Software-intensive systems operating in a shared environment must utilize a "request, acquire and release" protocol. In the popular client-server architecture resource-poor clients rely on servers for the needed capabilities. With mobile clients using wireless connectivity, the disparity in resource needs can force the consideration of adaptation by clients, leading to a strategy of self-reliance. Achieving self-reliance through adaptation becomes even more attractive in environments, which are dynamic and continually changing. A more comprehensive strategy is for the mobile client to recognize the changing resource levels and plan for any such degradation; that is, the applications in the mobile client need to adapt to the changing environment and availability of resources. Portable adaptation middleware that is sensitive to architecture and context changes in network operations is designed and implemented. The Adaptation Middleware not only provides the flexibility for the client applications to adapt to changing resources around them, but also to changing resource levels within the client applications. Further, the Adaptation Middleware imposes few changes on the structure of the client application. The Adaptation Middleware creates the adaptations; the client remains unaware and unconcerned with these adaptations. The Adaptation Middleware in this study also enables a more informative cost estimation with regard to applications such as mobile agents. A sample application developed using the Adaptation Middleware shows performance improvements in the range of 31% to 54%. A limited set of experiments show an average response time of 68 milliseconds, which seems acceptable for most applications. Further, the Adaptation Middleware permits increased stability for applications demonstrating demand levels subject to high uncertainty. / Master of Science

[pt] Infra-estruturas de suporte a sistemas baseados em componentes de software tipicamente incluem facilidades para instalação, execução e configuração dinâmica das dependências dos componentes de um sistema. Tais facilidades são especialmente importantes quando os componentes do sistema executam em um ambiente distribuído. Neste trabalho, investigamos alguns dos problemas que precisam ser tratados por infra-estruturas de execução de sistemas distribuídos baseados em componentes de software. Para realizar tal investigação, desenvolvemos um conjunto de servi¸cos para o middleware OpenBus, com o intuito de prover facilidades para a execução de aplicações distribuídas. Para ilustrar e avaliar o uso dos serviços desenvolvidos, apresentamos alguns exemplos onde a infra-estrutura é utilizada para executar cenários de teste de uma aplicação distribuída. / [en] Support infrastructures for component-based software systems usually include facilities for installation, execution and dynamic configuration of the system component`s dependencies. Such facilities are specially important when those system components execute in a distributed environment. In this work, we investigate some of the problems that must be handled by runtime infrastructures for distributed systems based on software components. To perform such investigation, we developed a set of services for the OpenBus middleware, aiming to provide facilities for execution of distributed applications. To illustrate and evaluate the use of the developed services, we present some examples where the infrastructure is used for executing test scenarios of a distributed application.

[pt] A computação móvel cria a necessidade de que as aplicações sejam adaptáveis de acordo com o contexto do usuário. Demandas específicas do usuário, assim como alterações no contexto computacional requerem que aplicações móveis clientes devam ser capazes de se adaptar dinamicamente para se adequar ao novo cenário de execução. Estas adaptações precisam ser apropriadas e devem manter a qualidade de serviço evitando falhas ou degradação do desempenho da aplicação. Este trabalho propõe uma extensão do middleware de componentes Kaluana, que provê um mecanismo de seleção de componentes para aplicações adaptáveis a partir de contratos de reconfiguração. Esta seleção é feita com a noção de equivalência entre suas as interfaces públicas e considera as restrições de execução dos componentes candidatos a serem usados na adaptação de acordo com o contexto computacional do dispositivo para a avaliação dos componentes candidatos a instanciação. Esta seleção visa manter a compatibilidade dos novos componentes com os componentes já implantados bem como com o contexto de execução, ou seja, o estado corrente dos recursos no dispositivo. Com a noção de equivalência entre as interfaces de especificação de componentes, a aplicação tem a possibilidade de selecionar componentes através da interface do serviço requisitado sem a necessidade de conhecer seu nome ou alguma característica específica, evitando assim que uma amarração seja criada com uma determinada implementação. / [en] Mobile computing creates the need for applications to be adaptable according to the user s context. Specific user demands as well as changes in the computational context the mobile applications require clients to be able to adapt dynamically to suit the new scenario of execution. These adjustments should be appropriate and should maintain the quality of service avoiding failures or preventing degradation of application performance. This thesis proposes an extension of Kaluana middleware which provides a mechanism for selection of components for adaptive applications based on the notion of reconfigurations contracts. This selection is done also based on the notion of equivalence between their public interfaces and should consider the execution restrictions of the candidate components to be used in the adaptation in accord to the device s execution context to be used to evaluate the candidate components to the instantiation. This selection aims to maintain the compatibility of new components with the components already used as well as the execution context, i.e. the current status of the device s resources. Due to the notion of equivalence between the interface specifications of components, the application should be able to request a component through the interface of the requested service, avoiding the need to know the component s name or any other specific feature that creates a tie with the given implementation.

