Um framework para adaptação dinâmica de software aplicado a sistemas de segmento solo

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Moacyr Gonçalves Cereja Júnior
• Orientador(a): Nilson Sant'Anna
• Banca de defesa: Maria de Fátima Mattiello Francisco, Walter Abrahão dos Santos, Fábio Fagundes Silveira, Reinaldo Gen Ichiro Arakaki
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais
• País: BR
• Resumo em Inglês: Space systems architectures are composed of three segments: space segment, ground systems and launchers. The space segment, in recent years has driven lots of technological innovations, such as cubesats. These new kinds of technologies produce impacts such as decreasing of the size of satellites and increasing the amount of objects in space. Thus, instead of adopting large satellites in space missions, constellations and mega constellations of very small satellites are used. These architectural changes produce a large number of satellites that must be controlled simultaneously and have their large amount of data processed, most of the time, in real time by the ground systems. In this work, a vast research of self-adaptive software systems was carried out, concepts and a framework called Arctic Fox are presented. Using the framework the ground systems can have their structural elements and behavior conditions changed. This adaptation is accomplished by the implementation of two fundamental knowledge classes that are used for decision making: Context Awareness (Structural) and Situational Awareness (Behavior). This knowledge is composed by several elements such as the existing system components (services), hardware elements and especially the quality of service metrics. The use of this knowledge is performed through the MAPE-K model, which provides the monitoring, analysis, planning and execution of adaptations in the ground systems. The knowledge base is updated by elements responsible for the knowledge acquisition, which reflects the inclusions and the changes of the elements states that compose the ground System architecture. In order to evaluate the proposed framework, a prototype was implemented, and a case study for the Brazilian Space Weather Program EMBRACE of INPE is conducted. The "Space Weather Systems" are responsible for the storage, processing and data dissemination of different types of instruments. In this way, situations such as some instrument data provider or server computers failure, impact the regular ground systems operation, with degradation of the service quality provided by the mission. In the stated case study, the use of the framework is exercised and through a controlled experiment the impacts of self-adaptation were analyzed. Using services calls and derived "success rate" metrics to a typical EMBRACE service, Gtex Service, availability gains was observed. The experiment demonstrates that the use of the framework contributes significantly to improve the ground systems segment quality.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/04.03.19.17

Arquiteturas de sistemas espaciais são compostas de três segmentos: espacial, lançador e solo. Nos últimos anos, com referência ao segmento espacial, inovações tecnológicas, como cubesats, têm produzido impactos como a diminuição do tamanho dos satélites e aumento do volume de objetos no espaço. Desta forma, ao invés de adotar grandes satélites nas missões espaciais, são utilizados constelações e mega constelações. Esta alteração arquitetural produz um número grande de satélites que devem ser controlados de forma simultânea e o aumento da volumetria de dados que devem ser processados pelos sistemas de segmento solo. Em virtude deste contexto, foi realizada neste trabalho uma vasta pesquisa, no campo dos sistemas de software auto adaptáveis, apresentados conceitos e um framework denominado Arctic Fox, que permite um sistema de Segmento de Solo alterar suas condições estruturais e toda a sua dinâmica. Esta adaptação é realizada pela implementação de duas classes de conhecimento fundamentais o Conhecimento Contextual (Estrutura do Sistema) e o Conhecimento Situacional (Dinâmica e Comportamento do Sistema), elementos estes responsáveis pela tomada de decisão de adaptação. Vários elementos compõem este conhecimento como os Componentes de Sistemas existentes (Serviços), elementos de hardware e principalmente as métricas de Qualidade de serviço. A utilização deste conhecimento é realizada através do Modelo MAPE-K, que proporciona o monitoramento, a análise, o planejamento e a execução das alterações estruturais e comportamentais do sistema. A base de conhecimento é atualizada por elementos responsáveis pela aquisição do conhecimento, que reflete as inclusões e as alterações dos estados dos elementos que compõem a arquitetura do Sistema Solo. De maneira a avaliar o framework proposto, foi implementado um protótipo, e um estudo de caso para o EMBRACE. (programa de Estudo e Monitoramento BRAsileiro de Clima Espacial) do INPE. Os sistemas de solo do Clima Espacial são responsáveis pelo armazenamento, processamento e disseminação de dados de diversos tipos de instrumentos. Desta forma, situações como a inoperância de um instrumento, ou falha em algum servidor, produzem impacto na operação regular do Sistema Solo, com degradação da qualidade do serviço prestado para a missão. No estudo de caso em questão, a utilização do framework é exercitada e através de um experimento controlado foram analisados os impactos da auto-adaptação. Utilizando solicitações de uso de um serviço típico do EMBRACE, o Gtex, verificouse ganhos para a disponibilidade do sistema, via a observação da Taxa de Sucesso da chamada ao Serviço. Desta forma, conclui-se neste experimento que o uso do framework contribui de forma significativa para a Qualidade do Sistema.