A dual-band priority assignment algorithm for dynamic QoS resource management

Future high-quality consumer electronics will contain a number of applications running in a highly dynamic environment, and their execution will need to be efficiently arbitrated by the underlying platform software. The multimedia applications that currently execute in such similar contexts face frequent run-time variations in their resource demands, originated by the greedy nature of the multimedia processing itself. Changes in resource demands are triggered by numerous reasons (e.g. a switch in the input media compression format). Such situations require real-time adaptation mechanisms to adjust the system operation to the new requirements, and this must be done seamlessly to satisfy the user experience. One solution for efficiently managing application execution is to apply quality of service resource management techniques, based on assigning and enforcing resource contracts to applications. Most resource management solutions provide temporal isolation by enforcing resource assignments and avoiding any resource overruns. However, this has a clear limitation over the cost-effective resource usage. This paper presents a simple priority assignment scheme based on uniform priority bands to allow that greedy multimedia tasks incur in safe overruns that increase resource usage and do not threaten the timely execution of non-overrunning tasks. Experimental results show that the proposed priority assignment scheme in combination with a resource accounting mechanism preserves timely multimedia execution and delivery, achieves a higher cost-effective processor usage, and guarantees the execution isolation of non-overrunning tasks

Phasing of Periodic Tasks Distributed over Real-time Fieldbus

In designing a distributed hard real-time system, it is important to reduce the end-to-end delay of each real-time message in order to ensure quick responses to external inputs and a high degree of synchronization among cooperating actuators. In order to provide a real-time guarantee for each message, the related literature has focused on the analysis of end-to-end delays based on worst-case task phasing. However, such analyses are too pessimistic because they do not assume a global clock. With the assumption that task phases can be managed by using a global clock provided by emerging real-time fieldbuses, such as EtherCAT, we can try to calculate the optimal task phasing that yields the minimal worst-case end-to-end delay. In this study, we propose a heuristic to manage the phase offsets in the distributed tasks to reduce the theoretical end-to-end delay bound. The proposed heuristic reduces the search time for a solution by identifying time intervals where actual communication occurs among inter-dependent tasks. Furthermore, to analyze the distribution of endto- end delays in different phases, we implemented a simulation tool. The simulation results showed that the proposed heuristic can reduce worst-case end-to-end delay as well as jitter in end-to-end delays

Challenges in real-time virtualization and predictable cloud computing

Cloud computing and virtualization technology have revolutionized general-purpose computing applications in the past decade. The cloud paradigm offers advantages through reduction of operation costs, server consolidation, flexible system configuration and elastic resource provisioning. However, despite the success of cloud computing for general-purpose computing, existing cloud computing and virtualization technology face tremendous challenges in supporting emerging soft real-time applications such as online video streaming, cloud-based gaming, and telecommunication management. These applications demand real-time performance in open, shared and virtualized computing environments. This paper identifies the technical challenges in supporting real-time applications in the cloud, surveys recent advancement in real-time virtualization and cloud computing technology, and offers research directions to enable cloud-based real-time applications in the future

