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.

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.

O desenvolvimento e a utilização de ambientes computacionais como apoio ao ensino e aprendizagem, aliados à evolução da computação móvel, têm contribuído significativamente para o estabelecimento de uma nova modalidade de ensino conhecida como aprendizagem móvel ou mobile learning (m-learning). Nesse cenário emergente, os ambientes educacionais existentes, mesmo possuindo diversos benefícios e facilidades no que diz respeito ao ensino e aprendizagem, apresentam problemas e desafios que precisam ser explorados. Um dos aspectos relevantes a ser investigado refere-se ao estabelecimento e adoção de padrões arquiteturais. De fato, grande parte desses ambientes é construída de forma isolada, possuindo arquiteturas e estruturas próprias, o que pode impactar negativamente a capacidade de padronização. O presente trabalho de pesquisa insere-se neste contexto, tendo como principal objetivo investigar e definir uma arquitetura de referência orientada a serviço voltada para ambientes de aprendizagem móvel. Tal arquitetura, denominada Ref-mLearning, visa contribuir para a evolução, reúso e interoperabilidade desses ambientes, possibilitando ainda um aumento na qualidade e redução de custos durante o seu desenvolvimento. Resultados alcançados por meio de avaliações e condução de um estudo de caso demonstram que a Ref-mLearning é uma arquitetura viável possuindo uma boa estrutura e organização para o desenvolvimento de ambientes de aprendizagem móvel orientados a serviço. / The development and use of computational environment to support the teaching and learning, together with the evolution of mobile computing, have contributed significantly to the establishment of a new mode of teaching known as mobile learning (m-learning). In this emerging scenario, the existing educational environments, despite having various benefits and facilities with regard to teaching and learning, present problems and challenges that need to be explored. An important aspect to be investigated refers to the establishment and adoption of architectural patterns. In fact, many of these environments is built in isolation, possessing own architectures and structures, which may negatively impact the standardization capacity. This research work is part of this context, the main objective to investigate and define a service-oriented reference architecture for mobile learning environments. Such an architecture, called Ref-mLearning, aims to contribute to the evolution, reuse and interoperability of these environments, still enabling an increase in quality and cost reduction during its development. Results achieved through evaluations and conducting a case study show that Ref-mLearning is a viable architecture having a good structure and organization for the development of a service-oriented mobile learning environment.

[pt] O volume de dados existentes aumenta a cada dia, sendo que, armazenar, processar e transmitir esta informação se torna um grande desafio. O paradigma de Map Reduce, proposto por Dean e Ghemawat (10), é uma forma eficiente para o processamento de grandes volumes de dados utilizando um cluster de computadores e, mais recentemente, infraestruturas no Cloud. Entretanto, implementações tradicionais de Map Reduce não apresentam nem a flexibilidade (para escolher entre diferentes técnicas de codificação na etapa de map), nem o controle (capaz de especificar como organizar os resultados na etapa de reduce), necessários para o processamento de vídeos. Porém, com a proliferação de dispositivos capazes de reproduzir conteúdo em multimídia, e com o aumento da disponibilidade de banda, o consumo deste tipo de conteúdo é cada vez maior, o que mostra a necessidade de termos arquitetura eficientes para lidar com grandes volumes de dados, especificamente vídeos. A arquitetura de Split and Merge, proposta nesta dissertação, generaliza o paradigma de Map Reduce, fornecendo uma solução eficiente que contempla aspectos relevantes às aplicações de processamento intensivo de vídeo. Para validar a arquitetura proposta, são apresentados dois casos de uso onde a mesma foi implementada utilizando uma plataforma de Cloud. / [en] The Map Reduce approach, proposed by Dean and Ghemawat (10), is an efficient way for processing very large datasets using a computer cluster and, more recently, cloud infrastructures. Traditional Map Reduce implementations, however, provide neither the necessary flexibility (to choose among different encoding techniques in the mapping stage) nor control (to specify how to organize results in the reducing stage), required to process video files. The Split and Merge tool, proposed in this thesis, generalizes the Map Reduce paradigm, and provides an efficient solution that contemplates relevant aspects of intense processing video applications.

