RNP - Rede Nacional de Ensino e Pesquisa

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P&D 
 

Aplicações distribuídas em larga escala



FemoopGrid

Coordenador: Túlio Nogueira Bittencourt
Instituição proponente: Universidade de São Paulo (USP)
Categoria orçamentária: até R$ 300.000,00

Resumo do subprojeto

O objetivo geral do projeto FemoopGRID consiste em prosseguir no desenvolvimento cooperado do Femoop (http://www.lmc.ep.usp.br/people/tbitten/femoop/home.htm) criando um novo arcabouço e rotinas adequados à programação paralela distribuída para uso em grades computacionais na solução de problemas de Engenharia.

Como meta associada, a implantação de um ambiente protótipo de processamento científico distribuído para realização de demonstração do uso da infraestrutura de redes avançadas proporcionada pelo Projeto GIGA. Neste ambiente serão possíveis análises pelo Método dos Elementos de Contorno e pelo Método dos Elementos Finitos com a solução de problemas numericamente intensivos na área de Mecânica Computacional.

É notório o esforço dos grupos de pesquisa na área de métodos numéricos em busca de adequação de ambientes computacionais, mas estes recursos quase sempre ficam aquém das demandas de estudos e solução de problemas maiores e mais complexos em termos de modelagem. Por outro lado, de forma idiosindrática, o compartilhamento dos recursos em uma grade computacional, permite minimizar o tempo ocioso das configurações de computadores isolados ou aglomerados durante a vida útil destes. Assim, o arcabouço protótipo pretendido permitirá o estabelecimento, execução e monitoramento de simulações numéricas transientes à distância (geográfica e organizacionalmente distantes) em uma grade três aglomerados computacionais.

O FemoopGRID deverá ser um exemplo de ambiente computacional com uma forma visionária de compartilhamento e uso de sistemas de análise dinâmica não-linear numérica de problemas de estruturas mecânicas ou civis como plataformas de petróleo, grandes barragens, edifícios, torres, peças mecânicas, componentes biomecânicos com interação de campos.

Neste arcabouço é pretendida a geração de experimentos preparados para que possam ser monitorados e analisados comparativamente quanto ao desempenho, facilidades de implantação e compartilhamento de recursos entre os aglomerados da grade computacional.

No projeto FemoopGRID estão envolvidos de forma direta grupos de pesquisa da USP, através do Laboratório de Mecânica Computacional (LMC) que coordena o esforço, da PUC-Rio com o Grupo de Desenvolvimento de Tecnologia Gráfica (Tecgraf) e da UFPR com o Centro de Estudos de Engenharia Civil (CESEC) e o Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia (PPGMNE), com o intuito de desenvolver e implementar procedimentos em plataforma existente (Femoop) visando aplicações de processamento paralelo e distribuído em rede através de grade computacional (FemoopGRID).

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Integridade: Desenvolvimentos em Middleware para Grids Computacionais sobre a Rede Giga

Coordenador: Bruno Richard Schulze
Instituição proponente: Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)
Categoria orçamentária: até R$ 300.000,00

Resumo do subprojeto

Grids Computacionais têm o potencial de se tornarem plataformas poderosas utilizadas pela comunidade de computação distribuída, tanto científica quanto comercial, para a execução de aplicações de grande importância e alto teor computacional. Seu objetivo é agregar uma coleção de recursos distribuídos, heterogêneos e compartilhados conectados por uma rede capaz de oferecer capacidade computacional para tais aplicações. Contudo, permanece como desafio a exploração do desempenho de tais recursos, devido principalmente ao comportamento dinâmico e instável deste ambiente. Programadores deveriam ser capazes de especificar aplicações em uma linguagem de alto nível orientada à solução de problemas e poder supor que a aplicação acesse a Grid de forma eficiente e utilize os recursos necessários sem grandes esforços aplicados pelo próprio programador.

A existência de redes de longa distância de alta velocidade a baixo custo tem encorajado o desenvolvimento de aplicações que requerem recursos não disponíveis localmente, tirando vantagem de recursos distribuídos geograficamente. Isso representa uma abertura para novos ramos de pesquisa que previamente encontravam-se limitados e sem exploração por razões econômicas e práticas.

