[pt] Na área de biologia computacional a busca por informações relevantes em meio a volumes de dados cada vez maiores é uma atividade fundamental. Dentre outras, uma tarefa importante é a execução da ferramenta BLAST (Basic Local Alignment Search Tool), que possibilita comparar biosseqüências a fim de se descobrir homologias entre elas e inferir as demais informações pertinentes. Um dos problemas a serem resolvidos no que diz respeito ao custo de execução do BLAST se refere ao tamanho da base de dados, que vem aumentando consideravelmente nos últimos anos. Avaliar o BLAST com estrat´egias paralelas e distribuídas com apoio de agrupamento de computadores tem sido uma das estratégias mais utilizadas para obter ganhos de desempenho. Nesta dissertação, é realizada uma alocação física replicada da base de dados (de seqüências), onde cada réplica é fragmentada em partes distintas, algumas delas escolhidas como primárias. Dessa forma, é possível mostrar que se aproveitam as principais vantagens das estratégias de execução sobre bases replicadas e fragmentadas convencionais, unindo flexibilidade e paralelismo de E/S. Associada a essa alocação particular da base, são sugeridas duas formas de balanceamento dinâmico da carga de trabalho. As abordagens propostas são realizadas de maneira não intrusiva no código BLAST. São efetuados testes de desempenho variados que demonstram não somente a eficácia no equilíbrio de carga como também eficiência no processamento como um todo. / [en] A fundamental task in the area of computational biology is the search for relevant information within the large amount of available data. Among others, it is important to run tools such as BLAST - Basic Local Alignment Search Tool - effciently, which enables the comparison of biological sequences and discovery of homologies and other related information. However, the execution cost of BLAST is highly dependent on the database size, which has considerably increased. The evaluation of BLAST in distributed and parallel environments like PC clusters has been largely investigated in order to obtain better performances. This work reports a replicated allocation of the (sequences) database where each copy is also physically fragmented, with some fragments assigned as primary. This way we show that it is possible to execute BLAST with some nice characteristics of both replicated and fragmented conventional strategies, like flexibility and I/O parallelism. We propose two dynamic workload balancing strategies associated with this data allocation. We have adopted a non- intrusive approach, i.e., the BLAST code remains unchanged. These methods are implemented and practical results show that we achieve not only a balanced workload but also very good performances.

[pt] Este trabalho apresenta uma nova abordagem para o balanceamento de seções geológicas baseada em modelagem física e simulação numérica. O objetivo principal é introduzir alguns conceitos da Mecânica do Contínuo no processo de restauração geológica, de forma a considerar as propriedades físicas dos materiais geológicos durante a simulação do movimento de um bloco de rocha sobre uma falha. A estratégia adotada utiliza-se de um algoritmo de Relaxação Dinâmica acoplado ao Método dos Elementos Finitos para resolver sistemas de equações, com condições de contorno específicas para a movimentação do bloco sobre a falha.Foi adotado como ambiente de desenvolvimento um sistema de balanceamento de seções geológicas composto por um conjunto de transformações geométricas comuns na abordagem clássica do problema. O sistema utiliza uma tecnologia de modelagem geométrica baseada em uma estrutura de dados que permite a representação topológica completa de uma subdivisão planar.A simulação numérica do balanceamento de seções geológicas proposta é implementada dentro desse ambiente e integra três módulos distintos: um módulo de pré- processamento no qual os dados requeridos podem ser facilmente gerados, um módulo de análise onde o método de Relaxação Dinâmica foi implementado e, finalmente, um módulo de pósprocessamento em que podem ser visualizados os resultados obtidos da simulação numérica. Considera-se ainda a natureza palinspática do problema de restauração através de uma interface gráfica amigável do ponto de vista do usuário. Neste sentido, foi realizada uma reorganização completa da interface gráfica e das classes de atributos geológicos associados às entidades topológicas (linhas e regiões) da seção geológica. Esta organização teve dois objetivos: o primeiro, implementar um processo gráfico baseado em uma árvore de decisões para o gerenciamento das tarefas do balanceamento, que envolve passos arbitrários de tentativa e erro, e, o segundo, possibilitar a implementação da simulação numérica dentro do processo de balanceamento.As idéias propostas podem ser consideradas como o primeiro passo para o desenvolvimento de um sistema de balanceamento de seções geológicas, cujas medidas de deformação representem de forma mais aproximada o comportamento mecânico das rochas, além de ser mais automatizado, o que sugere futuramente a implementação de um sistema tridimensional, no qual seja menos exigida a interação com o usuário. / [en] This work presents a new approach for the restoration of geological cross-sections that is based on physical modeling and numerical simulation. The main purpose is to introduce Continuum Mechanics concepts into the geological restoration process in order to consider physical properties of the materials during the simulation of the movement of a rock block