O desenvolvimento e a utilização de ambientes computacionais como apoio ao ensino e aprendizagem, aliados à evolução da computação móvel, têm contribuído significativamente para o estabelecimento de uma nova modalidade de ensino conhecida como aprendizagem móvel ou mobile learning (m-learning). Nesse cenário emergente, os ambientes educacionais existentes, mesmo possuindo diversos benefícios e facilidades no que diz respeito ao ensino e aprendizagem, apresentam problemas e desafios que precisam ser explorados. Um dos aspectos relevantes a ser investigado refere-se ao estabelecimento e adoção de padrões arquiteturais. De fato, grande parte desses ambientes é construída de forma isolada, possuindo arquiteturas e estruturas próprias, o que pode impactar negativamente a capacidade de padronização. O presente trabalho de pesquisa insere-se neste contexto, tendo como principal objetivo investigar e definir uma arquitetura de referência orientada a serviço voltada para ambientes de aprendizagem móvel. Tal arquitetura, denominada Ref-mLearning, visa contribuir para a evolução, reúso e interoperabilidade desses ambientes, possibilitando ainda um aumento na qualidade e redução de custos durante o seu desenvolvimento. Resultados alcançados por meio de avaliações e condução de um estudo de caso demonstram que a Ref-mLearning é uma arquitetura viável possuindo uma boa estrutura e organização para o desenvolvimento de ambientes de aprendizagem móvel orientados a serviço. / The development and use of computational environment to support the teaching and learning, together with the evolution of mobile computing, have contributed significantly to the establishment of a new mode of teaching known as mobile learning (m-learning). In this emerging scenario, the existing educational environments, despite having various benefits and facilities with regard to teaching and learning, present problems and challenges that need to be explored. An important aspect to be investigated refers to the establishment and adoption of architectural patterns. In fact, many of these environments is built in isolation, possessing own architectures and structures, which may negatively impact the standardization capacity. This research work is part of this context, the main objective to investigate and define a service-oriented reference architecture for mobile learning environments. Such an architecture, called Ref-mLearning, aims to contribute to the evolution, reuse and interoperability of these environments, still enabling an increase in quality and cost reduction during its development. Results achieved through evaluations and conducting a case study show that Ref-mLearning is a viable architecture having a good structure and organization for the development of a service-oriented mobile learning environment.

A predição de estruturas de proteínas é um campo de pesquisa que busca simular o enovelamento de cadeias de aminoácidos de forma a descobrir as funções das proteínas na natureza, um processo altamente dispendioso por meio de métodos in vivo. Inserida no contexto da Bioinformática, é uma das tarefas mais computacionalmente custosas e desafiadoras da atualidade. Devido à complexidade, muitas pesquisas se utilizam de gateways científicos para disponibilização de ferramentas de execução e análise desses experimentos, aliado ao uso de workflows científicos para organização de tarefas e disponibilização de informações. No entanto, esses gateways podem enfrentar gargalos de desempenho e falhas estruturais, produzindo resultados de baixa qualidade. Para atuar nesse contexto multifacetado e oferecer alternativas para algumas das limitações, esta tese propõe uma arquitetura modular baseada nos conceitos de Service Oriented Architecture (SOA) para oferta de recursos computacionais em gateways científicos, com foco nos experimentos de Protein Structure Prediction (PSP). A Arquitetura Modular Distribuída para auxílio à Predição de Estruturas de Proteínas (MDAPSP) é descrita conceitualmente e validada em um modelo de simulação computacional, no qual se pode identificar suas capacidades, detalhar o funcionamento de seus módulos e destacar seu potencial. A avaliação experimental demonstra a qualidade dos algoritmos propostos, ampliando a capacidade de atendimento de um gateway científico, reduzindo o tempo necessário para experimentos de predição e lançando as bases para o protótipo de uma arquitetura funcional. Os módulos desenvolvidos alcançam boa capacidade de otimização de experimentos de PSP em ambientes distribuídos e constituem uma novidade no modelo de provisionamento de recursos para gateways científicos. / PSP is a scientific process that simulates the folding of amino acid chains to discover the function of a protein in live organisms, considering that its an expensive process to be done by in vivo methods. PSP is a computationally demanding and challenging effort in the Bioinformatics stateof- the-art. Many works use scientific gateways to provide tools for execution and analysis of such experiments, along with scientific workflows to organize tasks and to share information. However, these gateways can suffer performance bottlenecks and structural failures, producing low quality results. With the goal of offering alternatives to some of the limitations and considering the complexity of the topics involved, this thesis proposes a modular architecture based on SOA concepts to provide computing resources to scientific gateways, with focus on PSP experiments. The Modular Distributed Architecture to support Protein Structure Prediction (MDAPSP) is described conceptually and validated in a computer simulation model that explain its capabilities, detail the modules operation and highlight its potential. The performance evaluation presents the quality of the proposed algorithms, a reduction of response time in PSP experiments and prove the benefits of the novel algorithms, establishing the basis for a prototype. The new modules can optmize the PSP experiments in distributed environments and are a innovation in the resource provisioning model for scientific gateways.

