Orientadores: Luiz Eduardo Buzato, Edmundo Roberto Mauro Madeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T20:16:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cicerre_FabioRodrigodeLima_D.pdf: 1417286 bytes, checksum: 642d37f1cb522ec4a356bbb4e9b55b96 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O conceito de grade surgiu com a necessidade crescente de se aproveitar recursos computacionais disponíveis em uma ou mais organizações para resolver problemas que exigem compartilhamento de dados e um grande poder de processamento. Uma grade computacional tem como objetivo principal permitir a execução distribuída e paralela de tarefas em recursos compartilhados. Uma grade é constituída de infra-estrutura física, composta de uma ou mais redes autônomas de computadores, e de um sistema de suporte (middleware), que provê serviços de gerenciamento de informações sobre os recursos da grade, controle de acesso e execução de tarefas sobre esse recursos e mecanismos de comunicação. Atualmente existem diversos sistemas que suportam a execução de tarefas independentes em uma grade computacional, mas poucos consideram a execução de processos de workflow, que permitem a definição de dependência explícita de dados e controle entre tarefas, o que impede um melhor aproveitamento de recursos, escalabilidade, desempenho de execução e recuperação automática de processos com manutenção de consistência. O sistema Xavantes, proposto e descrito nesse trabalho, procura suprir essas deficiências, tendo como principal objetivo suportar a execução distribuída de processos de workflow em máquinas heterogêneas, em uma ou mais organizações autônomas e dinâmicas, provendo um middleware que forneça uma melhor escalabilidade, desempenho e confiabilidade para a execução de aplicações em grades computacionais / Abstract: The grid concept has emerged from the increasing necessity of using available computational resources in one or more organizations in order to solve problems that require data sharing and large processing power. The main goal of a computational grid is to allow the distributed and parallel execution of tasks in shared resources. A grid is composed of a physical infra-structure, with one or more autonomous networks of computers, and a middleware, which provides services of information management about the grid resources, access control and tasks execution in these resources and communication mechanisms. Nowadays, there are some systems that support the execution of independent tasks in a computational grid, but only ones consider the execution of workflow processes, which allow the explicit definition of data and control dependencies among tasks, and this restricts a better use of available resources, scalability, execution performance, and automatic recovery of processes with the correct consistency maintenance. The Xavantes system, proposed and described in this work, is designed to reduce these deficiencies, having as its main goal the supports to the distributed execution of workflows in heterogeneous resources of one or more autonomous and dynamic organizations, providing a middleware that delivers a better scalability, performance and reliability to the application execution in grid computing / Doutorado / Sistemas Distribuídos e Redes de Computadores / Doutor em Ciência da Computação

Orientadores: Eliane Martins, Ricardo de Oliveira Anido / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T04:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morais_AndersonNunesPaiva.pdf: 1792317 bytes, checksum: e8304b24c7765a959814665bcaff15c8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho apresentamos uma proposta de geração de ataques para testes de protocolos de segurança. O objetivo é detectar vulnerabilidades de um protocolo, que um atacante pode explorar para causar falhas de segurança. Nossa proposta usa um injetor de falhas para emular um atacante que possui total controle do sistema de comunicação. Como o sucesso dos testes depende principalmente dos ataques injetados, nós propomos uma abordagem baseada em modelos para a geração de ataques. O modelo representa ataques conhecidos e reportados do protocolo sob teste. A partir deste modelo, cenários de ataque são gerados. Os cenários estão em um formato que é independente do injetor de falhas usado. Usando refinamentos e transformações, pode-se converter a descrição do cenário de ataque em scripts específicos do injetor de falhas. A proposta pode ser completamente apoiada por ferramentas de software. Nós ilustramos o uso da proposta com um estudo de caso, um protocolo de segurança para dispositivos móveis / Abstract: We present an attack injection approach for security protocols testing. The goal is to uncover protocol vulnerabilities that an attacker can exploit to cause security failures. Our approach uses a fault injector to emulate an attacker that has control over the communication system. Since the success of the tests depends greatly on the attacks injected, we propose a model-based approach for attack generation. The model represents reported known attacks to the protocol under test. From this model, attack scenarios