Tese de mestrado. Redes e Serviços de Comunicação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Magíster en Ingeniería de Redes de Comunicaciones / Transmission Control Protocol (TCP) es un protocolo de transporte cuyo rendimiento depende del algoritmo de control de congestión empleado, el cual modifica el comportamiento de la ventana de congestión, la cual es la cantidad de paquetes que es posible enviar antes de ser reconocidos. Al emplear TCP tradicional, al comenzar una transmisión, la ventana de congestión enviada tiene un crecimiento determinado por un slow-start (inicio lento), y continúa con una fase de evitación de congestión que emplea un algoritmo AIMD: incremento aditivo de 1 paquete por cada ventana reconocida y un decremento multiplicativo medio que reduce la ventana enviada a la mitad de su valor cuando se produce una congestión. Cuando una congestión es producida por timeout (tiempo de espera agotado), la ventana de congestión es reducida a 1, y luego se realiza un slow-start y continúa con la etapa evitación de la congestión. General Additive Increase-Multiplicative Decrease (GAIMD) es una variante de TCP, que modifica el comportamiento del incremento aditivo en un valor de α paquetes por cada ventana enviada reconocida y un decremento β que mutliplica el valor de la ventana enviada, cuando se produce una congestión. GAIMD es amistoso cuando se establecen los valores de α=0.31 y β=0.875, y desprecia timeouts producidos para el cálculo de su rendimiento, el cuál teóricamente es mayor que el rendimiento en TCP tradicional. Ethernet Services Transport Protocol (ESTP) es un protocolo de transporte diseñado para transmisiones sobre redes Ethernet que modifica sólo el decremento multiplicativo (β) de TCP tradicional, sin embargo β tiene un valor variable, el cual se comporta de acuerdo a la cantidad de paquetes transmitidos entre dos pérdidas (δ). Para el cálculo de β, ESTP emplea una función con un componente exponencial cuya variable principal es δ. Para la evaluación del rendimiento de ESTP y las otras variantes de TCP que emplean un algoritmo AIMD se requiere que cada protocolo sea implementado en el código fuente del sistema operativo y el empleo de herramientas de generación de tráfico como iPerf, herramientas de captura de información de la transmisión como lo son tshark y tcpprobe, utilidades para establecer reglas en el tráfico como netem e iptables, y de software que interprete la información capturada y grafique el comportamiento de la ventana de congestión y rendimiento de la transmisión. Haciendo uso de las herramientas y software mencionados, se diseña y construye un banco de pruebas que permita evaluar el rendimiento de los protocolos de transporte, con el objetivo de contrastar y mejorar el comportamiento de los mismos.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000424524-Texto+Completo-0.pdf: 1961872 bytes, checksum: 05389810cf9264c18fc855018d938536 (MD5) Previous issue date: 2010 / The growing number of applications running on emerging MPSoCs can be characterized by their high demand of computation and communication in different parts of the chip. The processing elements that execute these applications bring a dynamic and unpredictable nature to the on-chip traffic, due to the variability on data injection rates that they can generate. Networks on chip (NoCs) are the communication infrastructure to be used in such systems, due to their performance, reliability and scalability. To deal with the dynamic behavior of the application traffic, several methods are proposed at the system level (at runtime) and at the architecture level (at design time). The subject of this Thesis is the use of techniques for adaptability in NoCs at both system and architecture levels: buffer sizing and adaptive routing. The first technique introduces a decoupling buffer (D-buffer) on the target IP. This buffer receives data from the NoC with jitter, while the target IP consumes data from this buffer at the application rate, without jitter. Two problems must be solved to implement D-buffers: (i) which size must the buffer have? (ii) how much time should pass before data consumption starts (threshold)? A general method to define D-buffer size and threshold, considering the influence of packaging, arbitration, routing and concurrency between flows is presented. The second technique is an adaptive routing algorithm for NoCs, where the path between source and target IPs may be modified due to congestion events. The major part of the state of art proposals have a limited view of congestion, since each NoC router takes decisions based on the status of a few neighbors. Such local decisions may route packets to other congested regions, making the algorithm inefficient. This work presents a new method where congestion analysis considers information of all routers in the source-to-target path. This method relies on a protocol for QoS session