[pt] Esta tese propõe que a combinação de técnicas de filtragem colaborativa, em particular para recomendações item-item, com novas tecnologias de computação em nuvem, pode melhorar drasticamente a eficiência dos sistemas de recomendação, particularmente em situações em que o número de itens e usuários supera milhões de objetos. Nela apresentamos uma arquitetura de recomendação item-item em tempo real, que racionaliza o uso dos recursos computacionais através da computação sob demanda. A arquitetura proposta oferece uma solução para o cálculo de similaridade entre itens em tempo real, sem ter que recorrer à simplificação do modelo de recomendação ou o uso de amostragem de dados de entrada. Esta tese também apresenta um novo modelo de feedback implícito para vídeos de curta duração, que se adapta ao comportamento dos usuários, e descreve como essa arquitetura foi usada na implementação de um sistema de recomendação de vídeo em uso pelo maior grupo de mídia da América Latina, apresentando resultados de um estudo de caso real para mostrar que é possível reduzir drasticamente o tempo de cálculo das recomendações (e os custos financeiros globais) usando o provisionamento dinâmico de recursos na nuvem. Ela discute ainda a implementação em detalhes, em particular o projeto da arquitetura baseada em nuvem. Finalmente, ela também apresenta oportunidades de pesquisa em potencial que surgem a partir desta mudança de paradigma. / [en] This dissertation argues that the combination of collaborative filtering techniques, particularly for item-item recommendations, with emergent cloud computing technology can drastically improve algorithm efficiency, particularly in situations where the number of items and users scales up to several million objects. It introduces a real-time item-item recommendation architecture, which rationalizes the use of resources by exploring on-demand computing. The proposed architecture provides a real-time solution for computing online item similarity, without having to resort to either model simplification or the use of input data sampling. This dissertation also presents a new adaptive model for implicit user feedback for short videos, and describes how this architecture was used in a large scale implementation of a video recommendation system in use by the largest media group in Latin America, presenting results from a real life case study to show that it is possible to greatly reduce recommendation times (and overall financial costs) by using dynamic resource provisioning in the Cloud. It discusses the implementation in detail, in particular the design of cloud based features. Finally, it also presents potential research opportunities that arise from this paradigm shift.

Earthquake engineering is increasingly focusing on large international collaborations to address complex problems. Recent computing advances have greatly contributed to the way scientific collaborations are conducted, where web-based solutions are an emerging trend to manage and present results to the scientific community and the general public. However, collaborations in earthquake engineering lack a common interoperability framework, resulting in tedious and complex processes to integrate results, which cannot be efficiently used by third-party institutions. The work described in this thesis applies novel computing techniques to enable the interoperability of earthquake engineering resources, by integrating data, distributed simulation services and laboratory facilities. This integration focuses on distributed approaches rather than centralised solutions, and has been materialised in a platform called Celestina, that supports the integration of hazard mitigation resources. The prototype of Celestina has been implemented and validated within the context of two of the current largest earthquake engineering networks, the SERIES network in Europe and the NEES network in the USA. It has been divided into three sub-systems to address different problems: (i) Celestina Data, to develop best methods to define, store, integrate and share earthquake engineering experimental data. Celestina Data uses a novel approach based on Semantic Web technologies, and it has accomplished the first data integration between earthquake engineering institutions from the United States and Europe by means of a formalised infrastructure. (ii) Celestina Tools, to research applications that can be implemented on top of the data integration, in order to provide a practical benefit for the end user. (iii) Celestina Simulations, to create the most efficient methods to integrate distributed testing software and to support the planning, definition and execution of the experimental workflow from a high-level perspective. Celestina Simulations has been implemented and validated by conducting distributed simulations between the Universities of Oxford and Kassel. Such validation has demonstrated the feasibility to conduct both flexible, general-purpose and high performance simulations under the framework. Celestina has enabled global analysis of data requirements for the whole community, the definition of global policies for data authorship, curation and preservation, more efficient use of efforts and funding, more accurate decision support systems and more efficient sharing and evaluation of data results in scientific articles.