are generated. The scenarios are in a format that is independent of the fault injector used. Using refinements and transformations, the abstract scenario specification can be converted to the specific fault injector scripts. The approach can be completely supported by tools. We illustrate the use of the approach in a case study, a security protocol for mobile devices / Universidade Estadual de Campi / Tolerancia a Falhas / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Cecilia Mary Fischer Rubira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T11:38:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_EduardoMachado_M.pdf: 3443509 bytes, checksum: b9211dc7c7cdb58d86853bd60f992664 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A Arquitetura Orientada a Serviços (SOA) é responsável por mapear os processos de negócios relevantes aos seus serviços correspondentes que, juntos, agregam o valor final ao usuário. Esta arquitetura deve atender aos principais requisitos de dependabilidade, entre eles, alta disponibilidade e alta confiabilidade da solução baseada em serviços. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma infra-estrutura de software, chamada de Arquitetura Mediador, que atua na comunicação entre os clientes dos serviços e os próprios serviços Web, a fim de implementar técnicas de tolerância a falhas que façam uso efetivo das redundâncias de serviços disponíveis. A Arquitetura Mediador foi projetada para ser acessível remotamente via serviços Web, de forma que o impacto na sua adoção seja minimizado. A validação da solução proposta foi feita usando aplicações baseadas em serviços Web implementadas no projeto BioCORE. Tal projeto visa apoiar biólogos nas suas atividades de pesquisa de manutenção do acervo de informações sobre biodiversidade de espécies / Abstract: The Service-Oriented Architecture is responsible to map the business processes relevant to its services that, together, add value to the final user. This architecture must meet the main dependability requirements, among them, high availability and high reliability, part of the service-based solution. The objective of this work is to develop a software infrastructure, called Arquitetura Mediador, that operates in the communication between the web service's clients and the web services itself, in order to implement fault tolerance techniques that make eéctive use of available services redundancies. The Arquitetura Mediador infrastructure was designed to be remotely accessible via web services, so that the impact on its adoption should be minimized. The validation of the proposed solution was made using web services-based applications implemented on BioCORE project. This project aims to support biologists in his/her research activities and to maintain informations about collections of species and biodiversity / Mestrado / Engenharia de Software / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Cecilia Mary Fischer Rubira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:42:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_PetersonPeixotodos_M.pdf: 1073315 bytes, checksum: 7071b3cca814f678b2dae606f78f6eff (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: À medida que os sistemas de software evoluem, precisam garantir requisitos funcionais e de qualidade cada vez mais complexos e com maior rigor de qualidade. Nos _últimos anos, várias abordagens e ferramentas t^em sido propostas para guiar o processo de desenvolvimento de software visando atingir altos níveis de qualidade. O Desenvolvimento Baseado em Componentes (DBC) _e uma das técnicas mais bem aceitas tanto na indústria quanto no meio acadêmico e se propõe a compor sistemas de software a partir de componentes reutilizáveis já prontos e, se possível, de uma relativamente pequena quantidade de linhas de código específicas para a aplicação. Existem diversas plataformas para DBC, das quais Java Enterprise Edition (Java EE) _e uma das mais populares. Por outro lado, tolerância a falhas _e uma das abordagens mais empregadas para construir sistemas que consigam prover seus serviços especificados mesmo na presença de diferentes tipos de falhas de forma a atingir os níveis desejados de confiabilidade. O conceito de Ação Atômica Coordenada (CA Action) foi proposto para prover tolerância a falhas em sistemas concorrentes orientados a objetos, integrando os conceitos complementares de conversação (concorrência cooperativa) e transação atômica (concorrência competitiva) e estabelecendo uma semântica para tratamento de exceções concorrentes (exceções lançadas simultaneamente por threads concorrentes) além de dar suporte ao uso conjunto de recuperação de erro por avanço e por retrocesso. A proposta deste trabalho _e acrescentar _a plataforma de desenvolvimento baseado em componentes Java Enterprise Edition (Java EE) alguns mecanismos de tolerância a falhas propostos pelo conceito de CA Action. A implementação da solução proposta foi baseada em Java, programação orientada a aspectos e no conceito de comunicação assíncrona implementada pelos componentes message-driven beans da plataforma Java Enterprise Edition. A solução foi avaliada através da