Réplicas para alta disponibilidade em arquiteturas orientadas a componentes com suporte de comunicação de grupo

Alta disponibilidade é uma das propriedades mais desejáveis em sistemas computacionais, principalmente em aplicações comerciais que, tipicamente, envolvem acesso a banco de dados e usam transações. Essas aplicações compreendem sistemas bancários e de comércio eletrônico, onde a indisponibilidade de um serviço pode representar substanciais perdas financeiras. Alta disponibilidade pode ser alcançada através de replicação. Se uma das réplicas não está operacional, outra possibilita que determinado serviço seja oferecido. No entanto, réplicas requerem protocolos que assegurem consistência de estado. Comunicação de grupo é uma abstração que tem sido aplicada com eficiência a sistemas distribuídos para implementar protocolos de replicação. Sua aplicação a sistemas práticos com transações e com banco de dados não é comum. Tipicamente, sistemas transacionais usam soluções ad hoc e sincronizam réplicas com protocolos centralizados, que são bloqueantes e, por isso, não asseguram alta disponibilidade. A tecnologia baseada em componentes Enterprise JavaBeans (EJB) é um exemplo de sistema prático que integra distribuição, transações e bancos de dados. Em uma aplicação EJB, o desenvolvedor codifica o serviço funcional que é dependente da aplicação, e os serviços não–funcionais são inseridos automaticamente. A especificação EJB descreve serviços não–funcionais de segurança, de transações e de persistência para bancos de dados, mas não descreve serviços que garantam alta disponibilidade. Neste trabalho, alta disponibilidade é oferecida como uma nova propriedade através da adição de serviços não–funcionais na tecnologia EJB usando abstrações de comunicação de grupo. Os serviços para alta disponibilidade são oferecidos através da arquitetura HA (highly-available architecture) que possui múltiplas camadas. Esses serviços incluem replicação, chaveamento de servidor, gerenciamento de membros do grupo e detecção de membros falhos do grupo. A arquitetura HA baseia-se nos serviços já descritos pela especificação EJB e preserva os serviços EJB existentes. O protocolo de replicação corresponde a uma subcamada, invisível para o usuário final. O serviço EJB é executado por membros em um grupo de réplicas, permitindo a existência de múltiplos bancos de dados idênticos. Conflitos de acesso aos múltiplos bancos de dados são tratados estabelecendo–se uma ordem total para aplicação das atualizações das transações. Esse grupo é modelado como um único componente e gerenciado por um sistema de comunicação de grupo. A combinação de conceitos de bancos de dados com comunicação de grupo demonstra uma interessante solução para aplicações com requisitos de alta disponibilidade, como as aplicações EJB. Os serviços adicionais da arquitetura HA foram implementados em protótipo. A validação através de um protótipo possibilita que experimentos sejam realizados dentro de um ambiente controlado, usando diferentes cargas de trabalho sintéticas. O protótipo combina dois sistemas de código aberto. Essa característica permitiu acesso à implementação e não somente à interface dos componentes dos sistemas em questão. Um dos sistemas implementa a especificação EJB e outro implementa o sistema de comunicação de grupos. Os resultados dos testes realizados com o protótipo mostraram a eficiência da solução proposta. A degradação de desempenho pelo uso de réplicas e da comunicação de grupo é mantida em valores adequados.