Service-oriented Architectures (SOA) facilitate the provision and orchestration of business services to enable a faster adoption to changing business demands. Web Services provide a technical foundation to implement this paradigm on the basis of XML-messaging. However, the enhanced flexibility of message-based systems comes along with new threats and risks. To face these issues, a variety of security mechanisms and approaches is supported by the Web Service specifications. The usage of these security mechanisms and protocols is configured by stating security requirements in security policies. However, security policy languages for SOA are complex and difficult to create due to the expressiveness of these languages. To facilitate and simplify the creation of security policies, this thesis presents a model-driven approach that enables the generation of complex security policies on the basis of simple security intentions. SOA architects can specify these intentions in system design models and are not required to deal with complex technical security concepts. The approach introduced in this thesis enables the enhancement of any system design modelling languages – for example FMC or BPMN – with security modelling elements. The syntax, semantics, and notion of these elements is defined by our security modelling language SecureSOA. The metamodel of this language provides extension points to enable the integration into system design modelling languages. In particular, this thesis demonstrates the enhancement of FMC block diagrams with SecureSOA. To enable the model-driven generation of security policies, a domain-independent policy model is introduced in this thesis. This model provides an abstraction layer for security policies. Mappings are used to perform the transformation from our model to security policy languages. However, expert knowledge is required to generate instances of this model on the basis of simple security intentions. Appropriate security mechanisms, protocols and options must be chosen and combined to fulfil these security intentions. In this thesis, a formalised system of security patterns is used to represent this knowledge and to enable an automated transformation process. Moreover, a domain-specific language is introduced to state security patterns in an accessible way. On the basis of this language, a system of security configuration patterns is provided to transform security intentions related to data protection and identity management. The formal semantics of the security pattern language enable the verification of the transformation process introduced in this thesis and prove the correctness of the pattern application. Finally, our SOA Security LAB is presented that demonstrates the application of our model-driven approach to facilitate a dynamic creation, configuration, and execution of secure Web Service-based composed applications. / Im Bereich der Enterprisearchitekturen hat das Paradigma der Service-orientierten Architektur (SOA) in den vergangenen Jahren eine große Bedeutung erlangt. Dieser Ansatz ermöglicht die Strukturierung und Umsetzung verteilter, IT-basierter Geschäftsfunktionen, um einen effizienten und flexiblen Einsatz von IT-Ressourcen zu ermöglichen. Während in der Vergangenheit fachliche Anforderungen in monolithischen Applikationen umgesetzt wurden, setzt dieser Architekturansatz auf wiederverwendbare Dienste, die spezifische Geschäftsfunktionen implementieren. Diese Dienste können dann dynamisch zur Umsetzung von Geschäftsprozessen herangezogen werden und ermöglichen eine schnelle Reaktion auf verändernde geschäftliche Rahmenbedingungen durch Anpassung der Prozesse. Die einzelnen Dienste existieren unabhängig voneinander und sind lose über einen Nachrichtenaustausch gekoppelt. Diese Unabhängigkeit unterscheidet den SOA-Ansatz von der bisherigen Entwicklung klassischer verteilter Anwendungen. Die Verwendung unabhängiger Dienste geht aber auch mit einem größeren Gefährdungspotential einher, da eine Vielzahl von Schnittstellen bereitgestellt wird, die mittels komplexer Protokolle angesprochen werden können. Somit ist die korrekte Umsetzung von Sicherheitsmechanismen in allen Diensten und SOA-Infrastrukturkomponeten essentiell. Kommunikationspartner müssen an jedem Kommunikationsendpunkt authentifiziert und autorisiert werden und ausgetauschte Nachrichten müssen immer geschützt werden. Solche Sicherheitsanforderungen werden in technischen Sicherheitskonfigurationen (Policydokumenten) mittels einer Policysprache kodiert und werden an die Dienste verteilt, die diese Anforderungen durchsetzen. Da Policysprachen für SOA aber durch die Vielzahl und Vielfalt an Sicherheitsmechanismen, -protokollen und -standards eine