Contributions to the safe execution of dynamic component-based real-time systems

Traditionally, real-time systems have based their design and execution on barely dynamic models to ensure, since design time, the temporal guarantees in the execution of their functionality. Great effort is being applied nowadays to progressively develop more dynamic systems, with the target of changing during their execution and to adapt themselves to their environment. The capability to change and to reconfigure themselves represents remarkable advantages as the capability to fix errors and to add new functionality with on-line updates. This means to be able to be updated without needing to stop the service, that may imply monetary losses in many cases. Design and development techniques based on components have become popular due to the use of components, which allows simplifying the system design, code reusability and updates through the substitution of components. The target of this thesis work is to provide certain degree of dynamism to real-time systems allowing them to replace components, incorporating new functionality of fixing existing bugs. On that purpose, a component-based framework is proposed, as well as the corresponding task in charge of providing dynamism to the system. The main contribution is to provide a framework to allow safe component replacements. Safe meaning that incorrect executions of tasks are avoided even y multiple tasks are executing concurrently and making use of the same data. Also that temporal guarantees are provided for every task. This framework incorporates a generic component model with real-time threads, a components replacement model with execution times that are known and bounded, and different strategies to apply such component replacement model. Some mechanisms to maintain a seamless and safe execution, regarding concurrency, before, during, and after applying the processes in charge of replacing running components are also described. Seamless execution means that components themselves do not perform the replacements, and safe means that temporal guarantees are provided and components are not affected in their execution. Part of these mechanisms are the system schedulability analysis and the framework tasks as well as reserving the needed resources for such scheduling to be correct. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Los sistemas de tiempo real han basado tradicionalmente su desarrollo en modelos altamente predecibles ya que estos requieren garantías temporales en su ejecución. A lo largo de los años, la technología de tiempo real ha ido penetrando en diferentes campos de aplicación y ajustándose a paradigmas de desarrollo software más novedosos. Esto ha presentado y presenta en la actualidad un tremendo reto ya que estas aplicaciones suelen tener un alto grado de dinamismo, lo que entra en conflicto con la predictibilidad temporal y, en general la ejecución segura de los mismos. Hoy en dia se esta realizando un gran esfuerzo en el desarrollo de sistemas cada vez más dinamicos que permitan adaptar su estructura en tiempo de ejecución para adaptarse a entornos que presentan condiciones cambiantes. La capacidad de soportar este tipo de dinamismo presenta ventajas descatables como permitir corregir fallos y anadir funcionalidad mediante actualizaciones en caliente, es decir, poder actualizarse sin necesidad de realizar paradas en su servicio, lo que podria implicar costes monetarios en muchos casos o perdidas temporales de servicio. Por otro lado, las técnicas de diseño y desarrollo basadas en componentes se han hecho muy populares y su aplicación a los sistemas de tiempo real gana terreno día a día. Uno de los principales motivos de ellos es que el uso de componentes permite simplificar el diseño del sistema, la reutilizacion de codigo e incluso la actualizacion del mismo mediante la substitucion de componentes. En esta tesis se aborda el objetivo de proveer a los sistemas de tiempo real de cierto grado de dinamismo para poder reemplazar componentes de forma segura, que permita incorporar nuevas funcionalidades o corregir errores existentes. Para ello, en esta tesis se ha elaborado de un marco de trabajo para dar soporte a reemplazos de componentes de forma segura, entendiendo como tal que el hecho de que no se produzcan ejecuciones incorrectas debido a la ejecución concurrente de multiples tareas, asi como el garantizar los tiempos de ejecucion de cada tarea y acotar la duración temporal de los reemplazos. El marco de trabajo propuesto está basado, pues, en componentes de tiempo real, que tiene en cuenta los requisitos temporales en la ejecución de los componentes del sistema y de las tareas propias del marco que dan soporte a estos mecanismos de reemplazo. Este marco de trabajo incorpora un modelo generico de componente con tareas de tiempo real, un modelo de reemplazo de componentes cuyos tiempos de ejecucion son conocidos y limitados en tiempo y diferentes estrategias de aplicacion de dicho modelo de reemplazo de componente. Las contribuciones propuestas integran el analisis de la planificabilidad de los componentes del sistema y de las tareas del marco de componentes para permitir establecer los parámetros de reserva de los recursos necesarios para las tareas del marco. Por último, se realiza una validación empírica en la que se comprueba experimentalmente la validez del modelo tanto de forma genérica como en un escenario específico y determinando también los recursos necesarios para su implementación

Ingeniería basada en modelos aplicada a sistemas distribuidos sensibles al contexto.

239 p.En esta Tesis Doctoral se plantea una metodología, soportada por mecanismos y herramientas, que da soporte al ciclo de desarrollo de aplicaciones distribuidas sensibles al contexto, aquéllas que supervisan su entorno físico con objeto de detectar cambios en él y reaccionar rápida y adecuadamente. Son aplicaciones presentes en diferentes campos de aplicación que demandan requisitos tales como ejecución en entornos distribuidos y heterogéneos, personalización de la supervisión, adaptación a cambios relevantes en su contexto, gestión de la calidad específica de cada aplicación, disponibilidad y recuperación ante situaciones de fallo. En concreto, se propone una aproximación de modelado genérica que permite la especificación y diseño de estas aplicaciones, independientemente de la plataforma de gestión responsable de su ejecución y atendiendo a los diferentes expertos que participan: expertos de dominio y desarrolladores de software. Se hace uso de la ingeniería dirigida por modelos para lograr la separación de dominios necesaria. Así, el experto de dominio realiza el diseño arquitectónico en el que se especifican todos sus requisitos, mientras que el desarrollador de software se centra en el diseño e implementación de la solución software correspondiente. Por tanto, la aproximación de modelado recoge los requisitos de las aplicaciones que una plataforma de gestión debe cumplir en tiempo de ejecución, al mismo tiempo que captura la información necesaria para la generación de su código. También se plantea un entorno de desarrollo integrado, basado en dicha aproximación, que da soporte al ciclo de desarrollo, cuyo prototipo se ha validado en un demostrador en el campo de la asistencia domiciliaria

