This master thesis is the result of a collaborative work between EMBRAER and the Escola Politécnica da USP for the study of structural health monitoring (SHM) techniques using sensors applied to aircraft structures. The goal was to develop classification techniques to discriminate between different events arising in the aircraft structure during tests; in the short term, improving the current SHM system used by EMBRAER, based on acoustic emission and, in the long term, fostering the development of a fully distributed system. As a result of studying classification methods for immediate use, we developed two techniques: the Spectral Similarity and a Support Vector Machines (SVM) classifier. Both are unsupervised solutions, due to the unlabeled nature of the data provided. The two solutions were delivered as a final product to EMBRAER for prompt use in the existing SHM system. By studying distributed solutions for future implementations, we developed a detection algorithm based on adaptive techniques. The main result was a special initialization for a maximum likelihood (ML) detector that yields an exponential decay rate in the error probability to a nonzero steady state, using adaptive diffusion estimation in a distributed sensor network. The nodes that compose the network must decide, locally, between two concurrent hypotheses concerning the environment state where they are inserted, using local measurements and shared estimates coming from their neighbors. The exponential performance does not depend on the adaptation step size value, provided it is sufficiently small. The results concerning this distributed detector were published in the journal IEEE Signal Processing Letters. / Esta dissertação de mestrado é o resultado de um trabalho colaborativo entre a EMBRAER e a Escola Politécnica da USP no estudo de técnicas de monitoramento do estado de saúde de estruturas (Structural Health Monitoring - SHM) utilizando sensores em estruturas aeronáuticas. O objetivo foi desenvolver técnicas de classificação para discriminar entre diferentes eventos que surgem em estruturas aeronáuticas durante testes; para o curto prazo, aperfeiçoando o atual sistema de SHM utilizado pela EMBRAER, baseado em emissão acústica e, no longo prazo, fomentando o desenvolvimento de um sistema completamente distribuído. Como resultado do estudo de métodos de classificação para uso imediato, desenvolvemos duas técnicas: a Similaridade Espectral e um classificador que utiliza Support Vector Machines (SMV). Ambas as técnicas são soluções não-supervisionadas, devido a natureza não rotulada dos dados fornecidos. As duas soluções foram entregues como um produto final para a EMBRAER para pronta utilização em seu atual sistema de SHM. Ao estudar soluções completamente distribuídas para futuras implementações, desenvolvemos um algoritmo de detecção baseado em técnicas adaptativas. O principal resultado foi uma inicialização especial para um detector de máxima verossimilhança (maximum likelihood - ML) que possui uma taxa de decaimento exponencial na probabilidade de erro até um valor não nulo em regime estacionário, utilizando estimação adaptativa em uma rede distribuída. Os nós que compõem a rede devem decidir, localmente, entre duas hipóteses concorrentes com relação ao estado do ambiente onde eles estão inseridos, utilizando medidas locais e estimativas compartilhadas vindas de nós vizinhos. O desempenho exponencial não depende do valor do passo de adaptação, se este for suficientemente pequeno. Os resultas referentes a este detector distribuído foram publicados na revista internacional IEEE Signal Processing Letters.

O crescimento das necessidades de recursos computacionais gerado por novas classes de aplicações comerciais e científicas apresenta um novo tipo de desafio para infraestruturas computacionais. O acelerado crescimento das demandas por recursos promove um acelerado crescimento no número absoluto de elementos computacionais nestas. Nesse cenário, o provisionamento e a operação de sistemas tornam-se tarefas progressivamente complexas, devido primariamente ao aumento em escala. Este trabalho propõe um modelo para uma infraestrutura computacional que opera como um repositório abstrato de recursos computacionais de tempo de execução com níveis variáveis de consumo. Desenhado para operar como um ensemble (i.e. um conjunto coordenado) de recursos computacionais, grandes números de elementos são agregados em conjuntos de servidores de recursos de processamento, armazenamento e comunicação. O ensemble é concebido e implementado com ampla utilização de tecnologias de virtualização e possui um mecanismo de provisionamento e operação organizado como uma estrutura distribuída de comando e controle (Command and Control, ou C²). A implementação de uma prova de conceito de tal infraestrutura computacional é apresentada, e a validação da proposta é realizada através de uma combinação de resultados experimentais e emulação. / The increase in computing resource needs posed by new classes of commercial and scientific applications presents a new kind of challenge for computing infrastructures. The accelerated growth in resource demand leads to an accelerated growth in the absolute number of computing elements on such infrastructures. In this scenario, the provisioning and systems operations of such elements becomes a progressively complex task, due mainly to the increase in scale. This work proposes a model for a computing infrastructure that operates as an abstract repository of run-time resources with variable levels of consumption. Designed to operate as a computing ensemble, large numbers of elements are aggregated in pools of processing, storage and communication resource servers. The Computing Resource Ensemble is designed with the heavy use of virtualization technologies and has a provisioning and systems operation engine organized as a distributed Command and Control (C2) framework. A Proof of Concept implementation of such computing infrastructure is presented, and the validation of the concept is carried out by a combination of experiments and emulation.

