Uma metodologia para desenvolvimento de programas paralelos eficientes deve especificar mecanismos capazes de caracterizar o comportamento das aplicações e permitir estudos sobre o desempenho de diferentes modelos de soluções. Nos ambientes distribuídos, em particular, a eficiência da solução também está relacionada a estratégia utilizada na divisão e distribuição do trabalho entre os processos que cooperam na solução do problema. Para abordar estes aspectos, uma metodologia, denominada PEMPIs-Het (Performance Estimation of MPI Programs in Heterogeneous Systems), é especificada e apresentada nesta tese. A metodologia permite a modelagem, avaliação e predição de desempenho de programas paralelos em ambientes homogêneos e heterogêneos. Técnicas de modelagem analítica são utilizadas para representar o comportamento das aplicações no ambiente distribuído. Um modelo gráfico, denominado DP*Graph++, é proposto para ilustrar as principais estruturas do código da aplicação e facilitar análises sobre a complexidade algorítmica do programa. Algumas aplicações são modeladas e a precisão das predições é verificada através de testes experimentais. Os modelos de desempenho permitem uma estimativa pontual para o tempo de execução da aplicação. Entretanto, uma estratégia alternativa, baseada em intervalos de predição, também é discutida e avaliada. Algumas estratégias para balanceamento de carga de aplicações paralelas distribuídas são implementadas e avaliadas. Estasestratégias utilizam informações de um vetor com índices de desempenho (Vector of Relative Performances - VRP), gerados pelos modelos analíticos, para especificar a divisão e distribuição do trabalho. Estes índices caracterizam a capacidade computacional das máquinas. Uma formalização matemática é apresentada para explicar como os índices são determinados. ) Testes experimentais são realizados para verificar a aplicabilidade das estratégias e a eficiência no balanceamento das cargas. / A methodology for developing efficient parallel programs must specify mechanisms capable of characterizing the behavior of applications and allow studies on the performance of different solution models. In distributed environments, in particular, the solution efficiency is also related to strategy adopted in the division and distribution of work among the processes which cooperate in the solution of the problem. To address these issues, a methodology, called PEMPIs-Het (Performance Estimation of MPI Programs in Heterogeneous Systems), is specified and presented in this thesis. The methodology allows performance modeling, evaluation and prediction of parallel programs in homogeneous and heterogeneous environments. Analytical modeling techniques are used to represent the applications behavior in the distributed environment. A graph model, called DP*Graph++, is proposed to illustrate the main structures of the application code and facilitate some analyses about the program algorithmic complexity. Some applications are modeled and the accuracy of predictions is verified by experimental tests. The models allow estimate a punctual performance to the application execution time. Meanwhile, an alternative strategy, based on prediction intervals, is also discussed and evaluated. Some strategies for load balancing of distributed parallel applications are implemented and evaluated. These strategies use information from a vector with performance indexes (Vector of RelativePerformances - VRP), generated by analytical models to specify the division and distribution of work. These indexes characterize the machines computational capacity. A mathematical formalization is presented to explain how the rates are determined. Experimental tests are conducted to verify the applicability and effectiveness of the strategies in load balancing

Os smart grids são tidos como a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas distribuídos e inteligência artificial para prover maiores funcionalidades sobre acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta abordagem alteraria fundamentalmente a maneira como se dá o planejamento e a operação de sistemas de distribuição, e há grandes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca de implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem a partir do uso de sistemas multiagentes para estudar o gerenciamento de sistemas de distribuição, do ponto de vista da reconfiguração da topologia da rede, simulando as características de um smart grid. Nesta dissertação, foi desenvolvido um sistema multiagente para simulação computacional de um sistema de distribuição elétrico do tipo smart grid, buscando executar a reconfiguração topológica do sistema a partir de dados de carga capturados de forma distribuída pelos agentes dispersos na rede elétrica. Espera-se que o desenrolar da pesquisa conduza à vários estudos sobre algoritmos e técnicas que melhor implementem tais funcionalidades a serem transpostas para um ambiente de produção. / Smart grids are taken as the new generation of electric power systems, combining advances in computing, distributed systems and artificial intelligence to provide more features on real-time monitoring of demand and consumption of electricity, managing large-scale distributed generators, among others, from a distributed control system on the grid. This approach fundamentally alter the way how is the planning and operation of distribution systems, and there are great possibilities for research and development offered in the quest to implement these features. With that environment, this text uses an approach through the use of multi-agent systems to study the management of the distribution system, from the reconfiguration of grid topology, simulating the characteristics of a smart grid. In this text, was developed a multiagent system to computational simulation of a distribution system like smart grid to topological reconfiguration, from datas collected for agents in electrical grid. It is expected that the conduct of research leads to several studies about better algorithms and techniques that would implement such functionality in a production environment.

