Submitted by Marcio Filho (marcio.kleber@ufba.br) on 2017-06-09T12:32:23Z No. of bitstreams: 1 MestradoPaulRegnier.pdf: 1360286 bytes, checksum: 1fce559f768969919812613818682ff5 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-12T15:27:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MestradoPaulRegnier.pdf: 1360286 bytes, checksum: 1fce559f768969919812613818682ff5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-12T15:27:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MestradoPaulRegnier.pdf: 1360286 bytes, checksum: 1fce559f768969919812613818682ff5 (MD5) / Este trabalho apresenta um protocolo que torna o uso compartilhado de Ethernet eficiente para dar suporte aos sistemas de tempo real modernos. O protocolo foi especificado formalmente e sua correção foi atestada automaticamente através de um verificador de modelo. Em seguida, um protótipo foi realizado numa plataforma operacional de tempo real. Os resultados experimentais confirmaram a capacidade do protocolo em atender os objetivos definidos na sua proposta. As aplicações que podem se beneficiar deste protocolo são principalmente aquelas compostas de dispositivos heterogêneos e distribuídos que têm restrições temporais de natureza críticas e não-críticas. Utilizando o protocolo proposto, tais sistemas podem utilizar o mesmo barramento Ethernet de forma eficiente e previsível. A utilização do barramento é otimizada através da alocação apropriada da banda disponível para os dois tipos de comunicação. Além disso, o protocolo, compatível com os dispositivos Ethernet comuns, define um controle descentralizado do acesso ao meio que garante flexibilidade e confiabilidade à comunicação.

Made available in DSpace on 2015-06-17T02:04:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000470587-Texto+Completo-0.pdf: 6163395 bytes, checksum: b88f0389d39c7cc7f197b32966e6fe29 (MD5) Previous issue date: 2015 / The continuous development of the transistor technology has enabled hundreds of processors to work interconnected by a NoC (network-on-chip). Nanotechnology has enabled the development of complex systems, however, fault vulnerability also increased. The literature presents partial solutions for fault tolerance issues, targeting parts of the system. An important gap in the literature is an integrated method from the router-level fault detection to the correct execution of applications in the MPSoC. The main goal of this dissertation is to present a fault-tolerant method from the physical layer to the transport layer. The MPSoC is modeled at the RTL level using VHDL. This work proposes fault tolerance techniques applied to intra-chip networks. Related work on fault tolerance at a systemic level, router level, link level and routing algorithms are studied. This work presents the research and development of two techniques: (i) protocols to enable the correct communication between task with partial degradation of the link enabling the router to operate even with faulted physical channels; (ii) test recovery method and of the router. This Dissertation considers permanent and transient faults. The HeMPS platform is the reference platform to evaluate the proposed techniques, together with a fault injection campaign where up to five random failures were injected simultaneously at each simulated scenario. Two applications were used to evaluate the proposed techniques, MPEG encoder and a synthetic application, resulting in 2,000 simulated scenarios. The results demonstrated the effectiveness of the proposal, with most scenarios running correctly with routers operating in degraded mode, with an impact on the execution time below 1%, with a router area overhead around 30%. / O contínuo desenvolvimento na tecnologia de transistores possibilitou que centenas de processadores trabalhassem interconectados por NoCs (network-on-chip). A nanotecnologia permitiu o desenvolvimento de complexos sistemas, porém a vulnerabilidade a falhas também aumentou. A literatura apresenta soluções parciais para o tema de tolerância a falhas, tendo como alvo partes do sistema. Uma importante lacuna na literatura é um método integrado para detecção de falhas do nível do roteador até a correta execução das aplicações em MPSoC reais. O objetivo principal desta dissertação é apresentar um método com tolerância a falhas da camada física até a camada de transporte. O MPSoC é modelado em nível de RTL, usando VHDL.O presente trabalho propõe técnicas de tolerância a falhas aplicadas a redes intrachip. São estudadas técnicas de tolerância a falhas em nível sistêmico, nível do roteador, nível de enlace e algoritmos de roteamento tolerante a falhas. Este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de duas técnicas: (i) protocolos para permitir a correta transmissão dos dados com degradação parcial do enlace, de forma a permitir que o roteador opere mesmo com canais físicos falhos; (ii) método de teste e recuperação do roteador. O modelo de falhas utilizado nesta Dissertação é de falhas permanentes e transientes. Para avaliar as técnicas propostas, foi utilizada a plataforma HeMPS, juntamente com uma campanha de injeção de falhas onde até cinco falhas aleatórias foram injetadas nos canais de comunicação entre os roteadores simultaneamente em cada cenário. Foram utilizadas duas aplicações para avaliar as técnicas: codificador MPEG e uma aplicação sintética, com um total de 2,000 cenários simulados. Os resultados demonstram a efetividade da proposta, com a maioria dos cenários executando corretamente com roteadores operando em modo degradado, com um impacto no tempo de execução abaixo de 1% e um aumente do área de 30% no roteador.