along a fault. The adopted strategy uses a dynamic relaxation algorithm to solve the equation system that arises from the numerical simulation based on the Finite Element Method, together with some specific boundary conditions to represent the movement of the rock block over the fault.As development environment, a cross-section restoration system was adopted, composed by a group of usual geometric transformations from the classical approach of the problem. This system adopts a geometric modeling technology based on a data structure that is capable of completely representing the topology of a planar subdivision. The proposed numerical simulation is implemented inside this system and integrates with three different modules: a pre-processing module, where the required input data can be easily generated; an analysis module, in which the dynamic relaxation method has been implemented; and a post- processing module, where the results of the numerical simulation can be viewed. The palinspatic nature of the restoration problem is taken into account by means of a user-friendly graphics interface that was specifically designed for the system. The graphics interface and the geological attribute classes were completely re-organized with two purposes. First, to implement a graphical interface based on a decision tree to manage user tasks involved in the restoration process, which includes trial- and-error steps. Second, to provide support for the implementation of numerical simulation in the restoration process.The ideas proposed herein can be considered as a first step towards a complete geological cross-section restoration system in which more consistent deformation measures can be incorporated into the governing equations to better represent the mechanical behavior of the rocks, and is also an expansion of the presented system to a three-dimensional environment, currently under investigation.

[pt] Para que simulações distribuídas baseadas em agentes possam ter alto grau de escalabilidade é necessário evitar gargalos de comunicação. Existe troca de mensagens entre máquinas toda vez que um agente contido em um determinado computador precisa interagir com elementos que se encontram em outro computador. O presente trabalho propõe particionar dinamicamente uma simulação de forma a manter um agente no mesmo nó da rede em que se encontram os elementos com os quais ele mais interage, reduzindo o custo de comunicação entre os computadores da rede. Para isto, é utilizado o conceito de gerenciamento de interesses, que visa prover ao agente apenas o conjunto mínimo de informações para que ele possa interagir com o ambiente de forma coerente. Para ilustrar a solução proposta foi desenvolvido um estudo de caso que compreende uma simulação distribuída representando um cenário de derramamento de petróleo no mar. / [en] To achieve high scalability in distributed simulations is necessary to avoid communication bottlenecks. Messages between machines are necessary when an agent kept in a specific computer needs to interact with elements kept in another computer. This work presents an approach to dynamically partitioning a distributed simulation keeping each agent in the same network node where are the elements more accessed by it, reducing the communication cost between the network computers. To reach this objective, we are using the concept of interest management, which aims to provide to an agent only the smallest set of information necessary to allow it to interact with the environment in a coherent way. To illustrate the proposed solution was developed a case study comprehending a distributed simulation representing an oil spill scenario.

[pt] O consumo de vídeos representa grande parte do tráfego na Internet hoje e tende a aumentar ainda mais nos próximos anos. Neste trabalho, investigamos formas de aprimorar o caching em redes de distribuição de conteúdo (Content Delivery Networks - CDNs) de vídeo para reduzir o tempo de resposta das mesmas e aumentar a qualidade de experiência dos usuários. A partir da análise de diferentes técnicas, concluímos que o hashing consistente com cargas limitadas possui características interessantes para esse fim e se encaixa adequadamente ao cenário de distribuição de vídeos. Para verificar o seu desempenho, criamos uma plataforma de experimentação e, usando dados de uma CDN de vídeos real, o confrontamos com o hashing consistente e com o método de balanceamento least connections, todos implementados de maneira equivalente para permitir uma comparação justa. Por fim, discutimos os resultados dessa avaliação, destacando os benefícios e limitações dessa técnica no contexto considerado. / [en] Video consumption accounts for a large part of Internet traffic today and tends to increase further in the next years. In this work, we investigate ways to improve caching in video content delivery networks (CDNs) to reduce their response time and increase the users quality of experience. From the analysis of different techniques, we concluded that consistent hashing with bounded loads has interesting characteristics for this purpose and fits adequately to the video delivery scenario. In order to verify its performance, we created an experimentation platform and, using data from a real video CDN, confronted it with the consistent hashing and the least connections balancing method, all implemented in an equivalent manner to permit a fair comparison. Lastly, we discussed the results of this evaluation, highlighting the benefits and limitations of this technique in the considered context.

