Tolerância a falhas em sistemas de tempo-real distribuídos e embebidos

Este documento descreve um modelo de tolerância a falhas para sistemas de tempo-real distribuídos. A sugestão deste modelo tem como propósito a apresentação de uma solu-ção fiável, flexível e adaptável às necessidades dos sistemas de tempo-real distribuídos. A tolerância a falhas é um aspeto extremamente importante na construção de sistemas de tempo-real e a sua aplicação traz inúmeros benefícios. Um design orientado para a to-lerância a falhas contribui para um melhor desempenho do sistema através do melhora-mento de aspetos chave como a segurança, a confiabilidade e a disponibilidade dos sis-temas. O trabalho desenvolvido centra-se na prevenção, deteção e tolerância a falhas de tipo ló-gicas (software) e físicas (hardware) e assenta numa arquitetura maioritariamente basea-da no tempo, conjugada com técnicas de redundância. O modelo preocupa-se com a efi-ciência e os custos de execução. Para isso utilizam-se também técnicas tradicionais de to-lerância a falhas, como a redundância e a migração, no sentido de não prejudicar o tempo de execução do serviço, ou seja, diminuindo o tempo de recuperação das réplicas, em ca-so de ocorrência de falhas. Neste trabalho são propostas heurísticas de baixa complexida-de para tempo-de-execução, a fim de se determinar para onde replicar os componentes que constituem o software de tempo-real e de negociá-los num mecanismo de coordena-ção por licitações. Este trabalho adapta e estende alguns algoritmos que fornecem solu-ções ainda que interrompidos. Estes algoritmos são referidos em trabalhos de investiga-ção relacionados, e são utilizados para formação de coligações entre nós coadjuvantes. O modelo proposto colmata as falhas através de técnicas de replicação ativa, tanto virtual como física, com blocos de execução concorrentes. Tenta-se melhorar ou manter a sua qualidade produzida, praticamente sem introduzir overhead de informação significativo no sistema. O modelo certifica-se que as máquinas escolhidas, para as quais os agentes migrarão, melhoram iterativamente os níveis de qualidade de serviço fornecida aos com-ponentes, em função das disponibilidades das respetivas máquinas. Caso a nova configu-ração de qualidade seja rentável para a qualidade geral do serviço, é feito um esforço no sentido de receber novos componentes em detrimento da qualidade dos já hospedados localmente. Os nós que cooperam na coligação maximizam o número de execuções para-lelas entre componentes paralelos que compõem o serviço, com o intuito de reduzir atra-sos de execução. O desenvolvimento desta tese conduziu ao modelo proposto e aos resultados apresenta-dos e foi genuinamente suportado por levantamentos bibliográficos de trabalhos de in-vestigação e desenvolvimento, literaturas e preliminares matemáticos. O trabalho tem também como base uma lista de referências bibliográficas.

An intelligent clustering scheme for distributed intrusion detection in vehicular cloud computing

In recent years, vehicular cloud computing (VCC) has emerged as a new technology which is being used in wide range of applications in the area of multimedia-based healthcare applications. In VCC, vehicles act as the intelligent machines which can be used to collect and transfer the healthcare data to the local, or global sites for storage, and computation purposes, as vehicles are having comparatively limited storage and computation power for handling the multimedia files. However, due to the dynamic changes in topology, and lack of centralized monitoring points, this information can be altered, or misused. These security breaches can result in disastrous consequences such as-loss of life or financial frauds. Therefore, to address these issues, a learning automata-assisted distributive intrusion detection system is designed based on clustering. Although there exist a number of applications where the proposed scheme can be applied but, we have taken multimedia-based healthcare application for illustration of the proposed scheme. In the proposed scheme, learning automata (LA) are assumed to be stationed on the vehicles which take clustering decisions intelligently and select one of the members of the group as a cluster-head. The cluster-heads then assist in efficient storage and dissemination of information through a cloud-based infrastructure. To secure the proposed scheme from malicious activities, standard cryptographic technique is used in which the auotmaton learns from the environment and takes adaptive decisions for identification of any malicious activity in the network. A reward and penalty is given by the stochastic environment where an automaton performs its actions so that it updates its action probability vector after getting the reinforcement signal from the environment. The proposed scheme was evaluated using extensive simulations on ns-2 with SUMO. The results obtained indicate that the proposed scheme yields an improvement of 10 % in detection rate of malicious nodes when compared with the existing schemes.

