Extra Functional Properties Evaluation of Self-managed Software Systems with Formal Methods

Multitud de aplicaciones software actuales están abocadas a operar en contextos dinámicos. Estos pueden manifestarse en términos de cambios en el entorno de ejecución de la aplicación, cambios en los requisitos de la aplicación, cambios en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o cambios en cualquiera de los elementos que la aplicación software pueda percibir y verse afectada. Además, estos contextos dinámicos no están restringidos a un dominio particular de aplicaciones sino que se pueden encontrar en múltiples dominios, tales como: sistemas empotrados, arquitecturas orientadas a servicios, clusters para computación de altas prestaciones, dispositivos móviles o software para el funcionamiento de la red. La existencia de estas características disuade a los ingenieros de desarrollar software que no sea capaz de cambiar de modo alguno su ejecución para acomodarla al contexto en el que se está ejecutando el software en cada momento. Por lo tanto, con el objetivo de que el software pueda satisfacer sus requisitos en todo momento, este debe incluir mecanismos para poder cambiar su configuración de ejecución. Además, debido a que los cambios de contexto son frecuentes y afectan a múltiples dispositivos de la aplicación, la intervención humana que cambie manualmente la configuración del software no es una solución factible. Para enfrentarse a estos desafíos, la comunidad de Ingeniería del Software ha propuesto nuevos paradigmas que posibilitan el desarrollo de software que se enfrenta a contextos cambiantes de un modo automático; por ejemplo las propuestas Autonomic Computing y Self-* Software. En tales propuestas es el propio software quien gestiona sus mecanismos para cambiar la configuración de ejecución, sin requerir por lo tanto intervención humana alguna. Un aspecto esencial del software auto-adaptativo (Self-adaptive Software es uno de los términos más generales para referirse a Self-* Software) es el de planear sus cambios o adaptaciones. Los planes de adaptación determinan tanto el modo en el que se adaptará el software como los momentos oportunos para ejecutar tales adaptaciones. Hay un gran conjunto de situaciones para las cuales la propiedad de auto- adaptación es una solución. Una de esas situaciones es la de mantener al sistema satisfaciendo sus requisitos extra funcionales, tales como la calidad de servicio (Quality of Service, QoS) y su consumo de energía. Esta tesis ha investigado esa situación mediante el uso de métodos formales. Una de las contribuciones de esta tesis es la propuesta para asentar en una arquitectura software los sistemas que son auto-adaptativos respecto a su QoS y su consumo de energía. Con este objetivo, esta parte de la investigación la guía una arquitectura de tres capas de referencia para sistemas auto-adaptativos. La bondad del uso de una arquitectura de referencia es que muestra fácilmente los nuevos desafíos en el diseño de este tipo de sistemas. Naturalmente, la planificación de la adaptación es una de las actividades consideradas en la arquitectura. Otra de las contribuciones de la tesis es la propuesta de métodos para la creación de planes de adaptación. Los métodos formales juegan un rol esencial en esta actividad, ya que posibilitan el estudio de las propiedades extra funcionales de los sistemas en diferentes configuraciones. El método formal utilizado para estos análisis es el de las redes de Petri markovianas. Una vez que se ha creado el plan de adaptación, hemos investigado la utilización de los métodos formales para la evaluación de QoS y consumo de energía de los sistemas auto-adaptativos. Por lo tanto, se ha contribuido a la comunidad de análisis de QoS con el análisis de un nuevo y particularmente complejo tipo de sistemas software. Para llevar a cabo este análisis se requiere el modelado de los cambios din·micos del contexto de ejecución, para lo que se han utilizado una variedad de métodos formales, como los Markov modulated Poisson processes para estimar los parámetros de las variaciones en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o los hidden Markov models para predecir el estado del entorno de ejecución. Estos modelos han sido usados junto a las redes de Petri para evaluar sistemas auto-adaptativos y obtener resultados sobre su QoS y consumo de energía. El trabajo de investigación anterior sacó a la luz el hecho de que la adaptabilidad de un sistema no es una propiedad tan fácilmente cuantificable como las propiedades de QoS -por ejemplo, el tiempo de respuesta- o el consumo de energÌa. En consecuencia, se ha investigado en esa dirección y, como resultado, otra de las contribuciones de esta tesis es la propuesta de un conjunto de métricas para la cuantificación de la propiedad de adaptabilidad de sistemas basados en servicios. Para conseguir las anteriores contribuciones se realiza un uso intensivo de modelos y transformaciones de modelos; tarea para la que se han seguido las mejores prácticas en el campo de investigación de la Ingeniería orientada a modelos (Model-driven Engineering, MDE). El trabajo de investigación de esta tesis en el campo MDE ha contribuido con: el aumento de la potencia de modelado de un lenguaje de modelado de software propuesto anteriormente y métodos de transformación desde dos lenguajes de modelado de software a redes de Petri estocasticas