Esta tese aborda o problema de obtenção de um índice de carga ou de desempenho adequado para utilização no escalonamento de processos em sistemas computacionais heterogêneos paralelos/distribuídos. Uma ampla revisão bibliográfica com a correspondente análise crítica é apresentada. Essa revisão é a base para a comparação das métricas existentes para a avaliação do grau de heterogeneidade/homogeneidade dos sistemas computacionais. Uma nova métrica é proposta neste trabalho, removendo as restrições identificadas no estudo comparativo realizado. Resultados de aplicações dessa nova métrica são apresentados e discutidos. Esta tese propõe também o conceito de heterogeneidade/homogeneidade temporal que pode ser utilizado para futuros aprimoramentos de políticas de escalonamento empregadas em plataformas computacionais heterogêneas paralelas/distribuídas. Um novo índice de desempenho (Vector for Index of Performance - VIP), generalizando o conceito de índice de carga, é proposto com base em uma métrica Euclidiana. Esse novo índice é aplicado na implementação de uma política de escalonamento e amplamente testado através de modelagem e simulação. Os resultados obtidos são apresentados e analisados estatisticamente. É demonstrado que o novo índice leva a bons resultados de modo geral e é apresentado um mapeamento mostrando as vantagens e desvantagens de sua adoção quando comparado às métricas tradicionais. / This thesis approaches the problem of evaluating an adequate load index or a performance index, for using in process scheduling in heterogeneous parallel/distributed computing systems. A wide literature review with the corresponding critical analysis is presented. This review is the base for the comparison of the existing metrics for the evaluation of the computing systems homogeneity/heterogeneity degree. A new metric is proposed in this work, removing the restrictions identified during the comparative study realized. Results from the application of the new metric are presented and discussed. This thesis also proposes the concept of temporal heterogeneity/homogeneity that can be used for future improvements in scheduling polices for parallel/distributed heterogeneous computing platforms. A new performance index (Vector for Index of Performance - VIP), generalizing the concept of load index, is proposed based on an Euclidean metric. This new index is applied to the implementation of a scheduling police and widely tested through modeling and simulation. The results obtained are presented and statistically analyzed. It is shown that the new index reaches good results in general and it is also presented a mapping showing the advantages and disadvantages of its adoption when compared with the traditional metrics.

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao 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 estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

