Increased availability and scalability for clustered services via the wait time calculation, trust based filtering and redirection of TCP connection requests

The paper describes two new transport layer (TCP) options and an expanded transport layer queuing strategy that facilitate three functions that are fundamental to the dispatching-based clustered service. A transport layer option has been developed to facilitate. the use of client wait time data within the service request processing of the cluster. A second transport layer option has been developed to facilitate the redirection of service requests by the cluster dispatcher to the cluster processing member. An expanded transport layer service request queuing strategy facilitates the trust based filtering of incoming service requests so that a graceful degradation of service delivery may be achieved during periods of overload - most dramatically evidenced by distributed denial of service attacks against the clustered service. We describe how these new options and queues have been implemented and successfully tested within the transport layer of the Linux kernel.

Sustainability and scalability of university spinouts:a business model perspective

Most previous studies of university spinouts (USOs) have focused on what determines their formation from the perspectives of the entrepreneurs or of their parent universities. However, few studies have investigated how these entrepreneurial businesses actually grow and how their business models evolve in the process. This paper examines the evolution of USOs' business models over their different development phases. Using empirical evidence gathered from three comprehensive case studies, we explore how USOs' business models evolve over time, and the implications for the financial sustainability and operational scalability of these ventures. This paper extends existing research on the development of USOs, and highlights three themes for future research.

Scalability and process transfer of mesenchymal stromal cell production from monolayer to microcarrier culture using human platelet lysate

Background aims: The selection of medium and associated reagents for human mesenchymal stromal cell (hMSC) culture forms an integral part of manufacturing process development and must be suitable for multiple process scales and expansion technologies. Methods: In this work, we have expanded BM-hMSCs in fetal bovine serum (FBS)- and human platelet lysate (HPL)-containing media in both a monolayer and a suspension-based microcarrier process. Results: The introduction of HPL into the monolayer process increased the BM-hMSC growth rate at the first experimental passage by 0.049 day and 0.127/day for the two BM-hMSC donors compared with the FBS-based monolayer process. This increase in growth rate in HPL-containing medium was associated with an increase in the inter-donor consistency, with an inter-donor range of 0.406 cumulative population doublings after 18 days compared with 2.013 in FBS-containing medium. Identity and quality characteristics of the BM-hMSCs are also comparable between conditions in terms of colony-forming potential, osteogenic potential and expression of key genes during monolayer and post-harvest from microcarrier expansion. BM-hMSCs cultured on microcarriers in HPL-containing medium demonstrated a reduction in the initial lag phase for both BM-hMSC donors and an increased BM-hMSC yield after 6 days of culture to 1.20 ± 0.17 × 105 and 1.02 ± 0.005 × 105 cells/mL compared with 0.79 ± 0.05 × 105 and 0.36 ± 0.04 × 105 cells/mL in FBS-containing medium. Conclusions: This study has demonstrated that HPL, compared with FBS-containing medium, delivers increased growth and comparability across two BM-hMSC donors between monolayer and microcarrier culture, which will have key implications for process transfer during scale-up.

Scalable continuous-variable entanglement of light beams produced by optical parametric oscillators

We show that scalable multipartite entanglement among light fields may be generated by optical parametric oscillators (OPOs). The tripartite entanglement existent among the three bright beams produced by a single OPO-pump, signal, and idler-is scalable to a system of many OPOs by pumping them in cascade with the same optical field. This latter serves as an entanglement distributor. The special case of two OPOs is studied, as it is shown that the resulting five bright beams share genuine multipartite entanglement. In addition, the structure of entanglement distribution among the fields can be manipulated to some degree by tuning the incident pump power. The scalability to many fields is straightforward, allowing an alternative implementation of a multipartite quantum information network with continuous variables.

Asymmetric page split generalized index search trees for formal concept analysis

Formal Concept Analysis is an unsupervised machine learning technique that has successfully been applied to document organisation by considering documents as objects and keywords as attributes. The basic algorithms of Formal Concept Analysis then allow an intelligent information retrieval system to cluster documents according to keyword views. This paper investigates the scalability of this idea. In particular we present the results of applying spatial data structures to large datasets in formal concept analysis. Our experiments are motivated by the application of the Formal Concept Analysis idea of a virtual filesystem [11,17,15]. In particular the libferris [1] Semantic File System. This paper presents customizations to an RD-Tree Generalized Index Search Tree based index structure to better support the application of Formal Concept Analysis to large data sources.

