Gerenciamento distribuído e flexível de protocolos de alto nível, serviços e aplicações em redes de computadores

As redes de computadores experimentam um grande crescimento não apenas em tamanho, mas também no número de serviços oferecidos e no número de protocolos de alto nível e aplicações que são executados sobre elas. Boa parte desses software (ex.: ICQ e Napster), em geral, não está diretamente ligada a aplicações críticas, mas o seu uso não controlado pode degradar o desempenho da rede. Para que se possa medir o impacto dos mesmos sobre a infra-estrutura, mecanismos de gerência ligados à contabilização e caracterização de tráfego são desejáveis. Por outro lado, alguns protocolos, serviços e aplicações (ex. servidores DNS e Web) suportam aplicações e precisam ser monitorados e gerenciados com maior atenção. Para essa classe de software de rede, a simples contabilização e caracterização de tráfego não é suficiente; tarefas de gerência como teste de serviços, detecção e manipulação de falhas, medição de desempenho e detecção de intrusão são importantes para garantir alta disponibilidade e eficiência da rede e aplicações. As ferramentas existentes para essa finalidade são, entre aspectos, (a) não integradas (necessidade de uma ferramenta para monitorar cada aplicação), (b) centralizadas (não oferecem suporte à distribuição de tarefas de gerenciamento) e (c) pouco flexíveis (dificuldade em gerenciar novos protocolos, serviços e aplicações). Nesse contexto, a tese propõe uma arquitetura, centrada na monitoração passiva em temporal do tráfego de rede, para gerenciamento distribuído de protocolos de alto nível, serviços e aplicações em rede. Baseada da MIB (Management Information Base) Script do IETF (Internet Engineering Task Force), a arquitetura Trace oferece mecanismos para a delegação de tarefas de gerenciamento a gerentes intermediários, que interagem com agentes de monitoração e agentes de ação para executá-las. A tese propõe também PTSL (Protocol Trace Specification Language), uma linguagem gráfica/textual criada para permitir que gerentes de rede especificam as interações de protocolos (traços) que lhes interessam monitorar. As especificações são usadas pelso gerentes intermediários para programar os agentes de monitoração. Uma vez programadas, esses agentes passam a monitorar a ocorrência dos traços.As informações obtidas são analisadas pelos agentes intermediários, que podem requisitar de ação a execução de procedimentos (ex: scripts Perl), possibilitando a automação de diversas tarefas de gerenciamento. A arquitetura proposta é validada por um protótipo: a plataforma de gerenciamento Trace.

Precificação e hedge dinâmico de opções de Telebrás utilizando redes neurais

As redes neurais podem ser uma alternativa aos modelos paramétricos tradicionais para a precificação de opções quando a dinâmica do ativo primário não for conhecida ou quando a equação associada à condição de não-arbitragem não puder ser resolvida analiticamente. Este trabalho compara a performance do modelo tradicional de Black-Scholes e as redes neurais. Os modelos foram utilizados para precificar e realizar a cobertura dinâmica das opções de compra das ações de Telebrás. Os resultados obtidos sugerem que as redes neurais deveriam ser consideradas pelos operadores de opções como uma alternativa aos modelos tradicionais.

Qualidade de serviço em redes IP serviços diferenciados

Este trabalho tem como finalidade apresentar uma visão geral dos assuntos relacionados à definição, configuração e gerenciamento dos serviços habilitados pela arquitetura de Serviços Diferenciados em relação à priorização de tráfego. Nele, descrevemos as necessidades por QoS nas redes atuais e futuras, bem como o direcionamento da Internet 2 em relação ao QoS, mais especificamente voltada ao mecanismo DiffServ. Também são destacados os mecanismos de QoS para redes IP do fornecedor Cisco Systems, o qual possui a maior gama de mecanismos já implantados pelos fornecedores. Por fim, identificamos as características necessárias para participar do QBone, um testbed para Serviços Diferenciados.