construção de 2 estudos de caso: (i) uma aplicação JBoss baseada em message-driven beans e (ii) um sistema real de faturamento de energia elétrica. Desta forma, procuramos demonstrar a factibilidade de proporcionar mecanismos simples para adaptações permitindo que aplicações desta plataforma possam usufruir de mais benefícios de tolerância a falhas sem grandes modificações em seu código fonte já previamente implementado e implantado / Abstract: As software systems evolve, they should provide stronger functional and quality requirements. In the last years, many diferent approaches and tools have been proposed to guide software development process aiming to achieve higher quality levels. Component-Based Development (CBD) is one of the most accepted techniques in the academy as well as in the industry and proposes to build software systems from pre-existing reusable components and, if possible, a relative low quantity of application specific glue code. There are many CBD platforms and Java Enterprise Edition (Java EE) is one of the most popular. Fault tolerance is one of the most adopted means to build up systems that are capable of providing their intended service, even if only partially, when faults occur, so as the desired reliability levels be achieved. The Coordinated Atomic Action (CA Action) concept was proposed to provide fault tolerance in concurrent object-oriented software systems and to integrate two complementary concepts, conversations (cooperative concurrency) and transactions (competitive concurrency). It establishes a semantic for concurrent exception handling and also supports the combined use of forward and backward error recovery. This work proposes to extend the component-based development platform Java Enterprise Edition (Java EE) with some of the fault tolerance means proposed by CA Action's concept by incorporating a concurrent exception handling mechanism to the platform. The proposed solution implementation was based on Java, aspect oriented programming and on the asynchronous communication concept implemented by Java EE message-driven bean components. The solution was assessed by two case studies: (i) a JBoss application based on message-driven beans and (ii) a real billing system for electric power companies by which we try to demonstrate the feasibility of providing simple means for adapting Java Enterprise Edition applications in a way that they could appropriate more fault tolerance benefits without big changes in their previously implemented and deployed source code / Mestrado / Engenharia de Software / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Islene Calciolari Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:11:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oriani_Andre_M.pdf: 3560692 bytes, checksum: 90ac96e4274dea19b7bcaec78aa959f8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Projetistas de sistema geralmente optam por sistemas de arquivos baseados em cluster como solução de armazenamento para ambientes de computação de alto desempenho. A razão para isso é que eles provêm dados com confiabilidade, consistência e alta vazão. Porém a maioria desses sistemas de arquivos emprega uma arquitetura centralizada, o que compromete sua disponibilidade. Este trabalho foca especificamente em um exemplar de tais sistemas, o Hadoop Distributed File System (HDFS). O trabalho propõe um hot standby para o nó mestre do HDFS a fim de conferir-lhe alta disponibilidade. O hot standby é implementado por meio da (i) extensão da replicação de estado do mestre realizada por seu checkpoint helper, o Backup Node; e por meio da (ii) introdução de um mecanismo automático de failover. O passo (i) aproveitou-se da técnica de duplicação de mensagens desenvolvida por outra técnica de alta disponibilidade para o HDFS chamada Avatar Nodes. O passo (ii) empregou ZooKeeper, um serviço distribuído de coordenação. Essa estratégia resultou em mudanças de código pequenas, cerca de 0,18% do código original, o que faz a solução ser de fácil estudo e manutenção. Experimentos mostraram que o custo adicional imposto pela replicação não aumentou em mais de 11% o consumo médio de recursos pelos nós do sistema nem diminuiu a vazão de dados comparando-se com a versão original do HDFS. A transição completa para o hot standby pode tomar até 60 segundos quando sob cargas de trabalho dominadas por operações de E/S, mas menos de 0,4 segundos em cenários com predomínio de requisições de metadados. Estes resultados evidenciam que a solução desenvolvida nesse trabalho alcançou seus objetivos de produzir uma solução de alta disponibilidade para o HDFS com baixo custo e capaz de reagir a falhas em um breve espaço de tempo / Abstract: System designers generally adopt cluster-based file systems as the storage solution for high-performance computing environments. That happens because they provide data with reliability, consistency and high throughput. But most of those fie systems employ a centralized architecture which compromises their availability. This work focuses on a specimen of such systems, the Hadoop Distributed File System (HDFS). A hot standby for the master node of HDFS is