Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. Fundação Universidade Regional de Blumenau, Brasil. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Bioengenharia (Engenharia Biomédica). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000404266-Texto+Completo-0.pdf: 1735778 bytes, checksum: d2509663d82001555e81c857677ae9f9 (MD5) Previous issue date: 2008 / Current software systems are complex. This complexity is augmented due to reliability, availability and security needs. Dependable systems are systems that work acording to their specification despite the existence of faults. In order to implement such systems, it is important to use mechanisms that cope with problems that can happen during their execution. Diverse types of defects and non-expected situations can happen in an application executing in a distributed manner. To cope with these situations or defects one should use techniques to avoid or reduce there effects. Fault tolerance is one of such techniques. Its main goal is to offer alternatives to a system to keep working according to its specification despite residual faults in the system. The complexity to achieve dependability is even greater in systems in which several activites can be happening at the same time (parallel systems). Several mechanisms that are used to develop parallel applications are described in the literature. Usually, these mechanisms are called multiparty interactions. These multiparty interactions are composed by several parties (objects or processes) that somehow come together to produce a temporary combined state and execute a joint activity. When the activity is finished they continue their own execution. However, several times the interacton among the participants can lead the systems to a situation in which all the execution has to be redone (the domino effect). To avoid such situation and to help in the handling of concurrent exceptions when several participants are working together it is possible to use, for example, the Dependable Multiparty Interactions (DMIs). This mechanism has been used in the development of several applications in different areas. Nevertheless we noticed that in all applications, DMIs were applied in a ad hoc situation, that is, they were hard coded manually. Such situation can make the development phase quite tiresome and can also be prone to the introduction of faults in the final system. This work presents a proposal of an environment for the development of dependable applications that use the DMI mechanism. This environment uses the Eclipse Plug-in Development Environment (PDE). We include to the Eclipse PDE a new plug-in whose main goal is to automatize the development of applications that use DMIs as the means for fault tolerance. This proposal intends to improve developers productivity, to reduce the number of residual faults in the code, and also to easy the understanding of DMIs components and their inter-relations. / A complexidade de sistemas de software tem aumentado devido aos novos requisitos impostos pelas aplicações modernas, tais como confiabilidade, segurança e disponibilidade. Sistemas confiáveis são sistemas que mantém seu funcionamento de acordo com sua especificação mesmo na presença de situações excepcionais. Na tentativa de implementar sistemas mais robustos e confiáveis, torna-se imprescindível a utilização de mecanismos capazes de lidar com problemas que potencialmente possam afetar seu perfeito funcionamento. Variados tipos de defeitos e situações inesperadas podem ocorrer em aplicações que rodam sobre sistemas distribuídos. Para que seja atingido um grau satisfatório de utilização destes sistemas é extremamente importante que sejam utilizadas técnicas objetivando coibir ou minimizar a existência de falhas. Tolerância a Falhas é uma técnica que tem por objetivo oferecer alternativas que permitam ao sistema manter o funcionamento conforme sua especificação, mesmo na ocorrência de situações indesejadas. A literatura descreve diversos tipos de mecanismos que auxiliam no desenvolvimento de aplicações que possuem diversas atividades acontecendo simultaneamente. Em geral, um mecanismo composto por diversos participantes (objetos ou processos) executando um conjunto de atividades paralelamente é chamado de interação multiparticipante. Em uma interação multiparticipante diversos participantes de alguma maneira "se unem" para produzir um estado combinado, intermediário e temporário e utilizam este estado para executar alguma atividade. Após a atividade executada a interação é desfeita e então cada participante prossegue sua execução. Entretanto, diversas vezes a interação entre os participantes pode levar a situações onde toda a execução tem que ser refeita (efeito dominó). Para evitar este tipo de situação e para auxiliar no tratamento de exceções concorrentes que podem ocorrer nos diversos participantes de uma