Reconhecimento de voz para comandos de direcionamento por meio de redes neurais

Este trabalho relata o desenvolvimento de uma aplicação capaz de reconhecer um vocabulário restrito de comandos de direcionamento pronunciados de forma isolada e independentes do locutor. Os métodos utilizados para efetivar o reconhecimento foram: técnicas clássicas de processamento de sinais e redes neurais artificiais. No processamento de sinais visou-se o pré-processamento das amostras para obtenção dos coeficientes cepstrais. Enquanto que para o treinamento e classificação foram utilizadas duas redes neurais distintas, as redes: Backpropagation e Fuzzy ARTMAP. Diversas amostras foram coletadas de diferentes usuários no sentido de compor um banco de dados flexível para o aprendizado das redes neurais, que garantisse uma representação satisfatória da grande variabilidade que apresentam as pronúncias entre as vozes dos usuários. Com a aplicação de tais técnicas, o reconhecimento demostrou-se eficaz, distinguindo cada um dos comandos com bons índices de acerto, uma vez que o sistema é independente do locutor.

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.

DTA : discriminador de tráfego ATM

As redes ATM têm se constituído na solução tecnológica ideal para o desenvolvimento da RDSI-FL. O ATM foi desenvolvido para dar suporte, com altas velocidades e com garantia de qualidade, a uma ampla variedade de serviços. A demanda por serviços de comunicação de dados, em velocidades maiores do que as redes de pacotes atuais são capazes de oferecer, tem crescido rapidamente, estimulando o desenvolvimento da tecnologia ATM, que tem sido muito promissora, devida a sua flexibilidade e eficiência. Para dar suporte à comunicação de dados em redes ATM, foram desenvolvidas soluções, como a emulação de redes locais (LANE), a interconexão de redes locais (LAN) e metropolitanas (MAN), e o protocolo IP sobre ATM. O ATM utiliza multiplexação estatística (assíncrona) para inserir os dados nos canais de comunicação de forma otimizada. Esta técnica, permite atender uma quantidade maior de fontes heterogêneas sob num único canal, porém, pode causar congestionamento na rede. O uso da multiplexação estatística, aliada à necessidade de garantir níveis de qualidade diferentes, para cada tipo de serviço, torna necessária a adoção de uma combinação de técnicas de controle de tráfego e congestionamento. Com este propósito, foram desenvolvidos diversas funções e mecanismos, como, por exemplo, controle de acesso (CAC), controle dos parâmetros de uso (UPC), descarte seletivo de células e conformação de tráfego (TS), os quais necessitam conhecer as características do tráfego emitido pela fonte. Por esta razão, toda e qualquer conexão ATM está associada a um contrato de tráfego, que especifica as exigências do usuário, quanto à qualidade de serviço (QoS) a ser oferecida pela rede, através de um descritor de tráfego. O trabalho apresentado nesta dissertação, tem por objetivo propor uma metodologia capaz de discriminar um fluxo de células ATM arbitrário, visando a obter os parâmetros descritores de UPC do mesmo. A discriminação de tráfego é relevante à medida que todos os usuários de redes ATM necessitam, de alguma forma, determinar os parâmetros que caracterizam seu fluxo, para poder negociar o contrato de trafego. Infelizmente, a maioria das aplicações ATM, não tem condições prévias de fornecer dados sobre o comportamento do fluxo que geram. Para estas situações, estamos propondo um Discriminador de Tráfego ATM (DTA), que infere a partir de uma amostra inicial do fluxo um conjunto mais provável de parâmetros, os quais constituirão o descritor de tráfego da fonte (STD).