hohe Komplexität aufweisen, sind Sicherheitskonfigurationen höchst fehleranfällig und mit viel Fachwissen zu erstellen. Um die Generierung von Sicherheitskonfigurationen in komplexen Systemen zu vereinfachen, wird in dieser Arbeit ein modellgetriebener Ansatz vorgestellt, der eine visuelle Modellierung von Sicherheitsanforderungen in Architekturmodellen ermöglicht und eine automatisierte Generierung von Sicherheitskonfigurationen auf Basis dieser Anforderungen unterstützt. Die Modellierungsebene ermöglicht eine einfache und abstrakte Darstellung von Sicherheitsanforderungen, die sich auch für Systemarchitekten erschließen, welche keine Sicherheits-experten sind. Beispielsweise können modellierte Daten einfach mit einem Schloss annotiert werden, um den Schutz dieser Daten zu fordern. Die Syntax, die Semantik und die Darstellung dieser Anforderungen werden durch die in dieser Arbeit vorgestellte Sicherheitsmodellierungssprache SecureSOA spezifiziert. Der vorgestellte modellgetriebene Ansatz transformiert die modellierten Anforderungen auf ein domänen-unabhängiges Policymodell, das eine Abstraktionsschicht zu konkreten Policysprachen bildet. Diese Abstrak-tionsschicht vereinfacht die Generierung von Sicherheitspolicies in verschiedenen Policysprachen. Allerdings kann diese Transformation nur erfolgen, wenn im System Expertenwissen hinterlegt ist, das die Auswahl von konkreten Sicherheitsmechanismen und -optionen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit werden Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit zur Transformation herangezogen, die dieses Wissen repräsentieren. Dazu wird ein Katalog von Entwurfsmustern eingeführt, der die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete Konfigurationen ermöglicht. Diese Muster sind mittels einer Entwurfsmustersprache definiert, die in dieser Arbeit eingeführt wird. Die formale Semantik dieser Sprache ermöglicht die formale Verifikation des Transformationsprozesses, um die Korrektheit der Entwurfsmusteranwendung nachzuweisen. Die Definition dieses Entwurfsmusterkatalogs und der darauf basierende Transformationsprozess ermöglichen die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete technische Sicherheitskonfigurationen und stellen den Beitrag dieser Arbeit dar. Abschließend wird in dieser Arbeit das SOA-Security-Lab vorgestellt, das die Umsetzung dieses Ansatzes demonstriert.

Cloud computing represents a fundamental change in the way organizations acquire technological resources (e.g., hardware, development and execution environments, applications); where, instead of buying them, they acquire remote access to them in the form of cloud services supplied through the Internet. Among the main characteristics of cloud computing is the allocation of resources in an agile and elastic way, reserved or released depending on the demand of the users or applications, enabling the payment model based on consumption metrics. The development of cloud applications mostly follows an incremental approach, where the incremental delivery of functionalities to the client changes - or reconfigures - successively the current architecture of the application. Cloud providers have their own standards for both implementation technologies and service management mechanisms, requiring solutions that facilitate: building, integrating and deploying portable services; interoperability between services deployed across different cloud providers; and continuity In the execution of the application while its architecture is reconfigured product of the integration of the successive increments. The principles of the model-driven development approach, the architectural style service-oriented architectures, and the dynamic reconfiguration play an important role in this context. The hypothesis of this doctoral thesis is that model-driven development methods provide cloud service developers with abstraction and automation mechanisms for the systematic application of the principles of model engineering during the design, implementation, and incremental deployment of cloud services, facilitating the dynamic reconfiguration of the service-oriented architecture of cloud applications. The main objective of this doctoral thesis is therefore to define and validate empirically DIARy, a method of dynamic and incremental reconfiguration of service-oriented architectures for cloud applications. This method will allow specifying the architectural integration of the increment with the current cloud application, and with this information to automate the derivation of implementation artifacts that facilitate the integration and dynamic reconfiguration of the service architecture of the cloud application. This dynamic reconfiguration