interação pode-se utilizar, por exemplo, o mecanismo de interações multiparticipantes confiáveis (Dependable Multiparty Interactions - DMIs). Este mecanismo tem sido utilizado para o desenvolvimento de aplicações em diversas áreas. Todavia, percebemos que todos os estudos de casos desenvolvidos utilizando DMIs foram implementados manualmente, ou seja, sem a utilização de nenhuma ferramenta de apoio. Tal situação além de acarretar um elevado tempo de desenvolvimento também facilita à inclusão de falhas no sistema. Nesta dissertação apresentamos uma proposta de desenvolvimento de aplicações confiáveis que utilizam o mecanismo de DMIs. Utilizando o IDE Eclipse desenvolvemos uma feramenta capaz de automatizar o processo de criação de aplicações que utilizam DMIs para tolerar falhas, proporcionando aos desenvolvedores ganho de produtividade, redução da possibilidade de inserção de falhas no código, assim como facilitar a compreensão dos elementos que compõem uma DMI e a maneira como os mesmos estão relacionados.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000430145-Texto+Completo-0.pdf: 1689253 bytes, checksum: 95ce19fe718b20a4573cd392edd2c72a (MD5) Previous issue date: 2009 / Nowadays, the computers have been used in most varied areas of the human knowledge and are indispensable in many essential activities in the society. Specifically in the context of the industrial applications the computational system must be dependable and fault-tolerance, that is, it must allow that the system remains keep on working when the faults occur. Based on this idea, this study aimed at describing a model for faults-tolerance agents. In order to achieve this objective, a study of essentials architecture concepts of deliberative agents based on mental states, described by beliefs, desires and intentions (Belief, Desire and lntention model) was carried out, these can be implemented using the agent-oriented programming language AgentSpeak and the mechanism of faults tolerance of dependable multiparty interaction (DMI). By means of these concepts, a system composed of various elements of interactive computer was implemented, these elements are called agents, because they interact with other agents, forming a multi-agent system that is implemented using the interpreter Jason of AgentSpeak language. This interpreter communicates with the simulator of FZl Production Cell, scheduling the cell production work through the beliefs and desires, re scheduling the task if occurs changes in the system state. The implementation of fault-tolerance agent allows the system executes concurrently actions even in the presence of faults because the mechanism DMI generates a multiparty interaction among the varied devices that permit the handling of concurrent faults. The multiparty interaction is created by the agents in conformity to perceptions acquired in the simulator of the cell production that is generating actions which are sent to the simulator and consequently are modifying the state of the devices. / Anualmente, os computadores sâo utilizados nas mais diversas áreas do conhecimento humano e são imprescindíveis em várias atividades fundamentais na sociedade. Particularmente em aplicações industriais, o sistema computacional têm que ser confiável e tolerante à falhas, ou seja permitir que o sistema permaneça operando mesmo na presença de falhas. Desta forma, esta dissertação tem como objetivo descrever um modelo de agentes tolerantes a falhas. A fim de atingir tal objetivo foi feito um estudo de conceitos fundamentais de arquiteturas de agentes deliberativos baseados em estados mentais, esses descritos por crenças, desejos e intenções (modeio Belief Desire Intention), que podem ser implemenados utilizando a linguagem de programação orientada a agentes AgentSpeak e o mecanismo de tolerância a falhas de interação multiparticipante confiável (Dependable Multiparty Interaction). Através destes conceitos é implementado um sistema composto por vários elementos computacionais interativos, denominados agentes, que interagem com outros agentes, formando um sistema multiagentes que são implementadas utilìzando o interpretador Jason de linguagem AgentSpeak. Esse interpretador se comunica com o simulador da Célula de Produção FZI, escalonando o trabalho da célula de produção através das crenças e desejos, re-escalonando o trabalho se ocorrer alguma mudança do estado do sistema. A implementação de um agente tolerante a falhas permite que o sistema execute ações concorrentemente mesmo na presença de falhas, pois o mecanismo DMI gera uma interação multiparticipante entre diversos dispositivos que permite o tratamento de falhas concorrentes. A interação multiparticipante é criada pelos agentes conforme as percepções adquiridas no simulador da célula de produção, gerando ações que são enviadas ao simulador, conseqüentemente, alterando o estado dos dispositivos.