Aquisição e otimização de mapas de navegação usando redes neurais

A capacidade de encontrar e aprender as melhores trajetórias que levam a um determinado objetivo proposto num ambiente e uma característica comum a maioria dos organismos que se movimentam. Dentre outras, essa e uma das capacidades que têm sido bastante estudadas nas ultimas décadas. Uma consequência direta deste estudo e a sua aplicação em sistemas artificiais capazes de se movimentar de maneira inteligente nos mais variados tipos de ambientes. Neste trabalho, realizamos uma abordagem múltipla do problema, onde procuramos estabelecer nexos entre modelos fisiológicos, baseados no conhecimento biológico disponível, e modelos de âmbito mais prático, como aqueles existentes na área da ciência da computação, mais especificamente da robótica. Os modelos estudados foram o aprendizado biológico baseado em células de posição e o método das funções potencias para planejamento de trajetórias. O objetivo nosso era unificar as duas idéias num formalismo de redes neurais. O processo de aprendizado de trajetórias pode ser simplificado e equacionado em um modelo matemático que pode ser utilizado no projeto de sistemas de navegação autônomos. Analisando o modelo de Blum e Abbott para navegação com células de posição, mostramos que o problema pode ser formulado como uma problema de aprendizado não-supervisionado onde a estatística de movimentação no meio passa ser o ingrediente principal. Demonstramos também que a probabilidade de ocupação de um determinado ponto no ambiente pode ser visto como um potencial que tem a propriedade de não apresentar mínimos locais, o que o torna equivalente ao potencial usado em técnicas de robótica como a das funções potencias. Formas de otimização do aprendizado no contexto deste modelo foram investigadas. No âmbito do armazenamento de múltiplos mapas de navegação, mostramos que e possível projetar uma rede neural capaz de armazenar e recuperar mapas navegacionais para diferentes ambientes usando o fato que um mapa de navegação pode ser descrito como o gradiente de uma função harmônica. A grande vantagem desta abordagem e que, apesar do baixo número de sinapses, o desempenho da rede e muito bom. Finalmente, estudamos a forma de um potencial que minimiza o tempo necessário para alcançar um objetivo proposto no ambiente. Para isso propomos o problema de navegação de um robô como sendo uma partícula difundindo em uma superfície potencial com um único ponto de mínimo. O nível de erro deste sistema pode ser modelado como uma temperatura. Os resultados mostram que superfície potencial tem uma estrutura ramificada.

Utilização de inteligência artificial (redes neurais artificiais) no gerenciamento de reprodutoras pesadas.

Uma atividade com a magnitude da avicultura, que usa equipamentos de última geração e serviços atualizados, é levada, na maioria dos casos, a tomar decisões que envolvem todos aspectos de produção, apoiada em critérios subjetivos. A presente tese objetivou estudar a utilização das redes neurais artificiais na estimação dos parâmetros de desempenho de matrizes pesadas, pertencentes a uma integração avícola sul-brasileira. Foram utilizados os registros de 11 lotes em recria, do período compreendido entre 09/11/97 a 10/01/99 e de 21 lotes em produção, do período compreendido entre 26/04/98 a 19/12/99, para a análise por redes neurais artificiais. Os dados utilizados corresponderam a 273 linhas de registros semanais, do período de recria e 689 linhas de registros semanais, do período de produção. Os modelos de redes neurais foram comparados e selecionados como melhores, baseados no coeficiente de determinação múltipla (R2), Quadrado Médio do Erro (QME), bem como pela análise de gráficos, plotando a predição da rede versus a predição menos o real (resíduo). Com esta tese foi possível explicar os parâmetros de desempenho de matrizes pesadas, através da utilização de redes neurais artificiais. A técnica permite a tomada de decisões por parte do corpo técnico, baseadas em critérios objetivos obtidos cientificamente. Além disso, este método permite simulações das conseqüências de tais decisões e fornece a percentagem de contribuição de cada variável no fenômeno em estudo.

