Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados para controlar experimentos em instrumentos de medidas através da interface GPIB. O sistema criado tem objetivos educacionais e foi integrado a um ambiente de educação a distância, permitindo o acesso remoto a instrumentos reais para que possam ser utilizados em cursos on-line. Foi utilizado um sistema de gerenciamento de cursos on-line com ferramentas interativas e de fácil gerenciamento. O sistema escolhido permite a criação de cursos de forma modular, onde os componentes ou recursos de interação são escolhidos individualmente para cada ambiente novo criado. O objetivo deste trabalho foi a criação de um novo módulo para o sistema, que representa um laboratório remoto para realização de experimentos de aquisição de dados em instrumentos. Foi proposta uma arquitetura modular para laboratório remoto baseado em tecnologias de software livre, juntamente com a tecnologia de Web Services para integração entre o sistema de aquisição e o ambiente de educação a distância. Este trabalho oferece uma nova abordagem para instrumentação remota, fornecendo não apenas a extensão de um laboratório através da Internet e de sistemas distribuídos, mas também ferramentas interativas de educação a distância, favorecendo a interação e a comunicação entre usuários. / This work presents the development of a data acquisition system to control experiments in measurement instruments through GPIB interface. The system created is intended to be applied for educational purposes, thus it was integrated to an online learning environment, enabling remote access to real instruments, to be used in e-learning courses. It was used an open source environment with interactive tools and easy management. Chose system allows modular e-learning courses creation, which learning components or interactive resources can be selected independently. The aim was to create a new module, representing a remote laboratory, to perform data acquisition experiments in instruments. It was proposed a modular architecture to remote laboratory based on open source technologies. It includes Web Services architecture to integrate data acquisition system and distance education environment. This research presents a differential approach for remote instrumentation. It represents not only an internet extension for laboratory, but also offer distance education interactive resources to improve user communication.

As cidades estão a seu tempo e a seu modo, modernizando os serviços prestados à população. Entre os diversos fatores que estão contribuindo para esta evolução estão a diversificação e proliferação de sensores, nos diversos domínios de serviços das cidades, e os novos canais de comunicação com os munícipes, entre eles, as redes sociais e mais recentemente os sistemas crowdsensing, motivados pelos anseios sociais, por melhores serviços públicos e pela popularização dos dispositivos móveis. Nesta direção, a eficiência administrativa é um fator essencial, uma vez que as cidades estão se mostrando mais complexas na medida em que cresce a população nas áreas urbanas. A utilização de técnicas de sistemas distribuídos para que múltiplos domínios de serviços usufruam da mesma infraestrutura computacional, pode auxiliar na eficiência das cidades, evitando gastos administrativos duplicados e até mesmo, possibilitando a correlação de eventos entre os serviços, favorecendo a identificação de fatores de causalidades e assim, a tomada de decisões administrativas mais objetivas e precisas. Neste contexto, este trabalho concentra-se na análise de um middleware direcionado à gestão de cidades para coleta, integração e interpretação dos dados de sensores, pertencentes aos serviços disponíveis da própria cidade, junto com os dados do sensoriamento colaborado pelos cidadãos. Para avaliação do conceito foi investigado o cenário de monitoração da conservação de vias públicas. Após 3 meses de coletas de dados por um sistema de sensoriamento automático, totalizando mais de 360 mil pontos e também mais de 90 relatórios pelo sensoriamento participativo, verificou-se que um sistema distribuído pode realizar a interpretação de séries históricas, engajar os munícipes apoiar a manutenção dos serviços da cidade e também indicar objetivamente aos gestores públicos os pontos que devem ser prioritariamente atendidos. Aliar ferramentas pelas quais o cidadão pode, de acordo com sua necessidade, convicção e altruísmo, exercer influência nos gestores públicos com o suporte de informação contínua e critérios objetivos das redes de sensores, pode estimular a continua excelência dos serviços públicos. / The cities in their own way and time are improving their services provided to the population. Among several factors that are contributing to this trend are the diversification and proliferation of sensors in various services domains of cities and new communication ways with citizens, for instance, social networks and more recently, crowdsensing systems, motivated by social expectations for better public services and the popularity of mobile devices. In this direction, administrative efficiency is a key factor, since the cities are proving more complex with increasing the population in urban areas. Techniques of distributed systems to share the same computing infrastructure to multiple service domains, can assist in the efficiency of cities, avoiding duplicate administrative costs and even allowing event correlation between services, providing the identification of causality factors, thus making management decisions more objective and accurate. In this context, this research focuses on analysis of a middleware directed to city management for collection, integration and interpretation of sensors data, present in city services, along with the sensing data contributed by citizens. For concept evaluation, was investigated the scenario of conservation of public streets. After 3 months of data collection by an automatic sensing system comprising more than 360 thousand points and also 94 reports of collaborative sensing, it was found that a distributed system can perform the interpretation of historical series; engage the citizens to support maintenance of city services and indicate objectively the points that should primarily be fix by public managers. Combining tools, which citizens can, according to their need, conviction, altruism, exert their own influence in public management and the continuous information support to objective criteria of sensor networks, can stimulate the continued excellence of public services.

