Orientador: Mauricio Ferreira Magalhães, Edmundo Roberto Mauro Madeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T02:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Verdi_FabioLuciano_D.pdf: 3027740 bytes, checksum: 444aae1c448c43278addd0d412181602 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nos últimos anos têm-se discutido uma maneira para envio de fluxos de pacotes entre domínios que leve em consideração aspectos relacionados com a qualidade de serviço de rede (banda, atraso, etc.). Entretanto, as soluções até agora apresentadas dependem de extensões que precisam ser feitas principalmente nos protocolos de roteamento entre domínios para suportar a distribuição de informações de engenharia de tráfego. Porém, tais extensões dependem de longos processos de padronização que, muitas vezes, apesar de profundas discussões, não conseguem efetivamente definir um padrão. Isto tem ocorrido nas redes IPs onde extensões ao BGP (Border Gateway Protocol) para distribuição de informações de engenharia de tráfego têm sido propostas, porém, nunca colocadas em prática. Recentemente, a mesma discussão surgiu nos cenários envolvendo redes ópticas para estabelecimento de conexões entre domínios. Esta tese apresenta uma alternativa em relação aos processos de padronização que propõem extensões aos protocolos para que os mesmos suportem o provisionamento de serviços entre domínios. Especificamente, a arquitetura para provisionamento e gerência de serviços entre domínios ópticos age de forma independente do plano de controle, ou seja, a proposta apresentada neste trabalho não depende de extensões aos protocolos usados atualmente no roteamento e sinalização entre domínios. A arquitetura apresentada nesta tese cria uma camada de serviços que facilita a interação entre diferentes domínios administrativos. Todas as interações para troca de informações de roteamento e estabelecimento de conexões são feitas na camada de serviços. Internamente a cada domínio, os caminhos de luz são estabelecidos usando tecnologias locais tais como a arquitetura GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) ou ASON (Automatic Switched Optical Network). Porém, o provisionamento de serviços entre domínios é realizado não pelo plano de controle, mas sim pelo plano de serviços. Embora o foco da tese seja o provisionamento de serviços entre domínios, a arquitetura suporta também o provisionamento de serviços intra domínios. Os serviços de conexões e VPNs (Virtual Private Networks) dentro de um domínio e entre domínios administrativos diferentes serão oferecidos. A arquitetura é baseada no modelo TMN (Telecommunications Management Network), principalmente no que se refere às camadas do modelo e à nomenclatura. Usamos a tecnologiaWeb Services para implementação da arquitetura e uma análise de tal tecnologia foi realizada a fim de avaliarmos o seu uso para estabelecimento de serviços entre domínios. Os resultados apresentados indicam que o provisionamento de serviços realizado através da camada de serviços facilita e flexibiliza as interações entre domínios oferecendo aos provedores uma novo mecanismo para suporte a estas interações / Abstract: In the last few years it has been discussed a way for sending interdomain packet flows taking into account some aspects related to the network quality of service (bandwidth, delay, etc.). However, the solutions presented so far depend on the extensions that need to be done mainly in the interdomain routing protocols to support the distribution of traffic engineering information. Nevertheless, such extensions depend on long-process of standardization that, in many cases, does not reach a consensus and a standard is not effectively defined. An example of this is that in IP networks the proposed extensions for the BGP (Border Gateway Protocol) to support the distribution of traffic engineering information were not put into practice until now. Recently, the same discussion came through in the optical network scenario. This thesis presents an alternative to standardization processes. We propose an architecture for provisioning and management of interdomain services in optical networks. Such architecture acts independent of the control plane and does not depend on the protocol extensions that are needed to support interdomain routing and signaling. The architecture has a service layer by which all the interactions between different optical domains are done. Within each domain, the lightpaths are established using local solutions such as GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) or ASON (Automatic Switched Optical Network). However, the provisioning of interdomain services is not done in the control plane. Instead, it is done in the services layer. Although the focus of this thesis is on the provisioning of interdomain services, the architecture also supports the establishment of intradomain services. We are particularly interested in the provisioning of connections and VPNs (Virtual Private Networks) within a domain as well as between domains. The architecture is based on the TMN model (TelecommunicationsManagement Network). The TMN model is used to divide the architecture into layers and to define the nomenclature of each layer. The Web Services technology was used to implement the architecture. The implementation was done to validate the architecture and to analyse the usage of Web Services to establish interdomain optical network services. The results presented in this work highlight that by doing the provisioning of services through the services layer facilitate the implementation of the interactions among different domains and offer a new mechanism to support such interactions / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Aplicações de sistemas computacionais emergentes atribuindo requisitos de resposta na forma de tempo de resposta requerem uma abordagem de sistemas de tempo real. Nesses sistemas, a qualidade de serviço é expressa como garantia das restrições temporais. Um amplo leque de técnicas para provisão de QoS encontram-se