Podemos identificar três camadas distintas, que se comportam como um sistema computacional único e bem integrado:

  • Infraestrutura - componentes de software e hardware, integrados por uma rede física.
  • Middleware - camada oferecendo transparência dos recursos disponíveis, com ferramentas para o gerenciamento e controle da infra-estrutura e aplicações em Grid.
  • Aplicações - desenvolvidas e otimizadas para tirar vantagem dos recursos distribuídos e do comportamento dinâmico da Grid.

O objetivo deste subprojeto é uma Grid computacional de desenvolvimento entre as instituições participantes, conectadas através da Rede Giga, e desenvolver sobre este ambiente serviços de infraestrutura e de middleware que ofereçam transparência e eficiência no uso de seus recursos distribuídos. Podemos listar serviços voltados para a infra-estrutura e também serviços voltados para uma classe de aplicações. No primeiro grupo enumeramos: serviço de submissão, serviço de escalonamento, serviço de monitoração de ocupação dinâmica, serviço de diretório, serviço de segurança, entre outros. No segundo grupo enumeramos: serviço de integração de dados, orquestração de serviços, e transformação automática de aplicações para execução em Grids.

A implementação de uma Grid de desenvolvimento permitirá o amadurecimento desta tecnologia e a sua aplicação em áreas chaves como, por exemplo, governo eletrônico, bioinformática, meteorologia, física de partículas entre outros. Dentre os aspectos inovadores está a aplicação destas tecnologias de forma escalável.

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Organização Virtual

Coordenador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa
Instituição proponente: Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS)
Categoria orçamentária: até R$ 300.000,00

Resumo não divulgado

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CSBase - Uma infra-estrutura de software para aplicações científicas em redes avançadas

Coordenador: Renato Fontoura de Gusmão Cerqueira
Instituição proponente: Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Categoria orçamentária: até R$ 300.000,00

Resumo não divulgado

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Prototipagem de Um Sistema de Apoio à Decisão Compartilhada para Infra-estrutura Aeronáutica sobre Bases de Dados Paralelas e Distribuídas

Coordenador: Liria Matsumoto Sato
Instituição proponente: Universidade de São Paulo (USP)
Categoria orçamentária: até R$ 300.000,00

Resumo do subprojeto

O objetivo principal deste projeto é a construção de um protótipo de um sistema CDM (Collaborative Decision Making) na área de gerenciamento do tráfego aéreo em uma plataforma de rede gigabit. Conceitualmente, o CDM é definido na proposta do Air Traffic Management Operational Concept Panel como “um grupo de aplicativos que visa melhorar as operações de vôo, mediante o crescente envolvimento dos operadores de aeronaves e dos aeroportos no processo de gerenciamento de tráfego aéreo”. A prototipagem tem a finalidade de avaliar o modelo proposto implementado em uma rede de alta velocidade, demonstrando a sua viabilidade.

Muitas organizações diferentes contribuem para a operação e gerenciamento do tráfego aéreo civil. Estas organizações são interligadas por alguns interesses comuns, compartilhando desejos de uma operação segura e eficiente. Vale destacar que estas organizações estão interessadas em diferentes partes do mesmo sistema, onde cada uma tem diferentes objetivos, mas suas ações e decisões podem afetar as demais organizações envolvidas. Atualmente, os diferentes membros podem ter diferentes visões de uma mesma situação devido ao não compartilhamento imediato de mudanças ocorridas no cenário, levando-os a resolverem os problemas de forma divergente.

Em um cenário em que há uma mesma visão da situação, todos os membros estarão trabalhando no sentido de se resolver os problemas com convergência. O conceito primordial nesta filosofia é que cada membro deste cenário “publique” suas últimas informações sobre a situação corrente, atualizando-a tão logo quanto possível. Assim, as organizações envolvidas podem trabalhar de forma a produzir soluções mais completas e eficientes. No contexto aeronáutico é fundamental o compartilhamento de informações sobre a situação corrente, mas também é igualmente fundamental ter acesso a informações que permitam antecipar situações futuras e suas implicações.

O sistema CDM vem como uma proposta para a implementação deste novo cenário de abstração. Será implementado neste projeto um protótipo de uma implementação do sistema CDM –Nível 1, que trata da captação e distribuição inteligente das informações já existentes em algum ponto do sistema para as entidades envolvidas no contexto aeronáutico. Terá como base um sistema de banco de dados paralelo e distribuído que através da aplicação de conceitos de processamento paralelo fornecerá a velocidade e a eficiência necessárias ao tratamento de informações aeronáuticas.