proposed in order to bring high availability to the system. The hot standby was achieved by (i) extending the master's state replication performed by its checkpointer helper, the Backup Node; and by (ii) introducing an automatic failover mechanism. Step (i) took advantage of the message duplication technique developed by other high availability solution for HDFS named AvatarNodes. Step (ii) employed ZooKeeper, a distributed coordination service. That approach resulted on small code changes, around 0.18% of the original code, which makes the solution easy to understand and to maintain. Experiments showed that the overhead implied by replication did not increase the average resource consumption of system nodes by more than 11% nor did it diminish the data throughput compared to the original version of HDFS. The complete transition for the hot standby can take up to 60 seconds on workloads dominated by I/O operations, but less than 0.4 seconds when there is predominance of metadata requisitions. Those results show that the solution developed on this work achieved the goals of producing a high availability solution for the HDFS with low overhead and short reaction time to failures / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Cecília Mary Fischer Rubira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braz_Alan_M.pdf: 1903353 bytes, checksum: 9bff9aefdcc11d6d8fe46490302d6291 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os Métodos Ágeis, ou Desenvolvimento Ágil de Software (DAS), tem se popularizado, na última década, por meio de métodos como Extreme Programming (XP) e Scrum e isso fez com que fossem aplicadas no desenvolvimento de sistemas computacionais de diversos tamanhos, complexidades técnica e de domínio, e de rigor quanto à confiabilidade. Esse fato evidencia a necessidade de processos de desenvolvimento de software que sejam mais rigorosos e que possuam uma quantidade adequada de modelagem e documentação, em especial no que concerne ao projeto arquitetural, com o objetivo de garantir maior qualidade no seu resultado final. A confiabilidade pode ser alcançada adicionando elementos de tratamento de exceções às fases iniciais do processo de desenvolvimento e à reutilização de componentes. O tratamento de exceções tem sido uma técnica muito utilizada na verificação e na depuração de erros em sistemas de software. O MDCE+ é um método que auxilia a modelagem do comportamento excepcional de sistemas baseados em componentes que, por ser centrado na arquitetura, melhora a definição e a análise do fluxo de exceções entre os componentes do sistema. Este trabalho propõe uma solução para guiar o desenvolvimento de sistemas confiáveis baseados em componentes por meio da adição de práticas do MDCE+ ao Scrum, resultando no método Scrum+CE (Scrum com Comportamento Excepcional). Esse processo passa a expor os requisitos excepcionais em nível das Estórias de Usuário, adiciona testes de aceitação mais detalhados, obriga a criação do artefato de Arquitetura Inicial e adiciona um novo papel de Dono da Arquitetura. Como forma de avaliar esse método proposto, foi realizado um experimento controlado com três equipes, que desenvolveram um sistema com requisitos de confiabilidade, utilizando Scrum e Scrum+CE. Foram coletadas métricas para comparar a eficiência do novo processo e o resultado obtido, com a utilização do Scrum+CE, foi à produção de software com melhor qualidade, porém com menor número de funcionalidades / Abstract: Agile Software Development (ASD) has been on mainstream through methodologies such as Extreme Programming (XP) and Scrum in the last decade enabling them to be applied in the development of computer systems of various size, technical and domain complexity and degress of reliability. This fact highlights the need for software development processes that are accurate and have an adequate amount of modeling and documentation, especially regarding the architectural design, aiming to increase the quality of the end result. The reliability can be achieved by adding elements of exception handling at early stages of development and through components reuse. Exception handling has been a widely used technique in detecting and fixing errors in software systems. The MDCE+ is a method that assists exceptional behavior modeling at components based systems, which is architecture-centric what improves the definition and flow analysis of exceptions between system components. This paper proposes a solution to guide the development of reliable systems based on components by adding MDCE+ practices to Scrum, resulting in the Scrum+CE method (Scrum with Exceptional Behavior). This process exposes the exceptional requirements, at the User Stories level, documents acceptance tests with more details, requires the creation of a high-level architecture artifact and adds a new role of Architecture Owner. In order to evaluate this proposed method, a controlled experiment was conducted with three teams, who developed a system with reliability requirements using Scrum and Scrum+CE. We collected metrics to compare the efficiency of the new process and the result was the production of software