A adaptação de vídeo é uma técnica amplamente explorada na provisão de conteúdos de forma que atendam adequadamente os mais diversos cenários de consumo, caracterizados por diferentes requisitos e restrições de rede, terminal e preferências do usuário. Entretanto, sua aplicação em sistemas de distribuição de vídeo de alta demanda, como CDNs, é abordada de forma simplista pelas propostas existentes, pois não consideram os diversos aspectos de otimização do uso da rede. Este trabalho trata estas deficiências propondo um serviço de adaptação de vídeo que explora o conceito de contexto, ao elaborar uma adaptação baseada em perfis dos usuários. Além disso, a proposta de adaptação está totalmente integrada a distribuição por redes sobrepostas, sendo possível associar a adaptação em tempo-real à transmissão por multicast e ao caching, o que garante a otimização do uso dos recursos de rede na distribuição dos fluxos de vídeo. Como forma de demonstrar a viabilidade e os benefícios desta proposta são realizados testes experimentais através de uma implementação de referência deste serviço. / Video adaptation is a technique extensively explored for providing content so that it meets different requirements and constraints of network, users terminal and preferences, providing better quality of experience. However, its use in high-demand video distribution systems is not sufficiently explored and is usually tackled in a simple way. This is due to the fact that current solutions do not deals with its applicability systemically. This work presents an approach, which explores video adaptation and the concept of context, elaborating a video adaptation service based in users profile. Moreover, the adaptation proposal presented here is totally integrated to CND (content network distribution) using overlay networks, being possible the association with real-time adaptation to the transmission using multicast and caching. This work focuses on presenting the architecture of that service and its operation. The proposal validation is performed by putting the identified requirements for its application against its provided functionalities and the test results in a implementation of this service.

Muitos sistemas recentes de processamento paralelo e distribuído trabalham com acesso intensivo a dados, combinando facilidades de computação e armazenamento de dados para a construção de sistemas de grande escala, com custos reduzidos. Nesses sistemas, a interligação de um grande número de nós resulta na divisão sucessiva da capacidade de transferência, tornando a movimentação de dados um importante fator de limitação de desempenho. Ao se escalonar as tarefas computacionais em nós próximos dos dados, melhorias significativas no desempenho podem ser obtidas. Entretanto, a informação sobre a localidade dos dados não está facilmente acessível para o programador. Seu uso requer a interação com rotinas internas dos sistemas de arquivos, ou exige a adoção de um modelo de programação específico, normalmente associado a uma plataforma de execução já preparada para escalonar tarefas com aproveitamento da localidade dos dados. Este trabalho desenvolve a proposta de um mecanismo e interface para prover acesso a informações de localidade, além de permitir o controle da distribuição de novos dados. As operações de consulta e controle são realizadas por meio de arquivos e diretórios especiais, adicionados de forma transparente a um sistema de arquivos com blocos de dados distribuídos, apropriado para a execução em ambientes de processamento paralelo. O sistema é denominado parfs e permite obter as informações de localidade com operações de leitura e escrita em arquivos comuns, sem a necessidade do uso de bibliotecas ou modelos de programação específicos. Testes foram realizados para avaliar a proposta. Utilizando o escalonamento seletivo de operações de acesso a dados, baseado na informação de localidade, foram obtidos ganhos significativos de desempenho nessas operações. / Many recent data intensive parallel processing systems are built with cost effective hardware and combine compute and storage facilities. In such systems, interconnecting large numbers of nodes results in bandwidth-bisecting networks, making data movement an important performance limiting factor. By distributing jobs near data, significant performance improvements can be achieved. However, data locality information is not easily available to the programmer. It requires interaction with file system internals, or the adoption of custom programming and run-time frameworks providing embedded locality-aware job scheduling. This document develops a proposal of a mechanism and an interface to provide locality information and new data placement control. The query and control tasks are performed through special file and directories transparently added to a distributed file system, suitable for parallel processing environments. The file system is called parfs and allows the use of locality by read and write operations over regular files, with no need of libraries or specific programming models. Tests were conducted to assess the feasibility of the proposal. Through selective scheduling of data operations, based on locality information, significant performance gains were obtained in such operations.