Independência entre aplicações e processos modelados

O presente trabalho expõe uma análise sobre duas arquiteturas disponíveis para o desenvolvimento de sistemas que utilizam a tecnologia de workflow. Estas arquiteturas são: a Arquitetura Baseada em Modelagem e Execução em um ùnico Ambiente e a Arquitetura Baseada em Modelagem e Execução e Ambientes Distintos. São expostas: características, vantagens e desvantagens destas arquiteturas. A Aquitetura Baseada em Modelagem e Expressões em Ambientes Distintos é analisada em seu principal ponto negativo: a falta de independência existente entre as apliciações e os processos modelados, bem como são discutidos os problemas que esta falta de independência gera no desenvolvimemto e manutenção das aplicações. Uma alternativa à dependência entre o motor de workflow (engine) e as aplicações é proposta para a Arquitetura Baseada na Modelagem e Execução em Ambientes Distintos. Esta proposta é baseada em um modelo que consiste de uma Camada Intermediária, armazenada em um banco de dados relacional, capaz de extender as funcionalidades do motor de workflow. Este banco de dados armazena toda a estrrutura dos processos modelados, sendo responsável pela função que atualmente é repassada às aplicações: o controle da lógica dos processos. Estes trabalho produziu de uma Camada Intermediária, dividida em Camada de Independência (suportando a independência) e Camada de Integrgação (responsável pela comunicação com o motor de workflow). O estudo apresentada as estruturas do banco de dados, as funções disponibilizadas pela API da Camada Intermediária e um pequeno protótipo para dedmonstrar a arquitetura proposta.

Integração de sistemas de informação através de web services

Sistemas de informação incorporam processos de negócios particulares de cada organização. A medida em que se observa uma crescente pressão de mercado para que empresas troquem informações de forma automatizada e segura para obtenção de melhores resultados, faz-se necessário repensar a forma como são concebidos os sistemas de informação, desde a modelagem da empresa propriamente dita até a modelagem dos processos de negócio e sua interação com os demais colaboradores. Modelar os processos de negócio de uma empresa em um contexto global significa não apenas estabelecer regras de comportamento, mas também expressar a forma como os processos poderão ser acionados e interagir com sistemas de informação diferentes. Existem várias tecnologias empregadas para a integração de sistemas de informação. Entre tantas tecnologias, uma delas vêm recebendo especial atenção: a tecnologia Web services. A suposta interoperabilidade dos Web services permite a comunicação de aplicações desenvolvidas em diferentes plataformas de hardware e diferentes linguagens de programação através da Internet ou de uma rede local. No entanto, algumas particularidades devem ser observadas para que a implementação de Web services seja eficiente. Disponibilizar processos de negócio de uma empresa através da Internet pode ser uma ótima opção para o incremento de suas atividades, mas requer cuidados especiais. Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a modelagem de empresas, modelagem de processos de negócio e a integração de sistemas de informação através do uso de Web services. Através de um estudo de caso, são apresentados os principais conceitos e as etapas necessárias para a implementação de Web services em um sistema Web. Como contribuição deste trabalho, é proposta uma alternativa de modelagem de sistemas que permite um melhor controle sobre o tratamento de exceções em Web services. O trabalho desenvolvido compreendeu a especificação, desenvolvimento e aplicação de um ambiente para suportar esta classe de aplicação. No texto é descrito o funcionamento da biblioteca NuSOAP, apresentando o código-fonte completo da aplicação desenvolvida, acessando Web services através de chamadas em alto nível (WSDL). Com o presente trabalho, tem-se uma proposta, já avaliada e validada, para funcionar como referencial conceitual e prático para o desenvolvimento de aplicações usando a tecnologia de Web services.

Contribuições ao uso de novas tecnologias da informação e comunicação no ensino de engenharia

Neste trabalho, descreve-se o processo de produção de tecnologias educacionais e de Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), relacionando-as ao uso do ensino em Engenharia Geotécnica. Desenvolveu-se um sistema de informação baseado num modelo que integra recursos educacionais produzidos em diferentes formatos eletrônicos e um software baseado na Web para gestão destes recursos e das informações da disciplina Fundações. O software, denominado ENGEO, auxilia a estruturação do conhecimento envolvido no domínio de aplicação, fornecendo ao professor, ou equipe de gestão, ferramentas remotas de administração dos conteúdos e dos recursos educacionais. Aos alunos, a aplicação ENGEO fornece disponibilidade de informações e de conteúdo em um ambiente flexível. Este aplicativo foi desenvolvido para o curso de Engenharia Geotécnica, particularizado para Engenharia de Fundações, com o objetivo de introduzir e incentivar a utilização de sistemas baseados na Web para compartilhamento de conteúdo das disciplinas, implementar Tecnologias de Informação e Comunicação em aplicações para fins educacionais e fomentar discussões a respeito da identidade e perfil do Engenheiro e o papel da TICs no processo de formação do profissional de Engenharia.