with better quality but with less features using Scrum+CE / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Cecília Mary Fischer Rubira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:31:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NascimentoeSilva_AmandaSavio_D.pdf: 8931458 bytes, checksum: 448739042e9597c70abf120976d316b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A confiabilidade é um requisito de qualidade indispensável a muitos sistemas orientados a serviços, cada vez mais disseminados em várias atividades humanas. Composições confiáveis de serviços são formadas por um conjunto de serviços com diversidade de projetos, isto é, um conjunto de serviços funcionalmente equivalentes, ou serviços alternativos, usados para implementar técnicas de tolerância a falhas. Uma determinada técnica, como por exemplo, Recovery Blocks ou N-version Programming, pode ser mais adequada para um contexto específico de execução do que outra, dependendo dos requisitos exigidos pela aplicação, como por exemplo, desempenho. Sistemas orientados a serviços são usualmente implantados num ambiente altamente dinâmico, em que são comuns alterações nos requisitos dos clientes e flutuações na qualidade de serviços. Portanto, uma composição de serviços confiável deveria poder modificar seu próprio comportamento dinamicamente em resposta a essas mudanças. Entretanto, as soluções existentes, que usam diversidade de projetos para implementar composições confiáveis, apresentam algumas limitações: (i) não apóiam a seleção de serviços alternativos adequados que garantam que a composição realmente tolere falhas de software; (ii) em geral implementam uma única técnica de tolerância a falhas, não apoiando os requisitos diversos de clientes; e (iii) não apoiam um mecanismo autoadaptativo capaz de mudar a estratégia de tolerância a falhas em tempo de execução. Nessa tese, é apresentada uma solução baseada em linhas de produtos de software, que explora a variabilidade de software existente nas técnicas de tolerância a falhas e nas mudanças ocorridas no ambiente de execução, para a implementação de composições de serviços tolerantes a falhas e autoadaptativas. A solução encompassa: (a) um conjunto de diretrizes para investigar até que ponto serviços alternativos são realmente diversos entre si para tolerar falhas de software; (b) uma família de técnicas de tolerância a falhas para construir composições confíaveis que permite a escolha de uma técnica mais adequada para o contexto; e (c) uma infraestrutura autoadaptiva que apoia a instanciação de técnicas diferentes de tolerância a falhas como resposta a mudanças ocorridas no contexto, baseando-se no gerenciamento dinâmico de variabilidades de software. Resultados de estudos empíricos sugerem que a solução é eficiente para apoiar composições de serviços tolerantes a falhas e autoadaptativas. Direções para trabalhos futuros são apresentadas / Abstract: Nowadays, society is dependent on systems based on Service-Oriented Architecture (SOA) for its basic day-to-day functioning. As a consequence, these systems should be reliable. Fault-tolerant service compositions encompass a set of services, each with equivalent functionality yet different designs, called alternate services, that are used to implement fault tolerance techniques. A particular technique, for example, Recovery Blocks or N-version Programming, might be more suitable in a context than in another one, depending on non-functional requirements of an application, for example, performance or reliability. SOA-based applications often rely in an environment that is highly dynamic and several decisions should be postponed until runtime, where we have different stakeholders with conflicting requirements, and fluctuations in the quality of services (QoS) are recurrent. Therefore, a fault-tolerant service composition should adapt itself to meet the dynamically and widely changing context. Nevertheless, the existing diversity-based solutions for fault-tolerant service compositions present some drawbacks: (i) they do not support the selection of alternate services that in fact efficient to support a reliable service composition; (ii) they usually support only one fault tolerance technique, thus not being able to face various clients' requirements; (iii) they do not support an adaptive fault tolerance mechanism able to instantiate different fault tolerance strategies at runtime to cope with dynamic changes in the context. In this thesis, we present a solution based on software product line, which explores the variability among various software fault tolerance techniques and changes in the execution environment, to implement fault-tolerant and self-adaptive service compositions. The proposed solution encompasses: (a) a set of directives to investigate to what extent alternate services are able to tolerate software faults; (b) a family of software fault tolerance techniques to support reliable service compositions, such as the most suitable technique can be chosen according to the context; (c) a self-adaptive infrastructure to instantiate at runtime appropriate fault tolerance techniques in response to changes in the context, through dynamic management of software variability. Results from empirical studies suggest that the proposed solution is efficient to support fault-tolerant and self-adaptive service compositions. Directions for future work are also presented / Doutorado / Ciência da Computação / Doutora em Ciência da Computação