establishment, followed by distributed monitoring and re-route to noncongested regions. Experimental results demonstrate the impact on multimedia flows with fixed and variable packet sizes (from real traffic traces) in the buffer sizing, and the percentage of deadline violations as a function of the D-buffer size. In terms of adaptive routing, the obtained results present the influence of different levels of traffic locality on packets latency, NoC occupation and adaptive routing reactivity to congestion events. / O crescente número de aplicações executando em MPSoCs emergentes pode ser caracterizado pela sua alta demanda de computação e comunicação nas diferentes parte do chip. Os elementos de processamento que executam estas aplicações trazem uma natureza dinâmica e imprevisível para o tráfego em chip, devido à variabilidade nas taxas de injeção de dados que eles podem gerar. As redes em chip (NoC – do inglês Network-on-Chip) são as estruturas de comunicação a serem utilizadas em tais sistemas, devido ao seu desempenho, confiabilidade e escalabilidade. Para lidar com o comportamento dinâmico do tráfego de aplicações, vários métodos de adaptação são propostos em nível de sistema (em tempo de execução) e em nível de arquitetura (em tempo de projeto). Esta Tese aborda o uso de técnicas de adaptação em NoCs em nível de sistema e de arquitetura: dimensionamento de buffer e roteamento adaptativo. A primeira técnica introduz um buffer de desacoplamento (D-buffer) no IP destino. Este buffer recebe dados da NoC com jitter, enquanto que o IP destino consome dados deste buffer na taxa da aplicação, sem jitter. Dois problemas devem ser resolvidos para a implementação de D-buffers: (i) qual tamanho este buffer deve possuir? (ii) quanto tempo deve ser esperado antes do início do consumo de dados (threshold)? Propõe-se aqui um método geral para definir o tamanho e threshold de D-buffers, considerando a influência do empacotamento, arbitragem, roteamento e concorrência entre fluxos. A segunda técnica é um algoritmo de roteamento adaptativo para NoCs, onde o caminho entre o IPs origem e destino pode ser modificado devido a eventos de congestionamento. A maior parte das propostas do estado da arte possui uma visão limitada de congestionamento, considerando que cada roteador da NoC toma decisões baseado no estado de seus vizinhos. Esta decisão local pode rotear pacotes a outras regiões congestionadas, o que pode tornar o algoritmo ineficiente. Este trabalho apresenta um novo método onde a análise de congestionamento considera informações de todos os roteadores no caminho entre a origem e destino. Este método é composto por um protocolo para estabelecimento de sessões QoS, seguido de monitoração distribuída e re-roteamento para regiões não congestionadas. Resultados experimentais demonstram o impacto de fluxos multimídia com tamanhos de pacotes fixo e variável (a partir de traces reais de tráfego) no dimensionamento de buffers, e o percentual de violações de prazos em função do tamanho do D-buffer. Em termos de roteamento adaptativo, os resultados obtidos apresentam a influência de diferentes níveis de localidade de tráfego na latência de pacotes, ocupação da NoC e reatividade do roteamento adaptativo a eventos de congestionamento.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000433647-Texto+Completo-0.pdf: 4232185 bytes, checksum: c4bc7e337648060436ec9e548192a2e2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Multiprocessor systems on chip (MPSoCs) are being considered as a probable standard for implementing future embedded systems. The computational power of these platforms allows the simultaneous execution of several applications with different requirements. The use of networks-on-chip (NoCs) as the communication infrastructure in these platforms is a reality in academic research and industrial projects, as well NoCs are considered an alternative to traditional buses, offering as major advantages scalability and support to multiple parallel communications. However, the motivation for their use in SoCs (Systems-on-Chip) goes beyond these evident advantages, once NoCs can support several communication services with different levels of quality. Since applications running on MPSoCs are often composed by several communicating tasks, efficient support to communications has a key role on the performance of these and is a strategic area in the development of multiprocessed platforms. Many works have been conducted in the last decade in NoC and MPSoC areas, however few of these address the gap between the network (communication services) and application levels within NoC-based MPSoCs. This work aims at the implementation of different communication services at the network level and its availability at the application level, in this way bridging the gap between these levels by a better hardware/software integration. The followed design methodology starts with the