Uma metodologia para desenvolvimento de programas paralelos eficientes deve especificar mecanismos capazes de caracterizar o comportamento das aplicações e permitir estudos sobre o desempenho de diferentes modelos de soluções. Nos ambientes distribuídos, em particular, a eficiência da solução também está relacionada a estratégia utilizada na divisão e distribuição do trabalho entre os processos que cooperam na solução do problema. Para abordar estes aspectos, uma metodologia, denominada PEMPIs-Het (Performance Estimation of MPI Programs in Heterogeneous Systems), é especificada e apresentada nesta tese. A metodologia permite a modelagem, avaliação e predição de desempenho de programas paralelos em ambientes homogêneos e heterogêneos. Técnicas de modelagem analítica são utilizadas para representar o comportamento das aplicações no ambiente distribuído. Um modelo gráfico, denominado DP*Graph++, é proposto para ilustrar as principais estruturas do código da aplicação e facilitar análises sobre a complexidade algorítmica do programa. Algumas aplicações são modeladas e a precisão das predições é verificada através de testes experimentais. Os modelos de desempenho permitem uma estimativa pontual para o tempo de execução da aplicação. Entretanto, uma estratégia alternativa, baseada em intervalos de predição, também é discutida e avaliada. Algumas estratégias para balanceamento de carga de aplicações paralelas distribuídas são implementadas e avaliadas. Estasestratégias utilizam informações de um vetor com índices de desempenho (Vector of Relative Performances - VRP), gerados pelos modelos analíticos, para especificar a divisão e distribuição do trabalho. Estes índices caracterizam a capacidade computacional das máquinas. Uma formalização matemática é apresentada para explicar como os índices são determinados. ) Testes experimentais são realizados para verificar a aplicabilidade das estratégias e a eficiência no balanceamento das cargas. / A methodology for developing efficient parallel programs must specify mechanisms capable of characterizing the behavior of applications and allow studies on the performance of different solution models. In distributed environments, in particular, the solution efficiency is also related to strategy adopted in the division and distribution of work among the processes which cooperate in the solution of the problem. To address these issues, a methodology, called PEMPIs-Het (Performance Estimation of MPI Programs in Heterogeneous Systems), is specified and presented in this thesis. The methodology allows performance modeling, evaluation and prediction of parallel programs in homogeneous and heterogeneous environments. Analytical modeling techniques are used to represent the applications behavior in the distributed environment. A graph model, called DP*Graph++, is proposed to illustrate the main structures of the application code and facilitate some analyses about the program algorithmic complexity. Some applications are modeled and the accuracy of predictions is verified by experimental tests. The models allow estimate a punctual performance to the application execution time. Meanwhile, an alternative strategy, based on prediction intervals, is also discussed and evaluated. Some strategies for load balancing of distributed parallel applications are implemented and evaluated. These strategies use information from a vector with performance indexes (Vector of RelativePerformances - VRP), generated by analytical models to specify the division and distribution of work. These indexes characterize the machines computational capacity. A mathematical formalization is presented to explain how the rates are determined. Experimental tests are conducted to verify the applicability and effectiveness of the strategies in load balancing