Nos últimos anos, o volume de dados e de informações disponíveis pelas RSSF cresceu consideravelmente por ser uma tecnologia que permite o desenvolvimento de aplicações em diversos tipos de ambientes (pervasivos, ubíquos, ambientes controlados e de difícil acesso), fazendo com que a preocupação em gerenciar esse conteúdo se tornasse maior. Dentre as propostas apresentadas, um grande número utiliza ontologias como forma de organizar e categorizar dados; existem duas questões chaves na gerência de dados nas redes de sensores sem fio: o armazenamento de dados e o processamento da consulta. O presente trabalho propõe uma abordagem semântica para o gerenciamento dos dados dinâmicos e estáticos da rede, oferecendo um serviço de metadados sobre as RSSF e suas aplicações; esta técnica baseia-se na construção de ontologias que permitem escalabilidade, incremento de eficiência das atividades do ambiente e reusabilidade. Verificou-se mediante testes realizados baseados em consultas sobre a ontologia que o modelo proposto é apropriado, e que a busca baseada em semântica resulta na obtenção de dados das RSSF de forma mais adequada, quanto comparada com as abordagens tradicionais. / In the recent years, the volume of data available from wireless sensor networks (WSN) has increased considerably. WSN is a technology that allows the development of applications in various types of environments (pervasives, Ubiquitous, controlled and with difficult access environment), doing that concern for content managing is greater. Among the proposals, many use ontologies as a way to organize and categorize data; there are two key issues in data management in WSN: data storage and query processing. The present work proposes a semantic approach to the management of dynamic and static data from the network, providing a metadata service on WSN and its applications; this technique is based on the construction of ontologies that allows scalability, enhancement of efficiency in the activities of the environment and reusability. It was verified by means of tests based on querys on the ontology that the proposed model is appropriate, and that the search based on semantics provided retrieval of data from WSN more adequately, as compared with traditional approaches.

Bancos de dados normalmente são projetados para atender a um domínio específico de uma aplicação, tornando o acesso aos dados limitado e uma tarefa árdua em relação à integração de bancos e compartilhamento de dados. Existem várias pesquisas no intuito de integrar dados, como a criação de softwares específicos para uma determinada aplicação e até soluções mais radicais como refazer todos os bancos de dados envolvidos, demonstrando que ainda existem questões em aberto e que a área está longe de atingir soluções definitivas. Este trabalho apresenta conceitos e estratégias para a integração de bancos de dados heterogêneos e a implementa na forma do DIGE, uma ferramenta para desenvolver sistemas de banco de dados integrando diferentes bancos de dados relacionais heterogêneos utilizando grades computacionais. O sistema criado permite o compartilhamento de acesso deixando os dados armazenados em seu local de origem, desta forma, usuários do sistema acessam os dados em outras instituições com a impressão de que os dados estão armazenados localmente. O programador da aplicação final pode acessar e manipular os dados de forma convencional utilizando a linguagem SQL sem se preocupar com a localização e o esquema de cada banco e o administrador do sistema pode adicionar ou remover bancos de forma facilitada sem a necessidade de solicitar alterações na aplicação final. / Databases are usually designed to support a specific application domain, thus making data-access and data-sharing a hard and arduous task when database integration is required. Therefore, research projects have been developed in order to integrate several and heterogeneous databases systems, such as specific-domain application tools or even more extreme solutions, as a complete database redefinition and redesign. Considering these open questions and with no definite answers, this work presents some concepts, strategies and an implementation for heterogeneous databases integration. In this implementation, the DIGE tool was developed to provide access to heterogeneous and geographically distributed databases, using Grid computing, which store locally its data, appearing to the user application, the data are stored locally. By this way, programmers can manipulate data using conventional SQL language with no concern about database location or its schema. Systems Administrators may also add or remove databases on the whole system without need to change the final user application.