[pt] O desenvolvimento baseado em componentes de um tópico que tem atrasado bastante atençco nos últimos anos. Esta técnica permite a construção de sistemas de software complexos de forma rápida e estruturada. Diversos modelos de componentes já foram propostos pela indústria e pela academia. Dentro destes, aqueles que oferecem suporte da comunicação distribuída geralmente interagem através de Chamadas Remotas de Procedimentos. Dos modelos pesquisados, apenas o CORBA Component Model possui uma especificação em andamento para o suporte da comunicação através de fluxos de dados. Esse suporte se mostra de grande relevância em sistemas que precisam lidar com dados de sensores e com transmissão de áudio e vídeo. O objetivo principal deste trabalho de apresentar uma arquitetura que permita a implementação de aplicações com suporte ao fluxo de dados no middleware Software Component System (SCS). Para tal, o modelo de componentes do SCS foi estendido para oferecer portas de fluxos de dados. Como avaliação, este trabalho apresenta alguns resultados experimentais de desempenho e escalabilidade, assim como uma aplicação que exercita as necessidades do executor de fluxos de algoritmos do CSBase, um framework utilizado no desenvolvimento de sistemas para computação em grade. / [en] Component-based software development is a topic that has attracted attention in recent years. This technique allows the construction of complex software systems in a quick and structured way. Several component models have been proposed by the industry and the academy. The majority of these component models adopt Remote Procedure Calls as their basic communication mechanism. The CORBA Component Model is the only one from the surveyed models that has a work in progress to support communication over data streams. This support proves to be of great importance in systems that must deal with data from sensors and systems that deal with audio and video transmission. The main goal of this work is to propose an architecture that enables the middleware Software Component System (SCS) to support applications that require data streaming. To this end, the SCS component model was extended to support stream ports. As evaluation, this work presents some experimental results of performance and scalability, as well as an application that exercises the needs of the CSBase s algorithm ow executor, a framework used to build systems for grid computing.

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

A TV digital é hoje uma realidade em muitos países e no Brasil as pesquisas já estão atingindo um estágio avançando. Muita expectativa gira em torno desta tecnologia, que oferece uma ampla variedade de serviços multimídia, abrindo as portas deste modo para criativas propostas e novas possibilidades de relacionamento com o usuário final. Esta complexidade e as novas opções de serviços que podem ser oferecidos demandam, obrigatoriamente, uma arquitetura adequada de gerenciamento, capaz de controlar e otimizar os terminais desta rede bem como os serviços oferecidos pela mesma. Neste trabalho são apresentados os requisitos funcionais e não funcionais necessários para a construção de um sistema genérico de gerenciamento de set-top boxes e serviços em TV digital, baseados no estudo de pesquisas semelhantes e nas particularidades deste ambiente. Também para este sistema genérico são detalhados todos os casos de uso de interesse. Além disso, uma arquitetura híbrida é proposta para a solução deste problema, utilizando para tanto padrões abertos e considerando alguns cenários possíveis de implantação no mundo real. Nesta arquitetura, é adotado o modelo clássico de gerenciamento gerente-agente, através do uso de um servidor de gerência, responsável pelo armazenamento e análise de todos os dados de gerenciamento bem como pelo disparo de comandos e recebimento de respostas (síncronas e/ou assíncronas) dos agentes. Tanto na definição deste sistema genérico como no desenho da arquitetura final, procurou-se na medida do possível adotar a utilização de princípios clássicos de gerenciamento que já são aplicados em várias arquiteturas existentes, inclusive de mercado. Deste modo, foi possível encontrar uma solução para um problema complexo através do uso de conceitos amplamente conhecidos, o que facilita o entendimento final. / Nowadays, digital TV systems are a reality in many countries and in Brazil the research in this field is reaching an advanced stage. Much excitement is expected from this technology, which may offer a wide variety of multimedia services, opening the doors for creative proposals and new possibilities of relationships with the final user. This complexity and the new options of services that can be offered demand a suitable architecture for management, which should be able to control and optimize the set-top boxes of this network as well as of the services offered by it. In this work, the requirements for the building of a generic management system for the digital TV environment are presented, based in the study of similar research and considering the specifics involved. Besides that, a hybrid architecture based on open standards is proposed for the solution of this problem. In this architecture, it is adopted the classical manager-agent model, through the use of a management server, which is responsible for the storage and analysis of all the management data as well for the triggering of commands and receptions of answers and traps sent by the agents. The conception and design of this architecture has followed as much as possible, classic principles of network management. With this approach, it was possible to find a simple solution to a very complex problem.