Demand Response Programs Design and Use Considering Intensive Penetration of Distributed Generation

Further improvements in demand response programs implementation are needed in order to take full advantage of this resource, namely for the participation in energy and reserve market products, requiring adequate aggregation and remuneration of small size resources. The present paper focuses on SPIDER, a demand response simulation that has been improved in order to simulate demand response, including realistic power system simulation. For illustration of the simulator’s capabilities, the present paper is proposes a methodology focusing on the aggregation of consumers and generators, providing adequate tolls for the demand response program’s adoption by evolved players. The methodology proposed in the present paper focuses on a Virtual Power Player that manages and aggregates the available demand response and distributed generation resources in order to satisfy the required electrical energy demand and reserve. The aggregation of resources is addressed by the use of clustering algorithms, and operation costs for the VPP are minimized. The presented case study is based on a set of 32 consumers and 66 distributed generation units, running on 180 distinct operation scenarios.

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.

Middleware for Large-scale Distributed Systems

Nos últimos anos o aumento exponencial da utilização de dispositivos móveis e serviços disponibilizados na “Cloud” levou a que a forma como os sistemas são desenhados e implementados mudasse, numa perspectiva de tentar alcançar requisitos que até então não eram essenciais. Analisando esta evolução, com o enorme aumento dos dispositivos móveis, como os “smartphones” e “tablets” fez com que o desenho e implementação de sistemas distribuidos fossem ainda mais importantes nesta área, na tentativa de promover sistemas e aplicações que fossem mais flexíveis, robutos, escaláveis e acima de tudo interoperáveis. A menor capacidade de processamento ou armazenamento destes dispositivos tornou essencial o aparecimento e crescimento de tecnologias que prometem solucionar muitos dos problemas identificados. O aparecimento do conceito de Middleware visa solucionar estas lacunas nos sistemas distribuidos mais evoluídos, promovendo uma solução a nível de organização e desenho da arquitetura dos sistemas, ao memo tempo que fornece comunicações extremamente rápidas, seguras e de confiança. Uma arquitetura baseada em Middleware visa dotar os sistemas de um canal de comunicação que fornece uma forte interoperabilidade, escalabilidade, e segurança na troca de mensagens, entre outras vantagens. Nesta tese vários tipos e exemplos de sistemas distribuídos e são descritos e analisados, assim como uma descrição em detalhe de três protocolos (XMPP, AMQP e DDS) de comunicação, sendo dois deles (XMPP e AMQP) utilzados em projecto reais que serão descritos ao longo desta tese. O principal objetivo da escrita desta tese é demonstrar o estudo e o levantamento do estado da arte relativamente ao conceito de Middleware aplicado a sistemas distribuídos de larga escala, provando que a utilização de um Middleware pode facilitar e agilizar o desenho e desenvolvimento de um sistema distribuído e traz enormes vantagens num futuro próximo.