De acordo com as tendências de demanda por produtos cada vez mais personalizados com menor time-to-market possível, evidencia-se a necessidade da composição de sistemas produtivos (SPs) com uma estrutura reconfigurável para manter a competitividade frente aos crescentes desafios de um mercado globalizado. Esta capacidade de reconfiguração envolve não só as estruturas internas dos SPs, mas também a participação destes na execução de forma integrada e coordenada em um processo produtivo mais complexo. Dessa maneira, esta dissertação introduz uma arquitetura de supervisão e controle que integra e coordena um conjunto de SPs fisicamente dispersos, cujas funcionalidades estão disponibilizadas como serviços para a execução dos processos produtivos e que, para a supervisão e controle desses SPs dispersos adota-se a técnica de orquestração junto com o conceito de SOA (Service-Oriented Architecture) de modo que em caso de indisponibilidade de algum SP, ocorra a seleção de outro SP de acordo com um critério de prioridade que melhor atende aos requisitos para a manufatura dos produtos. Desta forma tem-se uma solução para a inclusão dinâmica de SPs no sistema. Como o SP disperso pode ser caracterizado como um sistema a eventos discretos, as funcionalidades das partes que compõem a arquitetura proposta é desenvolvida segundo uma metodologia de projeto baseada em modelos em rede de Petri cujas propriedades são exploradas para a avaliação desta arquitetura. O texto apresenta ainda um exemplo ilustrativo das principais funcionalidades da arquitetura proposta implementada para um SP disperso. / According to trends in demand for customized products with less time-tomarket possible, it is noticeable the need for a composition of productive systems (PSs) with a reconfigurable structure to maintain competitiveness against the increasing challenges of globalized market. This ability to reconfigure involves not only the internal structure of the PS, but also their participation implementing an integrated and coordinated environment in a more complex productive process. Thus, this work presents a supervisory control architecture that integrates and coordinates a set of physically dispersed PSs, whose functionalities are made available as services for the execution of productive processes and, for the supervision and control of dispersed PSs it is adopted the \"orchestration\" technique, through the approach of SOA (Service-oriented architecture), that allows, in case of unavailability of any PS, the selection of another PS according to priority criteria that best meet the requirements for the manufacture of products. This is a solution for dynamic inclusion of PSs into the system. Since the dispersed PS can be characterized as a discrete event system, the functionalities of the parts that compose the proposed architecture is developed according to a design methodology based on Petri Net models, whose properties are explored to evaluate the architecture. Also is presented an illustrative example of the main functionalities of the proposed architecture implemented for dispersed SPs.

As redes de distribuição de vídeo têm sido amplamente utilizadas na atualidade pela Internet. O sucesso de Portais de Vídeo evidencia tal uso. Por poderem ser redes de grande porte, há uma grande preocupação com as vulnerabilidades existentes nessas redes. A comunicação de seus elementos deve ser segura o bastante para garantir a disponibilidade, o sigilo e integridade de suas mensagens e a autenticidade dos seus elementos. Este trabalho apresenta um protocolo de comunicação segura que busca atender a tais necessidades de uma maneira eficiente - pois consegue atender aos requisitos de desempenho na entrega do conteúdo aos usuários - e genérica - pois pode ser utilizado em outras plataformas de distribuição. A validação do trabalho é feita de maneira a mostrar que a proposta consegue atender aos requisitos de um sistema de distribuição de vídeo seguro. / Video delivery network has been widely used across the Internet nowadays. The success of Video Portals is an evidence of this use. Due to its potential to turn into large infrastructures, there is a concern about its vulnerabilities. The communication among its elements must be secure enough to guarantee the availability, the secrecy and integrity of messages and the authenticity of its elements. We present in this work a secure communication protocol to meet such requisites in an efficient - since it meets the performance requisites for delivering the content to the users - and generic way - because it can be used by other distribution systems. The validity of this work is done in order to show that this proposal can meet the requisites of a secure video delivery system.