is achieved by running reconfiguration artifacts that not only deploy / un-deploy increment's services and orchestration services between services of the increment with the services of the current cloud application; but also, they change the links between services at runtime. A software infrastructure that supports the activities of the proposed method has also been designed and implemented. The software infrastructure includes the following components: i) a set of DSLs, with their respective graphical editors, that allow to describe aspects related to the architectural integration, implementation and provisioning of increments in cloud environments; ii) transformations that generate platform-specific implementation and provisioning models; (iii) transformations that generate artifacts that implement integration logic and orchestration of services, and scripts of provisioning, deployment, and dynamic reconfiguration for different cloud vendors. This doctoral thesis contributes to the field of service-oriented architectures and in particular to the dynamic reconfiguration of cloud services architectures in an iterative and incremental development context. The main contribution is a well-defined method, based on the principles of model-driven development, which makes it easy to raise the level of abstraction and automate, through transformations, the generation of artifacts that perform the dynamic reconfiguration of cloud applications. / La computación cloud representa un cambio fundamental en la manera en la que las organizaciones adquieren recursos tecnológicos (p. ej., hardware, entornos de desarrollo y ejecución, aplicaciones); en donde, en lugar de comprarlos adquieren acceso remoto a ellos en forma de servicios cloud suministrados a través de Internet. Entre las principales características de la computación cloud está la asignación de recursos de manera ágil y elástica, reservados o liberados dependiendo de la demanda de los usuarios o aplicaciones, posibilitando el modelo de pago basado en métricas de consumo. El desarrollo de aplicaciones cloud sigue mayoritariamente un enfoque incremental, en donde la entrega incremental de funcionalidades al cliente cambia - o reconfigura - sucesivamente la arquitectura actual de la aplicación. Los proveedores cloud tienen sus propios estándares tanto para las tecnologías de implementación como para los mecanismos de gestión de servicios, requiriéndose soluciones que faciliten: la construcción, integración y despliegue de servicios portables; la interoperabilidad entre servicios desplegados en diferentes proveedores cloud; y la continuidad en la ejecución de la aplicación mientras su arquitectura es reconfigurada producto de la integración de los sucesivos incrementos. Los principios del enfoque de desarrollo dirigido por modelos, del estilo arquitectónico de arquitecturas orientadas a servicios y de la reconfiguración dinámica cumplen un papel importante en este contexto. La hipótesis de esta tesis doctoral es que los métodos de desarrollo dirigido por modelos brindan a los desarrolladores de servicios cloud mecanismos de abstracción y automatización para la aplicación sistemática de los principios de la ingeniería de modelos durante el diseño, implementación y despliegue incremental de servicios cloud, facilitando la reconfiguración dinámica de la arquitectura orientada a servicios de las aplicaciones cloud. El objetivo principal de esta tesis doctoral es por tanto definir y validar empíricamente DIARy, un método de reconfiguración dinámica e incremental de arquitecturas orientadas a servicios. Este método permitirá especificar la integración arquitectónica del incremento con la aplicación cloud actual, y con esta información automatizar la derivación de los artefactos de implementación que faciliten la integración y reconfiguración dinámica de la arquitectura de servicios de la aplicación cloud. Esta reconfiguración dinámica se consigue al ejecutar los artefactos de reconfiguración que no solo despliegan/repliegan los servicios del incremento y servicios de orquestación entre los servicios del incremento con los servicios de la aplicación cloud actual; sino también, cambian en tiempo de ejecución los enlaces entre servicios. También se ha diseñado e implementado una infraestructura software que soporta las actividades del método propuesto e incluye los siguientes componentes: i) un conjunto de DSLs, con sus respectivos editores gráficos, que permiten describir aspectos relacionados a la integración arquitectónica, implementación y aprovisionamiento de incrementos en entornos cloud; ii) transformaciones que generan modelos de implementación y aprovisionamiento; iii) transformaciones que generan