Distributed Java Auction Module on real-time CORBA

[ES] El uso de infraestructuras middleware que permitan intercomunicar diferentes nodos de un sistema puede aliviar aspectos importantes relacionados con el coste de desarrollo y mantenimiento de dichos sistemas en entornos flexibles. En este contexto el artículo presenta una arquitectura desarrollada dentro del contexto de los sistemas de subasta distribuidos que tienen ciertos requisitos de tiempo real que han de ser satisfechos. Dicha arquitectura implementa un sistema de puja doble (CDA) para un sistema de tiempo real industriales. El artículo presenta tanto la arquitectura del sistema con sus diferentes actores así como una evaluación en una plataforma real utilizando middleware de tiempo real ya existente.[EN] Using middleware infrastructures that enable communication among different nodes in a system may alleviate aspects related to management and development cost in flexible environments. In that context the article presents an auction architecture with certain real-time requirements that have to be satisfied. The architecture implements a continuous double action (CDA) algorithm for a real-time middleware. The article describes the architecture (actors and goals) and the results obtained by using common-off-the-shelf real-time middleware.Este trabajo ha sido realizado con el apoyo del proyecto iLAND (ARTEMIS-JU 100026) financiado por ARTEMIS JTU y el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo español. También ha sido parcialmente financiado por ARTISTDesign NoE (IST-2007-214373) del 7º programa marco de la Unión Europea y por REM4VSS (TIN2011-28339) del Ministerio de Ciencia e Innovación.Basanta Val, P.; García Valls, M.; Morillas Rodríguez, H.; Cano Romero, J. (2012). Módulo Distribuido de Subasta Java sobre CORBA de Tiempo Real. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 9(4):406-416. https://doi.org/10.1016/j.riai.2012.09.009OJS40641694Aleksy M, Korthaus A, Schader M (2001) A CORBA-based Architecture for Electronic Auction Applications.Anderson JS, Jensen ED (2006) Distributed real-time specification for Java: a status report (digest), 3-9.Basanta-Val P, Anderson JS (2012) Using Real-Time Java in Distributed Systems: Problems and Solutions. In: TH Toledano, AJ Wellings, eds. Distributed and Embedded Real-Time Java Systems.Basanta-Val P, Garcia-Valls M, Estevez-Ayres I (2012) Enhancing OSGi with real-time Java support. Software: Practice and Experience, -(-), -,-.Basanta-Val P, Garcia-Valls M, Estevez-Ayres I (2010) A neutral architecture for distributed real-time Java based on RTSJ and RMI, 1-8.Val, P. B., Garcia-Valls, M., & Estevez-Ayres, I. (2009). Simple Asynchronous Remote Invocations for Distributed Real-Time Java. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 5(3), 289-298. doi:10.1109/tii.2009.2026271Basanta-Val P, García-Valls M, Fernandez-Gonzalez J, Estevez-Avres I (2011) Fine tuning of the multiplexing facilities of Java's Remote Method Invocation, 1260.Basanta-Val, P., García-Valls, M., & Estévez-Ayres, I. (2010). No-Heap remote objects for distributed real-time Java. ACM Transactions on Embedded Computing Systems, 10(1), 1-25. doi:10.1145/1814539.1814546Basanta-Val P, Garcia-Valls M, Estevez-Ayres I (2010b) Towards a Cyber-Physical Architecture for Industrial Systems via Real-Time Java Technology. Computer and Information Technology, International Conference on, 0, 2341-6.Cliff, D. (2003). Explorations in evolutionary design of online auction market mechanisms. Electronic Commerce Research and Applications, 2(2), 162-175. doi:10.1016/s1567-4223(03)00017-6Cucinotta, T., Mancina, A., Anastasi, G. F., Lipari, G., Mangeruca, L., Checcozzo, R., & Rusina, F. (2009). A Real-Time Service-Oriented Architecture for Industrial Automation. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 5(3), 267-277. doi:10.1109/tii.2009.2027013Estévez-Ayres, I., García-Valls, M., Basanta-Val, P., & Díez-Sánchez, J. (2011). A hybrid approach for selecting service-based real-time composition algorithms in heterogeneous environments. Concurrency and Computation: Practice and Experience, 23(15), 1816-1851. doi:10.1002/cpe.1766García-Valls M, Basanta-Val P (2012) Usage of DDS Data- Centric Middleware for remote monitoring and control laboratories Industrial Informatics, IEEE Transactions on, -.García-Valls M, Rodríguez-López I, Fernández-Villar L (2012) iLAND: An Enhanced Middleware for Real-Time Reconfiguration of Service Oriented Distributed Real-Time Systems. Industrial Informatics, IEEE Transactions on, -.García-Valls M, Alonso A, de la Puente J.A. (2012) A dual-band priority assignment algorithm for dynamic QoS resource management. 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Component Framework for supporting safe and dynamic replacement in real-time systems