O presente trabalho consiste na proposta de um novo protocolo de transporte para redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTN - Delay Tolerant Network) chamado PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos (em inglês - DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol). Este protocolo tem o objetivo de oferecer uma confiabilidade estatística na entrega das informações em redes deste tipo. Para isso, serão utilizados Códigos Fontanais como técnica de correção de erros. Os resultados mostram as vantagens da utilização do PTTA. Este trabalho ainda propõe um mecanismo de controle da fonte adaptável para o PTTA a fim de limitar a quantidade de dados gerados pela origem (fonte). O esquema proposto almeja aumentar a diversidade das informações codificadas sem o aumento da carga na rede. Para atingir este objetivo o intervalo de geração e o TTL (Time To Live - Tempo de vida) das mensagens serão manipulados com base em algumas métricas da rede. A fim de validar a eficiência do mecanismo proposto, diferentes cenários foram testados utilizando os principais protocolos de roteamento para DTNs. Os resultados de desempenho foram obtidos levando em consideração o tamanho do buffer, o TTL das mensagens e a quantidade de informação redundante gerada na rede. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que nos cenários avaliados, o PTTA alcança um aumento na taxa de entrega das informações em um menor tempo, quando comparado com outro protocolo de transporte sem confirmação, permitindo assim um ganho de desempenho na rede. / The present work consists in the proposal of a new transport protocol for delay tolerant networks and disconnections (DTN - Delay Tolerant Network) called DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol (in portuguese – PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos). This protocol aims to provide a statistical reliability in DTNs' information delivery. For this, we use fountain codes as error correction technique. The results show the advantages of using DTTP. This work also proposes an adaptive control mechanism for the DTTP source to limit the amount of generated data. The proposed scheme aims at increasing the diversity of encoded information without increasing the load on the network. To achieve this goal the messages generation interval and TTL (Time To Live) will be handled based on some network metrics. In order to validate the efficiency of the proposed mechanism, different scenarios will be tested using the main routing protocols for DTNs. The performance results were obtained taking into account the buffer size, messages TTL and the amount of redundant information generated on the network. The simulation results, obtained through The ONE simulator, show that in the evaluated scenarios PTTA achieves an increase in the information delivery rate in a shorter time compared to other transport protocol for confirmation, thus allowing a gain in the network performance.

Esta tese apresenta um novo protocolo de roteamento voltado para as Redes Tolerantes a Atrasos que exibem comportamentos complexos e dinâmicos. O protocolo proposto chama-se Cultural GrAnt (do inglês Cultural Greedy Ant) uma vez que este utiliza um sistema híbrido composto por um Algoritmo Cultural (AC) e uma versão gulosa da meta-heurística de Otimização por Colônia de Formigas (ACO). No Cultural GrAnt, o ACO representa o espaço populacional de um AC e utiliza uma regra de transição gulosa de modo a intensificar bons caminhos já encontrados ou explorar novos caminhos através da seleção, dentre um conjunto de candidatos, dos nós encaminhadores de mensagens mais promissores. A principal motivação para o uso do ACO é tirar proveito da sua busca baseada em população de indivíduos e da adaptação da sua estrutura de aprendizado. O AC obtém informações durante o processo evolucionário e as utiliza para guiar a população e, então, acelerar o aprendizado enquanto provê soluções mais eficientes. Considerando informações de funções heurísticas, concentração de feromônio e conhecimentos armazenados no espaço de crenças do AC, o protocolo Cultural GrAnt inclui três módulos: roteamento; escalonamento; e gerenciamento de buffer. Esse é o primeiro protocolo de roteamento que emprega ACO e AC de modo a: inferir os melhores encaminhadores de mensagens através de informações oportunistas sobre a conectividade social entre os nós; determinar os melhores caminhos que uma mensagem deve seguir para eventualmente alcançar o seu destino final, enquanto limita o número de replicações e descartes de mensagens na rede; determinar a ordem de escalonamento das mensagens; e gerenciar o espaço de armazenamento do buffer dos nós. O protocolo Cultural GrAnt é comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET em dois cenários de mobilidade distintos: um modelo de movimento baseado em atividades, onde simula-se o dia-a-dia de pessoas em suas atividades de trabalho, lazer e descanso; e um modelo de movimento baseado em comunidades de pessoas. