Este trabalho contempla o estudo de algoritmos criptográficos para assegurar a comunicação entre sistemas embarcados críticos tendo em vista o grande crescimento na utilização e disseminação desse tipo de sistema, bem como a alta necessidade em se assegurar as informações que são enviadas e recebidas. Um dos desafios a serem contemplados é o estudo e a avaliação do impacto no desempenho desses sistemas, levando em consideração limitações de recursos inerentes a esta plataforma e a criticidade da comunicação em sistemas de tempo real. Os experimentos realizados são de cunho prático por meio de um protótipo implementado em kits Gumstix Overo EVM. Os resultados avaliam os principais algoritmos de criptografia, provendo informações que podem auxiliar na escolha de uma solução criptográfica própria para ambientes embarcados / This research includes the study of cryptographic algorithms to ensure communication among critical embedded systems, considering the large growth of application and dissemination of this type of system, as well as the high necessity to ensure the security of information that is exchanged. One of the challenges to be addressed is the study and evaluation of the performance impact in these systems, considering resource constraints inherent to the platform and the criticality of the communication in real-time systems. The experiments are of practical lead through a prototype implemented in Gumstix Overo EVM kits. The results evaluate the main encryption algorithms, providing information that may help in choosing a cryptographic solution suitable for embedded environments

Este trabalho se inicia com uma discussão sobre as principais características dos Sistemas de Arquivos Distribuídos, ou seja, espaço de nomes, localização, cache, consistência, replicação, disponibilidade, escalabilidade, heterogeneidade, tolerância a falhas e segurança. Analisamos diversos sistemas de arquivos existentes quanto a estas características dando especial atenção aos sistemas NFS, Andrew, Coda, Sprite, Zebra, Harp, Frolic e Echo. Descrevemos alguns modelos analíticos para o comportamento de sistemas de arquivos distribuídos e, em seguida, apresentamos um novo modelo para sistemas baseados em leases - um mecanismo para a garantia de consistência em sistemas distribuídos. Finalmente, descrevemos a nossa implementação do sistema de arquivos distribuído SODA - que utiliza leases - apresentando dados sobre o seu desempenho. / We begin with a discussion of some of the main characteristics of Distributed File Systems, namely locality, name space, cache, consistency, replication, availability, scalability, heterogeneity, fault tolerance and security. We analyze several file systems based on these characteristics. We focus mainly on NFS, Andrew, Coda, Sprite, Zebra, Harp, Frolic, and Echo. We then describe some analytical models of the behavior of distributed file systems. After that we present a new model of systems based on leases - a mechanism to assure consistency on a distributed system. Finally we describe our implementation of the SODA distributed file system - which uses leases - presenting some results on its performance.

Este trabalho apresenta a implementação e a utilização da migração de processos SPMD (Single Program Multiple Data), a qual realiza somente a transferência dos dados, que estão sendo manipulados pelo processo, para realizar a migração. Seu principal objetivo foi o estudo do impacto do balanceamento de carga no desempenho de aplicações, desenvolvidas utilizando o modelo de programação SPMD. Depois de realizados testes com aplicações SPMD reais, em sistemas computacionais distribuídos utilizando a migração de processos SPMD, foi possível verificar que ganhos de desempenho podem ser alcançados, tanto na migração de processos quanto no tempo de execução de aplicações paralelas SPMD. / This research presents the implementation and use of the SPMD (Single Program Multiple Data) process migration, which only does the transference of the data that are being used by the process, to perform the process migration. Its main objective was the study of the load balancing impact in the performance of applications developed using the SPMD programming model. After performing the tests with real SPMD applications, in distributed computational systems using the SPMD process migration, it was achieved good performance gains, both in the process migration and in the time execution of applications SPMD parallel applications.