Gestão de Recursos Energéticos para Apoio à Operação dos Virtual Power Players

A liberalização dos mercados de energia elétrica e a crescente integração dos recursos energéticos distribuídos nas redes de distribuição, nomeadamente as unidades de produção distribuída, os sistemas de controlo de cargas através dos programas de demand response, os sistemas de armazenamento e os veículos elétricos, representaram uma evolução no paradigma de operação e gestão dos sistemas elétricos. Este novo paradigma de operação impõe o desenvolvimento de novas metodologias de gestão e controlo que permitam a integração de todas as novas tecnologias de forma eficiente e sustentável. O principal contributo deste trabalho reside no desenvolvimento de metodologias para a gestão de recursos energéticos no contexto de redes inteligentes, que contemplam três horizontes temporais distintos (24 horas, 1 hora e 5 minutos). As metodologias consideram os escalonamentos anteriores assim como as previsões atualizadas de forma a melhorar o desempenho total do sistema e consequentemente aumentar a rentabilidade dos agentes agregadores. As metodologias propostas foram integradas numa ferramenta de simulação, que servirá de apoio à decisão de uma entidade agregadora designada por virtual power player. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos três algoritmos de gestão distintos, nomeadamente para a segunda (1 hora) e terceira fase (5 minutos) da ferramenta de gestão, diferenciados pela influência que os períodos antecedentes e seguintes têm no período em escalonamento. Outro aspeto relevante apresentado neste documento é o teste e a validação dos modelos propostos numa plataforma de simulação comercial. Para além das metodologias propostas, a aplicação permitiu validar os modelos dos equipamentos considerados, nomeadamente, ao nível das redes de distribuição e dos recursos energéticos distribuidos. Nesta dissertação são apresentados três casos de estudos, cada um com diferentes cenários referentes a cenários de operação futuros. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias e algoritmos propostos. Adicionalmente são apresentadas comparações das metodologias propostas relativamente aos resultados obtidos, complexidade de gestão em ambiente de simulação para as diferentes fases da ferramenta proposta e os benefícios e inconvenientes no uso da ferramenta proposta.

Distributed replicated macro-components

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Avatars and the «Imitation Game» – can machines smile?

Considering Alan Turing’s challenge in «Computing Machinery and Intelligence» (1950) – can machines play the «imitation game»? – it is proposed that the requirements of the Turing test are already implicitly being used for checking the credibility of virtual characters and avatars. Like characters, Avatars aim to visually express emotions (the exterior signs of the existence of feeling) and its creators have to resort to emotion codes. Traditional arts have profusely contributed for this field and, together with the science of anatomy, shaped the grounds for current Facial Action Coding System (FACS) and their databases. However, FACS researchers have to improve their «instruction tables» so that the machines will be able, in a near future, to be programmed to carry out the operation of recognizing human expressions (face and body) and classify them adequately. For the moment, the reproductions have to resort to the copy of real life expressions, and the presente smile of avatars comes from mirroring their human users.

Scheduling in virtual infrastructure

For the execution of the scientific applications, different methods have been proposed to dynamically provide execution environments for such applications that hide the complexity of underlying distributed and heterogeneous infrastructures. Recently virtualization has emerged as a promising technology to provide such environments. Virtualization is a technology that abstracts away the details of physical hardware and provides virtualized resources for high-level scientific applications. Virtualization offers a cost-effective and flexible way to use and manage computing resources. Such an abstraction is appealing in Grid computing and Cloud computing for better matching jobs (applications) to computational resources. This work applies the virtualization concept to the Condor dynamic resource management system by using Condor Virtual Universe to harvest the existing virtual computing resources to their maximum utility. It allows existing computing resources to be dynamically provisioned at run-time by users based on application requirements instead of statically at design-time thereby lay the basis for efficient use of the available resources, thus providing way for the efficient use of the available resources.

Análisis, diseño e implementación de una tienda virtual con tecnología J2EE

En aquest TFC, un estudiant amb coneixements de Java, però sense experiència prèvia en aplicacions distribuïdes, dissenya i implementa un exemple típic d'una aplicació distribuïda que consisteix en una aplicació de comerç electrònic utilitzant la tecnologia J2EE i amb el seguiment de patrons de disseny.

La Biblioteca Virtual de la Universitat Oberta de Catalunya : un nuevo concepto de biblioteca

The Virtual Library of the UOC not only contains its own bibliographic resources distributed in small physical libraries in the Support Centres of the University spread throughout the main cities of Catalonia, it also allows online access from one's place of residence to all the information registered and stored anywhere in the world. Because of this, we can define the Virtual Library of the UOC as a "library without walls". Currently, services offered by the library are available through a website interface within the Virtual Campus of the University.