implementation of specific mechanisms at the network level to support differentiated communication services. These services are exposed at the application level through primitives that compose a communication API (Application Programming Interface). The purpose of the approach is to offer to application developers’ software support to meet application communication requirements, especially to those applications with time constraints. The performed evaluations show the operation and the benefits obtained through the use of the implemented services, besides identifying some scenarios where these do not fit so well. / Sistemas multiprocessados em chip (MPSoCs - Multiprocessor Systems-on-Chip) estão sendo considerados como provável padrão para implementar os sistemas embarcados futuros. O poder computacional destas plataformas possibilita a execução simultânea de diversas aplicações com diferentes requisitos. O emprego de redes intrachip (NoCs – Networks-on-Chip) como infraestrutura de comunicação em tais plataformas é uma realidade em pesquisas acadêmicas e projetos industriais. NoCs são comumente vistas como alternativa aos tradicionais barramentos, oferecendo como principais vantagens escalabilidade e suporte a diversas comunicações em paralelo. Contudo, a motivação para o seu emprego em SoCs (Systems-on-Chip) vai além dessas vantagens óbvias, visto que NoCs podem suportar diversos serviços de comunicação com diferentes níveis de qualidade. Visto que comumente as aplicações que executam em MPSoCs são compostas por diferentes tarefas comunicantes, o eficiente suporte à comunicação tem um papel fundamental no desempenho destas e é uma área estratégica no desenvolvimento de plataformas multiprocessadas. Muitos trabalhos têm sido conduzidos na última década nas áreas de NoCs e MPSoCs, entretanto poucos tratam a lacuna existente entre os níveis de rede (serviços de comunicação) e de aplicação em MPSoCs baseados em NoC. Este trabalho tem por objetivo a implementação de diferentes serviços de comunicação no nível de rede e a disponibilização destes no nível de aplicação, preenchendo assim a lacuna existente entre tais níveis através de uma melhor integração hardware/software.A metodologia de projeto seguida neste trabalho parte da implementação de mecanismos específicos no nível da rede, os quais dão suporte a serviços de comunicação diferenciados. Tais serviços são expostos no nível de aplicação através de primitivas que compõem a API (Application Programming Interface) de comunicação. O propósito desta abordagem é oferecer ao desenvolvedor de aplicações meios, em software, para satisfazer os requisitos de comunicação das aplicações, especialmente daquelas com restrições temporais. As avaliações realizadas mostram o funcionamento e os benefícios obtidos através da utilização dos serviços implementados, além de apontar alguns cenários onde estes não se adequam tão bem.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000402108-Texto+Completo-0.pdf: 3755135 bytes, checksum: 7d348d529638f63dbd140311e4213857 (MD5) Previous issue date: 2008 / The growing demand for system-on-Chip (SoC) time-to-market reduction leads to relevant changes in the way such systems are designed. One of the critical components in any SoC is the intra-chip architecture employed to enable communication among the SoC processing elements. Traditionally, intra-chip communication architectures are implemented based on multipoint structures such as shared busses. However, as SoC complexity grows following the silicon technology evolution, busses tend to display growing limitations related to figures like scalability, power consumption and degree of parallelism. Due to these limitations, structures like networks-on-chip (NoCs) have gained attention as ways to allow overcoming the limitations due to the use of shared busses. NoCs enlarge the design search space of intra-chip communication architectures and bring forward a set of advantages when compared to shared busses, including more systematic methods to scale communication bandwidth, reduction of global wiring, pointto- point multiple wires leading to power reduced interconnect and the capacity to easily define the degree of parallelism in communication. The NoC design process has been a target for academic and industrial efforts. This work contributes with an evaluation of a design process that has found growing acceptance, the behavioral synthesis. This is corroborated by the current availability of several commercial CAD tools that support it. The specific design process employed here is the one supported by the Cynthesizer environment of FORTE Design Systems. This environment was neither conceived with specific facilities for the design of intra-chip communication architectures nor has any associated design framework for this task. However, the easiness with which Cynthesizer allows the modeling of such structures rendered makes it