Made available in DSpace on 2015-11-20T01:15:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000476244-Texto+Completo-0.pdf: 569 bytes, checksum: 79838a20b7c104bffe3bdf660f64ba28 (MD5) Previous issue date: 2015 / Programming multi-robot autonomous systems can be extremely complex without appropriate software development techniques to abstract hardware faults, as well as can be hard to deal with the complexity of software required the coordinated autonomous behavior. Real environments are dynamic and unexpected events may occur, leading a robot to unforeseen situations or even fault situations. This work presents a method of integration of Jason multi-agent system into ROS robotic framework. Through this integration, can be easier to describe complex missions by using Jason agent language and its resources, as well as abstracting hardware details from the decision-taken process. Moreover, software modules related to the hardware control and modules which have a high CPU cost are separated from the planning and decision-taken process in software layers, allowing plan and software modules reuse in different missions and robots. Through this integration, Jason resources such as plans reconsideration and contingency plans can be used in a way where they can enable the robot to reconsider its actions and strategies in order to reach its goals or to take actions to deal with unforeseen situations due the environment unpredictability or even some robot hardware fault. The presented integration method also allows the cooperation between multiple robots through a standardized language of communication between agents. The proposed method is validated by a case study applied in real robots where a robot can detect a fault in its hardware and diagnose it through the help of another robot, in a highly abstract method of cooperative diagnosis. / A programação de sistemas autônomos multi-robô pode ser extremamente complexa sem o uso de técnicas de desenvolvimento de software apropriadas à abstração de características de hardware, assim como pode ser difícil lidar com a complexidade de software necessária ao comportamento autônomo coordenado. Ambientes reais são dinâmicos e eventos inesperados podem ocorrer, levando um robô a situações não previstas ou até mesmo situações de falha. Este trabalho apresenta um método de integração do sistema multi-agente Jason com o framework robótico ROS. Através desta integração, missões complexas podem ser mais facilmete descritas tendo em vista o uso da linguagem de agentes e seus recursos, bem como a abstração de detalhes de hardware do processo de tomada de decisão. Além disso, módulos de software vinculados ao controle do hardware e módulos com alto consumo de recurso de CPU são separados das rotinas de planejamento e tomada de decisão através de camadas de software, possibilitando o reuso de planos e módulos de software em diferentes missões e robôs. Através desta integração, recursos do sistema multi-agente, tais como a reconsideração de planos e planos de contingência, podem ser utilizados de forma a permitir que o robô reavalie suas ações e estratégias a fim de atingir seus objetivos ou tome ações de forma a lidar com situações imprevistas diante da dinamicidade do ambiente ou quando falhas são detectadas no hardware do robô. A integração permite ainda a cooperação entre múltiplos robôs através de uma linguagem de comunicação padronizada entre agentes. O método proposto é validado através de um estudo de caso aplicado a robôs reais onde um robô pode detectar falhas em seu hardware e diagnosticá-las através da ajuda de outro robô, em um método cooperativo de diagnóstico altamente abstrato.