Aplicações multimídia caracterizam-se por necessitar de grandes recursos computacionais e de rede. Frente a estes requisitos, os modelos de desenvolvimento sempre consideraram arquiteturas altamente especializadas e integradas, resultando em estruturas monolíticas que restringem o reuso, bem como exigem grande esforço para realização de alterações. Este tipo de direcionamento limita e dificulta o desenvolvimento de aplicações multimídia complexas e de larga escala. Existe uma demanda por diretrizes de desenvolvimento que consigam atender escopos cada vez mais amplos, suportando aplicações escaláveis, flexíveis, interoperáveis e de fácil programação. Neste contexto, este trabalho propõe o uso conjunto de Arquiteturas Orientadas a Serviço e os padrões MPEG-7 e MPEG-21. Apresenta-se como estas tecnologias podem facilitar o desenvolvimento de novas aplicações multimídia, diminuindo o custo e o esforço de desenvolvimento, e dando suporte às crescentes e diversificadas demandas por novos tipos de aplicações multimídia. O que deu base para o trabalho foi a busca por uma solução que atendesse a alguns requisitos adicionais verificados ao longo do projeto de uma Plataforma de Gerência de Vídeo. Entre outras coisas, é apresentado como as tecnologias que dão suporte ao desenvolvimento de arquiteturas orientadas a serviço se posicionam frente ao desenvolvimento de aplicações multimídia e, como elas, conjuntamente com os padrões MPEG-7 e MPEG-21 estão sendo utilizadas para melhorar a plataforma citada. É apresentado também um processo para modelagem de aplicações segundo os princípios de orientação a serviço, generalizando a solução apresentada para o desenvolvimento de aplicações multimídia quaisquer. Como resultado, pode-se verificar que, apesar de ainda existirem algumas questões a serem tratadas, as tecnologias apresentadas representam conjuntamente uma ferramenta ampla para o desenvolvimento de aplicações multimídia. / Multimedia applications are characterized for demanding huge network and computing resources. Because these demands, the current development models always were based on highly specialized and integrated architectures. Thus, they present monolithic structures which limits reuse, as well requiring a lot of efforts to perform changes. This approach limits the development of complex and large scale multimedia applications. There are demand for development models for enabling larger scopes application, supporting scalable, flexible and ease programming applications. In this context this work proposes the conjugated use of Service Oriented Architectures and the MPEG-7 and MPEG-21 standards. It presents how these technologies can allow multimedia applications ease development, minimizing coasts and efforts. Besides, it is also showed how they answer for the raising and multiple demands for new multimedia applications types. This work motivation was to create a solution to support some additional requirements verified during the design of a Video Management Platform. Among the diversified issues treated in this work, it is presented how technologies supporting Service Oriented Architectures are positioned regarding multimedia applications development, and how they together MPEG-7 and MPEG-21 standards are being used to improve the Platform. It is also presented an analysis process for applying the principles of Service Orientation in the multimedia applications development. The aim is generalizing the presented solution to be applied in any multimedia application development. As result from the whole work, it can be verified that, although there are some issues to be covered, the technologies presented represent a complete tool for multimedia applications development.

Embora a tecnologia da informação (TI) venha sendo utilizada em aplicações de negócios desde a década de 60, foi só a partir do final da década de 80 que essas tecnologias transformaram-se em elementos essenciais para corporações de qualquer porte. Dessa forma, o perfil dos usuários de TI deixou de ser o das grandes corporações e passou a compreender também empresas de médio e pequeno porte. Atualmente, as TI são fartamente empregadas na realização e gestão de processos de negócios através de sistemas corporativos orientados para diversas finalidades como, por exemplo, ERP (Enterprise Resource Planning), SCM (Supply Chain Management) e CRM (Customer Relationship Management). Na medida que um sistema corporativo cresce e incorpora novas funcionalidades, cresce sua complexidade. Atualmente, tais sistemas compreendem diversos componentes heterogêneos, geograficamente distribuídos, administrados por diferentes organizações e seu gerenciamento apresenta-se como um novo desafio. Este trabalho analisa a aplicação de padrões abertos, definidos para a modelagem de sistemas distribuídos e para o gerenciamento de redes de telecomunicações, no gerenciamento de sistemas corporativos complexos. Especificamente, será analisada a aplicação do dos padrões TMN (Telecommunication Management Network), desenvolvido para o gerenciamento de redes de telecomunicações, no gerenciamento de sistemas de CRM, que apresentam extrema complexidade por envolverem diversas tecnologias, distribuição geográfica e diversas disciplinas (bancos de dados, ferramentas de análise de informações, redes de computadores, sistemas legados e diversas mídias de contato). / Despite the fact that the information technology (IT) has been applied for business purposes since the sixties, they only became essential to business in the late eighties, when the technology started to play an essential role for corporations of any size. Therefore, the profile of the typical IT user in business has shifted from huge companies to mid-sized and even small companies. Nowadays, IT is widely applied for the management of business processes through the use of corporate systems oriented for different purposes like, for example, ERP (Enterprise Resource Planning), SCM (Supply Chain Management) and CRM (Customer Relationship Management). As far as a corporate system grows and works in new features, grows its complexity as well. Nowadays, such systems usually comprise lots of different heterogeneous components, geographically distributed, administered by different organizations and, as a result, the management of such systems became a new challenge. This dissertation analyses the application of open standards, designed to allow the modeling of distributed systems and the management of telecommunication networks, to the management of complex corporate systems. More specifically, it will analyze the application of the TMN standards, developed for the management of telecommunications networks, to the management of CRM systems, where the latter presents extreme complexity due to the fact that it usually involves different technologies, geographical distribution and many disciplines (such as databases, information analysis tools, computer networks, legacy systems and various communication medias).