Avaliação de sistemas empresariais

Os sistemas empresariais, para serem avaliados, precisam, de alguma forma, ser enquadrados no atendimento de processos padronizados, para assim ser possível uma medição comparativa de sua eficiência e eficácia. Para isso foi realizada uma pesquisa através de um questionário, no qual o respondente avalia basicamente o atendimento de cada processo padronizado pelo sistema empresarial. Como resultado, constata-se que os sistemas empresariais estão atendendo apenas os processos principais das empresas, como “vendas”, “financeiro” e “produção”. Processos como “gestão ambiental” e “relações com a comunidade” não são atendidos, seja por não existirem esses módulos nos sistemas, seja por desinteresse das empresas em utilizá-los, mesmo que houvesse tal possibilidade. As empresas ainda pouco valorizam os sistemas empresariais e suas aplicações, deixando de usá-los em sua máxima eficiência. Como conseqüência, observa-se que o investimento em treinamento e qualificação dos usuários é muito baixo ou praticamente inexistente, o que implica o não aproveitamento das potencialidades máximas desses sistemas. Por outro lado, os próprios sistemas também apresentam deficiências: em muitos casos, não são flexíveis o suficiente para atender as particularidades de cada empresa, sem a necessidade de configuração. Além disso, cada sistema tem seus pontos fortes, que não necessariamente correspondem aos principais processos da empresa, gerando um descompasso entre o sistema e os processos da empresa. Como resultado final, conclui-se que há a necessidade de os sistemas empresariais serem mais abrangentes e flexíveis, para que possam incluir todos os processos empresariais, 6 e as empresas, por sua vez, devem se preparar melhor para usar todo o potencial já disponível da ferramenta, otimizando, dessa forma, seu investimento.

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.

Utilização de Multicast na Disseminação de Escritas em Ambientes Replicados

Este trabalho trata da utilização de protocolos de comunicação de grupo para a disseminação de escritas em arquivos replicados. A replicação de arquivos tem como objetivo aumentar a disponibilidade dos dados mesmo mediante a ocorrência de alguma falha. Existem duas abordagens principais para a replicação de arquivos: a da cópia primária e das cópias ativas. Em ambas as abordagens é necessário que seja mantida a integridade dos dados replicados, de forma que todos cópias dos arquivos replicados estejam no mesmo estado. Essa integridade pode ser mantida pela escolha correta de uma estratégia de disseminação de escritas. Como os servidores que mantém cópias do mesmo arquivo formam um grupo de replicação, a disseminação de escritas pode ser feita através de comunicação de grupos. Neste trabalho são apresentados os sistemas de comunicação de grupo xAMp, da Universidade de Lisboa; Totem, Universidade da Califórnia; Transis da Universidade de Hebréia de Jerusalém; Horus, da Universidade de Cornell e Newtop da Universidade de Newcastle. Todos os sistemas descritos possuem características de comunicação de grupo e membership que permitem a sua utilização na disseminação de escritas para arquivos replicados. Este trabalho descreve, também, o protótipo PDERM (Protótipo para a Disseminação de Escritas em arquivos Replicados, através de Multicast), implementado para analisar o comportamento de um sistema de comunicação de grupo, o xAMp, na disseminação de escritas em arquivos replicados pela estratégia da cópia primária. Foi analisado o aspecto da manutenção da integridade das réplicas mesmo na ocorrência de falha do servidor primário.

Implementação de espalhamento espectral por seqüência direta

O presente trabalho tem como objetivo a descrição e apresentação dos resultados obtidos através de simulações e implementação da técnica de modulação por espalhamento de espectro (Spread Spectrum). Maior ênfase será dada à técnica de espalhamento por seqüência direta (DSSS), dada a larga utilização nos sistemas de comunicação correntemente em uso, assim como serão apresentados os resultados de simulações e implementação de um sistema de comunicação Spread Spectrum utilizando o microcontrolador PIC 16F876 para a interligação de computadores padrão PC via interface serial RS232.