Esta dissertação apresenta o PMPI, uma implementação do padrão MPI em plataformas heterogêneas. Diferentemente de outras implementações de MPI, o PMPI permite que a aplicação paralela seja realizada num sistema multi-plataforma, e que programas em linguagens de programação diferentes participem da mesma computação. PMPI é construído sobre o Dotnet Framework. Com o PMPI, os nós de processamento chamam funções MPI que são executadas transparentemente em outros nós participantes da computação paralela pela rede de comunicação. O PMPI pode atravessar múltiplos domínios administrativos distribuídos geograficamente. Para os programadores, o grid se parece como uma computação MPI local. O modelo de computação é indistinguível da computação MPI padrão. Esta dissertação estuda a implementação de PMPI com o Microsoft Dotnet Framework e com o MONO para prover uma biblioteca que suporta ambiente de multi-linguagens de programação e multi-plataformas. São analisados os resultados obtidos dos testes executados em sistemas heterogêneos usando PMPI. Os resultados obtidos mostram que a implementação PMPI é uma solução viável, possuindo várias vantagens que ainda podemos explorar melhor. / This dissertation describes PMPI, an implementation of the MPI standard on a heterogeneous platform. Unlike other MPI implementations, PMPI permits MPI computation to run on a multiplatform system. In addition, PMPI permits programs executing on different nodes to be written in different programming languages. PMPI is build on the top of Dotnet framework. With PMPI, nodes call MPI functions that are transparently executed on the participating nodes across the network. PMPI can span multiple administrative domains distributed geographically. To programmers, the grid looks like a local MPI computation. The model of computation is indistinguishable from that of standard MPI computation. This dissertation studies the implementation of PMPI with Microsoft Dotnet framework and MONO Dotnet framework to provide a common layer for a multiprogramming language multiplatform MPI library. Results obtained from tests running PMPI on a heterogeneous system are analyzed. The obtained results show that PMPI implementation is feasible and has many advantages that can be explored.

É o trabalho de um middleware organizar as atividades de seus diferentes elementos componentes de maneira a operar sincronamente com a execução de uma aplicação. O resultado deste trabalho deve ser transparente para quem interage com o sistema, percebendo-o como um único bloco coeso e sincronizado, orquestrado por um agente principal. Este é o objeto deste trabalho, a especificação de um middleware e seus componentes internos indicando suas principais características e funcionalidades e também sua operação na execução de uma aplicação distribuída. Também foi levado em consideração os novos ambientes nos quais as aplicações distribuídas estão inseridas tais como a diversidade de dispositivos gerenciados pelos usuários, a necessidade de constantes mudanças no sistema, o uso de novas tecnologias no desenvolvimento de software e a necessidade de definições de sistemas abertos. Para a especificação deste middleware, foi utilizado o modelo de referência Open Distributed Processing (ODP) da ISO/IEC que permite que um sistema seja visualizado em cinco pontos de vista distintos. Ao final o sistema é especificado utilizando a tecnologia de componentes de software, ilustrando seu uso numa aplicação comercial. / It’s the job of a middleware to organize the activities of its different component elements as to operate in synchrony with the execution of an application. The result of this work should be transparent to whom interact with the system, perceiving it as a single synchronized and cohered block, orchestrated by a master agent. This is the subject of this work, the specification of a middleware and its internal components indicating its major characteristics and functionalities and also its operation in the execution of distributed applications. It was also taken into account the new environment in which the distributed applications are inserted such as the diversity of devices managed by the users, the necessity for constant system changing, the use of new technologies in software development and the necessity for definition of open systems. For the specification of this middleware, it was used the reference model of Open Distributed Processing (ODP) from ISO/IEC that allows a system to be visualized by five different points of view. By the end the system is specified using the technology of component software, illustrating its use through commercial component software.