Sistemas multi-agentes devem oferecer recursos suficientes para que seus agentes possam interagir de maneira satisfatória e atingir seus objetivos. Um exemplo de recurso é um conjunto de dados armazenados em algum tipo de mecanismo de persistência, como um sistema gerenciador de banco de dados. O acesso a dados deve ser possível mesmo que eles estejam distribuídos, fato inclusive que também caracteriza os sistemas multi-agentes. Assim, este trabalho apresenta um sistema chamado DASE cujo objetivo é prover a agentes o acesso a dados distribuídos de forma simples e transparente, ou seja, independentemente da complexidade que o ambiente dos agentes possui e das peculiaridades do Sistema de Banco de Dados Distribuído. O DASE suporta qualquer Sistema Gerenciador de Banco de Dados, seja ele centralizado ou distribuído, desde que o mesmo esteja em conformidade com o JDBC. Além disso, oferece recursos importantes como controle de concorrência, suporte a ambientes de dados simultâneos e uso de sentenças de acesso a dados pré-definidas e parametrizadas. Todos os aspectos mais importantes analisados durante o projeto deste sistema estão descritos neste trabalho, evidenciando e justificando o porquê de cada decisão que certamente refletiram no funcionamento e comportamento do DASE. O sistema foi implementado de acordo com o seu projeto, resultando em uma versão funcional e estável, o que foi comprovado através de seu uso em um projeto que envolvia sistemas multiagentes e controle de tráfego aéreo. Além disso, alguns testes de análise de desempenho considerando cenários variados foram realizados. / Multi-agent systems must offer the needed resources to allow their agents to interact and to reach their goals. An example of resource is a set of data stored in any kind of resource manager, such as a database management system. Data access must be possible even if the data is distributed, characteristic that is also present in multi-agent systems. Thus, this work describes a system whose objective is to provide to agents distributed data access in a simple and transparent way, in other words, hiding the agent environment and complexities related to distributed database systems. DASE supports any database management system, centralized or distributed, in compliance with JDBC (Java Database Connectivity). In addition it offers important features, such as concurrency control, simultaneous data environments and stored SQL sentences. All challenges and important aspects overcome in order to design and implement DASE are described, explaining and justifying every decision that in some way had a participation to form DASE set of functions and behavior. The system was implemented following its design, resulting in a functional and stable version, what could be verified through its adoption in a project based on multiagent systems and air traffic control systems. In addition, a plenty of performance tests were done regarding different scenarios.

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.

Uma das premissas fundamentais em redes fotônicas baseadas na tecnologia de multiplexação por comprimento de onda (WDM) é o controle dos caminhos ópticos. Um caminho óptico, ou caminho de luz, é uma conexão puramente óptica estabelecida entre dois nós da rede, que pode atravessar diversos nós intermediários. Para dar suporte eficiente à demanda exigida de uma rede WDM sobre a qual executam aplicações de alto desempenho, os caminhos ópticos devem ser estabelecidos e encerrados dinamicamente, de tal forma que as rotas e os comprimentos de onda escolhidos minimizem a probabilidade de ocorrência de bloqueios de conexão por falta de recursos disponíveis. O elemento central de uma rede WDM é o sistema que controla os comutadores ópticos, determina as rotas, aloca os comprimentos de onda, e estabelece, mantém e encerra as conexões ópticas entre os nós da rede. O objetivo deste trabalho é apresentar estratégias de roteamento e de atribuição de comprimentos de onda para redes fotônicas usando heurísticas baseadas em inteligência de enxame. Os resultados demonstram que as estratégias desenvolvidas apresentam baixa probabilidade de bloqueio de requisições e buscam, sempre que possível, os caminhos de menor custo. As estratégias desenvolvidas levam em conta o dinamismo da rede, sendo as decisões de caminho baseadas em dados atualizados em cada nó da rede em tempo real, sem a necessidade do conhecimento global do estado da rede em cada nó. / A fundamental aspect of photonic networks based on wavelength division multiplexing (WDM) technology is the control of optical paths. An optical path, or lightpath, is a purely optical connection established between two network nodes, which can pass through several intermediate nodes. To efficiently support the demands required from a WDM network that runs high performance applications, the optical paths should be established and finished dynamically, in such a way that the selected routes and wavelengths tend to minimize the blocking probability due to the lack of available resources. The central element of a WDM network is the system that controls the optical switches, determines routes, allocates the wavelengths, and establishes, maintains and finishes connections between optical network nodes. The purpose is to present strategies for routing and wavelength assignment over photonic networks using heuristics based on swarm intelligence. Results show that the developed strategies exhibit low blocking probability of requests and find the paths of minimum cost whenever possible. The strategies developed take into account the dynamics of the network, and decisions are based on updated data at each network node in real time without the need of a complete knowledge of network state at each node.