[pt] Esta dissertação apresenta a solução de balanceamento de carga baseada em fatias de processamento de dados (Data Processing Slice Load Balancing solution) para permitir o balanceamento de carga dinâmico do processamento de fluxos de dados em sistemas baseados em DDS (Data Distribution Service). Um grande número de aplicações requer o processamento contínuo de alto volume de dados oriundos de várias fontes distribuídas., tais como monitoramento de rede, sistemas de engenharia de tráfego, roteamento inteligente de carros em áreas metropolitanas, redes de sensores, sistemas de telecomunicações, aplicações financeiras e meteorologia. Conceito chave da solução proposta é o Data Processing Slice, o qual é a unidade básica da carga de processamento dos dados dos nós servidores em um domínio DDS. A solução consiste de um nó balanceador, o qual é responsável por monitorar a carga atual de um conjunto de nós processadores homogêneos e quando um desbalanceamento de carga é detectado, coordenar ações para redistribuir entre os nós processadores algumas fatias de carga de trabalho de forma segura. Experimentos feitos com grandes fluxos de dados que demonstram a baixa sobrecarga, o bom desempenho e a confiabilidade da solução apresentada. / [en] This thesis presents the Data Processing Slice Load Balancing solution to enable dynamic load balancing of Data Stream Processing on DDS-based systems (Data Distribution Service). A large number of applications require continuous and timely processing of high-volume of data originated from many distributed sources, such as network monitoring, traffic engineering systems, intelligent routing of cars in metropolitan areas, sensor networks, telecommunication systems, financial applications and meteorology. The key concept of the proposed solution is the Data Processing Slice (DPS), which is the basic unit of data processing load of server nodes in a DDS Domain. The Data Processing Slice Load Balancing solution consists of a load balancer, which is responsible for monitoring the current load of a set of homogenous data processing nodes and when a load unbalance is detected, it coordinates the actions to redistribute some data processing slices among the processing nodes in a secure way. Experiments with large data stream have demonstrated the low overhead, good performance and the reliability of the proposed solution.

[pt] Ferramentas BLAST são normalmente utilizadas para efetuar comparações entre sequências de DNA, RNA e proteínas. No entanto, face ao crescimento exponencial das bases biológicas, existe uma preocupação quanto ao desempenho do BLAST, mesmo considerando os equipamentos de grande capacidade computacional hoje existente. Considerando tal fato, algumas ferramentas capazes de executar o BLAST em ambientes distribuídos, tais como clusters e grids, vêm sendo desenvolvidas de modo a acelerar consideravelmente a sua execução. No entanto, até o presente momento, não foi constatado, na literatura existente, nenhum estudo com o objetivo de comprar o desempenho entre essas ferramentas. A avaliação de desempenho dessas ferramentas é normalmente efetuada de forma isolada, considerando apenas o tempo de execução (elapsed time), em situações diversas, como, por exemplo, variando o número de nós em que a ferramenta BLAST é executada.. Almejando uma investigação mais detalhada, principalmente no que diz respeito a avaliação de desempenho do BLAST em ambientes distribuídos, a presente dissertação tem como um dos seus objetivos efetuar um estudo detalhado sobre como comparar o desempenho do BLAST em um ambiente distribuído, considerando para tal, a avaliação de três ferramentas BLAST, dentre elas balaBLAST, desenvolvida no Laborátorio de Bioinformática da PUC-RIO. O segundo objetivo é verificar a eficácia do balanceamento de carga efetuada pela ferramenta balaBLAST. / [en] BLAST tools are typically used to make comparisons between sequences of DNA, RNA and proteins. However, given the exponential growth of the biological databases, there is concern about the performance of BLAST, even considering the equipment of large computing power that exists today. Considering this fact, some tools to run BLAST in distributed environments such as clusters and grids, have been developed to greatly accelerate its performance. However, until now, has not been found in existing literature, no study in order to compare the performance between these tools. The performance evaluation of these tools is usually done in isolation, considering only the execution time (elapsed time) in different situations, for example, varying the number of nodes in the tool BLAST runs. Craving a more detailed investigation, especially with regard to performance evalution of BLAST in distributed environments, this dissertation has as one of your goals make a detailed study to compare the performance of BLAST in a distributed enviroment, considering for such the evaluation of three tools BLAST, among them the balaBLAST developed in the Bioinformatics Laboratory of PUC-Rio. The second objective is to verify the effectiveness of load balancing performed by the tool balaBLAST.