[EN] In the last decades solutions have been provided for the real- time component-based systems development as a base to increase productivity and reliability of their development as well as their maintenance. Solutions are increasingly appearing that allow controlled flexibility in these systems, aiming to support dynamic execution through the component replacement at run-time. So, component models are adapted trying to minimize conflicts integrating real-time and dynamic behaviors, and achieving components replacements in a bounded time. One of the main challenges for this is to calculate the required times by the different operations needed in a component replacement. The other issue is to know the operating times of the component in the system when their implementations change along the life of the system. In this work the implementation of a component framework implementation is described providing a partial solution for these problems. A component model is provided together with the corresponding algorithms to assure that components can be loaded and replaced at run-time without interfering in their execution deadlines. The model is designed to avoid failures during component replacements. Finally a validation of the presented concepts is provided.[ES] En las últimas décadas se han aportado soluciones para el desarrollo de sistemas de tiempo real basados en componentes como base para aumentar la productividad y la fiabilidad de su desarrollo así como su posterior mantenimiento. De modo más reciente están apareciendo soluciones que permiten cierta flexibilidad en estos sistemas con miras a soportar ejecución dinámica a través de reemplazos de componentes en tiempo de ejecución. Para ello se adaptan los modelos de componentes intentando minimizar los conflictos que aparecen al integrar tiempo real y comportamiento dinámico y conseguir reemplazos de componentes en un tiempo acotado. Uno de los principales retos para esto es el cálculo de los tiempos requeridos por las diferentes operaciones necesarias para realizar un reemplazo de componente. El otro gran obstáculo es conocer los tiempos de operación de los componentes del sistema cuando la implementación de éstos puede cambiar durante la vida del sistema. En este trabajo se describe la implementación de un marco de componentes que aporta una solución parcial a estos problemas. Se proporciona un modelo de componentes junto con sus correspondientes algoritmos para asegurar que los componentes pueden ser cargados y reemplazados en tiempo de ejecución sin interferir en el cumplimiento de sus plazos de ejecución. El modelo está diseñado para evitar fallos en los reemplazos de componente. Finalmente se aporta la validación de los conceptos presentados.Cano, J.; García Valls, M.; Basanta Val, P. (2014). Marco de Componentes con soporte para reemplazo dinámico y seguro en sistemas de tiempo real. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 11(1):98-108. https://doi.org/10.1016/j.riai.2013.11.007OJS98108111Almeida, J., Wegdam, M. 2001. Transparent dynamic reconfiguration for CORBA, in: Blair, G., Schmidt, D., Tar, Z. (Eds.), 3rd International Symposium on Distributed Objects and Applications. Rome, pp. 197-207.Bini, E., Thi Huyen Chau Nguyen, Richard, P., & Baruah, S. K. (2009). A Response-Time Bound in Fixed-Priority Scheduling with Arbitrary Deadlines. IEEE Transactions on Computers, 58(2), 279-286. doi:10.1109/tc.2008.167Bollella, G., & Gosling, J. (2000). The real-time specification for Java. Computer, 33(6), 47-54. doi:10.1109/2.846318Bures, T., Hnetynka, P., Plasil, F. 2006. Sofa 2.0: Balancing advanced features in a hierarchical component model, in: Software Engineering Research, Management and Applications, 2006. Fourth International Conference On. IEEE, pp. 40-48.Crnkovic, I., Sentilles, S., Vulgarakis, A., & Chaudron, M. R. V. (2011). 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IEEE Transactions on Industrial Informatics, 9(1), 228-236. doi:10.1109/tii.2012.2198662García-Valls, M., Basanta-Val, P., 2013a. A real-time perspective of service composition: Key concepts and some contributions. Journal of Systems Architecture. Elsevier, http://dx.doi.org/10.1016/j.sysarc.2013.06.008.García-Valls, M., Basanta-Val, P., Marcos, M., Estévez, E., 2013b. A bi- dimensional QoS model for SOA and real-time middleware. International Journal of Computer Systems Science and Engineering, CLR Publishing,ISSN 0267-6192(To appear).Kramer, J., & Magee, J. (1990). The evolving philosophers problem: dynamic change management. IEEE Transactions on Software Engineering, 16(11), 1293-1306. doi:10.1109/32.60317Li, W. (2012). QoS Assurance for Dynamic Reconfiguration of Component-Based Software Systems. IEEE Transactions on Software Engineering, 38(3), 658-676. doi:10.1109/tse.2011.37McKinley, P. K., Sadjadi, S. M., Kasten, E. P., & Cheng, B. H. C. (2004). Composing adaptive software. 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Enterprise Module for Exercise Formal Validation applied on Java Concurrent Programming