Este documento é resultado de uma pesquisa que envolve a proposta de uma arquitetura com orientação a serviços de um sistema que integra e coordena um conjunto de sistemas produtivos teleoperados e geograficamente dispersos, no qual se adota uma abordagem de modelagem baseada em uma ferramenta formal, como é a rede de Petri, a fim de estruturar um procedimento não só para a construção dos modelos como também para a análise funcional das partes que compõem o sistema e que, posteriormente, são implementadas em uma arquitetura de controle distribuído. O texto apresenta a motivação e justificativa da pesquisa envolvendo o histórico do desenvolvimento dos sistemas produtivos (SPs); uma revisão da literatura onde, entre outros aspectos, mostram-se abordagens de outros pesquisadores para assegurar uma flexibilidade estrutural dos SPs; a proposta de uma arquitetura baseada numa formulação com orientação a serviços; a proposta de um procedimento de modelagem; e um exemplo de implementação dessas propostas. O desenvolvimento deste trabalho contribui para a área de SPs permitindo-lhes assegurar uma flexibilidade estrutural que facilita a reconfiguração do sistema frente a mudanças do ambiente produtivo. Neste sentido, considerando a heterogeneidade dos SPs, este trabalho propõe uma abordagem modular, com orientação a serviços, onde são conciliadas duas importantes características: o alto grau de autonomia dos módulos e a ampla interoperabilidade dos mesmos. Adicionalmente, a proposta desenvolvida assegura uma especificação precisa da troca de mensagens entre os módulos do SP. / This document is derived from a research that involves the proposal of a service-oriented architecture for a system that integrates and coordinates a set of teleoperated production systems. This system is physically located in a dispersed way and adopts a modeling approach based on a formal tool known as Petri net. This approach structures a procedure to model construction to develop functional analysis of the parts integrating the system and that subsequently are implemented in distributed control architecture. The text presents the motivations for the research regarding the history of development of productive systems (PSs), a review of the literature where, among other aspects, it is shown the approaches of other researchers to ensure the structural flexibility of the PSs; the proposal for an architecture based on a formulation of a service-oriented approach, a proposal for modeling procedure, and an implementation example of these proposals. The development of this work contributes to the area of PSs enabling them to ensure a structural flexibility that facilitates the reconfiguration of the system against changes in the productive environment. In this sense, considering the heterogeneity of PSs, this work proposes a modular approach with service-oriented principles, where two important features are conciliated: high degree of autonomy and global interoperability of the modules. Additionally, the developed proposal ensures a precise specification of the messages exchange among the modules of the PSs.

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.