na literatura. Estas técnicas são baseadas tanto na diferenciação de serviço (QoS relativa), quanto na especificação de garantia de desempenho (QoS absoluta). Porém, a integração de QoS relativa e absoluta em nível de aplicação não tem sido tão explorada. Este trabalho realiza o estudo, a análise e a proposta de um método de escalonamento de tempo real em um ambiente simulado, baseado em contratos virtuais adaptativos e modelo re-alimentado. O objetivo é relaxar as restrições temporais dos usuários menos exigentes e priorizar usuários mais exigentes, sem degradar a qualidade do sistema como um todo. Para tanto, estratégias são exploradas em nível de escalonamento para o cumprimento dos contratos especificados por requisitos de tempo médio de resposta. Os resultados alcançados com o emprego do método proposto sinalizam uma melhoria em termos de qualidade de serviço relativa e absoluta e uma melhor satisfação dos usuários. Este trabalho também propõe uma extensão para os modelos convencionalmente estudados nesse contexto, ampliando a formulação original de duas classes para n classes de serviços / Emerging computer system application posing responsiveness requirement in the form of response time demand a real-time system approach. In these systems, the quality of service is expressed as guarantees on time constraints. A wide range of techniques for QoS provision is found in the literature. These techniques are based both on either service differentiation (relative QoS) or specification of performance guaranteeS (absolute QoS). However, integrated provision of both relative and absolute QoS at application level is not as well explored. This work conducts the study, analysis and proposal of a real time scheduling method in a simulated environment. This method is based on adaptive virtual contracts and feedback model. The goal is to relax the time constraints of less demanding users and prioritize the time constraints of most demanding users, without degrading the quality of the system as a whole. Strategies toward this goal are exploited in the system scheduling level and are aimed at the problem of fulfulling service-level agreements specifying average response times requirements. The results achieved with the proposed method indicate an improvement in relative and absolute QoS and a better user satisfaction. This work also proposes an extension to the conventional models studied in this context, extending the original formulation of two classes for n classes of services

Estudos de expressão gênica geralmente envolvem a realização de processos de análise integrados para a obtenção de respostas biológicas de interesse. A realização destes processos frequentemente requer o uso combinado de uma série de ferramentas de software. No entanto, o processo de integração manual de ferramentas pode ser demorado e propenso a erros devido ao crescente número de ferramentas e formatos de dados disponíveis no domínio. De modo a automatizar o processo de integração, algumas abordagens têm sido propostas tanto para a adaptação das ferramentas de análise existentes como serviços web semânticos, quanto para o desenvolvimento de ambientes de suporte à integração (composição) de serviços web semânticos. Embora estas abordagens representem avanços, nenhuma solução adequada para o desenvolvimento e composição de serviços foi especificamente definida para o domínio de genômica funcional. Neste contexto, o principal objetivo deste projeto foi investigar uma solução completa para o desenvolvimento e composição de serviços web semânticos para a análise de expressão gênica. Como parte da solução proposta, definimos uma metodologia integrada para a implementação de serviços web semânticos criados a partir de ferramentas de software existentes e para a anotação semântica destes serviços. Nossa metodologia fornece diretrizes concretas para o desenvolvimento sistemático de serviços, considerando também os principais aspectos técnicos associados ao processo de desenvolvimento. Esta metodologia foi aplicada a um conjunto representativo de serviços que fornecem suporte às principais atividades de análise realizadas em diferentes tipos de dados de expressão gênica. De forma complementar, definimos uma solução completa para a composição semântica de serviços no domínio de análise de expressão gênica. A solução proposta foi implementada em uma plataforma de suporte semi-automático à composição de serviços web semânticos, chamada SemanticSCo. Esta plataforma fornece suporte flexível a todas as atividades envolvidas no processo de composição de serviços, incluindo a criação, publicação, requisição, descoberta, seleção, composição e execução de serviços. Além disto, a plataforma SemanticSCo foi projetada para prover suporte adequado a diferentes tipos de usuários, incluindo biologistas e bioinformatas. Neste sentido, a plataforma fornece aos usuários um alto nível de abstração para a definição de seus processos de análise, permitindo que os mesmos se concentrem mais nas questões de pesquisa biológicas do que nos aspectos subjacentes do processo de composição. Adicionalmente, a plataforma SemanticSCo suporta a definição e incorporação não apenas de serviços simples, definidos em termos de uma única operação, mas também de serviços complexos, definidos em termos de um conjunto de condições que restringem a ordem de invocação de suas operações. Finalmente, de modo a avaliar a plataforma de suporte desenvolvida, definimos diferentes cenários de composição para a análise (integrada) de dados de expressão gênica. O uso da plataforma SemanticSCo facilitou a definição destes cenários, permitindo assim a reprodução dos resultados obtidos a partir de diferentes estudos de expressão gênica previamente documentados na literatura / Gene expression studies usually involve the creation of integrated analysis processes for obtaining responses for a biological question. The creation of such processes often require the combined use of a number of software tools. However, the manual integration of tools can be cumbersome