Resumo: Algoritmos de diagnóstico de falhas em nível de sistema são comumente utilizados como uma estratégia de tolerância à falhas. Neles, a partir de uma série de testes, podese determinar quais unidades estão com falha e quais estão sem-falha. Os primeiros modelos de diagnóstico de falhas que surgiram eram do tipo centralizado. Nesses modelos, considera-se que uma unidade central é a única responsável por diagnosticar o estado de todas as unidades do sistema. Posteriormente, surgiram os modelos distribuídos, nos quais o diagnóstico é atribuído a algumas ou todas as unidades do sistema. Todos estes modelos foram desenvolvidos para redes estáticas e cabeadas, não sendo facilmente adaptáveis à ambientes móveis. A identificação de unidades com falha em uma rede Ad Hoc móvel é uma tarefa muito difícil. Nestas redes, as unidades se utilizam de comunicações sem _o e podem se mover livremente e de forma imprevisível. Nesse trabalho é apresentado o primeiro algoritmo distribuído e adaptativo para diagnóstico em nível de sistema baseado no modelo PMC para redes Ad Hoc, que não impõe restrições ao movimento dos nós durante todo o diagnóstico. Todos os nós podem testar, serem testados e diagnosticar os demais nós. Além disso, os nós podem ser classificados como falho, sem falha e suspeitos. Um nó é classificado como suspeito quando este deixa de responder a solicitação de teste por sair do raio de alcance das transmissões de radio do seu testador. Como a mobilidade dos nós implica em variação de distâncias entre os nós, testador e testado, as solicitações de testes e suas respostas nem sempre ocorrem de forma satisfatória. Para isso, o algoritmo utiliza-se de coordenadas geográficas para monitorar a mobilidade dos nós de forma que seja possível diferenciar falhas reais, de falhas ocorridas devido a mobilidade.

Numerosas pesquisas estão introduzindo o conceito de grupo em padrões abertos para programação distribuída. Nestas, o suporte a grupo de objetos por meio de middlewares, apresentam diferentes abordagens de interligação com a aplicação. Segundo princípios defendidos na tese de Felber, essas abordagens vão ao encontro do objetivo de facilitar o desenvolvimento e proporcionar confiabilidade e desempenho. Neste contexto, localizou-se três enfoques básicos para a interligação com a aplicação, denominados integração, serviço, e interceptação, que utilizam a captura de mensagens para obtenção de informações ou como meio para adicionar novas funcionalidades às aplicações. A utilização dessas informações pode auxiliar no ajuste de parâmetros funcionais de serviços relacionados, na escolha de mecanismos, influindo em aspectos como, desempenho e segurança. Ao longo do estudo dessas abordagens, sentiu-se a necessidade de estudar detalhes e testar aspectos de implementação, suas premissas de uso e as conseqüências advindas da incorporação de seus mecanismos junto à aplicação. Este trabalho visa apresentar uma análise do comportamento das referidas abordagens por meio da implementação de protótipos, possibilitando assim, investigar problemas relacionados ao emprego da técnica e suas conseqüências quando integradas à aplicação. Os objetivos específicos reúnem a busca de informações qualitativas, tais como: modularidade, transparência, facilidade de uso e portabilidade; e informações quantitativas, fundamentalmente traduzidas pelo grau de interferência no desempenho da aplicação. O desenvolvimento dos protótipos teve como início a busca por um ambiente que ofereceria suporte as condições necessárias para a implementação das diferentes abordagens. Percebeu-se que definir os mecanismos diretamente sobre uma linguagem de programação, como C ou C++, não era viável. As versões padrões dessas linguagens não oferecem mecanismos capazes de suportar algumas características de implementação como, por exemplo, a captura de mensagens na abordagem de interceptação. A possibilidade é introduzida apenas por extensões dessas linguagens. Assim, a investigação de um ambiente de implementação voltou-se para mecanismos disponíveis em sistemas operacionais. A opção pela utilização do Linux visou atender alguns requisitos importantes para o desenvolvimento dos protótipos tais como: facilidade de instalação, boa documentação e código aberto. Este último é um ponto essencial, pois a construção de parte dos protótipos explora a programação em nível do sistema operacional. A linguagem de programação C foi escolhida como base para a implementação, já que as diferentes abordagens exploram tanto o nível do kernel como o nível do usuário, e é compatível com o Linux. A etapa de desenvolvimento dos protótipos possibilitou a coleta de informações sobre aspectos qualitativos. As demais informações que fazem parte do perfil levantado por este trabalho sobre as abordagens, foram obtidas através da utilização dos protótipos em experimentos com duas aplicações distribuídas denominadas de “Ping-Pong” e “Escolha de Líderes”, que têm como característica geral à troca de mensagens, utilizando comunicação através de sockets. A realização de medidas em múltiplas execuções, avaliadas após o tratamento estatístico necessário, permitiu definir um perfil das diferentes abordagens.