O desenvolvimento da Internet motivou o surgimento de inúmeras aplicações que utilizam sua infra-estrutura. Dentre elas destacam-se as aplicações P2P para a transmissão de streamings de voz/vídeo. Essas aplicações exigem que determinados requisitos como largura de banda, latência, variação de atraso, escalabilidade, disponibilidade, entre outros, sejam satisfeitos para que possa haver qualidade no serviço provido (QoS Quality of Service). Satisfazer a todos esses requisitos torna-se um grande desafio quando é utilizada a infra-estrutura da Internet para transmissão. Deste modo, impulsionado pelo grande atrativo que existe no paradigma P2P, assim como todos os desafios por trás dessa abordagem, o objetivo principal deste trabalho é a proposta de um protocolo para a construção de overlays para a distribuição de streamings de vídeo em redes P2P. O protocolo proposto visa garantir que o overlay a ser empregado na distribuição de streamings seja construído, levando-se em consideração as características da rede física (nesse trabalho, a Internet) sob o mesmo. A idéia fundamental deste protocolo é organizar os pares de forma dinâmica, agrupando aqueles que estão mais próximos em termos de latência. O segundo objetivo a ser alcançado neste trabalho é a validação do protocolo por meio de experimentos (prova de conceito) realizados com o PlanetLab, de modo a validar os mecanismos propostos. / The Internet development has leveraged several kinds of application that depends on its infrastructure, such as P2P applications to voice/video streaming transmission. These applications have a plenty of requirements, such as bandwidth, latency, jitter, scalability, availability, and so on, that should be fulfilled in order to achieve the required level of Quality of Service (QoS). When it is used the Internet infrastructure to transmission, it is a great challenge fulfill all these requirements. In this manner, the main goal of this work is to propose a protocol to build an overlay to distribute video streaming in P2P networks, taking into account the network characteristics. The fundamental idea of this protocol is dynamically organize the peers, gathering these peers considering the latency between them. Another goal of this work is the protocol assessment by means of experiments (proof of concept) performed in PlanetLab, in order to verify the proposed mechanisms.

A energia elétrica constitui um dos propulsores da economia de um país, assumindo um papel extremamente importante e estratégico, pois influi diretamente na capacidade produtiva. A expansão da produção de energia elétrica não se consegue somente com medidas de curto prazo, pois as obras deste setor demandam um longo tempo de execução, medido em anos e dependendo da magnitude da obra, o prazo pode até superar uma década. O parque gerador nacional é constituído predominantemente por usinas hidroelétricas, complementado por usinas térmicas que utilizam diversas fontes de combustível, havendo a necessidade de minimizar a produção das térmicas, em virtude do alto custo de geração, em relação ao custo de geração hidroelétrica. Garantir o suprimento da demanda futura de energia elétrica é uma tarefa complexa de planejamento que basicamente, depende da análise de dois cenários que se compõem: o primeiro cenário é o que desenha o crescimento futuro da economia e neste caso, desde que não ocorram fatos extraordinários como o recente crescimento econômico experimentado pela China, a previsão da demanda não acarreta surpresa de grande significância; o segundo cenário, traz como característica a incerteza, uma vez que a produção das hidroelétricas depende da quantidade de água disponível dos cursos de água, que por sua vez, depende do regime de chuvas passado e corrente. O índice pluviométrico é um dado estocástico, ocorrendo ao sabor da probabilidade, o que remete a um estudo de casos e seus desdobramentos, acarretando um leque de possibilidades de estados muito grande, dificultando as análises sobre a previsão futura. Planejar o setor elétrico compreende prever um crescimento de demanda e equipar o setor com máquinas de geração, necessárias para atender a demanda, com uma margem de risco calculada. Para isto, utilizam-se modelos de simulação que possibilitem o exercício de previsão, combinando-se os dois cenários citados, visualizando os estados sub seqüentes, decorrentes de decisões tomadas. A dificuldade desta tarefa é devida à quantidade de alternativas da situação futura, resultante de um fenômeno combinatório de possibilidades que exige para simulação dos modelos, não só uma grande capacidade de processamento dos computadores como também, uma estratégia de tratamento do problema, baseada em processos numéricos especializados e dirigidos a este tipo de problema. Dada a importância e magnitude deste assunto, qualquer esforço que venha a contribuir para uma melhoria do planejamento do setor elétrico, traz benefícios significativos, o que corrobora com os propósitos desta tese, que busca em primeiro lugar, propor soluções técnicas viáveis e econômicas para o problema de otimização da geração de energia elétrica, e em segundo lugar, apresentar uma solução para este tipo de problema, com uma abordagem inovadora, provida de um potencial significativo para aplicação em muitos outros tipos de problemas similares. / Electrical power could be considered as one of the economy propulsion vector of a country, assuming extremely important and strategic role because it makes direct influence to the production capacity. The expansion of electrical energy production could not only be done in a short time because constructions in this area take many years and could require more then a decade depending on the magnitude of them. The national power generation group is constituted mainly by hydro power plants complemented by thermal power plants which use several kinds of fuel which generation cost is high, if compared to hydro power generation, and should be minimized. It is a complex planning issue to supply the future power demand which basically depends on the analysis of two compoundable scenarios: the first one refers to the forecast of future economy growing and in this case, unless unpredicted issues occur such as the recent high economy growing experimented by China, the future demand does not show any surprise and is easy to predict; the second one, has inside the uncertainty because the hydro plants productions depends on the water quantity of rivers which depends on the past and current rainfall regimen. The quantity of rainfall is a stochastic data and follows the rules of probability and this drives to the study of cases and its deployments which are numerous causing difficulties to forecast the future. The planning of the electrical area has to examine the future demand and provide the necessary power generation equipment assuming a certain risk. To have it done, simulation models are used to predict the future, combining the two scenarios cited before, and viewing the results promoted by decision took in a step before. The difficult of this task is caused by the big amount of future alternatives provided by the combinatorial phenomena which require, to process the model, a computer with high processing capacity and specialized and specific methods that can resolve this king of problem. Because of the importance and magnitude of this issue, every effort which contributes to the improvement of power planning is welcome and this corroborates with this thesis which has an objective to propose technical, viable and economic solutions to solve the optimization problems with a new approach and has potential to be applied in many others kind of similar problems.