and error prone due to the increasing number of tools and data formats available in the domain. In order to automate the integration process, some approaches have been proposed for the adaptation of existing analysis tools as semantic web services as well as for the development of software environments to support the integration (composition) of semantic web services. Although these approaches present advances, to the best of our knowledge, no suitable solution has been proposed for the development and composition of web services in the functional genomics domain. In this context, this project aimed at investigating a complete solution for the development and composition of semantic web services to support gene expression analysis. As part of the proposed solution, we have defined an integrated methodology for the implementation of semantic web services created from existing software tools and the semantic annotation of such services. Our methodology provides concrete guidelines for the systematic development of services, also taking into account the main technical aspects associated with the development process. This methodology has been applied in the development of a representative set of services that support the main analysis activities performed on different types of gene expression data. Complementary to our methodology, we have defined a complete solution for the semantic composition of web services in the gene expression analysis domain. The proposed solution has been implemented in a software platform to support the semi-automatic composition of semantic web services, named SemanticSCo. This platform provides flexible support to all activities involved in the service composition process including service creation, publication, request, discovery, selection, composition and execution. Additionally, the SemanticSCo platform has been designed to support different types of users, including biologists and bioinformaticians. In this sense, the platform provides users with a high level of abstraction in the definition of their analysis processes, thus allowing them to focus more on biological research issues rather than on underlying details of the composition process. In addition, the SemanticSCo platform supports not only the definition and incorporation of (simple) services defined in terms of a single operation, but also (complex) services defined in terms of a set of conditions that constrain the order in which service operations should be invoked. Finally, in order to evaluate the developed support platform, we have defined a number of composition scenarios for the (integrated) analysis of gene expression data. The use of the SemanticSCo platform has facilitated the definition of these scenarios, thus allowing the reproduction of the results obtained from different gene expression studies previously documented in the literature.

Seleção de serviços em composições distribuídas considera principalmente a qualidade de serviço que atenda requisitos estabelecidos pelo usuário, como por exemplo, preço. No entanto, problemas relacionados a execução de composições de serviços podem ocorrer quando não se considera aspectos relacionados à rede e ao hardware, que afetam diretamente o desempenho da composição. Esse problema se agrava em composições coreografadas, pois a característica descentralizada requer um maior esforço para que essas informações possam ser consideradas em uma perspectiva global. Dessa forma, apesar da descentralização apresentar vantagens, é necessário que requisitos de qualidade de serviço da composição também sejam considerados em coreografias de serviços web para que a escolha de serviços para desempenhar um papel leve em consideração parâmetros importantes que podem afetar no desempenho da composição. Este trabalho apresenta um mecanismo, implementado sobre o framework OpenKnowledge, para selecionar serviços web em ambientes coreografados considerando primeiramente estimativas de atraso, taxa de perda e por fim considera a utilização de outros parâmetros, como utilização de CPU. Os primeiros experimentos em diferentes cenários de rede confirmaram as vantagens da proposta em relação a um seletor de serviços que ignora aspectos relacionados com a rede. Obteve-se ganhos de 20 a 97% no que diz respeito ao tempo total da execução da coreografia. Em seguida, experimentos inserindo utilização de CPU na escolha dos serviços confirmaram as vantagens de utilização de diferentes parâmetros para seleção de serviços em coreografias. / Selection of services in distributed compositions mainly considers the quality of service that meets requirements set by the user, such as price. However, problems related to the execution of service compositions may occur when aspects related to network and hardware, which directly affect the performance of the composition, are not taken in consideration. This problem is aggravated in choreographed compositions because the decentralized feature requires a greater effort so that this information may be considered in a global perspective. Thus, despite the decentralization advantages, it is necessary that the service quality requirements of the composition may also be considered in the choreography of web services so that the choice of services may play a role that takes into account important parameters, which can affect the performance of the composition. This dissertation presents a mechanism, implemented on the OpenKnowledge framework, to select web services in choreographed environments. First, considering delay estimates, loss rate and finally the use of other parameters, such as CPU utilization. The first experiments on different network scenarios confirmed the proposal advantages in relation to a selection mechanism that bypasses aspects of the network. It was obtained gains from 20% to 97% considering the total time of execution of the choreography. Then, experiments inserting CPU utilization in the choice of services confirmed the advantages of using different parameters for selection of services in choreography.