[EN] Tools that allow detecting programming faults are useful for both docents, who may test submitted exercises, and students, who may use these tools in advance. In this article the authors develop one tool for detecting failures in applications. In many cases there are previous tools that may be readapted to be used in an educational scope. This article integrates of one of these tools, which avoids code with dead-locks and race-conditions, into the Internet. The tool integrated is JPF (Java Path Finder) and it is accessed from a Java EE web frontend which carries out the exercise assessment. The article deals with the definition of the module and its evaluation on a realistic scenario. The results show that many assignments may benefit from the output of the tool.[ES] La utilización de herramientas que permitan detectar problemas de programación es de utilidad tanto para el docente, el cual puede probar de una forma más exhaustiva las prácticas entregadas, como para el discente, el cual puede utilizar dichas herramientas. En muchos casos, existen herramientas previas utilizadas en el desarrollo software, que pueden ser adaptadas para ser utilizadas en un entorno formativo. Este trabajo aporta la integración de una herramienta de validación formal de sistemas concurrentes Java, la cual garantiza la no existencia de defectos como son el abrazo mortal y las condiciones de carrera, en un entorno Web abierto. Más concretamente, la herramienta que se ha escogido es denominada JPF (Java Path Finder) y se la ha dotado de interfaces dentro de un servidor Java EE (Enterprise Edition), lo que facilita la utilización de servicios propios de la plataforma Java EE y la interoperabilidad entre estos con el módulo diseñado. El artículo trata aspectos tecnológicos derivados de dicha integración como son el diseño de una arquitectura que da soporte a la validación vía web. También detalla una serie de experimentos relativos al rendimiento de la plataforma realizados sobre un curso real, lo que permite medir costes computacionales y su utilidad en la evaluación.Este trabajo ha sido realizado con el apoyo del proyecto iLAND (ARTEMIS-JU 100026) parcialmente financiado por ARTEMIS JTU y el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo español. También ha sido parcialmente financiado por ARTISTDesign NoE (IST-2007-214373) del 7º programa marco de la Unión Europea, por REM4VSS (TIN2011-28339) del Ministerio de Ciencia e Innovación y por LEARN3 (TIN2008-0513) del Ministerio de Ciencia e Innovación.Basanta Val, P.; García Valls, M.; Estévez Ayres, I.; Martin Gutiérrez, M. (2012). Módulo Empresarial para la Validación Formal de Ejercicios aplicado a la Programación Concurrente en Java. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 9(3):290-299. https://doi.org/10.1016/j.riai.2012.05.013OJS29029993Alonso D., Pastor, J.A., Alvarez, B., 2004. Real-Time Teaching with Java: JPR 3. En: OTM Workshops. Larnaca (Chipre).Basanta-Val, P., Garcia-Valls, M. y Estevez-Ayres, I., 2010. No-Heap remote objects for distributed real-time Java. ACM Trans.Embed.Comput.Syst. 10 (1): 1-25.Basanta-Val, P., Garcia-Valls, M. y Estevez-Ayres, I., 2005. Towards the Integration of Scoped Memory in Distributed Real-Time Java. ISORC 2005. Seatle(US).Basanta-Val, P., Garcia-Valls, M. y Estevez-Ayres, I., 2004. No Heap remote objects: Leaving the garbage collector at the server-side. En: OTM Workshops. Larnaca (Chipre).Bollella G. et al., 2001. The Real-Time Specification for Java, Adisson- Wesley.Caspi P., Sangiovanni-Vincentelli, A.L, Almeida, L., Benveniste, A., Bouyssounouse, B., Buttazzo, G.C., Crnkovic, I., Damm, W., Engblom, J., Fohler, G., García-Valls, M., Kopetz, H., Lakhnech, Y., Laroussinie, F., Lavagno, L., Lipari, G., Maraninchi, F., Peti, P., de la Puente, J.A, Scaife, N., Sifakis, J., de Simone, R., Törngren, M., Veríssimo, P., Wellings, A.J., Wilhelm, R., Willemse, Wang Yi, T.A.C., 2005. Guidelines for a graduate curriculum on embedded software and systems. ACM Trans. Embedded Comput. Syst. 4 (3) 587-611.de La Puente, J., Alonso, A., Garcia-Valls, M., Ruiz, J.F., 1998. Teaching real-time systems at DIT/UPM, En: Real-Time Systems, Montreal (Canada).de Tomas, M.A., Gomez, L., Perez A., 1991. 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