A mobile systems interface protocol

Recent progresses in the software development world has assisted a change in hardware from heavy mainframes and desktop machines to unimaginable small devices leading to the prophetic "third computing paradigm", Ubiquitous Computing. Still, this novel unnoticeable devices lack in various capabilities, like computing power, storage capacity and human interface. Connectivity associated to this devices is also considered an handicap which comes generally associated expensive and limited protocols like GSM and UMTS. Considering this scenario as background, this paper presents a minimal communication protocol introducing better interfaces for limited devices. Special attention has been paid to the limitations of connectivity, storage capacity and scalability of the developed software applications. Illustrating this new protocol, a case-study is presented addressing car sensors communicating with a central

Dashboard services for pragmatics-based interoperability in cloud and ubiquitous manufacturing

The real Cloud and Ubiquitous Manufacturing systems require effectiveness and permanent availability of resources, their capacity and scalability. One of the most important problems for applications management over cloud based platforms, which are expected to support efficient scalability and resources coordination following SaaS implementation model, is their interoperability. Even application dashboards need to easily incorporate those new applications, their interoperability still remains a big problem to override. So, the possibility to expand these dashboards with efficiently integrated communicational cloud based services (cloudlets) represents a relevant added value as well as contributes to solving the interoperability problem. Following the architecture for integration of enriched existing cloud services, as instances of manufacturing resources, this paper: a) proposes a cloud based web platform to support dashboard integrating communicational services, and b) describe an experimentation to sustain the theory that the effective and efficient interoperability, especially in dynamic environments, could be achieved only with human intervention.

Sistemas de informação: message integration bus

O trabalho apresentado por este documento aborda os problemas que advêm da necessidade de integração de aplicações, desenvolvidas em diferentes instantes no tempo, por diferentes equipas de trabalho, que para enriquecer os processos de negócio necessitam de comunicar entre si. A integração das aplicações tem de ser feita de forma opaca para estas, sendo disponibilizada por uma peça de software genérica, robusta e sem custos para as equipas desenvolvimento, na altura da integração. Esta integração tem de permitir que as aplicações comuniquem utilizando os protocolos que desejarem. Este trabalho propõe um middleware orientado a mensagens como solução para o problema identificado. A solução apresentada por este trabalho disponibiliza a comunicação entre aplicações que utilizam diferentes protocolos, permite ainda o desacoplamento temporal, espacial e de sincronismo na comunicação das aplicações. A implementação da solução tem base num sistema publish/subscribe orientado ao conteúdo e tem de lidar com as maiores exigências computacionais que este tipo de sistema acarta, sendo que a utilização deste se justifica com o enriquecimento da semântica de subscrição de eventos. Esta implementação utiliza uma arquitectura semi-distribuída, com o objectivo de aumentar a escalabilidade do sistema. A utilização da arquitectura semi-distribuída implica que a implementação da solução tem de lidar com o encaminhamento de eventos e divulgação das subscrições, pelos vários servidores de eventos. A implementação da solução disponibiliza garantias de persistência, processamento transaccional e tolerância a falhas, assim como transformação de eventos entre os diversos protocolos. A extensibilidade da solução é conseguida à custa de um sistema de pluggins que permite a adição de suporte a novos protocolos de comunicação. Os protocolos suportados pela implementação final do trabalho são RestMS e TCP.

Explorador integrado de serviços de armazenamento na cloud: cloud cockpit

Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Cloud computing sobre a plataforma Windows Azure

A utilização massiva da internet e dos serviços que oferece por parte do utilizador final potencia a evolução dos mesmos, motivando as empresas a apostarem no desenvolvimento deste tipo de soluções. Requisitos como o poder de computação, flexibilidade e escalabilidade tornam-se cada vez mais indissociáveis do desenvolvimento aplicacional, o que leva ao surgimento de paradigmas como o de Cloud Computing. É neste âmbito que surge o presente trabalho. Com o objetivo de estudar o paradigma de Cloud Computing inicia-se um estudo sobre esta temática, onde é detalhado o seu conceito, a sua evolução histórica e comparados os diferentes tipos de implementações que suporta. O estudo detalha posteriormente a plataforma Azure, sendo analisada a sua topologia e arquitetura, detalhando-se os seus componentes e a forma como esta mitiga alguns dos problemas mencionados. Com o conhecimento teórico é desenvolvido um protótipo prático sobre esta plataforma, em que se exploram algumas das particularidades da topologia e se interage com as principais redes sociais. O estudo culmina com uma análise sobre os benefícios e desvantagens do Azure e através de um levantamento das necessidades da empresa, determinam-se as oportunidades que a utilização da plataforma poderá proporcionar.

Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

Lower protocol layers for wireless sensor networks: a survey

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been attracting increasing interests in the development of a new generation of embedded systems with great potential for many applications such as surveillance, environment monitoring, emergency medical response and home automation. However, the communication paradigms in Wireless Sensor Networks differ from the ones attributed to traditional wireless networks, triggering the need for new communication protocols and mechanisms. In this Technical Report, we present a survey on communication protocols for WSNs with a particular emphasis on the lower protocol layers. We give a particular focus to the MAC (Medium Access Control) sub-layer, since it has a prominent influence on some relevant requirements that must be satisfied by WSN protocols, such as energy consumption, time performance and scalability. We overview some relevant MAC protocol solutions and discuss how they tackle the trade-off between the referred requirements.