Submitted by Felipe Gonçalves (fc_goncalves@hotmail.com) on 2018-04-27T18:15:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Felipe_Correia_Gonçalves.pdf: 4545534 bytes, checksum: e463cdb965a109d980b5918c0a7f07d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-05-02T10:56:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Felipe_Correia_Gonçalves.pdf: 4545534 bytes, checksum: e463cdb965a109d980b5918c0a7f07d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-02T10:56:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Felipe_Correia_Gonçalves.pdf: 4545534 bytes, checksum: e463cdb965a109d980b5918c0a7f07d9 (MD5) / A análise de árvore de falhas (FTA, Fault Tree Analysis) vem sendo amplamente utilizada desde a sua criação, principalmente no ambiente industrial (ou em aplicações de alta severidade ou alto risco, que possuem a obrigatoriedade legal de estudos de análise de risco) por proporcionar conhecimento aprofundado do sistema/ equipamento e da sua confiabilidade. Apesar de sua aplicação ainda ser bastante restrita quando se trata de atividades com severidades menores, já existem estudos que recomendam a utilização desta ferramenta para outras áreas além do ambiente industrial, como, por exemplo, os processos de serviço (setor terciário). Este trabalho visa propor uma abordagem para a análise de árvores de falhas com foco em melhorar a sua aplicabilidade para o setor terciário. As principais técnicas de construção de árvores de falhas foram avaliadas e a abordagem aqui desenvolvida propõe uma construção dinâmica da FT e a ampliação da equipe multidisciplinar que participa dessa construção, baseada no conceito de multistakeholders (multi-agentes-chave) inserido no paradigma colaborativo da Web 2.0. A nova abordagem foi utilizada em um estudo de caso na Copa do Mundo FIFA de 2014 (regida pela quinta edição do documento normativo da FIFA) e apresenta potencial de diminuição de custos, ou pelo menos de sua diluição ao longo do tempo. Além disso, ela oferece também a possibilidade de se praticar enxertos de mais de uma norma reguladora do serviço na FT, bem como o acompanhamento da evolução dos documentos normativos e a identificação do cenário de tendências da entidade reguladora do serviço em questão, se constituindo em uma alternativa adicional e um aperfeiçoamento para o método Service Tree Analysis (STA, análise de árvore de serviços). Além do estudo de caso supracitado, este trabalho também apresenta uma análise evolutiva dos documentos normativos dentro do mesmo contexto do estudo de caso. Ou seja, foi elaborada a análise da evolução dos requisitos técnicos da Copa do Mundo FIFA a partir da análise de árvore de falhas. Esta análise evolutiva utilizou as cinco edições existentes dos requisitos FIFA e apontou quais itens sofreram as maiores alterações, quais itens deixaram de existir e quais itens novos foram inseridos. Isto evidencia tanto a evolução ocorrida ao longo do tempo quanto oferece um cenário de tendências da entidade reguladora para as próximas edições, podendo inclusive fundamentar tomadas de decisões futuras para os gestores das arenas, visando a obtenção de um legado positivo e benéfico no pós-evento. A abordagem proposta apresenta ainda potenciais benefícios para a análise de árvore de falhas dinâmica (Dynamic Fault Tree Analysis, DFTA) e para análises que contemplem grande influência da confiabilidade humana. / Fault Tree Analysis (FTA) has been widely used since its inception, especially in the industrial environment (or in high severity or high risk applications, which have the legal obligation to develop risk analysis) for providing in-depth knowledge of the system/ equipment and its reliability. Although its application is still very restricted when it comes to activities with minor severity, there are already studies that recommend the use of this tool for other areas besides the industrial environment, such as service processes (tertiary sector). This work aims to propose an approach for the analysis of Fault Trees (FT) with a focus on improving their applicability to the tertiary sector. The main techniques of fault tree construction were evaluated and the approach developed here proposes a dynamic construction of FT and the expansion of the multidisciplinary team that participates in this construction, based on the concept of multi-stakeholders inserted in the collaborative paradigm of Web 2.0. The new approach was used in a case study at the 2014 FIFA World Cup (governed by the fifth edition of the FIFA normative document) and has potential for cost reduction, or at least its dilution over time. In addition, it also offers the possibility of practicing insertions of more than one regulatory standard of the service in the FT, as well as the monitoring of the evolution of the normative documents and the identification of the scenario of regulation tendencies of the service in question, being constituted in an additional alternative and an improvement to the Service Tree Analysis (STA) method. In addition to the aforementioned case study, this paper also presents an evolutionary analysis of the normative documents within the same context of the case study. That is, the analysis of the evolution of the technical requirements of the FIFA World Cup was elaborated from the fault tree analysis. This evolutionary analysis used the five existing editions of the FIFA requirements and pointed out which items underwent major changes, which items ceased to exist and which new items were inserted. This evinces both the evolution that has occurred over time as it offers a scenario of regulatory tendencies for the next editions, and may also support future decision making for the managers of the arenas, in order to obtain a positive and beneficial legacy in the post-event. The proposed approach also presents potential benefits for the Dynamic Fault Tree Analysis (DFTA) and for analyzes that consider a great influence of human reliability.