Grade computacional é uma alternativa para melhorar o desempenho de aplicações paralelas, por permitir o uso simultâneo de vários recursos distribuídos. Entretanto, para que a utilização de uma grade seja adequada, é necessário que os recursos sejam utilizados de maneira a permitir a otimização de algum critério. Para isto, várias estratégias de escalonamento têm sido propostas, mas o grande desafio é extrair o potencial que os recursos oferecem para a execução de aplicações paralelas. Uma estratégia bastante usada em sistemas de escalonamento atuais é escalonar uma aplicação paralela nos recursos de um único cluster. Contudo, apesar da estratégia ser simples, ela é muito limitada, devido principalmente a baixa utilização dos recursos. Este trabalho propõe e implementa o sistema GCSE (Grid Cooperative Scheduling Environment) que provê uma estratégia de escalonamento cooperativo para usar eficientemente os recursos distribuídos. Os processos de uma aplicação paralela podem ser distribuídos em recursos de vários clusters e computadores, todos conectados a redes de comunicação públicas. GCSE também gerencia a execução das aplicações, bem como oferece um conjunto de primitivas que fornece informações sobre os ambientes de execução para o suporte à comunicação entre processos. Além disto, uma estratégia de antecipação de dados é proposta para aumentar ainda mais o desempenho das aplicações. Para realizar um bom escalonamento é preciso descobrir os recursos distribuídos. Neste sentido, o sistema LIMA (Light-weIght Monitoring Architecture) foi projetado e implementado. Este sistema provê um conjunto de estratégias e mecanismos para o armazenamento distribuído e acesso eficiente às informações sobre os recursos distribuídos. Além disto, LIMA adiciona facilidades de descobrimento e integração com o GCSE e outros sistemas. Por fim, serão apresentados os testes e avaliações dos resultados com o uso integrado dos sistemas GCSE e LIMA, compondo um ambiente robusto para a execução de aplicações paralelas. / Computing grid is an alternative for improving the parallel application performance, because it allows the simultaneous use of many distributed resources. However, in order to take advantage of a grid, the resources must be used in such a way that some criteria can be optimized. Thus, various scheduling strategies have been proposed, but the great challenge is the exploitation of the potential that the resources provide to the parallel application execution. A strategy often used in current scheduling systems is to schedule a parallel application on resources of a single cluster. Even though this strategy is simple, it is very limited, mainly due to low resource utilization. This thesis proposes and implements the GCSE system (Grid Cooperative Scheduling Environment) that provides a cooperative scheduling strategy for efficiently using the distributed resources. The processes of a parallel application can be distributed in resources of many clusters and computers, and they are all connected by public communication networks. GCSE also manages the application execution, as well as offering a primitive set that provide information about the execution environments for ensuring the communication between processes. Moreover, a data advancement strategy is proposed for improving the application performance. In order to perform a good scheduling, the distributed resources must be discovered. Therefore, the LIMA system (Light-weIght Monitoring Architecture) was designed and implemented. This system provides both strategy and mechanism set for distributed storage and efficient access to information about the distributed resources. In addition, LIMA offers facilities for resource discovering and integrating its functionalities both GCSE and other systems. Finally, the tests and result evaluations are presented with the integrated use of both GCSE and LIMA systems, composing a robust environment for executing parallel application.