Sistemas de controle distribuídos cujas malhas são fechadas através de uma rede de comunicação são chamados de sistemas de controle distribuídos em redes de comunicação (NCS - Networked Control System). Este tipo de arquitetura permite a divisão do sistema de controle em módulos interconectados através da rede de comunicação, proporcionando a divisão do processamento, a redução de custo e de peso, além de facilitar o diagnóstico e manutenção do sistema e de aumentar a sua exibilidade e agilidade; e por isso seu emprego na indústria está se tornando comum (e.g., y-by-wire e drive-by-wire). Porém, a distribuição do processamento e a inserção de uma rede de comunicação aumenta a complexidade da análise e do projeto deste tipo de sistema. Um dos fatores que contribui para esse aumento da complexidade é a presença de atrasos aleatórios nos sinais de controle, causados pela dinâmica do sistema computacional (conjunto de hardware e software) que serve como plataforma para implementação do sistema de controle digital. Este trabalho faz um estudo sobre este tipo de sistema sob a perspectiva destes sinais com atrasos. Para isso, faz-se uso dos toolboxes para MATLAB: TrueTime e Jitterbug. Através destas ferramentas, mostra-se a existência de uma relação de compromisso entre o desempenho do controle e o desempenho do sistema computacional. Através deste estudo, é proposto uma solução de um sistema de controle do tipo NCS para um ROV (do inglês Remotely Operated Vehicle), modelado através de 6 equações diferenciais desacopladas não-lineares. Este tipo de veículo tem uma relevância econômica significativa para o Brasil, visto que é utilizado em operações de manutenção e instalação de plataformas de extração do petróleo que está depositado em profundidades que variam de mil a 2 mil metros. Para este NCS proposto, são utilizados controladores do tipo PI com estrutura feedback-feedfoward cujos parâmetros de projeto são obtidos em função dos atrasos inseridos pelo sistema computacional. / Distributed control systems wherein the control loops are closed through a communication network are called Networked Control Systems (NCSs). This type of architecture allows the control systems division into modules interconnected through the communication network, providing the processing division, reduction of cost and weight, and facilitates the systems diagnosis and maintenance, and increases their exibility and agility. Therefore its use in industry is becoming common (eg, y-by-wire and drive-by-wire). However, the processing distribution and the communication network insertion increase the system analysis and design complexity. One of the factors that contributes to this increased complexity is the presence of random time delays, caused by the dynamics of the computer system (set of hardware and software) used as a platform for digital control system implementation. This work deals with the networked control systems under these random time delays view. For this, it is used two MATLAB toolboxes: Jitterbug and TrueTime. With these tools, it is shown the existence of a relationship between the performance of control and performance of computer system. With this study, it proposed a solution of a NCS for a ROV (Vehicle Operated Remotely), modeled by 6 differential nonlinear decoupled equations. This type of vehicle has a significant economic relevance for Brazil, as it is used in maintenance and installation of platforms for oil extraction deposited at depths ranging from thousand to 2 thousand meters. For this proposed NCS are adopted PI controllers with feedfoward-feedback structure whose parameters design are given in terms of delay inserted by the computer system.

Neste trabalho, estuda-se o sistema de controle distribuído de um veículo submarino não tripulado, assumindo-se um sistema com recursos computacionais limitados. A princípio, são discutidos as fontes e os efeitos dos atrasos de tempo introduzidos pela escassez de recursos. Após o detalhamento da modelagem do veículo LAURS, compara-se o desempenho de alguns compensadores de atraso encontrados na literatura. Para isso, um simulador do sistema de controle do veículo LAURS é desenvolvido com o auxílio de uma ferramenta para Matlab que permite simular os aspectos temporais de um sistema limitado. A partir dos resultados das simulações, incluindo-se o estudo de um cenário, conclue-se que embora os compensadores de atraso melhorem o desempenho do sistema de controle, o custo reduzido de um sistema computacional limitado não justifica a incerteza de desempenho que uma aplicação crítica, como é o caso do veículo submarino não tripulado, apresentará. O resultado das simulações é validado estatisticamente. / This work studies the networked control system of the unmanned underwater vehicle LAURS considering a resource-constrained computer system. At first, delays sources and effects are discussed. The LAURS model is obtained and used for comparison of delay compensation strategies found in the literature. A simulator for the LAURS control system is developed with the aid of a Matlab Toolbox that emulates timing aspects of the limited operating system and network. Considering the simulation results, including a case scenario, it is argued that despite improving performance, the control system with delay compensation strategies remains unpredictable and prone to fail. Therefore, it is not recommended for critical systems such as the unmanned vehicle LAURS, even with the reduced costs of a resource-constrained computer system. The simulation results are statistically validated.