Made available in DSpace on 2015-05-05T02:01:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000467903-Texto+Completo-0.pdf: 2071415 bytes, checksum: 7b9c07b7d2604d46d4b4ea8d6c7bbfac (MD5) Previous issue date: 2015 / Fault tolerance has become an important mean to achieve high availability in computational systems. However, building fault tolerant architectures is not a trivial task. Reflection in Meta-level architectures has been used for years as a mean for implementation of nonfunctional requirements. In this way it is possible to have a clear separation of its implementation from the implementation of the business logic itself (functional requirements) in layers or levels. These levels have become known, respectively, as base-level and metalevel and are regularly used in nowadays systems’ architecture since they bring several benefits such as increased reuse and reduced complexity, furthermore, they provide better responsibilities separation among systems’ components. On the other hand, if the meta-level is a useful architecture artifice there is still the need to build the meta-level components that intend to handle fault tolerance in application’s services, the components need to be implemented and integrated to the system’s architecture, which involves some development effort and complexity. This work presents a proposal to build, automatically and in runtime, the meta-level components for fault tolerance handling in application’s services. More precisely, it intends to propose a framework – named JFault – which using reflection and dynamic compilation will leverage those requirements transparently and with minor changes in the system. The framework is implemented in Java, language that supports both reflection and dynamic compilation, but could be built in any programming language that supports such APIs. / Tolerância a falhas tornou-se um importante meio para se garantir alta disponibilidade de sistemas computacionais. No entanto, a construção de arquiteturas tolerantes a falhas não é uma tarefa trivial. Reflexão em arquiteturas de meta-nível tem sido usada há anos como um meio para implementação de requisitos não-funcionais. Dessa forma é possível ter uma separação clara e em níveis entre a implementação da lógica de negócios do sistema (requisitos funcionais) e as relacionadas ao uso da aplicação em termos de desempenho, usabilidade, segurança, disponibilidade, etc (não funcionais). Estes níveis se tornaram conhecidos na literatura, respectivamente, como nível-base e meta-nível e são frequentemente utilizados em sistemas hoje em dia visto que trazem vários benefícios como aumento de reuso de código e redução de acoplamento entre os elementos da arquitetura, além de trazer uma melhor divisão de responsabilidades entre os componentes do sistema. Por outro lado, se as arquiteturas de meta-nível se tornaram um artifício útil, existe a necessidade de se implementar os componentes de meta-nível responsáveis pela criação de serviços tolerantes a falhas, o que envolve esforço de desenvolvimento, adaptações no sistema e geralmente adiciona certa complexidade à arquitetura. Este trabalho apresenta uma proposta de construir, de forma automática e em tempo de execução, os componentes de meta-nível para tolerância a falhas em serviços de aplicações. Mais precisamente, pretende propor um framework – chamado JFault - que usando reflexão e compilação dinâmica se propõe a preencher esse requisito de forma transparente e com pequenas alterações no sistema. O framework é implementado em Java, linguagem que suporta tanto reflexão como compilação dinâmica, mas poderia ser construído em qualquer linguagem de programação que suporta tais APIs.