Arquitetura para um ambiente de grade computacional direcionado às aplicações distribuídas, móveis e conscientes do contexto da computação pervasiva

Neste início de década, observa-se a transformação das áreas de Computação em Grade (Grid Computing) e Computação Móvel (Mobile Computing) de uma conotação de interesse emergente para outra caracterizada por uma demanda real e qualificada de produtos, serviços e pesquisas. Esta tese tem como pressuposto a identificação de que os problemas hoje abordados isoladamente nas pesquisas relativas às computações em grade, consciente do contexto e móvel, estão presentes quando da disponibilização de uma infra-estrutura de software para o cenário da Computação Pervasiva. Neste sentido, como aspecto central da sua contribuição, propõe uma solução integrada para suporte à Computação Pervasiva, implementada na forma de um middleware que visa criar e gerenciar um ambiente pervasivo, bem como promover a execução, sob este ambiente, das aplicações que expressam a semântica siga-me. Estas aplicações são, por natureza, distribuídas, móveis e adaptativas ao contexto em que seu processamento ocorre, estando disponíveis a partir de qualquer lugar, todo o tempo. O middleware proposto, denominado EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications), é adaptativo ao contexto e baseado em serviços, sendo chamado de ISAMpe o ambiente por este disponibilizado. O EXEHDA faz parte dos esforços de pesquisa do Projeto ISAM (Infra-Estrutura de Suporte às Aplicações Móveis Distribuídas), em andamento na UFRGS. Para atender a elevada flutuação na disponibilidade dos recursos, inerente à Computação Pervasiva, o EXEHDA é estruturado em um núcleo mínimo e em serviços carregados sob demanda. Os principais serviços fornecidos estão organizados em subsistemas que gerenciam: (a) a execução distribuída; (b) a comunicação; (c) o reconhecimento do contexto; (d) a adaptação; (e) o acesso pervasivo aos recursos e serviços; (f) a descoberta e (g) o gerenciamento de recursos No EXEHDA, as condições de contexto são pró-ativamente monitoradas e o suporte à execução deve permitir que tanto a aplicação como ele próprio utilizem essas informações na gerência da adaptação de seus aspectos funcionais e não-funcionais. O mecanismo de adaptação proposto para o EXEHDA emprega uma estratégia colaborativa entre aplicação e ambiente de execução, através da qual é facultado ao programador individualizar políticas de adaptação para reger o comportamento de cada um dos componentes que constituem o software da aplicação. Aplicações tanto do domínio da Computação em Grade, quanto da Computação Pervasiva podem ser programadas e executadas sob gerenciamento do middleware proposto.

Modelos para o mapeamento de aplicações em infra-estruturas de comunicação intrachip