Intrusion Detection for Smart Grid Communication Systems

Transformation of the traditional power grid into a smart grid hosts an array of vulnerabilities associated with communication networks. Furthermore, wireless mediums used throughout the smart grid promote an environment where Denial of Service (DoS) attacks are very effective. In wireless mediums, jamming and spoofing attack techniques diminish system operations thus affecting smart grid stability and posing an immediate threat to Confidentiality, Integrity, and Availability (CIA) of the smart grid. Intrusion detection systems (IDS) serve as a primary defense in mitigating network vulnerabilities. In IDS, signatures created from historical data are compared to incoming network traffic to identify abnormalities. In this thesis, intrusion detection algorithms are proposed for attack detection in smart grid networks by means of physical, data link, network, and session layer analysis. Irregularities in these layers provide insight to whether the network is experiencing genuine or malicious activity

Adaptable Symbol Table Management by Meta Modeling and Generation of Symbol Table Infrastructures

Many textual software languages share common concepts such as defining and referencing elements, hierarchical structures constraining the visibility of names, and allowing for identical names for different element kinds. Symbol tables are useful to handle those reference and visibility concepts. However, developing a symbol table can be a tedious task that leads to an additional effort for the language engineer. This paper presents a symbol table meta model usable to define languagespecific symbol tables. Furthermore, we integrate this symbol table meta model with a meta model of a grammar-based language definition. This enables the language engineer to switch between the model structure and the symbol table as needed. Finally, based on a grammarannotation mechanism, our approach is able to generate a symbol table infrastructure that can be used as is or serve as a basis for custom symbol tables.Comment: 8 pages, 9 figures, Domain-Specific Modeling Workshop 2015 (DSM 2015

Software Defined Applications in Cellular and Optical Networks

abstract: Small wireless cells have the potential to overcome bottlenecks in wireless access through the sharing of spectrum resources. A novel access backhaul network architecture based on a Smart Gateway (Sm-GW) between the small cell base stations, e.g., LTE eNBs, and the conventional backhaul gateways, e.g., LTE Servicing/Packet Gateways (S/P-GWs) has been introduced to address the bottleneck. The Sm-GW flexibly schedules uplink transmissions for the eNBs. Based on software defined networking (SDN) a management mechanism that allows multiple operator to flexibly inter-operate via multiple Sm-GWs with a multitude of small cells has been proposed. This dissertation also comprehensively survey the studies that examine the SDN paradigm in optical networks. Along with the PHY functional split improvements, the performance of Distributed Converged Cable Access Platform (DCCAP) in the cable architectures especially for the Remote-PHY and Remote-MACPHY nodes has been evaluated. In the PHY functional split, in addition to the re-use of infrastructure with a common FFT module for multiple technologies, a novel cross functional split interaction to cache the repetitive QAM symbols across time at the remote node to reduce the transmission rate requirement of the fronthaul link has been proposed.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Electrical Engineering 201

Multilevel Modeling of Geographic Information Systems Based on International Standards

Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade da Coruña/CISUG[Abstract] Even though different applications based on Geographic Information Systems (GIS) provide different features and functions, they all share a set of common concepts (e.g., spatial data types, operations, services), a common architecture, and a common set of technologies. Furthermore, common structures appear repeatedly in different GIS, although they have to be specialized in specific application domains. Multilevel modeling is an approach to model-driven engineering (MDE) in which the number of metamodel levels is not fixed. This approach aims at solving the limitations of a two-level metamodeling approach, which forces the designer to include all the metamodel elements at the same level. In this paper, we address the application of multilevel modeling to the domain of GIS, and we evaluate its potential benefits. Although we do not present a complete set of models, we present four representative scenarios supported by example models. One of them is based on the standards defined by ISO TC/211 and the Open Geospatial Consortium. The other three are based on the EU INSPIRE Directive (territory administration, spatial networks, and facility management). These scenarios show that multilevel modeling can provide more benefits to GIS modeling than a two-level metamodeling approach.Xunta de Galicia; IN852A 2018/14Xunta de Galicia; ED431G 2019/01This work has been partially funded by grants: MICIU/FEDER-UE, MAGIST: PID2019-105221RB-C41; MICIU/FEDER-UEBIZDEVOPSGLOBAL: RTI-2018-098309-B-C32, Xunta de Galicia/FEDER-UE, ConectaPeme, GEMA: IN852A 2018/14; MINECOAEI/FEDER-UE Datos 4.0: TIN2016-78011-C4-1-R; MINECOAEI/FEDER-UE Velocity: TIN2016-77158-C4-3-R; CITIC research center funded by XUNTA and EU through the European Regional Development Fund- Galicia 2014-2020 Program, grant ED431G 2019/01. Funding for open access charge: Universidade da Coruña/CISUG