Os sistemas paralelos são importantes pois permitem concentrar recursos computacionais como processadores, memórias e dispositivos de E/S para solucionar problemas computacionais que necessitam de uma grande quantidade destes mesmos recursos e em um tempo de execução aceitável. Tradicionalmente, o tempo, a capacidade e o custo do processamento para se resolver estes problemas computacionais utilizando-se aplicações seqüênciais podem ser proibitivos e isto acaba criando um contexto propício para se utilizar aplicações paralelas. Em razão de ser composto por muitas partes, um sistema distribuído está sujeito a falhas em seu subsistema de comunicação, em seus processadores, em suas aplicações entre outros componentes. Desta maneira, as aplicações paralelas, ao utilizarem os sistemas distribuídos, têm suas partes executadas em paralelo pelos recursos distribuídos. Em razão de cada um destes recursos ser um possível ponto de falha, as aplicações paralelas acabam por tornarem-se mais susceptíveis à ocorrência de falhas e, conseqüentemente, à interrupção de suas execuções. Quando estas aplicações paralelas são interrompidas, todo o processamento realizado e o tempo gasto para tal são desperdiçados, pois as aplicações devem ser reinicializadas. Para minimizar estes desperdícios de tempo e processamento é apresentado neste trabalho um ambiente de monitoramento e execução que fornece mecanismos para se detectar falhas da classe fail stop em aplicações paralelas executas em ambientes distribuídos ou centralizados. O ambiente em questão é denominado de AMTF (Ambiente de Monitoramento Tolerante a Falhas). O ambiente AMTF utiliza as técnicas de checkpointing/restart para armazenar e recuperar os estados dos processos e de heartbeat para verificar a continuidade de execução destes mesmos processos. Juntamente com o ambiente AMTF é disponibilizada uma biblioteca a ser utilizada pelo desenvolvedor de aplicações paralelas, sendo que a mesma oferece a liberdade de se indicar no código-fonte da aplicação o ponto e o momento que se deseja que o contexto da aplicação seja armazenado para uma possível recuperação além de sua periodicidade para os registros automáticos.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:54:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6424_1.pdf: 13803031 bytes, checksum: 6040cdc1997e59c9d7710625c1551127 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Nos dias atuais, observamos o vertiginoso avanço da tecnologia e a dependência cada vez maior da sociedade nos sistemas de computação. O uso massivo de dispositivos computadorizados, fixos e móveis, dentro de um conceito de computação ubíqua, e a crescente pervasividade das redes de computadores e serviços, têm tornado os sistemas extremamente complexos e dinâmicos. Esta complexidade vem aumentando a cada dia, a medida que os computadores têm se tornado menores, mais baratos e com maior capacidade de processamento. Hoje eles estão presentes não apenas em grande parte dos objetos da vida diária, como aparelhos celulares, laptops e desktops, como também nos sistemas de telecomunicações, nos meios de transporte, nos equipamentos hospitalares, e na maior parte das atividades. Enquanto razões econômicas forçam o desenvolvimento de novos sistemas computacionais, com um número cada vez maior de facilidades, razões de qualidade impõem a necessidade de que sejam evitados maus funcionamentos desses sistemas. As conseqüências das paralisações dos sistemas computacionais podem variar desde simples inconveniências, a perda de vidas humanas ou prejuízos materiais, o que motiva o desenvolvimento de metodologias para a avaliação da dependabilidade, ou segurança de funcionamento, desses sistemas. Devido ao comportamento aleatório de grande parte das falhas, técnicas de modelagem de dependabilidade por meio de avaliação analítica ou simulação estocástica têm provado ser uma solução útil e versátil em todas as fases do ciclo de vida de um sistema, desde a fase de projeto, na escolha da solução que melhor satisfaça aos requisitos de dependabilidade propostos, até a fase operacional, na detecção de gargalos que impeçam os sistemas de atingir tais requisitos. Esta Tese propõe o desenvolvimento de uma metodologia que possibilite a modelagem, o refinamento e a avaliação de sistemas dependáveis com a utilização de mecanismos de tolerância a falhas, através de um método híbrido baseado em redes de Petri estocásticas determinísticas estendidas (EDSPN) e diagramas de blocos, de um modo