O projeto de sistemas intrachip (SoCs) é uma atividade de alto grau de complexidade, dados a dimensão de SoCs, na ordem do bilhão de transistores, os requisitos de tempo de desenvolvimento e de consumo de energia, entre outros fatores. A forma de dominar a complexidade de projeto de SoCs inclui dividir a funcionalidade do sistema em módulos de menor complexidade, denominados de núcleos de propriedade intelectual (núcleos IP), interligados por uma infra-estrutura de comunicação. Enquanto núcleos IP podem ser reusados de outros projetos ou adquiridos de terceiros, a infra-estrutura de comunicação deve sempre ser desenvolvida de forma personalizada para cada SoC. O presente trabalho volta-se para o projeto de infraestruturas de comunicação eficientes. Questões importantes neste contexto são a eficiência da comunicação, refletida e.g. em medidas de vazão e latência, a redução de área de silício para implementar a comunicação, e a redução da energia consumida na comunicação. Estas questões dependem da escolha da infra-estrutura de comunicação. Barramentos são as infra-estruturas mais usadas nas comunicações intrachip, mas têm sido consideradas como pouco adequadas para servir a necessidade de comunicação de SoCs futuros. Redes intrachip vêm emergindo como um possível melhor candidato. Nesta infra-estrutura de comunicação, um problema a ser resolvido é o posicionamento relativo de núcleos IP dentro da rede, visando otimizar desempenho e reduzir o consumo de energia, no que se denomina aqui problema de mapeamento. Dada a complexidade deste problema, considera-se fundamental dispor de modelos para capturar as características da infra-estrutura de comunicação, bem como da aplicação que a emprega A principal contribuição deste trabalho é propor e avaliar um conjunto de modelos de computação voltados para a solução do problema de mapeamento de núcleos de propriedade intelectual sobre uma infra-estrutura de comunicação. Três modelos são propostos (CDM, CDCM e ECWM) e comparados, entre si e com três outros disponíveis na literatura (CWM, CTM e ACPM). Embora os modelos sejam genéricos, os estudos de caso restringem-se aqui a infra-estruturas de comunicação do tipo rede intrachip. Dada a diversidade de modelos de mapeamento, propõe-se uma segunda contribuição, o metamodelo Quantidade, Ordem, Dependência (QOD), que relaciona modelos de mapeamento usando os critérios expressos na denominação QOD. Considerando o alto grau de abstração dos modelos empregados, julga-se necessário prover uma conexão com níveis inferiores da hierarquia de projeto. Neste sentido, uma terceira contribuição original do presente trabalho é a proposta de modelos de consumo de energia e tempo de comunicação para redes intrachip. Visando demonstrar a validade de todos os modelos propostos, foram desenvolvidos métodos de uso destes na solução do problema de mapeamento, o que constitui uma quarta contribuição. Estes métodos incluem algoritmos de mapeamento, estimativas de tempo de execução, consumo de energia e caminhos críticos em infra-estruturas de comunicação. Como quinta contribuição, propõe-se o framework CAFES, que integra os métodos desenvolvidos e os modelos de mapeamento em algoritmos computacionais. Uma última contribuição do presente trabalho é um método habilitando a estimativa de consumo de energia para infra-estruturas de comunicação e sua implementação como uma ferramenta computacional.

Formalização da comunicação de conhecimentos probabilísticos em sistemas multiagentes : uma abordagem baseada em lógica probabilística

Durante os últimos anos as áreas de pesquisa sobre Agentes Inteligentes, Sistemas Multiagentes e Comunicação entre Agentes têm contribuído com uma revolução na forma como sistemas inteligentes podem ser concebidos, fundamentados e construídos. Sendo assim, parece razoável supor que sistemas inteligentes que trabalhem com domínios probabilísticos de conhecimento possam compartilhar do mesmo tipo de benefícios que os sistemas mais tradicionais da Inteligência Artificial receberam quando adotaram as concepções de agência, de sistemas compostos de múltiplos agentes e de linguagens de comunicação entre estes agentes. Porém, existem dúvidas não só sobre como se poderia escalar efetivamente um sistema probabilístico para uma arquitetura multiagente, mas como se poderia lidar com as questões relativas à comunicação e à representação de conhecimentos probabilísticos neste tipo de sistema, principalmente tendo em vista as limitações das linguagens de comunicação entre agentes atuais, que não permitem comunicar ou representar este tipo de conhecimento. Este trabalho parte destas considerações e propõe uma generalização do modelo teórico puramente lógico que atualmente fundamenta a comunicação nos sistemas multiagentes, que será capaz de representar conhecimentos probabilísticos. Também é proposta neste trabalho uma extensão das linguagens de comunicação atuais, que será capaz de suportar as necessidades de comunicação de conhecimentos de natureza probabilísticas. São demonstradas as propriedades de compatibilidade do novo modelo lógico-probabilístico com o modelo puramente lógico atual, sendo demonstrado que teoremas válidos no modelo atual continuam válidos no novo modelo. O novo modelo é definido como uma lógica probabilística que estende a lógica modal dos modelos atuais. Para esta lógica probabilística é definido um sistema axiomático e são demonstradas sua correção e completude. A completude é demonstrada de forma relativa: se o sistema axiomático da lógica modal original for completo, então o sistema axiomático da lógica probabilística proposta como extensão também será completo. A linguagem de comunicação proposta neste trabalho é definida formalmente pela generalização das teorias axiomáticas de agência e comunicação atuais para lidar com a comunicação de conhecimentos probabilísticos e pela definição de novos atos comunicativos específicos para este tipo de comunicação. Demonstra-se que esta linguagem é compatível com as linguagens atuais no caso não-probabilístico. Também é definida uma nova linguagem para representação de conteúdos de atos de comunicação, baseada na lógica probabilística usada como modelo semântico, que será capaz de expressar conhecimentos probabilísticos e não probabilísticos de uma maneira uniforme. O grau de expressibilidade destas linguagens é verificado por meio de duas aplicações. Na primeira aplicação demonstra-se como a nova linguagem de conteúdos pode ser utilizada para representar conhecimentos probabilísticos expressos através da forma de representação de conhecimentos probabilísticos mais aceita atualmente, que são as Redes Bayesianas ou Redes de Crenças Probabilísticas. Na outra aplicação, são propostos protocolos de interação, baseados nos novos atos comunicativos, que são capazes de atender as necessidades de comunicação das operações de consistência de Redes Bayesianas secionadas (MSBNs, Multiple Sectioned Bayesian Networks) para o caso de sistemas multiagentes.