Redes neurais artificiais, análise de sensibilidade e o comportamento de funções de comércio exterior do Brasil

Nesta tese são estimadas funções não lineares de importação e exportação para o Brasil, utilizando a metodologia de redes neurais artificiais, a partir de dados trimestrais, no período de 1978 a 1999. Com relação às importações, partindo-se da hipótese de país pequeno, as estimações são feitas para a demanda de importações totais, de bens intermediários e de material elétrico. Para as exportações, o pressuposto de país pequeno, num contexto de concorrência monopolística, é utilizado, de maneira que as estimações são feitas para a oferta e demanda por exportações brasileiras. As séries selecionadas são as exportações totais, as exportações de manufaturados e as exportações de material elétrico. A metodologia adotada para as importações procura visualizar a não linearidade presente nas séries de comércio exterior e encontrar a topologia de rede que melhor represente o comportamento dos dados, a partir de um processo de validação do período analisado. Procura observar, também, a sensibilidade das saídas das redes a estímulos nas variáveis de entrada, dado a dado e por formação de clusters. Semelhante método é utilizado para as exportações, com a ressalva que, diante de um problema de simultaneidade, o processo de ajuste das redes e análise da sensibilidade é realizado a partir de uma adaptação do método de equações simultâneas de dois estágios. Os principais resultados para as importações mostram que os dados apresentam-se de maneira não linear, e que ocorreu uma ruptura no comportamento dos dados em 1989 e 1994. Sobretudo a partir dos anos 90, as variáveis que se mostram mais significativas são o PIB e a taxa de câmbio, seguidas da variável utilização de capacidade produtiva, que se mostra com pouca relevância Para o período de 1978 a 1988, que apresenta um reduzido impacto das variáveis, a taxa de câmbio é relevante, na explicação do comportamento das importações brasileiras, seguida da utilização de capacidade produtiva, que demonstra-se significativa, apenas, para a série de bens intermediários. Para as exportações, os dados, também, se apresentam de maneira não linear, com rupturas no seu comportamento no final da década de 80 e meados de 1994. Especificamente, para a oferta e a demanda, as variáveis mais importantes foram a taxa de câmbio real e o PIB mundial, respectivamente. No todo, as séries mais importantes na explicação das importações e exportações foram a importação total e de bens intermediários e a exportação total e de manufaturados. Tanto para as importações, quanto para as exportações, os resultados mais expressivos foram obtidos para os dados mais agregados. Por fim, com relação às equações das exportações brasileiras, houve uma superioridade de ajuste e significância das variáveis das equações de demanda, frente às de oferta, em explicar os movimentos das exportações brasileiras.

Uma Solução baseada em políticas para gerenciamento integrado de QoS e Multicast em redes IP

Aplicações como videoconferência, vídeo sob-demanda, aplicações de ensino a distância, entre outras, utilizam-se das redes de computadores como infra-estrutura de apoio. Mas para que tal uso seja efetivo, as redes de computadores, por sua vez, devem fornecer algumas facilidades especiais para atender às necessidades dessas aplicações. Dentre as facilidades que devem ser fornecidas estão os suportes à qualidade de serviço (QoS - Quality of Service) e as transmissões multicast. Além do suporte a QoS e multicast nas redes, é necessário fornecer um gerenciamento da rede adequado às expectativas de tais aplicações. Soluções que fornecem gerenciamento de forma individual para tais facilidades, já foram propostas e implementadas. Entretanto, estas soluções não conseguem agir de modo integrado, o que torna a tarefa do gerente da rede extremamente complexa e difícil de ser executada, pois possibilitam um fornecimento não adequado das facilidades desejadas às aplicações. Nesta dissertação é apresentada uma solução para gerenciamento integrado de QoS e multicast. Fazem parte da solução: a definição e implementação de uma arquitetura para gerenciamento integrado de QoS e multicast, utilizando gerenciamento baseado em políticas (PBNM - Policy-Based Network Management), além da validação da solução proposta através da implementação de um protótipo. Um ambiente, condições de teste, e análise dos resultados obtidos, também são apresentados durante a dissertação.

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.