Uma das premissas fundamentais em redes fotônicas baseadas na tecnologia de multiplexação por comprimento de onda (WDM) é o controle dos caminhos ópticos. Um caminho óptico, ou caminho de luz, é uma conexão puramente óptica estabelecida entre dois nós da rede, que pode atravessar diversos nós intermediários. Para dar suporte eficiente à demanda exigida de uma rede WDM sobre a qual executam aplicações de alto desempenho, os caminhos ópticos devem ser estabelecidos e encerrados dinamicamente, de tal forma que as rotas e os comprimentos de onda escolhidos minimizem a probabilidade de ocorrência de bloqueios de conexão por falta de recursos disponíveis. O elemento central de uma rede WDM é o sistema que controla os comutadores ópticos, determina as rotas, aloca os comprimentos de onda, e estabelece, mantém e encerra as conexões ópticas entre os nós da rede. O objetivo deste trabalho é apresentar estratégias de roteamento e de atribuição de comprimentos de onda para redes fotônicas usando heurísticas baseadas em inteligência de enxame. Os resultados demonstram que as estratégias desenvolvidas apresentam baixa probabilidade de bloqueio de requisições e buscam, sempre que possível, os caminhos de menor custo. As estratégias desenvolvidas levam em conta o dinamismo da rede, sendo as decisões de caminho baseadas em dados atualizados em cada nó da rede em tempo real, sem a necessidade do conhecimento global do estado da rede em cada nó. / A fundamental aspect of photonic networks based on wavelength division multiplexing (WDM) technology is the control of optical paths. An optical path, or lightpath, is a purely optical connection established between two network nodes, which can pass through several intermediate nodes. To efficiently support the demands required from a WDM network that runs high performance applications, the optical paths should be established and finished dynamically, in such a way that the selected routes and wavelengths tend to minimize the blocking probability due to the lack of available resources. The central element of a WDM network is the system that controls the optical switches, determines routes, allocates the wavelengths, and establishes, maintains and finishes connections between optical network nodes. The purpose is to present strategies for routing and wavelength assignment over photonic networks using heuristics based on swarm intelligence. Results show that the developed strategies exhibit low blocking probability of requests and find the paths of minimum cost whenever possible. The strategies developed take into account the dynamics of the network, and decisions are based on updated data at each network node in real time without the need of a complete knowledge of network state at each node.