[pt] Os sistemas de comunicações móveis atuais vêm enfrentando novos desafios, marcados pelo aumento do uso de novos dispositivos e pela mudança nos padrões de consumo de banda causada pelas aplicações emergentes. É por isso que a indústria de comunicações e a comunidade acadêmica vêm trabalhando tanto nas dificuldades apresentadas nas redes móveis atuais quanto nos desafios técnicos para o desenvolvimento dos esperados sistemas de quinta geração (5G). O grande aumento dos elementos da rede de acesso rádio e a implementação de cenários heterogêneos (macro e pico eNBs, Relay Nodes, etc.) são duas das principais abordagens utilizadas para melhorar a capacidade da rede. No entanto, esse acréscimo de elementos ou, densificação, traz consigo um aumento nos custos e na complexidade nas tarefas de operação e gerenciamento do sistema, já que os novos elementos de rede precisam ser adaptados, configurados e gerenciados continuamente para garantir e aumentar a eficiência da rede, melhorando a qualidade nos serviços oferecidos aos usuários. Este trabalho de pesquisa propõe a inclusão de mecanismos cognitivos, incluindo técnicas de adaptação, nas arquiteturas das redes de acesso móvel. O trabalho propõe igualmente novos mecanismos de auto-organização (Self Organizing Networks, SON) para o balanceamento de carga, empregando modelos dinâmicos capazes de tomar decisões inteligentes e aprender a partir de experiências para atingir os objetivos de desempenho desejados. / [en] Today s mobile communications systems are facing new challenges, triggered by the increased use of new devices and the growth of bandwidth hungry applications. This is why over the last years, the telecommunication industry and academic communities have been focused on research and development of technologies for the upcoming 5th generation mobile systems (5G). Among the potential candidates, network densification has attracted growing attention as a key mechanism to fulfill the objective proposed in 5G, by increasing the number of radio-base stations (on the coverage area) and introducing an additional layer of low-power access nodes (e.g., Femto, picocells, relay nodes). However, this approach has also posed new challenges in network configuration, management, and optimization tasks to ensure and increase the mobile network efficiency. This research proposes the inclusion of cognitive mechanisms and adaptive techniques in the architectures of mobile radio access networks. This work also proposes new self-organizing (SON) functions for load balancing, enhanced with capabilities of learning from previous experiences to achieve future desired performance goals.

[pt] A tecnologia de jogos multi-jogador é uma especialização dentro da área de ambientes virtuais distribuídos. Com a crescente popularidade de jogos pela Internet, torna-se interessante analisar os seus principais problemas e encontrar soluções de arquiteturas destes ambientes, a fim de adaptá-las para as necessidades específicas destes jogos. Uma arquitetura híbrida usando as abordagens cliente- servidor e peer-to-peer é proposta e implementada neste trabalho, visando atender uma certa classe de jogos multi- jogador. Com o objetivo de permitir uma eficiente transmissão de objetos criados entre os jogadores durante uma sessão, é proposta uma alteração em sua forma de representação geométrica. É mostrado que técnicas de modelagem de mais alto nível como CSG ou Metaball podem ser usadas para permitir esta transmissão eficiente sob certas circunstâncias. É também proposta uma técnica eficiente de representação e transmissão de coordenadas do ambiente virtual usando campos de bits. / [en] Multiplayer game technology is a specialized field in networked virtual environments (Net-VE). With the increasing popularity of Internet games, the analysis of their main problems and the search for an architecture for these environments has become interesting in order to adapt them to the specific needs of these games. A hybrid architecture using both client-server and peer-to-peer approach is proposed and implemented in this work for a certain class of multiplayer games. In order to provide an efficient transmission of user created objects among players during a session, a change in its geometrical representation is proposed. It is showed that the use of higher level object representation such as CSG or Metaball modeling techniques can be used to provide this efficient transmission under certain circumstances. It is also proposed the use of bitfields as a efficient way to both represent and transmit coordinates of the virtual world.

