Choosing between remote I/O versus staging in distributed environments

Today, scientifi_x000C_c applications and experiments have become increasingly complex and more demanding in terms of their computational and data requirements. The amount of data generated and used has grown at a very rapid rate. As tens or hundreds of terabytes of data for a single application is very common today; petabytes and even exabytes of data will be very common in a few years. One of the major challenges in distributed computing environments is how to access these large datasets remotely over the network. Data staging and remote I/O are the most widely used data access methods for distributed applications. Application developers generally chose one over the other intuitively without making any scienti_x000C_fic comparison specifi_x000C_c to their applications since there is no generic model available that they can use. In this thesis, we develop generic models and set guidelines for the application developers which would help them to choose the most appropriate data access method for their application. We de_x000C_fine the parameters that potentially aff_x000B_ect the end-to-end performance of the distributed applications which need to access remote data. To achieve our goal, we implement a series of synthetic benchmark applications to simulate di_x000B_fferent data access patterns. We run these benchmark applications on diff_x000B_erent distributed computing settings with di_x000B_fferent parameters, such as network bandwidth, server and client capabilities, and data access ratio. We also use di_x000B_fferent remote I/O protocols to show the importance of the protocol in making a decision. We use regression analysis to develop applicable generic models for comparing diff_x000B_erent data access methods, and test our models in a real life application. The main contribution of our thesis is generic models that can be applied to most data-intensive distributed applications to decide the best data access technique for those applications. Our models provide the scientists and application developers an opportunity to choose the best data access method before actually running the application

Interim research assessment 2003-2005 - Computer Science

This report primarily serves as a source of information for the 2007 Interim Research Assessment Committee for Computer Science at the three technical universities in the Netherlands. The report also provides information for others interested in our research activities

A study on the deployment of GA in a grid computing framework

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015Os algoritmos genéticos (AG) desempenham um papel importante na resolução de muitos problemas de otimização, incluindo científicos, económicos e socialmente relevantes. Os AGs, conjuntamente com a programação genética (PG), a programação evolutiva (PE), e as estratégias de evolução, são as principais classes de algoritmos evolutivos (AEs), ou seja, algoritmos que simulam a evolução natural. Em aplicações do mundo real o tempo de execução dos AGs pode ser computacionalmente exigente, devido, principalmente, aos requerimentos relacionados com o tamanho da população. Este problema pode ser atenuado através da paralelização, que pode levar a GAs mais rápidos e com melhor desempenho. Embora a maioria das implementações existentes de Algoritmos Genéticos Paralelos (AGPs) utilize clusters ou processamento massivamente paralelo (PMP), a computação em grid é economicamente relevante (uma grid pode ser construída utilizando computadores obsoletos) e tem algumas vantagens sobre os clusters, como por exemplo a não existência de controlo centralizado, segurança e acesso a recursos heterogéneos distribuídos em organizações virtuais dinâmicas em todo o mundo. Esta investigação utiliza o problema do mundo real denominado de Problema do Caixeiro Viajante (PCV) como referência (benchmark) para a paralelização de AGs numa infraestrutura de computação em grid. O PCV é um problema NP-difícil de otimização combinatória, bem conhecido, que pode ser formalmente descrito como o problema de encontrar, num grafo, o ciclo hamiltoniano mais curto. De facto, muitos problemas de roteamento, produção e escalonamento encontrados na engenharia, na indústria e outros tipos de negócio, podem ser equiparados ao PCV, daí a sua importância. Informalmente, o problema pode ser descrito da seguinte forma: Um vendedor tem um grande número de cidades para visitar e precisa encontrar o caminho mais curto para visitar todas as cidades, sem revisitar nenhuma delas. A principal dificuldade em encontrar as melhores soluções para o PCV é o grande número de caminhos possíveis; (n-1)! / 2 para um caminho de n cidades simétricas. À medida que o número de cidades aumenta, o número de caminhos possíveis também aumenta de uma forma fatorial. O PCV é, portanto, computacionalmente intratável, justificando plenamente a utilização de um método de otimização estocástica, como os AGs. No entanto, mesmo um algoritmo de otimização estocástica pode demorar demasiado tempo para calcular, à medida que o tamanho do problema aumenta. Num AG para grandes populações, o tempo necessário para resolver o problema pode até ser excessivamente longo. Uma forma de acelerar tais algoritmos é usar recursos adicionais, tais como elementos adicionais de processamento funcionando em paralelo e colaborando para encontrar a solução. Isto leva a implementações simultâneas de AGs, adequadas para a implementação em recursos colaborando em paralelo e/ou de forma distribuída. Os Algoritmos evolutivos paralelos (AEPs) destinam-se a implementar algoritmos mais rápidos e com melhor desempenho, usando populações estruturadas, ou seja, distribuições espaciais dos indivíduos. Uma das maneiras possíveis de descentralizar a população é distribuí-la por um conjunto de nós de processamento (ilhas) que trocam periodicamente (migram) potenciais soluções; o chamado modelo de ilhas. O modelo de ilhas permite um número considerável de topologias de migração e, pela Informação que foi possível apurar, há uma carência de trabalhos de investigação sobre a comparação dessas topologias de migração, ao implementar AEPs em infraestruturas de computação em grid. De facto, a comparação de topologias de migração, utilizando uma infraestrutura de computação em grid, como proposto neste trabalho, parece não estar disponível na literatura. Esta comparação tem como objetivo fornecer uma resposta tecnicamente sólida para a questão de investigação: Qual é a topologia, de modelo de ilhas, mais rápida para resolver instâncias do PCV usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo? Uma hipótese para responder à questão de investigação pode ser expressa da seguinte forma: Para resolver instâncias TSP, usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo, escolha qualquer uma das topologias coordenadas do modelo de ilhas, de entre as topologias testadas (estrela, roda, árvore, matriz totalmente conectada, árvore-anel, anel) com o maior número de nós possível (mesmo os mais lentos) e selecione a frequência de migração g que otimiza o tempo de execução para a topologia escolhida. A metodologia de investigação é essencialmente experimental, observando e analisando o comportamento do algoritmo ao alterar as propriedades do modelo de ilhas. Os resultados mostram que o AG é acelerado quando implementado num ambiente grid, mantendo a qualidade dos resultados obtidos na versão sequencial. Além disso, mesmo os computadores obsoletos podem ser usados como nós contribuindo para acelerar o tempo de execução do algoritmo. Este trabalho também discute a adequação de uma abordagem assíncrona para a implementação do AG num ambiente de computação em grid