flexível, expansível e passível de automação. A metodologia proposta é executada em 5 diferentes níveis hierárquicos. Os dois primeiros níveis hierárquicos lidam com os diagramas de blocos e com os mecanismos de tolerância a falhas a serem introduzidos. O terceiro nível hierárquico, formado por redes de Petri de alto nível, define como será a interligação das redes de Petri, que representa a configuração dos blocos no diagrama de sistema dependável, na configuração final. No quarto nível hierárquico, o comportamento de cada bloco é modelado por meio de EDSPN, o qual gera expressões numéricas ou analíticas dos atributos de confiabilidade, disponibilidade e segurança. Finalmente, as expressões obtidas são utilizadas em um modelo dependável e parametrizado (MDP), de acordo com a configuração definida no terceiro nível, para obtenção das estimativas de dependabilidade do sistema como um todo. A metodologia proposta, além de ser passível de automação, objetiva ocultar a complexidade matemática envolvida e reduzir a possibilidade de explosão de estados. Para tornar os modelos EDSPN e MDP mais eficientes, uma biblioteca de modelos foi criada. Um mesmo modelo, com o auxílio de diferentes parâmetros de configuração, pode assumir diferentes mecanismos de tolerância a falhas, o que torna a metodologia flexível, assim como, um mesmo modelo, com o auxílio de parâmetros estruturais, pode assumir diferentes níveis de redundância em um mesmo mecanismo tolerante a falhas, o que torna a metodologia expansível

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:54:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7293_1.pdf: 1302559 bytes, checksum: 5c29fcb5cfb2253f5a91930260887780 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Um sistema distribuído pode ser definido como um conjunto de processos que se comunicam através de canais de comunicação. Modelos para sistemas distribuídos determinam características do funcionamento destes sistemas, em especial com relação a aspectos temporais e de confiabilidade. O resultado da impossibilidade de se obter o consenso nos sistemas distribuídos assíncronos (modelo assíncrono), tolerando falhas, mesmo que apenas um processo possa falhar de forma silenciosa, estimulou o desenvolvimento de diversos modelos parcialmente síncronos de sistemas distribuídos. Estes modelos assumem algumas características síncronas, com o objetivo de evitar esta impossibilidade. Por outro lado, as novas arquiteturas para prover extit{QoS} são utilizadas para construir ambientes de execução híbridos, nos quais é possível fornecer serviços de comunicação com características síncronas para alguns canais de comunicação. O desafio que se apresenta é o de desenvolver um modelo para sistemas distribuídos adequado a executar em um ambiente equipado com arquiteturas para prover extit{QoS}. Este modelo deve considerar os aspectos síncronos e assíncronos do ambiente de execução, e ser adaptável às alterações dinâmicas que são características de arquiteturas para prover extit{QoS}. Nós respondemos a este desafio apresentando um novo modelo híbrido e adaptativo para sistemas distribuídos parcialmente síncronos, que é adaptável a alterações no estado do ambiente de execução, comuns em ambientes de execução com extit{QoS} cite{modelo,dsn2002,wtdladc2003,wtf2004,tecreportmodelo,sbrc2005}. Este modelo é híbrido ao assumir a coexistência de processos com características síncronas e assíncronas. O modelo apresentado também permite que os processos alterem o seu estado dinamicamente, sem prejuízo para a consistência dos sistemas em execução. Foi desenvolvida uma implementação do modelo proposto baseada em um ambiente de execução com extit{QoS}. Para viabilizar a execução desta implementação, foi desenvolvida uma infra-estrutura de comunicação, a qual denominamos QoS Provider, (QoSP), cujo objetivo principal é gerar uma interface padrão entre o nosso modelo e arquiteturas para prover extit{QoS} existentes. Um novo protocolo de consenso para o modelo de sistemas distribuídos proposto é apresentado nesta tese. Este protocolo de consenso apresenta resultados ótimos com relação à tolerância a falhas em sistemas parcialmente síncronos (tolera $f < n$ falhas de processos em algumas situações), e a complexidade (apresenta um limite inferior de dois passos de comunicação, resultado mínimo para o consenso em sistemas parcialmente síncronos). Foram realizados experimentos com o consenso, que comprovaram o bom desempenho deste protocolo, associado a uma tolerância a falhas ajustada ao nível de sincronismo representado no modelo

