An architecture for intelligent health assessment enabled IEEE 1451 compliant smart sensors

As systems become increasingly complex and costly, potential failure mechanisms and indicators are numerous and difficult to identify, while the cost of loss is very expensive - human lives, replacement units, and impacts to national security. In order to ensure the safety and long-term reliability of vehicles, structures, and devices attention must be directed toward the assessment and management of system health. System health is the key component that links data, information, and knowledge to action. Integrated Systems Health Management (ISHM) doctrine calls for comprehensive real-time health assessment and management of systems where the distillation of raw data into information takes place within sensors and actuators. This thesis develops novel field programmable health assessment capability for sensors and actuators in ISHM. Health assessment and feature extraction algorithms are implemented on a sensor or actuator through the Embedded Routine Manager (ERM) API. Algorithms are described using Health Electronic Datasheets (HEDS) to provide more flexible run-time operation. Interfacing is accomplished through IEEE Standard 1451 for Smart Sensors and Actuators, connecting ISHM with the instrumentation network of the future. These key elements are validated using exemplar algorithms to detect noise, spike, and flat-line events onboard the ISHM enabled Methane Thruster Testbed Project (MTTP) at NASA Stennis Space Center in Mississippi

Exception handling in the development of fault-tolerant component-based systems

Orientador: Cecilia Mary Fischer RubiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Mecanismos de tratamento de exceções foram concebidos com o intuito de facilitar o gerenciamento da complexidade de sistemas de software tolerantes a falhas. Eles promovem uma separação textual explícita entre o código normal e o código que lida com situações anormais, afim de dar suporte a construção de programas que são mais concisos fáceis de evoluir e confáveis. Diversas linguagens de programação modernas e a maioria dos modelos de componentes implementam mecanismos de tratamento de exceções. Apesar de seus muitos benefícios, tratamento de exceções pode ser a fonte de diversas falhas de projeto se usado de maneira indisciplinada. Estudos recentes mostram que desenvolvedores de sistemas de grande escala baseados em infra-estruturas de componentes têm hábitos, no tocante ao uso de tratamento de exceções, que tornam suas aplicações vulneráveis a falhas e difíceis de se manter. Componentes de software criam novos desafios com os quais mecanismos de tratamento de exceções tradicionais não lidam, o que aumenta a probabilidade de que problemas ocorram. Alguns exemplos são indisponibilidade de código fonte e incompatibilidades arquiteturais. Neste trabalho propomos duas técnicas complementares centradas em tratamento de exceções para a construção de sistemas tolerantes a falhas baseados em componentes. Ambas têm ênfase na estrutura do sistema como um meio para se reduzir o impacto de mecanismos de tolerância a falhas em sua complexidade total e o número de falhas de projeto decorrentes dessa complexidade. A primeira é uma abordagem para o projeto arquitetural dos mecanismos de recuperação de erros de um sistema. Ela trata do problema de verificar se uma arquitetura de software satisfaz certas propriedades relativas ao fluxo de exceções entre componentes arquiteturais, por exemplo, se todas as exceções lançadas no nível arquitetural são tratadas. A abordagem proposta lança de diversas ferramentas existentes para automatizar ao máximo esse processo. A segunda consiste em aplicar programação orientada a aspectos (AOP) afim de melhorar a modularização de código de tratamento de exceções. Conduzimos um estudo aprofundado com o objetivo de melhorar o entendimento geral sobre o efeitos de AOP no código de tratamento de exceções e identificar as situações onde seu uso é vantajoso e onde não éAbstract: Exception handling mechanisms were conceived as a means to help managing the complexity of fault-tolerant software. They promote an explicit textual separation between normal code and the code that deals with abnormal situations, in order to support the construction of programs that are more concise, evolvable, and reliable. Several mainstream programming languages and most of the existing component models implement exception handling mechanisms. In spite of its many bene?ts, exception handling can be a source of many design faults if used in an ad hoc fashion. Recent studies show that developers of large-scale software systems based on component infrastructures have habits concerning the use of exception handling that make applications vulnerable to faults and hard to maintain. Software components introduce new challenges which are not addressed by traditional exception handling mechanisms and increase the chances of problems occurring. Examples include unavailability of source code and architectural mismatches. In this work, we propose two complementary techniques centered on exception handling for the construction of fault-tolerant component-based systems. Both of them emphasize system structure as a means to reduce the impactof fault tolerance mechanisms on the overall complexity of a software system and the number of design faults that stem from complexity. The ?rst one is an approach for the architectural design of a system?s error handling capabilities. It addresses the problem of verifying whether a software architecture satis?es certain properties of interest pertaining the ?ow of exceptions between architectural components, e.g., if all the exceptions signaled at the architectural level are eventually handled. The proposed approach is based on a set of existing tools that automate this process as much as possible. The second one consists in applying aspect-oriented programming (AOP) to better modularize exception handling code. We have conducted a through study aimed at improving our understanding of the efects of AOP on exception handling code and identifying the situations where its use is advantageous and the ones where it is notDoutoradoDoutor em Ciência da Computaçã