interesting to perform the cited evaluation work. To do so, case studies of 2D torus topology NoCs were selected. This topology is not quite explored in the literature as a target of NoCs. The main contributions of this work are the evaluation results of using behavioral synthesis methods to produce intra-chip communication structures and the adaptation of deadlock-free algorithms for the chosen topology. These algorithms were originally proposed for networks with 2D mesh and unidirectional 2D torus topologies which have been adapted for a 2D bidirectional torus topology. As a result of the evaluation it is possible to conclude that the current state of the art in behavioral synthesis needs to evolve to include processes for the generation and optimization of intra-chip communication architectures. The obtained results are significantly inferior in terms of area overhead and speed when compared to implementations starting from handwritten RTL code, even after significant optimizations and design space exploration. This work demonstrated however a positive factor of using behavioral synthesis, which is the easiness to model and evaluating routing algorithms. / A crescente demanda pela redução do time-to-market para SoCs (System-on-chip) leva a mudanças essenciais na maneira como esses sistemas são concebidos. Um dos componentes críticos em qualquer SoC é a arquitetura interna de comunicação entre módulos do sistema. Tradicionalmente, estas são implementadas como arquiteturas de comunicação baseadas em barramentos. Contudo, a medida que a complexidade de SoCs cresce com a evolução tecnológica, barramentos apresentam crescentes limitações com relação a escalabilidade, consumo de potência e paralelismo. Devido a estas limitações, estruturas do tipo redes intrachip ou NoCs (Networks-on-Chip) têm ganho crescente destaque como forma de permitir superar as limitações derivadas do uso de barramentos em SoCs. Tais redes ampliam o espaço de soluções de projeto de estruturas de comunicação intrachip e trazem como vantagem largura de banda escalável de forma mais sistemática, o uso de conexões ponto a ponto curtas com menor dissipação de potência e a capacidade de facilmente definir o grau de paralelismo da comunicação. O processo de projeto de NoCs tem sido alvo de esforços da indústria e do meio acadêmico e este trabalho contribui com a avaliação de um processo de projeto que está retomando força com ferramentas comerciais, a síntese comportamental. O processo de projeto avaliado aqui, especificamente aquele ao qual dá suporte o ambiente Cynthesizer da FORTE Design Systems, não foi concebido para dar suporte ao projeto de arquiteturas de comunicação intrachip e não possui associados arcabouços de projeto para tal tarefa. No entanto, a facilidade de modelagem dessas estruturas mostrou-se atraente para realizar tal avaliação. Para tanto, foram escolhidos estudos de caso de NoCs com topologia toro 2D bidirecionais, pouco exploradas na literatura. Como contribuições deste trabalho cita-se a avaliação da síntese comportamental para o projeto de NoCs e a adaptação de algoritmos livres de (deadlocks) da literatura. Tais algoritmos foram propostos para redes de topologia malha e para toro unidirecional, e neste trabalho realizaram-se adaptações para uso destes em redes toro bidirecionais. Como resultado da avaliação, conclui-se que o estado da arte da síntese comportamental ainda precisa avançar e incluir processos para a geração e otimização de arquiteturas de comunicação intrachip. Os resultados obtidos são significativamente inferiores àqueles derivados de codificação direta no estilo RTL em termos de área e velocidade, mesmo depois de aplicado esforços significativos de otimização de código e exploração do espaço de projeto. Este trabalho demonstrou, contudo um fator positivo da síntese comportamental, qual seja a facilidade de modelagem e avaliação de algoritmos de roteamento.

Orientador: Carlos Roberto Valêncio / Banca: Pedro Luiz Pizzigatti Corrêa / Banca: Rogéria Cristiane Gratão de Souza / Resumo: Sistemas baseados em redes peer-to-peer come caram a se popularizar nos anos 90 e, desde então, grandes avan cos e novas aplicações têm sido desenvolvidas aproveitando as caracter sticas deste tipo de rede de computadores. Inicialmente, tais redes eram utilizadas apenas em aplicações simples como o compartilhamento de arquivos, hoje, por em, encontram-se em aplicaçãoes com grau de complexidade cada vez maior. Dentre estes sistemas mais recentes, destaca-se o compartilhamento de informações armazenadas em bancos de dados, um segmento em franco desenvolvimento. Em bancos de dados peer-to-peer, cria-se uma base de conhecimento rica e amplamente distribu da, baseada no compartilhamento de informações semanticamente relacionadas, por em sintaticamente heterogêneas. Um dos desa os desta categoria de aplicações e garantir uma forma e ciente para a busca de informações sem