A energia elétrica constitui um dos propulsores da economia de um país, assumindo um papel extremamente importante e estratégico, pois influi diretamente na capacidade produtiva. A expansão da produção de energia elétrica não se consegue somente com medidas de curto prazo, pois as obras deste setor demandam um longo tempo de execução, medido em anos e dependendo da magnitude da obra, o prazo pode até superar uma década. O parque gerador nacional é constituído predominantemente por usinas hidroelétricas, complementado por usinas térmicas que utilizam diversas fontes de combustível, havendo a necessidade de minimizar a produção das térmicas, em virtude do alto custo de geração, em relação ao custo de geração hidroelétrica. Garantir o suprimento da demanda futura de energia elétrica é uma tarefa complexa de planejamento que basicamente, depende da análise de dois cenários que se compõem: o primeiro cenário é o que desenha o crescimento futuro da economia e neste caso, desde que não ocorram fatos extraordinários como o recente crescimento econômico experimentado pela China, a previsão da demanda não acarreta surpresa de grande significância; o segundo cenário, traz como característica a incerteza, uma vez que a produção das hidroelétricas depende da quantidade de água disponível dos cursos de água, que por sua vez, depende do regime de chuvas passado e corrente. O índice pluviométrico é um dado estocástico, ocorrendo ao sabor da probabilidade, o que remete a um estudo de casos e seus desdobramentos, acarretando um leque de possibilidades de estados muito grande, dificultando as análises sobre a previsão futura. Planejar o setor elétrico compreende prever um crescimento de demanda e equipar o setor com máquinas de geração, necessárias para atender a demanda, com uma margem de risco calculada. Para isto, utilizam-se modelos de simulação que possibilitem o exercício de previsão, combinando-se os dois cenários citados, visualizando os estados sub seqüentes, decorrentes de decisões tomadas. A dificuldade desta tarefa é devida à quantidade de alternativas da situação futura, resultante de um fenômeno combinatório de possibilidades que exige para simulação dos modelos, não só uma grande capacidade de processamento dos computadores como também, uma estratégia de tratamento do problema, baseada em processos numéricos especializados e dirigidos a este tipo de problema. Dada a importância e magnitude deste assunto, qualquer esforço que venha a contribuir para uma melhoria do planejamento do setor elétrico, traz benefícios significativos, o que corrobora com os propósitos desta tese, que busca em primeiro lugar, propor soluções técnicas viáveis e econômicas para o problema de otimização da geração de energia elétrica, e em segundo lugar, apresentar uma solução para este tipo de problema, com uma abordagem inovadora, provida de um potencial significativo para aplicação em muitos outros tipos de problemas similares. / Electrical power could be considered as one of the economy propulsion vector of a country, assuming extremely important and strategic role because it makes direct influence to the production capacity. The expansion of electrical energy production could not only be done in a short time because constructions in this area take many years and could require more then a decade depending on the magnitude of them. The national power generation group is constituted mainly by hydro power plants complemented by thermal power plants which use several kinds of fuel which generation cost is high, if compared to hydro power generation, and should be minimized. It is a complex planning issue to supply the future power demand which basically depends on the analysis of two compoundable scenarios: the first one refers to the forecast of future economy growing and in this case, unless unpredicted issues occur such as the recent high economy growing experimented by China, the future demand does not show any surprise and is easy to predict; the second one, has inside the uncertainty because the hydro plants productions depends on the water quantity of rivers which depends on the past and current rainfall regimen. The quantity of rainfall is a stochastic data and follows the rules of probability and this drives to the study of cases and its deployments which are numerous causing difficulties to forecast the future. The planning of the electrical area has to examine the future demand and provide the necessary power generation equipment assuming a certain risk. To have it done, simulation models are used to predict the future, combining the two scenarios cited before, and viewing the results promoted by decision took in a step before. The difficult of this task is caused by the big amount of future alternatives provided by the combinatorial phenomena which require, to process the model, a computer with high processing capacity and specialized and specific methods that can resolve this king of problem. Because of the importance and magnitude of this issue, every effort which contributes to the improvement of power planning is welcome and this corroborates with this thesis which has an objective to propose technical, viable and economic solutions to solve the optimization problems with a new approach and has potential to be applied in many others kind of similar problems.

Ambientes Virtuais Distribuídos permitem que múltiplos usuários co-existam em mundos virtuais simulados em diferentes estações, compartilhando informações e manipulando objetos em tempo real. O ambiente dinâmico e as mudanças no estado dos objetos compartilhados devem ser gerenciados para que as diversas representações do ambiente se mantenham em estado consistente. Dependendo do grau de consistência desejado, existem diferentes técnicas para levar a efeito as mudanças de estado do ambiente nas diversas estações. A maioria das soluções apresentadas pelas arquiteturas existentes para aplicações de Realidade Virtual Distribuída ou foi projetada levando-se em consideração determinadas condições de infra-estrutura ou foi definida para dar suporte a aplicações específicas. Este trabalho apresenta a especificação e implementação da AVDNet, uma arquitetura de software consistente e flexível para criação e gerenciamento de AVDs, capaz de suportar centenas, ou até mesmo milhares, de usuários simultaneamente sob a infra-estrutura atual da Internet. Permite também a interação e a detecção de colisão de objetos em tempo real, mantendo a sincronia e consistência do estado dos objetos, tratando os aspectos envolvidos na colaboração entre os participantes. A arquitetura proposta baseia-se em uma abordagem que combina novos métodos para gerenciar os recursos como largura da banda de rede e capacidade de processamento, a fim de obter escalabilidade e desempenho, em especial o protocolo multicast em nível de aplicação.