Uma extensão do protocolo CAN para aplicações críticas em sistemas distribuídos

Sistemas computacionais de tempo-real são tipicamente construídos a partir de primitivas de sincronização que fornecem uma noção do tempo no objetivo de coordenar a execução múltiplos fluxos de instruções em um processador. Quando o processamento é centralizado, a base de tempo destas primitivas é extraída do oscilador local da plataforma, permitindo que as ações do sistema sejam devidamente ordenadas, respeitando restrições de tempo e causalidade. No entanto, em sistemas distribuídos o problema não pode ser resolvido desta forma em decorrência de imperfeições nos dispositivos físicos. Diferenças mínimas na freqüência de osciladores fazem com que as bases de tempo dos componentes divirjam cada vez mais ao longo do tempo, dificultando ou até mesmo impossibilitando um ordenamento consistente de eventos. Por esta razão, sincronização de relógios é um serviço de fundamental importância, sobretudo em aplicações críticas, onde os níveis de confiabilidade exigidos são mais elevados. O presente trabalho consiste na proposta e implementação de uma plataforma de comunicação otimizada para sistemas de controle distribuídos, caracterizados por uma alta regularidade no comportamento da comunicação. O objetivo é propor uma solução em baixo nível com suporte para o projeto de sistemas distribuídos no domínio de aplicações críticas. A plataforma proposta, à qual foi atribuído o nome CASCA, sigla para “Communication Architecture for Safety- Critical Applications”, é de fato uma extensão time-triggered do protocolo CAN. Acima da camada de enlace do protocolo original foram projetados mecanismos sincronização de relógios e criação inicial da base de tempo, implementados na forma de uma combinação de hardware e software. Principais características da plataforma são jitter mínimo, uma base de tempo global essencialmente distribuída e particionamento temporal. Diferentes alternativas de projeto foram consideradas, observando com maior atenção a viabilidade de prototipação em dispositivos FPGA para fins de validação e aplicação imediata em plataformas reconfiguráveis. Como forma de validação da plataforma, um sistema elementar formado por três nodos foi sintetizado com sucesso em bancada obtendo-se como resultado uma base de tempo essencialmente distribuída com precisão menor do que um micro-segundo.

