicast separado. O receptor, utilizando a ferramenta, adapta-se de acordo com a sua capacidade de rede e máquina no momento. Assim, por exemplo, um receptor com acesso via modem e outro via rede local podem assistir à transmissão na melhor qualidade possível para os mesmos. O principal foco da Tese é no algoritmo de controle de congestionamento do SAM, que foi denominado ALM (Adaptive Layered Multicast). O algoritmo ALM tem como objetivo inferir o nível de congestionamento existente na rede, determinando a quantidade de camadas que o receptor pode suportar, de forma que a quantidade de banda recebida gere um tráfego na rede que seja eqüitativo com outros tráfegos ALM concorrentes, ou outros tráfegos TCP concorrentes. Como se trata de transmissões multimídia, é desejável que a recepção do sinal seja estável, ou seja, sem muitas variações de qualidade, entretanto, o tráfego TCP concorrente é muito agressivo, dificultando a criação de um algoritmo estável. Dessa forma, desenvolveu-se dois algoritmos que formam o núcleo desta Tese: o ALMP (voltado para redes privativas), e o ALMTF (destinado a concorrer com tráfego TCP). Os elementos internos da rede, tais como os roteadores, não necessitam quaisquer modificações, e o protocolo funciona sobre a Internet atual. Para validar o método, se utilizou o software NS2 (Network Simulator), com modificações no código onde requerido. Além disso, efetuou-se uma implementação inicial para comparar os resultados das simulações com os da implementação real. Em http://www.inf.unisinos.br/~roesler/tese e também no CD anexo a esta Tese, cuja descrição encontra-se no Anexo B, podem ser encontrados todos os programas de apoio desenvolvidos para esta Tese, bem como a maior parte da bibliografia utilizada, o resultado das simulações, o código dos algoritmos no simulador e o código do algoritmo na implementação real.

Variabilidade genética em populações ameríndias e asiáticas : região 16p13.3 e inserções Alu

Um estudo envolvendo populações asiáticas e ameríndias foi realizado para avaliar os relacionamentos históricos e genéticos entre eles através de polimorfismos moleculares autossômicos. Um deles é uma seqüência polimórfica localizada na região 16p13.3. Um total de 1558 pares de base foram investigados em 98 indivíduos da Mongólia, Beringia e das Américas. Estes resultados foram comparados com aqueles obtidos em uma prévia investigação por outros autores. Cinqüenta e cinco sítios polimórficos foram classificados em trinta e cinco haplótipos. Uma árvore de haplótipos (median joining network) baseada neles, revelou dois grupos distintos, um mais compacto com haplótipos derivados das cinco categorias etno-geográficas estabelecidas; enquanto o outro, com haplótipos mais divergentes, era composto principalmente por africanos e ameríndios. Quase todos os parâmetro de neutralidade apresentaram valores negativos. Simulações realizadas para interpretar estes resultados foram executadas com dois conjuntos de dados: um composto exclusivamente de ameríndios e outro com populações mundiais. O primeiro, sugerindo crescimento e declínio populacional, rejeitou os cenários com crescimento abaixo de cinco vezes e anteriores a ~18 mil anos atrás; enquanto que o segundo, sugerindo crescimento populacional, não rejeitou cenários nos quais a magnitude de crescimento foi maior que dez vezes e anteriores a ~21 mil anos atrás, provavelmente refletindo um crescimento antigo fora da África. Doze polimorfismos de inserções Alu foram também estudados em 170 indivíduos pertencentes a 7 grupos nativos sul-americanos, 60 a dois siberianos, e 91 a dois mongóis. Estes dados foram integrados com aqueles de 488 indivíduos associados a outros 13 grupos, para determinar as relações entre asiáticos, Beringianos e ameríndios. Nestes três grupos, foi observado um decréscimo da heterozigosidade e da quantidade de fluxo gênico, na mesma ordem indicada acima. A solidez destas subdivisões foi demonstrada nas distâncias genéticas, nas análises de componentes principais, de variância molecular, no teste de Mantel, e numa abordagem Bayesiana de atribuição genética. Entretanto, não pode ser observada uma clara estrutura entre os nativos Sul-americanos, indicando a importância dos fatores dispersivos (deriva genética, efeito fundador) na sua diferenciação. A congruência dos resultados obtidos com os dois marcadores são: (a) não foi confirmada uma história de declínio populacional forte associado com a chegada do homem pré-histórico nas Américas; (b) os ameríndios não apresentaram estruturação clara dentro do continente e não se diferenciaram dos asiáticos do nordeste da Ásia (beringianos); e (c) o povo Aché foi o grupo mais divergente.