A study on the deployment of GA in a grid computing framework

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015Os algoritmos genéticos (AG) desempenham um papel importante na resolução de muitos problemas de otimização, incluindo científicos, económicos e socialmente relevantes. Os AGs, conjuntamente com a programação genética (PG), a programação evolutiva (PE), e as estratégias de evolução, são as principais classes de algoritmos evolutivos (AEs), ou seja, algoritmos que simulam a evolução natural. Em aplicações do mundo real o tempo de execução dos AGs pode ser computacionalmente exigente, devido, principalmente, aos requerimentos relacionados com o tamanho da população. Este problema pode ser atenuado através da paralelização, que pode levar a GAs mais rápidos e com melhor desempenho. Embora a maioria das implementações existentes de Algoritmos Genéticos Paralelos (AGPs) utilize clusters ou processamento massivamente paralelo (PMP), a computação em grid é economicamente relevante (uma grid pode ser construída utilizando computadores obsoletos) e tem algumas vantagens sobre os clusters, como por exemplo a não existência de controlo centralizado, segurança e acesso a recursos heterogéneos distribuídos em organizações virtuais dinâmicas em todo o mundo. Esta investigação utiliza o problema do mundo real denominado de Problema do Caixeiro Viajante (PCV) como referência (benchmark) para a paralelização de AGs numa infraestrutura de computação em grid. O PCV é um problema NP-difícil de otimização combinatória, bem conhecido, que pode ser formalmente descrito como o problema de encontrar, num grafo, o ciclo hamiltoniano mais curto. De facto, muitos problemas de roteamento, produção e escalonamento encontrados na engenharia, na indústria e outros tipos de negócio, podem ser equiparados ao PCV, daí a sua importância. Informalmente, o problema pode ser descrito da seguinte forma: Um vendedor tem um grande número de cidades para visitar e precisa encontrar o caminho mais curto para visitar todas as cidades, sem revisitar nenhuma delas. A principal dificuldade em encontrar as melhores soluções para o PCV é o grande número de caminhos possíveis; (n-1)! / 2 para um caminho de n cidades simétricas. À medida que o número de cidades aumenta, o número de caminhos possíveis também aumenta de uma forma fatorial. O PCV é, portanto, computacionalmente intratável, justificando plenamente a utilização de um método de otimização estocástica, como os AGs. No entanto, mesmo um algoritmo de otimização estocástica pode demorar demasiado tempo para calcular, à medida que o tamanho do problema aumenta. Num AG para grandes populações, o tempo necessário para resolver o problema pode até ser excessivamente longo. Uma forma de acelerar tais algoritmos é usar recursos adicionais, tais como elementos adicionais de processamento funcionando em paralelo e colaborando para encontrar a solução. Isto leva a implementações simultâneas de AGs, adequadas para a implementação em recursos colaborando em paralelo e/ou de forma distribuída. Os Algoritmos evolutivos paralelos (AEPs) destinam-se a implementar algoritmos mais rápidos e com melhor desempenho, usando populações estruturadas, ou seja, distribuições espaciais dos indivíduos. Uma das maneiras possíveis de descentralizar a população é distribuí-la por um conjunto de nós de processamento (ilhas) que trocam periodicamente (migram) potenciais soluções; o chamado modelo de ilhas. O modelo de ilhas permite um número considerável de topologias de migração e, pela Informação que foi possível apurar, há uma carência de trabalhos de investigação sobre a comparação dessas topologias de migração, ao implementar AEPs em infraestruturas de computação em grid. De facto, a comparação de topologias de migração, utilizando uma infraestrutura de computação em grid, como proposto neste trabalho, parece não estar disponível na literatura. Esta comparação tem como objetivo fornecer uma resposta tecnicamente sólida para a questão de investigação: Qual é a topologia, de modelo de ilhas, mais rápida para resolver instâncias do PCV usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo? Uma hipótese para responder à questão de investigação pode ser expressa da seguinte forma: Para resolver instâncias TSP, usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo, escolha qualquer uma das topologias coordenadas do modelo de ilhas, de entre as topologias testadas (estrela, roda, árvore, matriz totalmente conectada, árvore-anel, anel) com o maior número de nós possível (mesmo os mais lentos) e selecione a frequência de migração g que otimiza o tempo de execução para a topologia escolhida. A metodologia de investigação é essencialmente experimental, observando e analisando o comportamento do algoritmo ao alterar as propriedades do modelo de ilhas. Os resultados mostram que o AG é acelerado quando implementado num ambiente grid, mantendo a qualidade dos resultados obtidos na versão sequencial. Além disso, mesmo os computadores obsoletos podem ser usados como nós contribuindo para acelerar o tempo de execução do algoritmo. Este trabalho também discute a adequação de uma abordagem assíncrona para a implementação do AG num ambiente de computação em grid