Um ambiente inteligente é um sistema de computação ubíqua e sensível ao contexto onde os sistemas computacionais embutidos no ambiente, a comunicação entre dispositivos e o ambiente, e a acessibilidade aos serviços do ambiente são transparentes ao usuário. O presente trabalho tem como objetivo propor um modelo para ambientes inteligentes baseado em serviços web semânticos, em que os serviços disponíveis para os dispositivos do ambiente são proporcionados como serviços web e a interação dispositivo - ambiente é feita em um contexto de computação móvel, onde a disponibilidade dos serviços e a informação de contexto do dispositivo mudam freqüentemente. No modelo proposto todas as funcionalidades do ambiente são fornecidas como serviços. Estes serviços são descobertos e executados automaticamente com a finalidade de ajudar o usuário a desenvolver tarefas específicas, permitindo ao usuário se concentrar nas tarefas e não na interação com o ambiente. O modelo se fundamenta na oferta de serviços dirigida pela tarefa a ser desenvolvida, o que é conhecido como Task-driven Computing. Por outro lado, para a automação do processo de descoberta e execução dos serviços é necessário ter uma especificação não ambígua da semântica dos serviços. Empregamos para isso a ontologia WSMO (Web Services Modeling Ontology) que fornece os elementos necessários para a descrição dos serviços disponíveis no ambiente e o contexto do dispositivo. Finalmente, como prova de conceitos do modelo proposto, foi implementado um ambiente inteligente para uma biblioteca. A ativação de um ambiente inteligente baseado no modelo proposto se baseia na definição de ontologias, descrição semântica dos serviços no ambiente e a implementação de serviços web tradicionais. / A smart environment is a system computing ubiquitous computing and context awareness, in which the computational systems embedded in the environment, the communication between devices and the environment, and the accessibility to services are transparent to the users. The aim of this work is to propose a semantic web services based model for smart environments, in which services are offered to devices as web services and the device - environment interactions are based on a mobile computing environment, in which the contextual information and availability of services change frequently. In the proposed model all functionalities in the environment are offered as services. These services are automatically discovered and executed to support the user in a specific task, allowing to the user to focus on his task and not in the interactions with the environment. The model is based on a task-driven offer of services and on task-driven computing. To automate the discovery and execution of services, we need a nonambiguous specification of the semantic of services. We use the WSMO ontology (Web Services Modeling Ontology), which provides the required elements for description of the services in the environment and the context device. Finally, as a conceptual proof of the proposed model, we implemented a smart environment for a library. In the proposed model the activation of a smart environment is based in the ontologies definition, semantic description of the services.

A implantação de composições de serviços web de grande escala apresentam vários desafios, tais como falhas corriqueiras na infraestrutura, heterogeneidade tecnológica, distribuição do sistema por diferentes organizações e atualização frequente dos serviços em operação. Nesta dissertação, estudamos como uma implantação automatizada baseada em middleware pode auxiliar na superação de tais desafios. Para isso, desenvolvemos o CHOReOS Enactment Engine, um sistema de middleware que possibilita a implantação distribuída e automatizada de composições de serviços web em uma infraestrutura virtualizada, operando no modelo de computação em nuvem denominado Plataforma como um Serviço. O middleware desenvolvido é avaliado qualitativamente em comparação a abordagens de implantação ad-hoc e quantitativamente pela sua escalabilidade em relação ao tempo de implantação das composições de serviços. / The deployment of large-scale service compositions presents several challenges, such as infrastructure failures, technological heterogeneity, distributions across different organizations, and continuous services updating. In this master thesis, we study how the automated deployed supported by middleware can help in overcoming such challenges. For this purpose, we developed the CHOReOS Enactment Engine, a middleware system that enables the distributed and automated deployment of web service compositions in a virtualized infrastructure, operating in the cloud computing model known as Platform as a Service. The developed middleware is evaluated qualitatively by comparing it with ad-hoc deployment solutions, and it is also evaluated quantitatively by its scalability regarding the deployment time of service compositions.