Grades Computacionais (grid computing) já é uma realidade tanto no meio acadêmico quanto no meio empresarial. Seu uso se tornou popular principalmente devido à divulgação dos trabalhos nesta área e pela propaganda de produtos e softwares que oferecem essa idéia. Apesar disso, ambientes para o desenvolvimento de aplicações orientadas a objetos em Java para uma infra-estrutura de grid ainda é escasso. Algumas iniciativas oferecem bibliotecas para este desenvolvimento. Outras utilizam paradigmas diferentes, como o de passagem de mensagem, para o desenvolvimento de aplicações. Além disso, a própria infra-estrutura de grid, formada por diferentes domínios administrativos com diferentes políticas de segurança e uso, impede que as aplicações sejam executadas nos diversos níveis existentes no grid. Estes níveis, formados por computadores e clusters de computadores com nós de execução, possuem endereçamento privado, impossibilitando que as aplicações alocadas em cada um desses computadores/nós, em diferentes domínios e diferentes endereços, se comuniquem de forma transparente. Visando uma solução para esses problemas, esta tese apresenta um ambiente para programação orientada a objetos distribuídos e paralelos, em Java, denominado J4GE. Nesse ambiente, o modelo orientado a objetos é base para a distribuição das classes, métodos e atributos existente em uma aplicação. Além disso, o ambiente oferece transparência no acesso aos objetos espalhados pelo grid através de um Serviço de Mensagem, independente do nível onde o recurso, computador ou nó, se encontra. Essa transparência permite também que o programador utilize a plataforma Java sem a necessidade de aprender ou conhecer novas bibliotecas ou paradigmas, diminuindo o esforço no desenvolvimento de aplicações para grid. E, juntamente com os recursos da plataforma Java e do ambiente J4GE, é possível criar objetos distribuídos com comportamento paralelo e concorrente, trazendo maior eficiência para a execução da aplicação. / Grid computing is already a reality both in academic and business world. Its use has become popular mainly because of the projects in this area and the advertising of products and software that offer this idea. Nevertheless, environments for development of object-oriented applications in Java for grid infrastructure are still scarce. Some initiatives offer libraries for this development. Others use different paradigms such as the message-passing for development of applications. Moreover, the infrastructure of grid, formed by different administrative domain with different security policies, prevents the execution of applications at various levels in the grid. These levels, formed by computers and clusters of computers with execution nodes, have private addresses, make impossible the transparent communication of the applications allocated in each of these computers at different levels in different domains. Focused on these problems, this thesis presents an environment for distributed and parallel object-oriented programming in Java, called J4GE. In this environment, the object-oriented model is the basis for the distribution of classes, methods and attributes in an existing application. Moreover, the environment offers transparency in objects access around the grid through a Message Service, regardless the level where is the resource, or the computer, or the execution node. This transparency also allows the programmer to use the Java platform without knowing or learning new libraries or paradigms, reducing the effort in developing applications for grid. The resources of the Java platform and the environment J4GE together can create distributed objects with parallel and concurrent behavior, bringing greater efficiency to the application.

Escalonamento em Grid tem sido vastamente estudado devido à sua grande importância para o desempenho da Grid. Dada a sua complexidade, este é subdividido em escalonamento de recursos e de aplicações. A qualidade do escalonamento está relacionada ao algoritmo de escalonamento de tarefas. O presente trabalho tem como objetivo apresentar a metodologia AGSA (Analysis of Grid Scheduling Algorithms) para a comparação de algoritmos de escalonamento de tarefas em Grid. O intuito desta metodologia é analisar o comportamento e desempenho dos algoritmos em diversos cenários. O ambiente de simulação CEGSE (Characterization oriEnted Grid Scheduling Environment) foi desenvolvido para a criação e simulação destes cenários. Os estudos de caso comprovam a eficácia da metodologia. / Grid Scheduling has been studied because it is very important for Grid performance. Due Grid Scheduling\'s complexity, it is subdivided in resource and application scheduling. The quality of scheduling is related a tasks scheduling algorithm. The dissertation presents the AGSA (Analysis of Grid Scheduling Algorithms) methodology for comparison of Grid Scheduling Algorithms in Grid Computing. The methodology purpose is the behavior and performance analysis of algorithms in various scenarios. The CEGSE (Characterization oriEnted Grid Scheduling Environment) simulation environment is developed for this scenarios create and simulate. The case studies ratify the methodology efficiency.