Este trabalho relata as atividades de estudo, projeto e implementação de uma aplicação distribuída que explora mecanismos básicos empregados em comunicação de grupo. O estudo é focado no desenvolvimento e uso dos conceitos de sincronismo virtual e em resultados aplicáveis para tolerância a falhas. O objetivo deste trabalho é o de demonstrar as repercussões práticas das principais características do modelo de sincronismo virtual no suporte à tolerância a falhas. São preceitos básicos os conceitos e primitivas de sistemas distribuídos utilizando troca de mensagens, bem como as alternativas de programação embasadas no conceito de grupos. O resultado final corresponde a um sistema Cliente/Servidor, desenvolvido em Java RMI, para simular um sistema distribuído com visões de grupo atualizadas em função da ocorrência de eventos significativos na composição dos grupos (sincronismo virtual). O sistema apresenta tratamento a falhas para o colapso (crash) de processos, inclusive do servidor (coordenador do grupo), e permite a consulta a dados armazenados em diferentes servidores. Foi projetado e implementado em um ambiente Windows NT, com protocolo TCP/IP. O resultado final corresponde a um conjunto de classes que pode ser utilizado para o controle da composição de grupos (membership). O aplicativo desenvolvido neste trabalho disponibiliza seis serviços, que são: inclusão de novos membros no grupo, onde as visões de todos os membros são atualizadas já com a identificação do novo membro; envio de mensagens em multicast aos membros participantes do grupo; envio de mensagens em unicast para um membro específico do grupo; permite a saída voluntária de membros do grupo, fazendo a atualização da visão a todos os membros do grupo; monitoramento de defeitos; e visualização dos membros participantes do grupo. Um destaque deve ser dado ao tratamento da suspeita de defeito do coordenador do grupo: se o mesmo sofrer um colapso, o membro mais antigo ativo é designado como o novo coordenador, e todos os membros do grupo são atualizados sobre a situação atual quanto à coordenação do grupo.

A execução de testes é um passo essencial na adoção de novos protocolos de comunicação e sistemas distribuídos. A forma com que estes se comportam na presença de falhas, tão comuns em ambientes geograficamente distribuídos, deve ser conhecida e considerada. Testes sob condições de falha devem ser realizados e as implementações devem trabalhar dentro de sua especificação nestas condições, garantindo explicitamente o funcionamento dos seus mecanismos de detecção e recuperação de erros. Para a realização de tais testes, uma técnica poderosa é a injeção de falhas. Ferramentas de injeção de falhas permitem ao projetista ou engenheiro de testes medir a eficiência dos mecanismos de um sistema antes que o mesmo seja colocado em operação efetiva. Este trabalho apresenta o projeto, desenvolvimento e teste do injetor de falhas FIRMAMENT. Esta ferramenta executa, dentro do núcleo do sistema operacional, microprogramas, ou faultlets, sobre cada mensagem processada para a emulação de situações de falha de comunicação, utilizando uma abordagem de scripts. A ferramenta é implementada como um módulo de núcleo do sistema operacional Linux, tendo acesso total aos fluxos de entrada e saída de pacotes de forma limpa e não intrusiva, permitindo o teste de sistemas baseados nos protocolos IPv4 e IPv6. Seu desempenho é significativo, já que a ferramenta evita que os mecanismos de injeção de falhas sejam invocados nos fluxos que não sejam de interesse aos testes, bem como dispensa a cópia de dados dos pacotes de comunicação a serem inspecionados e manipulados. A aplicabilidade da ferramenta, dada pela sua facilidade de integração a um ambiente de produção, é conseqüência de sua disponibilidade como um módulo de núcleo, podendo ser carregada como um plugin em um núcleo não modificado. As instruções por FIRMAMENT suportadas lhe dão alto poder de expressão dos cenários de falhas. Estas instruções permitem a inspeção e seleção de mensagens de forma determinística ou estatística. Além disso, fornecem diversas ações a serem realizadas sobre os pacotes de comunicação e sobre as variáveis internas do injetor, fazendo-o imitar o comportamento de falhas reais, como descarte e duplicação de mensagens, atraso na sua entrega e modificação de seu conteúdo. Estas características tornam a ferramenta apropriada para a realização de experimentos sobre protocolos e sistemas distribuídos.