[pt] Este é um trabalho sobre a natureza das razões as quais a Suprema Corte dos Estados Unidos recorre para resolver casos envolvendo a liberdade de discurso. Considero que sejam dois os tipos de razões que orientam o processo decisório da Primeira Emenda: as formais e as substantivas. As razões substantivas são aquelas que o direito compartilha com outros domínios da ação social humana, como a moral, a economia e a política. As formais, por sua vez, são razões jurídicas autoritativas - no sentido de derivarem de uma norma jurídica válida (Constituição, leis, regulamentos, precedentes, contratos, e outros documentos normativos afins) – e compulsórias (ou excludentes), pois geralmente excluem do horizonte do raciocínio decisório razões substantivas concorrentes. O meu objetivo nesta dissertação é descrever a maneira pela qual o raciocínio jurídico formal e o raciocínio jurídico substantivo foram em certa medida conciliados no âmago da prática decisória da Suprema Corte norte-americana. Para tanto, esforço-me em apresentar, comentar e comparar entre si alguns dos mais emblemáticos julgamentos levados a cabo pela Corte ao longo de mais de um século de jurisdição constitucional da Primeira Emenda. Procuro mostrar também que os métodos adjudicatórios por ela desenvolvidos podem ser classificados de acordo com a importância que cada um deles atribui às razões formais (ou, por outro lado, às razões substanciais) da liberdade de discurso. Por exemplo: o conflito entre “balanceamento” e as metodologias pertencentes a “tradição definicional” (e.g., absolutismo, categorização) nada mais representa senão uma instância particular do conflito mais geral entre forma e substância no pensamento jurídico norte-americano. Mas se até meados da década de 1960 a discussão sobre métodos decisórios da liberdade de discurso era completamente dominada pela oposição entre balanceamento e absolutismo, aos poucos a Suprema Corte dos Estados Unidos, em companhia com grandes nomes do pensamento jurídico daquele país, foi abrindo seus olhos para a existência de pontos médios entre aqueles dois extremos. O resultado disto foi a criação de novas teorias normativas da decisão (e.g., o balanceamento definicional), bem como de uma série de testes, fórmulas, parâmetros e presunções, tornando assim possível que elementos formais e substantivos do raciocínio jurídico da Primeira Emenda passassem a conviver no domínio das mesmas metodologias decisórias. Para além do meu esforço em reconstruir racionalmente as transformações pelas quais passaram as abordagens metodológicas da Suprema Corte ao longo das últimas décadas, me proponho também a dotá-las de algum sentido. Interpreto que a preocupação que a Corte historicamente tem demonstrado com a estabilização de seus procedimentos decisórios, bem como com a previsibilidade de seus julgamentos, guarda íntima relação com a crença de que as justificativas subjacentes à Primeira Emenda (e.g., maior controle do governo pelo povo; busca pela verdade e autoexpressão artística e intelectual) são mais eficazmente promovidas mediante a adoção de uma abordagem decisória que priorize o alcance de melhores resultados em um nível global em detrimento daquilo que muitas vezes parece ser o melhor resultado para o caso mais imediato. / [en] This is a paper about the nature of the reasons that the United States Supreme Court uses to resolve cases involving freedom of speech. I believe that there are two types of reasons that guide the First Amendment decision-making process: formal and substantive. Substantive reasons are those that law shares with other domains of human social action, such as morality, economics and politics. Formal reasons, in turn, are authoritative legal reasons - in the sense that they derive from a valid legal norm (Constitution, laws, regulations, precedents, contracts, and other related normative documents) - and compulsory (or exclusionary), because they generally exclude competing substantive reasons from the horizon of decisional reasoning. My aim in this dissertation is to describe the way in which formal legal reasoning and substantive legal reasoning have to some extent been reconciled at the heart of the decision-making practice of the US Supreme Court. To this end, I endeavor to present, comment on and compare with each other some of the most emblematic judgments carried out by the Court over more than a century of First Amendment constitutional jurisdiction. I also try to show that the adjudicatory methods she has developed can be classified according to the importance each of them attaches to the formal reasons (or, on the other hand, the substantial reasons) for freedom of discourse. For example: the conflict between balancing and the methodologies belonging to the definitional tradition (e.g., absolutism, categorization) represents nothing more than a particular instance of the more general conflict between form and substance in American legal thought. But while until the mid-1960s the discussion about methods of deciding freedom of speech was completely dominated by the opposition between balancing and absolutism, little by little the United States Supreme Court, in company with the great names of legal thought in that country, opened its eyes to the existence of middle points between those two extremes. The result was the creation of new normative theories of decision (e.g., definitional balancing), as well as a series of tests, formulas, parameters and presumptions, thus making it possible for formal and substantive elements of First Amendment legal reasoning to coexist in the realm of the same decision-making methodologies. Beyond my effort to rationally reconstruct the transformations that the Supreme Court s methodological approaches have undergone over the last few decades, I also propose to give them some meaning. I argue that the Court s historical concern with the stabilization of its decision-making procedures, as well as with the predictability of its judgments, is closely related to the belief that the justifications underlying the First Amendment (e.g., greater control of government by the people; the search for truth; and artistic and intellectual self-expression) are most effectively promoted by adopting a decision-making approach that prioritizes the achievement of better outcomes on a global level over what often appears to be the best outcome for the most immediate case.