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4981_1.pdf: 2017051 bytes, checksum: 7e487a5678737f75d7545527f97ee473 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2002 / Sistemas de computação vêm sendo mais empregados a cada dia, atingindo um maior número de usuários, que passam a depender mais fortemente do desempenho desses sistemas. À medida que mais pessoas são beneficiadas pelas máquinas, maior pode ser o prejuízo causado por problemas ocorridos no funcionamento destas. Dessa forma, torna-se necessária a utilização de mecanismos para lidar com os problemas que potencialmente possam afetar o bom funcionamento dos sistemas. Tolerância a falhas é um desses mecanismos. Assim como os computadores pessoais, os sistemas embutidos também têm se tornado mais utilizados nos últimos anos, afetando cada vez mais pessoas. Desde terminais bancários de caixas eletrônicos a aparelhos eletrodomésticos, diariamente as pessoas são beneficiadas pelos serviços que esse tipo de sistema oferece. Desse modo, os sistemas embutidos devem oferecer confiabilidade no seu funcionamento, evitando o prejuízo das pessoas que utilizam os sistemas e dependem deles. Apesar de metodologias para projeto de sistemas embutidos estarem sendo desenvolvidas, nota-se que a aplicação de tolerância a falhas nos sistemas ainda é realizada de forma intuitiva e manual. Com o avanço e a fundamentação das técnicas de tolerância a falhas, essa aplicação tem a tendência de se tornar também mais automatizada e sistemática. O trabalho tem como objetivo apresentar um método de auxílio no desenvolvimento de sistemas embutidos tolerantes a falhas. A abordagem escolhida foi a implementação da ferramenta ToleranSE - Tolerância a Falhas em Sistemas Embutidos - que visa a inserção automática de técnicas de tolerância a falhas na especificação desses sistemas. Com isso, pretende-se mostrar a viabilidade de utilização de métodos automatizados na implementação de mecanismos de tolerância a falhas no desenvolvimento de sistemas embutidos

Durante o desenvolvimento deste trabalho é apresentada a utilização de uma planta tipicamente industrial em procedimentos de modelagem, identificação, detecção de falhas e controle tolerante. Um breve estado da arte é realizado, classificando as técnicas de detecção em 2 grupos com 3 subdivisões. Estes são percentualmente classificados com base em uma amostragem de artigos extraídos do portal CAPES, mostrando uma tendência entre as técnicas. Em seguida esta planta industrial é modelada de modo que técnicas baseadas em modelo possam ser aplicadas. Esta modelagem utilizou de abordagens com estruturas paramétrica linear, não-linear, não-paramétrica e da utilização de curvas características. Com um modelo bastante razoável as técnicas de detecção puderam ser testadas. Inicialmente tratou-se do problema por causalidade de eventos, o que não mostrou-se ideal pois o modelo não pode ser tratado facilmente por eventos, mostrando a importância da escolha da técnica. A presença de invariantes possibilitou a criação de um detector de falhas baseado no conhecimento do processo. Este foi testado em uma malha fechada por um PI projetado em uma aula de laboratório lecionada no ITA. Outro controlador foi implementado para testar a mesma técnica, o Preditivo baseado em Modelo. Deste modo foi possível analisar o detector em uma malha com atuadores cooperativos na presença de falhas múltiplas.

Restrições terminais são tipicamente empregadas em formulações de controle preditivo (Model-based Predictive Control, MPC) para garantia de estabilidade em malha fechada. Contudo, tal garantia é perdida caso o problema de otimização associado não seja factível no instante inicial ou deixe de ser factível devido, por exemplo, à ocorrência de falhas. Neste trabalho, foram investigadas potenciais vantagens de se utilizar uma abordagem de gerenciamento de referência como forma de tratar problemas de não-factibilidade. A abordagem proposta envolve a parametrização do conjunto invariante utilizado como restrição terminal na lei de controle em termos dos valores de equilíbrio dos estados e controles, bem como das restrições sobre as entradas. As leis de controle desenvolvidas foram aplicadas ao modelo de um helicóptero de laboratório por meio de simulações em ambiente Matlab. O principal aspecto investigado foi a tolerância a falhas de atuador, modeladas como alterações de ganho e de limites de excursão do sinal de controle.