artefactos que implementan la lógica de integración y orquestación de servicios, y scripts de aprovisionamiento, despliegue y reconfiguración dinámica específicos para distintos proveedores cloud. Esta tesis doctoral contribuye al campo de las arquitecturas orientadas a servicios y en particular a la reconfiguración dinámica de arquitecturas de servicios cloud en contextos de desarrollo iterativo e incremental. El principal aporte es un método bien definido, basado en los principios del desarrollo dirigido por modelos, que facilita elevar el nivel de abstracción y automatizar por medio de transformaciones la generación de artefactos que real / La computació cloud representa un canvi fonamental en la manera en què les organitzacions adquirixen recursos tecnològics (ej., maquinari, entorns de desplegament i execució, aplicacions) ; on, en compte de comprar-los adquirixen accés remot a ells en forma de servicis cloud subministrats a través d'Internet. Entre les principals característiques de la computació cloud els recursos cloud són assignats de manera àgil i elàstica, reservats o alliberats depenent de la demanda dels usuaris o aplicacions, possibilitant el model de pagament basat en mètriques de consum. El desenrotllament d'aplicacions cloud seguix majoritàriament un enfocament incremental, on l'entrega incremental de funcionalitats al client canvia - o reconfigura - successivament l'arquitectura actual de l'aplicació. Els proveïdors cloud tenen els seus propis estàndards tant per a les tecnologies d'implementació com per als mecanismes de gestió de servicis, requerint-se solucions que faciliten: la construcció, integració i desplegament de servicis portables; la interoperabilitat entre servicis desplegats en diferents proveïdors cloud; i la continuïtat en l'execució de l'aplicació mentres la seua arquitectura és reconfigurada producte de la integració dels successius increments. Els principis de l'enfocament de desenrotllament dirigit per models, de l'estil arquitectònic d'arquitectures orientades a servicis i de la reconfiguració dinàmica complixen un paper important en este context. La hipòtesi d'esta tesi doctoral és que els mètodes de desenrotllament dirigit per models brinden als desenvolupadors de servicis cloud mecanismes d'abstracció i automatització per a l'aplicació sistemàtica dels principis de l'enginyeria de models durant el disseny, implementació i desplegament incremental de servicis cloud, facilitant la reconfiguració dinàmica de l'arquitectura orientada a servicis de les aplicacions cloud. L'objectiu principal d'esta tesi doctoral és per tant de definir i validar empí-ricamente DIARy, un mètode de reconfiguració dinàmica i incremental d'arquitectures orientades a servicis per a aplicacions cloud. Este mètode permetrà especificar la integració arquitectònica de l'increment amb l'aplicació cloud actual, i amb esta informació automatitzar la derivació dels artefactes d'implementació que faciliten la integració i reconfiguració dinàmica de l'arquitectura de servicis de l'aplicació cloud. Esta reconfi-guración dinàmica s'aconseguix a l'executar els artefactes de reconfiguració que no sols despleguen/repleguen els servicis de l'increment i servicis d'orquestració entre els servicis de l'increment amb els servicis de l'aplicació cloud actual; sinó també, canvien en temps d'execució els enllaços entre servicis. També s'ha dissenyat i implementat una infraestructura programari que suporta les activitats del mètode proposat i inclou els següents components: i) un conjunt de DSLs, amb els seus respectius editors gràfics, que permeten descriure aspectes relacionats a la integració arquitectònica, implementació i aprovisionament en entorns cloud dels increments; ii) transformacions que generen models d'implementació i aprovisionament específics de la plataforma a partir dels models d'integració d'alt nivell; iii) transformacions que generen artefactes que implementen la lògica d'integració i orquestració de servicis, i scripts d'aprovisionament, desplegament i reconfiguració dinàmica específics per a distints proveïdors cloud. Esta tesi doctoral contribuïx al camp de les arquitectures orientades a servicis i en particular a la reconfiguració dinàmica d'arquitectures de servicis cloud en contextos de desenrotllament iteratiu i incremental. La principal aportació és un mètode ben definit, basat en els principis del desenrotllament dirigit per models, que facilita elevar el nivell d'abstracció i automatitzar per mitjà de transformacions la generació d'artefactes que r / Zuñiga Prieto, MÁ. (2017). Reconfiguración Dinámica e Incremental de Arquitecturas de Servicios Cloud Dirigida por Modelos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86288