O presente trabalho teve como objetivo propor e testar uma metodologia para a realização de bindings dinâmicos na tecnologia LonWorks®, com a finalidade de permitir que um Sistema Distribuído de Comunicação Telefônica Privada (SDCTP), também desenvolvido com a tecnologia LonWorks®, realizasse seus enlaces telefônicos. Para tal, utilizou-se uma metodologia voltada para equipamentos embarcados e a visão de agentes reativos no desenvolvimento de cada dispositivo de rede, oferecendo uma solução única, prática e totalmente inédita na tecnologia LonWorks® e nos dispositivos de PABX. Essa visão resultou no desenvolvimento de dispositivos inteligentes e totalmente autônomos, no que diz respeito aos seus processos internos, gerando resultados satisfatórios e mais eficientes do que se esperava com base nos requisitos levantados para o sistema SDCTP. Este trabalho é o ponto de partida e oferece uma base para o desenvolvimento de novas funcionalidades, tanto nos sistemas de telefonia atuais, quanto nas redes de controle. / This presentation has the goal to propose and test a new method to implement dynamic bindings in LonWorks® technology, allowing a new Private Telephony Comunication Distributed System (SDCTP), also developed with LonWorks® technology, to make their telephone links. In order to do this, a method for developping embedded systems and the reactive agent view was applied for each different devices in this new system, thus offering a unique, practical and innovative solution for both, LonWorks® and PBX systems. This view allowed the implementation of intelligent and autonomous devices, specially in their internal process, thus granting satisfactory and more efficient results based on the SDCTP requirements. This work is the kick-off and the basis for developing new functions for telephone systems and control networks.

A evolução nas tecnologias de redes e o crescente número de dispositivos fixos e portáteis pertencentes a um usuário, os quais compartilham recursos entre si, introduziram novos conceitos e desafios na área de redes e segurança da informação. Esta nova realidade estimulou o desenvolvimento de um projeto para viabilizar a formação de domínios de segurança pessoais e permitir a associação segura entre estes domínios, formando um multidomínio. A formação de multidomínios introduziu novos desafios quanto à definição da política de segurança para o controle de acesso, pois é composto por ambientes administrativos distintos que precisam compartilhar seus recursos para a realização de trabalho colaborativo. Este trabalho apresenta os principais conceitos envolvidos na formação de domínio de segurança pessoal e multidomínios, e propõe um modelo de segurança para viabilizar a negociação e composição dinâmica da política de segurança para o controle de acesso nestes ambientes. O modelo proposto é chamado de Modelo Ontológico de Segurança (MOS). O MOS é um modelo de controle de acesso baseado em papéis, cujos elementos são definidos por ontologia. A ontologia define uma linguagem semântica comum e padronizada, viabilizando a interpretação da política pelos diferentes domínios. A negociação da política ocorre através da definição da política de importação e exportação de cada domínio. Estas políticas refletem as contribuições parciais de cada domínio para a formação da política do multidomínio. O uso de ontologia permite a composição dinâmica da política do multidomínio, assim como a verificação e resolução de conflitos de interesses, que refletem incompatibilidades entre as políticas de importação e exportação. O MOS foi validado através da análise de sua viabilidade de aplicação em multidomínios pessoais. A análise foi feita pela definição de um modelo concreto e pela simulação da negociação e composição da política de controle de acesso. Para simulação foi definido um multidomínio para projetos de pesquisa. Os resultados mostraram que o MOS permite a definição de um procedimento automatizável para criação da política de controle de acesso em multidomínios. / The evolution in the network technology and the growing number of portable and fixed devices belonging to a user, which shares resources, introduces new concepts and challenges in the network and information security area. This new reality has motivated the development of a project for personal security domain formation and security association between them, creating a multi-domain. The multi-domain formation introduces new challenges concerning the access control security policy, since multi-domains are composed by independent administrative domains that share resources for collaborative work. This work presents the main concept concerning the personal security domains and multi-domains, and proposes a security model to allow the dynamic security policy negotiation and composition for access control in multi-domain. The proposed model is called MOS, which is an ontological security model. The MOS is a role-based access control model, which elements are defined by an ontology. The ontology defines a semantic language, common and standardized, allowing the policy interpretation by different domains. The policy negotiation is made possible by the definition of the policy importation and exportation in each domain. These policies mean the partial contributions of each domain for the multi-domain policy formation. The use of ontology allows the dynamic multi-domain policy composition, as well as the verification and resolution of interest conflicts. These conflicts mean incompatibilities between the importation and exportation policy. The MOS was validated through the viability analysis for personal multi-domain application. The analysis was made through the definition of a factual model and the simulation of access control policy negotiation and composition. The simulation was taken place through the definition of a collaborative research projects multi-domain. The results demonstrate the MOS is feasible for implementation in automatic procedures for multi-domain access control policy creation.