Orientador: Maurício Ferreira Magalhães / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villaca_RodolfodaSilva_D.pdf: 2446951 bytes, checksum: c6d907cab0de18a43fe707cae0e827a4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, a quantidade de dados disponíveis na Internet supera a casa dos Zettabytes (ZB), definindo um cenário conhecido na literatura como Big Data. Embora as soluções de banco de dados tradicionais sejam eficientes na busca e recuperação de um conteúdo específico e exato, elas são ineficientes nesse cenário de Big Data, visto que não foram projetadas para isso. Outra dificuldade é que esses dados são essencialmente não-estruturados e encontram-se diluídos em toda a vastidão da Internet. Desta forma, novas soluções de infraestruturas de bancos de dados são necessárias de modo a suportar a busca e recuperação de dados similares de maneira não exata, configurando-se a busca por similaridade, isto é, busca por grupos de dados que compartilham entre si alguma semelhança. Nesse cenário, a proposta desta tese é explorar a similaridade de Hamming existente entre identificadores de objetos gerados através da função Random Hyperplane Hashing. Essa característica presente nesses identificadores servirá de base para propostas de infra-estruturas distribuídas de armazenamento de dados capazes de suportar eficientemente a busca por similaridade. Nesta tese serão apresentadas a Hamming DHT, uma solução P2P baseada em redes sobrepostas, e o HCube, uma solução baseada em servidores para Data Center. As avaliações de ambas as soluções são apresentadas e mostram que elas são capazes de reduzir as distâncias entre conteúdos similares em ambientes distribuídos, o que contribui para o aumento da cobertura em cenários de busca por similaridade / Abstract: Nowadays, the amount of data available on the Internet is over Zettabytes (ZB). Such condition defines a scenario known in the literature as Big Data. Although traditional database solutions are very efficient for finding and retrieving a specific content, they are inefficient on Big Data scenario, since the great majority of such data is unstructured and scattered across the Internet. In this way, new databases are required in order to support queries capable of finding and recovering similar datasets, i.e., retrieving groups of data that share a common meaning. In order to handle such challenging scenario, the proposal in this thesis is to explore the Hamming similarity existent between content identifiers that are generated using the Random Hyperplane Hashing function. Such identifiers provide the basis for building distributed infrastructures that facilitate the similarity search. In this thesis, we present two different approaches: a P2P solution named Hamming DHT, and a Data Center solution named HCube. Evaluations of both solutions are presented and indicate that such solutions are capable of reducing the distance between similar content, improving the recall in a similarity search / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Sistemas distribuídos têm se mostrado altamente heterogêneos e dinâmicos, mudanças acontecem constantemente e rapidamente. Uma abordagem largamente adotada no desenvolvimentode sistemas distribuídos é a do desenvolvimento baseado em componentes, que permite desenvolver softwares flexíveis através da composição de componentes individuais.Mas, com a grande diversidade de modelos de componentes, cada modelo possui sua especificidade de desenvolvimento e nativamente estes não possuem interoperabilidade. O desenvolvimento de métodos de comunicação remota e o deployment distribuído são tarefas difíceis que contribuem no aumento da complexidade. Considerando toda essa complexidade, os esforços destinados ao desenvolvimento de código técnico para sistemas distribuídos são obstáculos que desencorajam desenvolvedores. Neste cenário apresentamos o HighFrame - uma solução integrada para desenvolvimento em alto nível e deployment automático que tem como propósito reduzir a complexidade do desenvolvimento de sistemas distribuídos baseados em componentes heterogêneos. Com esta solução o desenvolvedor mantém o foco de desenvolvimento no negócio da aplicação. Ele utiliza anotações e um planejador gráfico para definir componentes e a arquitetura do sistema distribuído. O HighFrame desempenha o processo de deployment automaticamente e abstrai do desenvolvedor a complexidade de modelos de componentes, métodos de comunicação remota e interoperabilidade entre componentes heterogêneos.

Este trabalho apresenta uma ferramenta de apoio ao desenvolvimento de aplicações distribuídas, baseadas em RPCs, para o ambiente Windows 95. Discute, ainda, algumas aplicações construídas para validar o sistema, as quais seguem o paradigma cliente-servidor. É feita uma revisão bibliográfica dos assuntos mais relevantes relacionados ao tema e apresentados os detalhes de implementação da ferramenta. Esta foi implementada com técnicas de orientação a objetos, sendo composta por um Gerador Automático de Stubs e uma Biblioteca RPC, além de possibilitar a utilização de um Serviço de Binding. As aplicações construídas procuram explorar as potencialidades da ferramenta, sendo fornecidas também orientações gerais para o desenvolvimento de aplicações distribuídas no ambiente Windows 95. / This work presents a tool to support the development of RPC-based distributed applications in the Windows 95 environment. It also discusses some applications built to validate the system, which follow the client-server model. A theoretical review of the most relevant topics related to the field is done and the tool’s implementation details are presented. This tool was implemented with object-oriented techniques and comprises an automatic Stub Generator and an RPC Library, together with a Binding Service. The distributed applications that were built try to explore the tool’s full potential. General guidelines regarding the development of distributed applications for the Windows 95 environment are also provided.