Wireless remote patient monitoring on general hospital wards.

A novel approach which has potential to improve quality of patient care on general hospital wards is proposed. Patient care is a labour-intensive task that requires high input of human resources. A Remote Patient Monitoring (RPM) system is proposed which can go some way towards improving patient monitoring on general hospital wards. In this system vital signs are gathered from patients and sent to a control unit for centralized monitoring. The RPM system can complement the role of nurses in monitoring patients’ vital signs. They will be able to focus on holistic needs of patients thereby providing better personal care. Wireless network technologies, ZigBee and Wi-Fi, are utilized for transmission of vital signs in the proposed RPM system. They provide flexibility and mobility to patients. A prototype system for RPM is designed and simulated. The results illustrated the capability, suitability and limitation of the chosen technology

Contributions aux systèmes répartis en environnements ubiquitaires : adaptation, sensibilité au contexte et tolérance aux fautes

D'années en années, nous observons l'arrivée sur le marche d'ordinateurs personnels de plus en plus petits pour des utilisateurs de plus en plus nombreux, ainsi des assistants personnels numériques et des objets dits connectés, en passant par les téléphones mobiles. Tous ces dispositifs tendent à être interchangeables du point de vue des ressources en mémoire, en calcul et en connectivité : par exemple, les téléphones mobiles sont devenus des équipements informatiques de moins en moins spécialisés ou de plus en plus universels et font dorénavant office en la matière de portails d'accès aux capteurs présents dans l'environnement immédiat de l'utilisateur. L'enjeu abordé dans nos travaux est la construction de systèmes répartis incluant ces nouveaux dispositifs matériels. L'objectif de mes recherches est la conception des paradigmes d'intermédiation génériques sous-jacents aux applications réparties de plus en plus ubiquitaires. Plus particulièrement, la problématique générale de mes travaux est la définition du rôle des intergiciels dans l'intégration des dispositifs mobiles et des objets connectés dans les architectures logicielles réparties. Ces architectures logicielles reposaient très majoritairement sur des infrastructures logicielles fixes au début des travaux présentés dans ce manuscrit. Dans ce manuscrit, je décris mes travaux sur trois sujets : 1) l'adaptation des applications réparties pour la continuité de service pendant les déconnexions, 2) la gestion des informations du contexte d'exécution des applications réparties pour leur sensibilité au contexte, et 3) les mécanismes de détection des entraves dans les environnements fortement dynamiques tels que ceux construits avec des réseaux mobiles spontanés. Sur le premier sujet, nous fournissons une couche intergicielle générique pour la gestion des aspects répartis de la gestion des déconnexions en utilisant une stratégie d'adaptation collaborative dans les architectures à base d'objets et de composants. Sur le deuxième sujet, nous étudions les paradigmes architecturaux pour la construction d'un service de gestion de contexte générique, afin d'adresser la diversité des traitements (fusion et agrégation, corrélation, détection de situation par apprentissage, etc.), puis nous adressons le problème de la distribution des informations de contexte aux différentes échelles de l'Internet des objets. Enfin, sur le troisième sujet, nous commençons par la détection des modes de fonctionnement pour l'adaptation aux déconnexions afin de faire la différence, lorsque cela est possible, entre une déconnexion et une défaillance, et ensuite nous spécifions et construisons un service de gestion de groupe partitionnable. Ce service est assez fort pour interdire la construction de partitions ne correspondant pas à la réalité de l'environnement à un instant donné et est assez faible pour être mis en oeuvre algorithmiquemen