Usability of Virtual Museums and the Diffusion of Cultural Heritage

Les prioritats per als museus canvien. La missió de la nova museologia és convertir els museus en llocs per a gaudir i aprendre, cosa que fa que hagin de dur a terme una gestió financera molt semblant a la d'una empresa social que competeixi en el sector del lleure. Amb el pas del temps, els museus han d'establir i aplicar els criteris necessaris per a la supervivència, aplanant el terreny perquè altres institucions públiques siguin més obertes en els seus esforços per comunicar i difondre el seu patrimoni. Ja podem començar a parlar d'algunes conclusions comunament acceptades sobre el comportament dels visitants, que són necessàries per a planificar exposicions futures que vegin l'aprenentatge com un procés constructiu, les col·leccions com a objectes amb significat i les mateixes exposicions com a mitjans de comunicació que haurien de transformar la manera de pensar de l'espectador i que estan al servei del mateix missatge. Sembla que internet representa un mitjà efectiu per a assolir aquests objectius, ja que és capaç (a) d'adaptar-se als interessos i les característiques intel·lectuals d'un públic divers; (b) de redescobrir els significats dels objectes i adquirir un reconeixement sociocultural del seu valor per mitjà del seu potencial interactiu, i (c) de fer ús d'elements atractius i estimulants perquè tothom en gaudeixi. Per a aquest propòsit, és bàsic fer-nos les preguntes següents: quins criteris ha de seguir un museu virtual per a optimar la difusió del seu patrimoni?; quins elements estimulen els usuaris a quedar-se en una pàgina web i fer visites virtuals que els siguin satisfactòries?; quin paper té la usabilitat de l'aplicació en tot això?

Automatic self-configuration of the logical network using distributed software agents

We present a system for dynamic network resource configuration in environments with bandwidth reservation. The proposed system is completely distributed and automates the mechanisms for adapting the logical network to the offered load. The system is able to manage dynamically a logical network such as a virtual path network in ATM or a label switched path network in MPLS or GMPLS. The system design and implementation is based on a multi-agent system (MAS) which make the decisions of when and how to change a logical path. Despite the lack of a centralised global network view, results show that MAS manages the network resources effectively, reducing the connection blocking probability and, therefore, achieving better utilisation of network resources. We also include details of its architecture and implementation

An ATM distributed simulator for network management research

Due to the high cost of a large ATM network working up to full strength to apply our ideas about network management, i.e., dynamic virtual path (VP) management and fault restoration, we developed a distributed simulation platform for performing our experiments. This platform also had to be capable of other sorts of tests, such as connection admission control (CAC) algorithms, routing algorithms, and accounting and charging methods. The platform was posed as a very simple, event-oriented and scalable simulation. The main goal was the simulation of a working ATM backbone network with a potentially large number of nodes (hundreds). As research into control algorithms and low-level, or rather cell-level methods, was beyond the scope of this study, the simulation took place at a connection level, i.e., there was no real traffic of cells. The simulated network behaved like a real network accepting and rejecting SNMP ones, or experimental tools using the API node

Dynamic bandwidth management as part of an integrated network management system based on distributed agents

We present a system for dynamic network resource configuration in environments with bandwidth reservation and path restoration mechanisms. Our focus is on the dynamic bandwidth management results, although the main goal of the system is the integration of the different mechanisms that manage the reserved paths (bandwidth, restoration, and spare capacity planning). The objective is to avoid conflicts between these mechanisms. The system is able to dynamically manage a logical network such as a virtual path network in ATM or a label switch path network in MPLS. This system has been designed to be modular in the sense that in can be activated or deactivated, and it can be applied only in a sub-network. The system design and implementation is based on a multi-agent system (MAS). We also included details of its architecture and implementation