A realização de videoconferências sem o uso de equipamentos que possuam tecnologia proprietária ou sem o uso de redes não comerciais (como a Internet 2) ou com características não comuns (como o protocolo Multicast) tem se revelado um desafio para os estudiosos do assunto. Este trabalho apresenta uma proposta de solução desse problema demonstrando que é possível estabelecer-se uma videoconferência entre muitas salas sobre a Internet 1, com qualidade de serviço, usando equipamentos comerciais comuns de informática e sem sobrecarga da rede. Para isso, por intermédio da integração de duas tecnologias grid (AccessGrid e Grid Delivery), são propostas as bases de uma nova versão de Access Grid, chamado MPAG (MultiPeer Access Grid). / The development of videoconferencing without the use of equipments with customized technology or without commercial networks (like Internet 2) or without common characteristics (as Multicast, for instance) has appeared as a challenge to the subject researchers. This work presents a proposal of solution to this problem, showing that is possible to create a videoconference between many rooms under the Internet 1, with quality of service, using common commercial computing equipments and without overloading the network. For this, two technologies of grid (AccessGrid and Grid Delivery) have been integrated, proposing the basis of a new version of Access Grid, called MPAG (MultiPeer Access Grid).

A execução de uma aplicação paralela, utilizando grades computacionais, necessita de um ambiente que permita a sua execução, além de realizar o seu gerenciamento, escalonamento e monitoramento. O ambiente de execução deve prover um modelo de processamento, composto pelos modelos de programação e de execução, no qual o objetivo é a exploração adequada das características das grades computacionais. Este trabalho objetiva a proposta de um modelo de processamento paralelo, baseado em variáveis compartilhadas, para grades computacionais, sendo composto por um modelo de execução apropriado para grades e pelo modelo de programação da linguagem paralela CPAR. O ambiente CPAR-Grid foi desenvolvido para executar aplicações paralelas em grades computacionais, abstraindo do usuário todas as características presentes em uma grade computacional. Os resultados obtidos mostram que este ambiente é uma solução eficiente para a execução de aplicações paralelas. / The execution of parallel applications, using grid computing, requires an environment that enables them to be executed, managed, scheduled and monitored. The execution environment must provide a processing model, consisting of programming and execution models, with the objective appropriately exploiting grid computing characteristics. This paper proposes a parallel processing model, based on shared variables for grid computing, consisting of an execution model that is appropriate for the grid and a CPAR parallel language programming model. The CPAR-Grid environment is designed to execute parallel applications in grid computing, where all the characteristics present in grid computing are transparent to users. The results show that this environment is an efficient solution for the execution of parallel applications.

Sistemas multi-agentes devem oferecer recursos suficientes para que seus agentes possam interagir de maneira satisfatória e atingir seus objetivos. Um exemplo de recurso é um conjunto de dados armazenados em algum tipo de mecanismo de persistência, como um sistema gerenciador de banco de dados. O acesso a dados deve ser possível mesmo que eles estejam distribuídos, fato inclusive que também caracteriza os sistemas multi-agentes. Assim, este trabalho apresenta um sistema chamado DASE cujo objetivo é prover a agentes o acesso a dados distribuídos de forma simples e transparente, ou seja, independentemente da complexidade que o ambiente dos agentes possui e das peculiaridades do Sistema de Banco de Dados Distribuído. O DASE suporta qualquer Sistema Gerenciador de Banco de Dados, seja ele centralizado ou distribuído, desde que o mesmo esteja em conformidade com o JDBC. Além disso, oferece recursos importantes como controle de concorrência, suporte a ambientes de dados simultâneos e uso de sentenças de acesso a dados pré-definidas e parametrizadas. Todos os aspectos mais importantes analisados durante o projeto deste sistema estão descritos neste trabalho, evidenciando e justificando o porquê de cada decisão que certamente refletiram no funcionamento e comportamento do DASE. O sistema foi implementado de acordo com o seu projeto, resultando em uma versão funcional e estável, o que foi comprovado através de seu uso em um projeto que envolvia sistemas multiagentes e controle de tráfego aéreo. Além disso, alguns testes de análise de desempenho considerando cenários variados foram realizados. / Multi-agent systems must offer the needed resources to allow their agents to interact and to reach their goals. An example of resource is a set of data stored in any kind of resource manager, such as a database management system. Data access must be possible even if the data is distributed, characteristic that is also present in multi-agent systems. Thus, this work describes a system whose objective is to provide to agents distributed data access in a simple and transparent way, in other words, hiding the agent environment and complexities related to distributed database systems. DASE supports any database management system, centralized or distributed, in compliance with JDBC (Java Database Connectivity). In addition it offers important features, such as concurrency control, simultaneous data environments and stored SQL sentences. All challenges and important aspects overcome in order to design and implement DASE are described, explaining and justifying every decision that in some way had a participation to form DASE set of functions and behavior. The system was implemented following its design, resulting in a functional and stable version, what could be verified through its adoption in a project based on multiagent systems and air traffic control systems. In addition, a plenty of performance tests were done regarding different scenarios.