Expectativas heterogêneas análises técnicas e os preços de equilíbrio

Este trabalho trata das consequências sobre os preços de equilíbrio da presença de agentes com racionalidade limitada e da possibilidade de eficácia de um tipo de análise técnica muito utilizada no mercado financeiro: a regra de médias móveis. Na primeira parte, apresentamos uma resenha de diversos trabalhos sobre o papel dos agentes com racionalidade limitada na formação dos preços de equilíbrio das ações. Os diversos modelos foram colocados em um arcabouço comum para facilitar a exposição. Sob hipóteses gerais, a presença de agentes com racionalidade limitada aumenta a volatilidade das ações e pode tornar as trajetórias de preços bastante complicadas. A presença de agentes irracionais e de analistas técnicos pode ser justificada do ponto de vista teórico. Porém, utilizando técnicas de bootstrap, não encontramos evidências empíricas de que um tipo particular de regra de médias móveis produza retornos acima da média incondicional do IBOVESPA.

Sistema de gerência de energia para redes locais

Este trabalho apresenta a proposta e a implementação de um sistema de gerência de energia para redes locais de computadores (Local Area Networks ou LANs). Desde sua introdução, no início dos anos 90, os mecanismos de gerência de energia para computadores têm contribuído de maneira significativa para a redução do consumo nos períodos de inatividade, mas podem ter seu efeito minimizado por uma série de fatores, dentre os quais destaca-se a conexão do equipamento a uma rede. Em linhas gerais, o objetivo do sistema proposto é, justamente, facilitar a gerência de energia em ambientes de rede. O funcionamento do sistema é baseado na aplicação de políticas de consumo definidas pelo administrador da rede. As políticas podem ser aplicadas em duas situações distintas: em horários pré-determinados (p. ex. depois do horário comercial), quando podem ajudar a reduzir o desperdício de energia, ou em resposta a alterações no fornecimento de energia, caso a rede seja protegida por no-breaks, quando a redução no consumo resulta em maior tempo de autonomia da fonte reserva (banco de baterias). As políticas são configuradas através de um mecanismo flexível, que permite não apenas desligar os equipamentos, mas colocá-los em estados intermediários de consumo e executar outros tipos de ações. A arquitetura do sistema é baseada no modelo SNMP (Simple Network Management Protocol) de gerência de redes. É composta, basicamente, de agentes, elementos de software que residem nos equipamentos da rede e detêm o conhecimento específico sobre suas características de consumo de eletricidade, e de um gerente, elemento central que contém a configuração das políticas de consumo e que é responsável pelo monitoramento e controle dos agentes. Gerente e agentes comunicam-se através do protocolo SNMP, trocando informações segundo uma base de informações (MIB) projetada especificamente para a gerência de energia. A ênfase da parte prática do trabalho está no gerente, que foi inteiramente implementado através da linguagem Java, utilizando bibliotecas disponíveis gratuitamente. Adicionalmente, foi implementado um agente-protótipo para a plataforma Windows, o que permitiu observar o sistema completo em execução. Os testes permitiram validar a praticabilidade da arquitetura e estimar o ganho potencial proporcionado pela utilização do sistema. São apresentadas medições que demonstram um aumento de até 6 vezes na autonomia do banco de baterias do no-break para uma configuração de rede pequena, utilizando o sistema para desligar automaticamente 90% dos computadores durante um corte no fornecimento externo. A economia decorrente da redução de consumo em horários de inatividade foi estimada em até R$0,63 por computador no período de um ano (tomando por base a tarifa média praticada no Brasil entre janeiro e maio de 2002).