Depurar sistemas distribuídos continua uma tarefa difícil, mesmo após 30 anos de pesquisa intensa. Embora essa situação possa ser parcialmente atribuída à complexidade das execuções concorrentes, o rápido passo de desenvolvimento das plataformas e tecnologias para computação distribuída também carrega a sua parcela de culpa, por encurtar a vida de muitas ferramentas potencialmente úteis. Neste trabalho, apresentamos uma análise dos principais problemas, técnicas e ferramentas ligados à depuração de sistemas concorrentes e discutidos na literatura. Baseados nessa análise, desenvolvemos e apresentamos uma nova técnica, simples e portátil, que pode ser aplicada a sistemas distribuídos que utilizam chamadas síncronas e bloqueantes. Essa técnica, concebida para sobreviver à heterogeneidade, é validada por meio da implementação de um arcabouço escrito para plataforma Eclipse e instanciado para sistemas de objetos distribuídos baseados em Java/CORBA. / After over thirty years of intense research, debugging distributed systems is still regarded as a difficult task. While this situation could be partially blamed on the fact that concurrent executions are complex, the fast pace of evolution witnessed with distributed computing technologies have also played its by shortening the lifespan of many potentially useful debugging tools. This work presents an analysis of the main issues, techniques and tools in the field of parallel, distributed, and concurrent debugging in general. Based on this analysis, we develop and present a simple and portable technique targeted at synchronous-call-based distributed systems. This technique, designed for portability, is validated through the implementation of an Eclipse-based framework that is instantiated for Java/CORBA distributed object systems.

O crescimento das necessidades de recursos computacionais gerado por novas classes de aplicações comerciais e científicas apresenta um novo tipo de desafio para infraestruturas computacionais. O acelerado crescimento das demandas por recursos promove um acelerado crescimento no número absoluto de elementos computacionais nestas. Nesse cenário, o provisionamento e a operação de sistemas tornam-se tarefas progressivamente complexas, devido primariamente ao aumento em escala. Este trabalho propõe um modelo para uma infraestrutura computacional que opera como um repositório abstrato de recursos computacionais de tempo de execução com níveis variáveis de consumo. Desenhado para operar como um ensemble (i.e. um conjunto coordenado) de recursos computacionais, grandes números de elementos são agregados em conjuntos de servidores de recursos de processamento, armazenamento e comunicação. O ensemble é concebido e implementado com ampla utilização de tecnologias de virtualização e possui um mecanismo de provisionamento e operação organizado como uma estrutura distribuída de comando e controle (Command and Control, ou C²). A implementação de uma prova de conceito de tal infraestrutura computacional é apresentada, e a validação da proposta é realizada através de uma combinação de resultados experimentais e emulação. / The increase in computing resource needs posed by new classes of commercial and scientific applications presents a new kind of challenge for computing infrastructures. The accelerated growth in resource demand leads to an accelerated growth in the absolute number of computing elements on such infrastructures. In this scenario, the provisioning and systems operations of such elements becomes a progressively complex task, due mainly to the increase in scale. This work proposes a model for a computing infrastructure that operates as an abstract repository of run-time resources with variable levels of consumption. Designed to operate as a computing ensemble, large numbers of elements are aggregated in pools of processing, storage and communication resource servers. The Computing Resource Ensemble is designed with the heavy use of virtualization technologies and has a provisioning and systems operation engine organized as a distributed Command and Control (C2) framework. A Proof of Concept implementation of such computing infrastructure is presented, and the validation of the concept is carried out by a combination of experiments and emulation.