Definição de classes para comunicação Unicast e Multicast

No projeto de arquiteturas computacionais, a partir da evolução do modelo cliente-servidor, surgiram os sistemas distribuídos com a finalidade de oferecer características tais como: disponibilidade, distribuição, compartilhamento de recursos e tolerância a falhas. Estas características, entretanto, não são obtidas de forma simples. As aplicações distribuídas e as aplicações centralizadas possuem requisitos funcionais distintos; aplicações distribuídas são mais difíceis quanto ao projeto e implementação. A complexidade de implementação é decorrente principalmente da dificuldade de tratamento e de gerência dos mecanismos de comunicação, exigindo equipe de programadores experientes. Assim, tem sido realizada muita pesquisa para obter mecanismos que facilitem a programação de aplicações distribuídas. Observa-se que, em aplicações distribuídas reais, mecanismos de tolerância a falhas constituem-se em uma necessidade. Neste contexto, a comunicação confiável constitui-se em um dos blocos básicos de construção. Paralelamente à evolução tanto dos sistemas distribuídos como da área de tolerância a falhas, foi possível observar também a evolução das linguagens de programação. O sucesso do paradigma de orientação a objetos deve-se, provavelmente, à habilidade em modelar o domínio da aplicação ao invés da arquitetura da máquina em questão (enfoque imperativo) ou mapear conceitos matemáticos (conforme o enfoque funcional). Pesquisadores demonstraram que a orientação a objetos apresenta-se como um modelo atraente ao desenvolvimento de aplicações distribuídas modulares e tolerantes a falhas. Diante do contexto exposto, duas constatações estimularam basicamente a definição desta dissertação: a necessidade latente de mecanismos que facilitem a programação de aplicações distribuídas tolerantes a falhas; e o fato de que a orientação a objetos tem-se mostrado um modelo promissor ao desenvolvimento deste tipo de aplicação. Desta forma, nesta dissertação definem-se classes para a comunicação do tipo unicast e multicast, nas modalidades de envio confiável e não-confiável. Além destes serviços de comunicação básicos, foram desenvolvidas classes que permitem referenciar os participantes da comunicação através de nomes. As classes estão organizadas na forma de um pacote, compondo um framework. Sua implementação foi desenvolvida usando Java. Embora não tivessem sido requisitos básicos, as opções de projeto visaram assegurar resultados aceitáveis de desempenho e possibilidade de reuso das classes. Foram implementados pequenos trechos de código utilizando e testando a funcionalidade de cada uma das classes de comunicação propostas.

FlexGroup: um ambiente flexível para comunicação em grupo

Mecanismos de comunicação entre processos são fundamentais no desenvolvimento de sistemas distribuídos, já que constituem o único meio de compartilhar dados entre processos que não dispõem de memória comum. Um dos principais mecanismos de comunicação utilizados é a troca de mensagens entre os processos componentes do sistema. Existem muitas aplicações que são compostas por um conjunto de processos que cooperam para realizar uma determinada tarefa e que são mais facilmente construídas se o sistema operacional oferecer a possibilidade de se enviar uma mensagem a diversos destinos. Neste caso são necessários mecanismos que permitam a difusão confiável de uma mensagem para um grupo de processos em uma única operação. Tendo em vista esta necessidade, diversos protocolos têm sido apresentados na literatura para permitir a comunicação entre um grupo de processos com diferentes graus de complexidade e de desempenho. Este trabalho apresenta um ambiente para desenvolvimento e utilização de protocolos de comunicação em grupo, denominado FlexGroup. O ambiente divide os protocolos em suas características fundamentais, permitindo que estas características possam ser desenvolvidas separadamente como subprotocolos. Os subprotocolo são interligados através de uma interface comum e gerenciados pelo núcleo do ambiente. A comunicação entre as diversas máquinas da rede é gerenciada pelo FlexGroup, permitindo que o desenvolvedor de um novo subprotocolo possa somente se focar nas características específicas do seu protocolo. Esta modularidade permite, ainda, que apenas as partes de interesse de um novo protocolo precisem ser implementadas, além de também viabilizar a criação de um protocolo baseado nos já existentes no ambiente. Além disso, o ambiente permite que as aplicações de comunicação em grupo possam definir, através de uma biblioteca, o conjunto de subprotocolos que desejam utilizar, em tempo de execução, sem necessidade de conhecer a implementação interna dos subprotocolos.. Da mesma forma, alguém que se proponha a realizar comparações com os protocolos existentes, pode utilizar os diversos subprotocolos e as aplicações existentes, bastando alterar os protocolos utilizados em tempo de execução e avaliando somente as características que deseje analisar.