comprometer a autonomia de cada n o e a exibilidade da rede. Neste trabalho explora-se este desafio e apresenta-se uma proposta de suporte as buscas por meio da otimização dos caminhos, buscando reduzir o n umero de mensagens enviadas na rede sem afetar significativamente o n umero de respostas obtidas por consulta. Para tal tarefa propõe-se uma estrat egia baseada em conceitos do algoritmo de colônia de formigas e classicação das informações utilizando ontologias. Com isso foi possível adicionar o suporte semântico como facilidade na execução do processo de busca em bancos de dados peer-to-peer, al em de reduzir o tráfego de mensagens e permitir inclusive que mais resultados sejam alcan cados sem comprometer o desempenho da rede. / Abstract: In the 90s, peer-to-peer systems became more popular and, since then, major advances and new applications have been developed based on the features of this kind of computer network. Initially they were used only in simple applications as le sharing, but now they have been implemented in increasingly more complex applications. Among these novel systems, it pointed out the database information sharing, which is developing rapidly. In peer-to-peer database, a very rich and widely distributed knowledge base is created, based on the sharing of semantically related but syntactically heterogeneous information. One of the challenges of such an application is to ensure an e cient way to search for information with no jeopardy either to the individual nodes autonomy or to the network exibility. The work herein explores this challenge aiming at a proposal to support the searches through paths optimization, looking for reducing the number of messages sent in network without a ecting the number of each query's answers. To do this work, it proposes a strategy based both on ant colony algorithm concepts and information classi cation by ontologies. This way, it has been possible to add the semantic support in order to ease the search process in peer-to-peer database, while reducing the message tra c and allowing even to reach more results without compromising the network performance. / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T20:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:10:37Z : No. of bitstreams: 1 170910.pdf: 1823082 bytes, checksum: f7571407d9e530d624f8dbf6de1b8583 (MD5) / A finalidade deste trabalho é apresentar um módulo de gerência para o controle de conexões, sinalizações e fluxos de células em uma rede ATM. Este módulo utiliza a simplicidade do protocolo SNMP e as facilidades disponíveis na linguagem de programação Java para permitir o gerenciamento dos fluxos de células em SVCs, bem como realizar um levantamento sobre todas as conexões ativas em um comutador, classificando-as como ponto a ponto ou ponto a multiponto. Além disso, é possível obter as informações sobre as sinalizações ATM.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:54:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 200159.pdf: 688594 bytes, checksum: 02e222f960ef88d5b9d9301c6554ae4c (MD5) / O processo de avaliação de desempenho em redes de computadores, possibilita a comprovação de algumas aplicações assim como a comprovação do desempenho das próprias redes. Neste trabalho, apresenta-se uma metodologia para os procedimentos de avaliação de desempenho em redes de computadores, considerando aplicações de áudio e vídeo em uma rede de alta velocidade, isto foi possível utilizando como estudo de caso o ambiente apresentado pela Rede Metropolitana de Alta Velocidade de Florianópolis. O método adotado utiliza técnicas de simulação, é ilustrado com a utilização de um "software" especifico para esta tarefa, os resultados são comparados com as mensurações obtidas do estudo de caso. As conclusões resultantes deste trabalho sugerem o desenvolvimento de medições em um período de tempo mais amplo e descrevem as limitações que podem comprometer a interpretação dos resultados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-18T03:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:18:35Z : No. of bitstreams: 1 187906.pdf: 1912987 bytes, checksum: e99578eb972fd8358d510ac38f769feb (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico / Made available in DSpace on 2012-10-18T04:49:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:57:08Z : No. of bitstreams: 1 179214.pdf: 8459388 bytes, checksum: f81f9a8cf78aab6271c788aa1969362d (MD5) / O presente trabalho aborda um estudo sobre a tecnologia de agentes inteligentes, bem como um estudo sobre a expansão da UML para a modelagem desses agentes, levando-se em conta também os protocolos de comunicação nas trocas de mensagens entres esses agentes, com base nos diagramas UML. Nessa perspectiva, será proposto um modelo de agentes que, dado um problema inicial, este será subdividido em problemas menores e, distribuídos entre os Agentes, tornando a busca pela solução mais simples e rápida