JamSession foi proposto como uma plataforma para mediar e coordenar, por meio de protocolos de interação baseados em conhecimento, recursos computacionais existentes com o objetivo de compor novos serviços e desenvolver aplicações inovadoras. Entre as principais características da plataforma estão sua base formal e declarativa para permitir análise e verificação formal dos protocolos, alta performance e foco na usabilidade. A plataforma pode ser utilizada, por exemplo, na construção de ambientes inteligentes e no aprimoramento dos serviços de governo eletrônico, onde o JamSession pode atuar mediando a interação entre sistemas oferecidos por órgãos públicos visando a ampliação dos serviços oferecidos. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento da plataforma JamSession e sua aplicação em problemas concretos de integração e coordenação. Entre as aplicações consideradas para validar a plataforma desenvolvida estão a integração de workflows interorganizacionais e a demonstração do uso da plataforma na construção de ambientes virtuais interativos. / JamSession was proposed as a platform to mediate and coordinate, by means of knowledge-based interaction protocols, existing computational resources in order to compose new services and develop innovative applications. Among the main features of the platform are its formal and declarative foundations to provide the means for formal analysis and verification of protocols, high performance and focus on usability. The platform can be used, for instance, to build intelligent environments and to improve e-government services, where JamSession may mediate the interaction between systems offered by public agencies aiming to expand the services provided. The aim of this work is the development of JamSession platform and its application in practical demanding integration and coordination. Among the applications considered to validate the developed platform are the integration of inter-organizational workflows and its use to build interactive virtual environments.

A temática envolvendo o processamento de grandes quantidades de dados é um tema amplamente discutido nos tempos atuais, envolvendo seus desafios e aplicabilidade. Neste trabalho é proposta uma ferramenta de programação para desenvolvimento e um ambiente de execução para aplicações com grandes quantidades de dados. O uso da ferramenta visa obter melhor desempenho de aplicações neste cenário, explorando o uso de recursos físicos como múltiplas linhas de execução em processadores com diversos núcleos e a programação distribuída, que utiliza múltiplos computadores interligados por uma rede de comunicação, de forma que estes operam conjuntamente em uma mesma aplicação, dividindo entre tais máquinas sua carga de processamento. A ferramenta proposta consiste na utilização de blocos de programação, de forma que tais blocos sejam compostos por tarefas, e sejam executados utilizando o modelo produtor consumidor, seguindo um fluxo de execução definido. A utilização da ferramenta permite que a divisão das tarefas entre as máquinas seja transparente ao usuário. Com a ferramenta, diversas funcionalidades podem ser utilizadas, como o uso de ciclos no fluxo de execução ou no adiantamento de tarefas, utilizando a estratégia de processamento especulativo. Os resultados do trabalho foram comparados a duas outras ferramentas de processamento de grandes quantidades de dados, Hadoop e que o uso da ferramenta proporciona aumento no desempenho das aplicações, principalmente quando executado em clusters homogêneos. / The topic involving the processing of large amounts of data is widely discussed subject currently, about its challenges and applicability. This work proposes a programming tool for development and an execution environment for applications with large amounts of data. The use of the tool aims to achieve better performance of applications in this scenario, exploring the use of physical resources such as multiple lines of execution in multi-core processors and distributed programming, which uses multiple computers interconnected by a communication network, so that they operate jointly in the same application, dividing such processing among such machines. The proposed tool consists of the use of programming blocks, so that these blocks are composed of tasks, and the blocks are executed using the producer consumer model, following an execution flow. The use of the tool allows the division of tasks between the machines to be transparent to the user. With the tool, several functionalities can be used, such as cycles in the execution flow or task advancing using the strategy of speculative processing. The results were compared with two other frameworks, Hadoop and Spark. These results indicate that the use of the tool provides an increase in the performance of the applications, mostly when executed in homogeneous clusters.