This project develops a new version of the Wiki style administration of online course content. It will implement a teaching and learning tool that works as a easy and quick communication interface between instructor and student. The second purpose of the project is to design an easily extendable and maintainable architecture, which provides a generic Wiki system that can work for any information technology department and handle sets of courses and insturctors.

[pt] O progresso tecnológico da computação móvel associada à Internet promove a concretização de uma visão futurista em que os usuários acessam dados e serviços a qualquer momento e em qualquer lugar. Entretanto, esta visão expõe questões importantes no desenvolvimento de aplicações, pois se deve dar maior atenção para a comunicação entre dispositivos móveis e serviços web, considerando restrições de processamento, armazenamento de dados, diversidade de padrões e disponibilidade dos serviços. Esta dissertação explora aspectos de engenharia de software como computação autonômica, frameworks e sistemas multiagentes no desenvolvimento de aplicações para dispositivos móveis dando ênfase ao gerenciamento do uso de serviços web. Para consolidar os conceitos abordados e prover um guia que facilite o desenvolvimento de aplicações autoadaptáveis, propõe-se um framework para auxiliar o desenvolvimento de aplicações para computação móvel. Para ilustrar a utilização do framework são apresentadas duas aplicações. A primeira aplicação é um sistema que apresenta o risco de deslizamento de massa em uma área a partir do cálculo de susceptibilidade baseado em informações sobre clima, relevo e solo. A segunda aplicação faz parte de um sistema de agência de viagens que define um pacote de viagens que melhor atende às necessidades do usuário. / [en] Technological progress in mobile computing and the Internet promotes an achievement of the futuristic vision in which users have access to data and services anytime and anywhere. However, this vision realization brings important issues to application development, because more attention is required to the communication between mobile devices and web services, especially regarding processing and data storage constraints, diversity standards and availability of services. This dissertation explores aspects of software engineering as autonomic computing, multi-agent systems and frameworks in developing applications for mobile devices, emphasizing autonomic management of web services use. Aiming the consolidation of the investigated concepts and provide a guide to facilitate the development of self-adapting applications, a framework is proposed to help in applications development for mobile computing. The development of two applications illustrates the framework appliance. The first application is a system that presents the risk of mass sliding in an area through a susceptibility calculation based on information of climate, topography and soil. The second application is part of a travel agency system that defines a travel package that best fit user needs.

This master’s thesis evaluates automatic data annotation and machine learning predictions of iron ore pellets using tools provided by Amazon Web Services (AWS) in the cloud. The main tool in focus is Amazon SageMaker which is capable of automatic data annotation as well as building, training and deploying machine learning models quickly. Three different models was trained using SageMakers built in semantic segmentation algorithm, PSP, FCN and DeepLabV3. The dataset used for training and evaluation contains 180 images of iron ore pellets collected from LKAB’s experimental blast furnace in Luleå, Sweden. The Amazon Web Services solution for automatic annotation was shown to be of no use when annotating microscopic images of iron ore pellets. Ilastik which is an interactive learning and segmentation toolkit showed far superiority for the task at hand. Out of the three trained networks Fully-Convolutional Network (FCN) performed best looking at inference and training times, it was the quickest network to train and performed within 1% worse than the fastest in regard to inference time. The Fully-Convolutional Network had an average accuracy of 85.8% on the dataset, where both PSP & DeepLabV3 was showing similar performance. From the results in this thesis it was concluded that there are benefits of running deep neural networks as a cloud service for analysis and management ofiron ore pellets.

Preserving the performance of cloud services according to service level agreements (SLAs) is one of the most important challenges in cloud infrastructure. Since the workload is always changing incrementally or decremental, managing the cloud resources efficiently is considered an important challenge to satisfy non-functional requirements like high availability and cost. Although many common approaches like predictive autoscaling could solve this problem, it is still not so efficient because of its constraints like requiring a workload pattern as training data. Reinforcement machine learning (RL) can be considered a significant solution for this problem. Even though reinforcement learning needs some time to be stable and needs many trials to decide the value of factors like discount rate, this approach can adapt with the dynamic workload. In this  thesis, through a controlled experiment research method, we show how a model-free reinforcement algorithm like Q-learning can adapt to the dynamic workload by applying horizontal autoscaling to keep the performance of cloud services at the required level. Furthermore, the Amazon web services (AWS) platform is used to demonstrate the efficiency of the Q-learning algorithm in dealing with dynamic workload and achieving high availability.