É o trabalho de um middleware organizar as atividades de seus diferentes elementos componentes de maneira a operar sincronamente com a execução de uma aplicação. O resultado deste trabalho deve ser transparente para quem interage com o sistema, percebendo-o como um único bloco coeso e sincronizado, orquestrado por um agente principal. Este é o objeto deste trabalho, a especificação de um middleware e seus componentes internos indicando suas principais características e funcionalidades e também sua operação na execução de uma aplicação distribuída. Também foi levado em consideração os novos ambientes nos quais as aplicações distribuídas estão inseridas tais como a diversidade de dispositivos gerenciados pelos usuários, a necessidade de constantes mudanças no sistema, o uso de novas tecnologias no desenvolvimento de software e a necessidade de definições de sistemas abertos. Para a especificação deste middleware, foi utilizado o modelo de referência Open Distributed Processing (ODP) da ISO/IEC que permite que um sistema seja visualizado em cinco pontos de vista distintos. Ao final o sistema é especificado utilizando a tecnologia de componentes de software, ilustrando seu uso numa aplicação comercial. / It’s the job of a middleware to organize the activities of its different component elements as to operate in synchrony with the execution of an application. The result of this work should be transparent to whom interact with the system, perceiving it as a single synchronized and cohered block, orchestrated by a master agent. This is the subject of this work, the specification of a middleware and its internal components indicating its major characteristics and functionalities and also its operation in the execution of distributed applications. It was also taken into account the new environment in which the distributed applications are inserted such as the diversity of devices managed by the users, the necessity for constant system changing, the use of new technologies in software development and the necessity for definition of open systems. For the specification of this middleware, it was used the reference model of Open Distributed Processing (ODP) from ISO/IEC that allows a system to be visualized by five different points of view. By the end the system is specified using the technology of component software, illustrating its use through commercial component software.

Esta dissertação apresenta o PMPI, uma implementação do padrão MPI em plataformas heterogêneas. Diferentemente de outras implementações de MPI, o PMPI permite que a aplicação paralela seja realizada num sistema multi-plataforma, e que programas em linguagens de programação diferentes participem da mesma computação. PMPI é construído sobre o Dotnet Framework. Com o PMPI, os nós de processamento chamam funções MPI que são executadas transparentemente em outros nós participantes da computação paralela pela rede de comunicação. O PMPI pode atravessar múltiplos domínios administrativos distribuídos geograficamente. Para os programadores, o grid se parece como uma computação MPI local. O modelo de computação é indistinguível da computação MPI padrão. Esta dissertação estuda a implementação de PMPI com o Microsoft Dotnet Framework e com o MONO para prover uma biblioteca que suporta ambiente de multi-linguagens de programação e multi-plataformas. São analisados os resultados obtidos dos testes executados em sistemas heterogêneos usando PMPI. Os resultados obtidos mostram que a implementação PMPI é uma solução viável, possuindo várias vantagens que ainda podemos explorar melhor. / This dissertation describes PMPI, an implementation of the MPI standard on a heterogeneous platform. Unlike other MPI implementations, PMPI permits MPI computation to run on a multiplatform system. In addition, PMPI permits programs executing on different nodes to be written in different programming languages. PMPI is build on the top of Dotnet framework. With PMPI, nodes call MPI functions that are transparently executed on the participating nodes across the network. PMPI can span multiple administrative domains distributed geographically. To programmers, the grid looks like a local MPI computation. The model of computation is indistinguishable from that of standard MPI computation. This dissertation studies the implementation of PMPI with Microsoft Dotnet framework and MONO Dotnet framework to provide a common layer for a multiprogramming language multiplatform MPI library. Results obtained from tests running PMPI on a heterogeneous system are analyzed. The obtained results show that PMPI implementation is feasible and has many advantages that can be explored.