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que em ambos os cenários, o protocolo Cultural GrAnt alcança uma taxa mais alta de entrega de mensagens, uma replicação menor de mensagens e um número menor de mensagens descartadas se comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET. / This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultural GrAnt, ACO represents the population space of the cultural algorithm and uses a greedy transition rule to either exploit previously found good paths or explore new paths by selecting, among a set of candidates, the most promising message forwarders. The main motivation for using ACO is to take advantage of its population-based search and adaptive learning framework. Conversely, CA gathers information during the evolutionary process and uses it to guide the population and thus accelerate learning while providing more efficient solutions. Considering information from heuristic functions, pheromone concentration, and knowledge stored in the CA belief space, the Cultural GrAnt protocol includes three modules: routing, scheduling, and buffer management. To the best of our knowledge, this is the first routing protocol that employs both ACO and CA to infer the best message forwarders using opportunistic information about social connectivity between nodes, determine the best paths a message must follow to eventually reach its destination while limiting message replications and droppings, and perform message transmission scheduling and buffer space management. Cultural GrAnt is compared to the Epidemic and PROPHET protocols in two different mobility scenarios: an activity-based movement model, which simulates the daily lives of people in their work, leisure and rest activities; and a community-based movement model. Simulation results obtained by the ONE simulator show that, in both scenarios, Cultural GrAnt achieves a higher delivery ratio, lower message replication, and fewer dropped messages than Epidemic and PROPHET.

O presente trabalho consiste na proposta de um novo protocolo de transporte para redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTN - Delay Tolerant Network) chamado PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos (em inglês - DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol). Este protocolo tem o objetivo de oferecer uma confiabilidade estatística na entrega das informações em redes deste tipo. Para isso, serão utilizados Códigos Fontanais como técnica de correção de erros. Os resultados mostram as vantagens da utilização do PTTA. Este trabalho ainda propõe um mecanismo de controle da fonte adaptável para o PTTA a fim de limitar a quantidade de dados gerados pela origem (fonte). O esquema proposto almeja aumentar a diversidade das informações codificadas sem o aumento da carga na rede. Para atingir este objetivo o intervalo de geração e o TTL (Time To Live - Tempo de vida) das mensagens serão manipulados com base em algumas métricas da rede. A fim de validar a eficiência do mecanismo proposto, diferentes cenários foram testados utilizando os principais protocolos de roteamento para DTNs. Os resultados de desempenho foram obtidos levando em consideração o tamanho do buffer, o TTL das mensagens e a quantidade de informação redundante gerada na rede. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que nos cenários avaliados, o PTTA alcança um aumento na taxa de entrega das informações em um menor tempo, quando comparado com outro protocolo de transporte sem confirmação, permitindo assim um ganho de desempenho na rede. / The present work consists in the proposal of a new transport protocol for delay tolerant networks and disconnections (DTN - Delay Tolerant Network) called DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol (in portuguese – PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos). This protocol aims to provide a statistical reliability in DTNs' information delivery. For this, we use fountain codes as error correction technique. The results show the advantages of using DTTP. This work also proposes an adaptive control mechanism for the DTTP source to limit the amount of generated data. The proposed scheme aims at increasing the diversity of encoded information without increasing the load on the network. To achieve this goal the messages generation interval and TTL (Time To Live) will be handled based on some network metrics. In order to validate the efficiency of the proposed mechanism, different scenarios will be tested using the main routing protocols for DTNs. The performance results were obtained taking into account the buffer size, messages TTL and the amount of redundant information generated on the network. The simulation results, obtained through The ONE simulator, show that in the evaluated scenarios PTTA achieves an increase in the information delivery rate in a shorter time compared to other transport protocol for confirmation, thus allowing a gain in the network performance.