Redes-em-Chip : arquiteturas e modelos para avaliação de área e desempenho

Com o advento dos processos submicrônicos, a capacidade de integração de transistores tem atingido níveis que possibilitam a construção de um sistema completo em uma única pastilha de silício. Esses sistemas, denominados sistemas integrados, baseiam-se no reuso de blocos previamente projetados e verificados, os quais são chamados de núcleos ou blocos de propriedade intelectual. Os sistemas integrados atuais incluem algumas poucas dezenas de núcleos, os quais são interconectados por meio de arquiteturas de comunicação baseadas em estruturas dedicadas de canais ponto-a-ponto ou em estruturas reutilizáveis constituídas por canais multiponto, denominadas barramentos. Os futuros sistemas integrados irão incluir de dezenas a centenas de núcleos em um mesmo chip com até alguns bilhões de transistores, sendo que, para atender às pressões do mercado e amortizar os custos de projeto entre vários sistemas, é importante que todos os seus componentes sejam reutilizáveis, incluindo a arquitetura de comunicação. Das arquiteturas utilizadas atualmente, o barramento é a única que oferece reusabilidade. Porém, o seu desempenho em comunicação e o seu consumo de energia degradam com o crescimento do sistema. Para atender aos requisitos dos futuros sistemas integrados, uma nova alternativa de arquitetura de comunicação tem sido proposta na comunidade acadêmica. Essa arquitetura, denominada rede-em-chip, baseia-se nos conceitos utilizados nas redes de interconexão para computadores paralelos. Esta tese se situa nesse contexto e apresenta uma arquitetura de rede-em-chip e um conjunto de modelos para a avaliação de área e desempenho de arquiteturas de comunicação para sistemas integrados. A arquitetura apresentada é denominada SoCIN (System-on-Chip Interconnection Network) e apresenta como diferencial o fato de poder ser dimensionada de modo a atender a requisitos de custo e desempenho da aplicação alvo. Os modelos desenvolvidos permitem a estimativa em alto nível da área em silício e do desempenho de arquiteturas de comunicação do tipo barramento e rede-em-chip. São apresentados resultados que demonstram a efetividade das redes-em-chip e indicam as condições que definem a aplicabilidade das mesmas.

Particionamento de grafos de aplicações e mapeamento em grafos de arquiteturas heterogêneas

Esta pesquisa visa a modelagem de clusters de computadores, utilizando um modelo analítico simples que é representado por um grafo valorado denominado grafo da arquitetura. Para ilustrar tal metodologia, exemplificou-se a modelagem do cluster Myrinet/SCI do Instituto de Informática da UFRGS, que é do tipo heterogêneo e multiprocessado. A pesquisa visa também o estudo de métodos e tecnologias de software para o particionamento de grafos de aplicações e seu respectivo mapeamento sobre grafos de arquiteturas. Encontrar boas partições de grafos pode contribuir com a redução da comunicação entre processadores em uma máquina paralela. Para tal, utilizou-se o grafo da aplicação HIDRA, um dos trabalhos do GMCPAD, que modela o transporte de substâncias no Lago Guaíba. Um fator importante é o crescente avanço da oferta de recursos de alto desempenho como os clusters de computadores. Os clusters podem ser homogêneos, quando possuem um arquitetura com nós de mesma característica como: velocidade de processamento, quantidade de memória RAM e possuem a mesma rede de interconexão interligando-os. Eles também podem ser heterogêneos, quando alguns dos componentes dos nós diferem em capacidade ou tecnologia. A tendência é de clusters homogêneos se tornarem em clusters heterogêneos, como conseqüência das expansões e atualizações. Efetuar um particionamento que distribua a carga em clusters heterogêneos de acordo com o poder computacional de cada nó não é uma tarefa fácil, pois nenhum processador deve ficar ocioso e, tampouco, outros devem ficar sobrecarregados Vários métodos de particionamento e mapeamento de grafos foram estudados e três ferramentas (Chaco, Jostle e o Scotch) foram testadas com a aplicação e com a arquitetura modeladas. Foram realizados, ainda, vários experimentos modificando parâmetros de entrada das ferramentas e os resultados foram analisados. Foram considerados melhores resultados aqueles que apresentaram o menor número de corte de arestas, uma vez que esse parâmetro pode representar a comunicação entre os processadores de uma máquina paralela, e executaram o particionamento/mapeamento no menor tempo. O software Chaco e o software Jostle foram eficientes no balanceamento de carga por gerarem partições com praticamente o mesmo tamanho, sendo os resultados adequados para arquiteturas homogêneas. O software Scotch foi o único que permitiu o mapeamento do grafo da aplicação sobre o grafo da arquitetura com fidelidade, destacando-se também por executar particionamento com melhor qualidade e pela execução dos experimentos em um tempo significativamente menor que as outras ferramentas pesquisadas.