Monitoramento participativo representa um novo paradigma de coleta de dados de sensores, focado na extração e utilização de dados gerados pelas pessoas. Iniciativas baseadas neste conceito estão se tornando essenciais para projetistas de infraestruturas urbanas inteligentes, uma vez que possibilitam a captura de diversos tipos de informação relevante que não poderia ser capturada por sensores físicos tradicionais. Uma grande quantidade de publicações e projetos associados a este tópico surgiu nos últimos anos, e com eles a necessidade de se organizar e classificar tais trabalhos apropriadamente. Neste trabalho é proposta uma taxonomia para iniciativas de monitoramento colaborativo, ilustrando cada uma de suas dimensões a partir de um extenso levantamento bibliográfico da área. O esquema proposto adicionalmente suporta a identificação e estimula o desenvolvimento de projetos, utilizando mecanismos de coleta de dados ainda não explorados. Focando no monitoramento colaborativo ativo realizado a partir de aplicativos móveis, este trabalho apresenta uma linguagem formal para especificação de novas iniciativas de monitoramento colaborativo, e uma plataforma implementada para interpretar as especificações descritas por meio de tal linguagem e instanciar tanto os aplicativos de coleta de dados quanto os servidores de aplicação para receber, validar e visualizar tais dados, facilitando a criação de novos aplicativos até mesmo por indivíduos sem qualquer conhecimento em desenvolvimento de software. Um experimento foi realizado utilizando tal plataforma para mapear condições de acessibilidade das ruas e calçadas de uma região de quatro quilômetros quadrados na cidade de São Paulo, no qual a cobertura completa da região foi obtida por oito voluntários em menos de três horas. Tal experimento ilustra a efetividade deste tipo de tecnologia, uma vez que a cidade de São Paulo, com aproximadamente mil e quinhentos quilômetros quadrados, poderia ser mapeada por apenas três mil pessoas no mesmo período de três horas. Concluindo este trabalho, uma generalização da solução é discutida, demonstrando a possibilidade de uso da mesma plataforma em outros cenários, diferentes das cidades inteligentes, como por exemplo o monitoramento colaborativo de riscos de acidentes no trabalho em fábricas, entre outros. Finalmente, apresenta-se um direcionamento de trabalhos futuros para o desenvolvimento de sistemas de suporte à decisão, com base nos dados de monitoramento colaborativo, e para o uso de tecnologias de Big Data na captura, agregação, análise e extração de conhecimento dos dados de diferentes tipos de monitoramento colaborativo apresentados na taxonomia, incluindo dados de redes sociais, sensores físicos e derivados do processamento de imagens. / Citizen sensing is a new sensor-based data collection paradigm and is focused on the extraction of data generated by people. Initiatives based on this concept are becoming crucial for designers of intelligent urban infrastructures, since they enable the collection of several types of relevant data that cannot be properly captured by traditional physical sensors. A large number of articles and projects associated to the topic appeared over the last few years, and with them the need for properly classify and organize these works. In the current work, we propose a taxonomy of citizen sensing initiatives and illustrate each of its dimensions through a survey of recent articles in the area. The proposed scheme also supports the identification and stimulates the development of projects addressing data collection methodologies that have not been properly explored so far. Focusing on active citizen sensing through mobile applications, we present a specification language designed to allow the description of such applications, and a platform implemented to interpret specifications described using this language and instantiate both the mobile app for data collection as well as the backend server to receive, validate and visualize the data, facilitating the conception and \'implementation\' of new apps even by people without any knowledge about software development. We also report a real-world experiment in which we used our platform to map accessibility conditions of streets and sidewalks located in a four square kilometers area in São Paulo, Brazil, showing that a full coverage was obtained with the support of eight volunteers after only three hours. Such experiment illustrates the effectiveness of the technology, since the city of São Paulo, with an area of approximately fifteen hundred square kilometers, could be mapped by only three thousand people over the same three hours interval. Concluding this work, a generalization of the solution is discussed, demonstrating the applicability of the same platform in scenarios other than smart cities, such as participatory sensing for risk of work accidents in manufacturing compa nies, and others. Finally, we present some directions for future work at the development of Decision Support Systems based on information from citizen sensing, and the usage of Big Data technologies for capturing, aggregating, analyzing, and extracting knowledge from data generated by the different types of citizen sensing techniques presented in the taxonomy, including data from social networks, physical sensors, and image processing.