Existem várias linguagens e plataformas que permitem a programação baseada no modelo de atores, uma solução elegante para a programação concorrente proposta há algumas décadas. Segundo esse modelo, implementa-se o programa na forma de uma série de agentes que são executados em paralelo e se comunicam entre si somente por meio da troca de mensagens, sem a necessidade de memória compartilhada ou estruturas tradicionais de sincronização como semáforos e mutexes. Uma das áreas nas quais esse modelo seria particularmente adequado é a programação de aplicações web, isto é, aplicações cujas lógicas de negócios e de dados residem num servidor e que são acessadas pelo usuário por intermédio de um navegador. Porém, existem muitos obstáculos ao desenvolvimento de aplicações desse tipo, entre eles a falta de linguagens e ferramentas que permitam integrar tanto o servidor quanto o cliente (navegador) no modelo de atores, as dificuldades de conversões de dados que se fazem necessárias quando o servidor e o cliente são desenvolvidos em linguagens diferentes, e a necessidade de contornar as dificuldades inerentes aos detalhes do protocolo de comunicação (HTTP). O PAWEB é uma proposta de uma plataforma para o desenvolvimento e execução de aplicações web que fornece a infraestrutura necessária para que tanto o lado cliente quanto o lado servidor do aplicativo hospedado possam ser escritos numa mesma linguagem (Python), e possam criar e gerenciar atores que trocam mensagens entre si,tanto local quanto remotamente, de maneira transparente e sem a necessidade de implementar conversões de dados ou outros detalhes de baixo nível. / There are several programming languages and platforms that allow the development of systems based on the actor model, an elegant solution for concurrent programming proposed a few decades ago. According to this model, the program is implemented in the form of several agents that run concurrently and only communicate amongst themselves through the exchange of messages, without the need for shared memory or traditional synchronization structures such as semaphores and mutexes. One of the areas where this model would be particularly appropriate would be the development of web applications, that is, applications whose business and database logic reside on the server and are accessed by the user by means of a web browser. However, there are several obstacles to the development of this type of application, amongst them the lack of languages and tools that allow for the integration of both the server and the client (browser) into the actor model, data conversion difficulties arising from using different programming languages on the server and the client, and the need to circumvent the inherent difficulties posed by the details of the communications protocol (HTTP). PAWEB is a proposal for an application development and execution platform that supplies the infrastructure needed so that both the server and client sides of the hosted application can be written in the same language (Python) and so that they may create and manage actors that exchange messages with one another, both locally and remotely, in a transparent manner and without the need to implement data conversions or other low-level mechanisms.

Em aplicações distribuídas baseadas em agentes móveis, a coordenação das ações dos agentes móveis é uma tarefa complexa. A maior dificuldade é devido ao fato que agentes móveis podem mudar de endereço dinamicamente. Nesta dissertação, apresentamos o projeto e a implementação de um mecanismo de coordenação de agentes móveis que contorna este problema. Este mecanismo, que chamamos de Canal de Broadcast, está baseado na difusão de mensagens e possibilita que os membros de um grupo de agentes móveis interajam entre si, independentemente de suas localizações correntes. Modelos de coordenação existentes oferecem formas de interação entre agentes móveis, mas todos eles impõem alguma exigência. Ou os agentes móveis devem conhecer a localização de outros agentes, ou devem estar localizados no mesmo lugar ou devem migrar para um lugar específico. A principal vantagem deste mecanismo de coordenação está na total transparência de localização: as mensagens podem ser endereçadas a um conjunto de agentes móveis independentemente de sua localização corrente. Este mecanismo foi implementado no ASDK (Aglets Software Development Kit) da IBM e a sua utilidade foi demonstrada usando dois problemas típicos de coordenação em Sistemas Distribuídos: a Exclusão Mútua e o protocolo Manager-Workers. Testamos o desempenho do mecanismo e identificamos que o custo do Canal de Broadcast não é tão alto comparado aos benefícios que proporciona. Através deste mecanismo, os agentes móveis poderão executar as suas tarefas e interagir entre sí com o propósito da coordenação sem as exigências impostas por outros modelos de coordenação. / In distributed applications based on mobile agents, the coordination of mobile agents actions is a difficult task. The main difficulty comes from the fact that mobile agents can change their address dynamically. In this dissertation, we present the project and implementation of a mechanism for coordinating mobile agents that overcomes this problem. This mechanism, which we called Broadcast Channel, is based on the difusion of messages and enables the members of a mobile agent group to interact with each other independently of their current locations. Existing coodination models offer some means of interaction between mobile agents, but all of them impose some requirements. Either the mobile agents must know about each other's location, or must be located at the same place or must move to a specific place. The main advantage of our coordination mechanism is the full location transparency: the messages can be sent to a set of mobile agents independently of their current locations. This mechanism was implemented using IBM's ASDK (Aglets Software Development Kit) and its use was demonstrated using two typical coordination problems in Distributed Systems: the Mutual Exclusion and the Manager-Workers protocol. We tested the performance of the mechanism and identified that the cost of the Broadcast Channel is not too high, compared to the benefit it provides. Through this mechanism, the mobile agents can do their tasks and interact with each other for the purpose of coordination without the requirements imposed by other models.