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Portal Giga - Executando aplicações em Grids de forma transparente

Coordenador: Fabrício Alves Barbosa da Silva
Instituição proponente: Universidade Católica de Santos (Unisantos)
Categoria orçamentária: até R$ 100.000,00

Resumo do subprojeto

A impressionante melhoria de desempenho que redes de computadores vêm experimentando levou a idéia de se utilizar computadores independentes conectados em rede como plataforma para execução de aplicações paralelas, originando a área de Computação em Grid. Os principais atrativos desta idéia são a possibilidade de alocar uma enorme quantidade de recursos a uma aplicação paralela e fazê-lo a um custo muito menor do que alternativas tradicionais (baseadas em supercomputadores paralelos). Um Grid Computacional tem como objetivo acoplar recursos heterogêneos distribuídos e oferecer o acesso consistente e barato aos recursos, independente de sua localização física.

No caso específico da ciência, um sistema de computação Grid pode beneficiar grupos de pesquisadores em pontos geograficamente distantes. Por exemplo, o conceito de computação Grid permite o compartilhamento de dados/recursos computacionais por grupos de pesquisa colaborando em uma única área, mas geograficamente distantes um do outro. De modo geral a plataforma Grid permite uma utilização eficiente dos recursos computacionais localizados em diferentes centros, por diferentes grupos de pesquisa nas mais diversas áreas. Além disto é importante enfatizar que o conceito de Computação em Grid pode e está sendo aplicado atualmente em diferentes áreas de pesquisa. Exemplos são bioinformática, meteorologia, petróleo e física de altas energias.

O objetivo principal do projeto PortaGIGA é permitir que um pesquisador que tenha interesse em executar aplicações específicas das áreas de bioinformática, petróleo e mineração de dados no Grid, mas que não tenha conhecimentos específicos da área de Grids Computacionais, possa executar estas aplicações de forma simples, via um portal Web, denominado PortalGIGA, fazendo uso da rede do projeto GIGA. Para executar uma aplicação o usuário escolheria a mesma dentre um menu de opções oferecidos no site, dispararia a aplicação e esperaria o resultado que seria mostrado via a mesma interface Web. Como o objetivo de fazer progresso rápido e colocar nosso piloto em produção no final do projeto, inicialmente restringiremos o portal a três aplicações predefinidas:

  • Simuladores de Reservatório de Petróleo
  • Simulação de Dinâmica Molecular
  • Mineração de Dados

O portal será construído usando middleware MyGrid. Os recursos computacionais que farão parte do Grid utilizado pelo PortalGIGA serão disponibilizados inicialmente pelas instituições participantes do projeto. O Projeto PortalGIGA é coordenado pela UNISANTOS e conta com a participação da UFCG, LNCC, UFRJ e HP Brasil.

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Aplicações de Computação em Redes de Alto Desempenho em Bioinformática e Modelagem de Biosistemas

Coordenador: Paulo Mascarello Bisch
Instituição proponente: Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
Categoria orçamentária: sem recursos financeiros

Resumo não divulgado

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Aplicações Científicas em Física Experimental de Altas Energias e Tecnologias Associadas

Coordenador: José Manoel de Seixas
Instituição proponente: Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
Categoria orçamentária: sem recursos financeiros

Resumo do subprojeto

O objetivo deste projeto é montar um Grid entre instituições de pesquisa e empresas para compartilhar os recursos necessários à execução de aplicações científicas em física experimental de altas energias e tecnologias associadas, dando continuidade às nossas atividades de colaboração com o CERN (Laboratório Europeu de Física de Partículas), que se encontra localizado em Genebra, Suíça. Este projeto permitirá a extensão e adaptação de aplicações distribuídas de larga escala no contexto Grid, a partir de redes de alta velocidade, integrando instituições de pesquisa localizadas em diferentes estados do Brasil e, posteriormente, com outras organizações mundiais. Também vislumbra-se a transferência de tecnologia e conhecimento científico para empresas nacionais e o treinamento e formação de pessoal de forma multidisciplinar. Desta maneira, procura-se inserir a indústria nacional neste ambiente de tecnologia de ponta, aumentando a visibilidade da nossa indústria neste cenário de concorrência mundial e ampliando a inserção dos institutos colaboradores brasileiros no CERN. O conhecimento adquirido será aplicado em outros domínios do conhecimento, incentivando diferentes desdobramentos com impactos científicos, tecnológicos e sociais relevantes.

As principais metas relacionadas ao desenvolvimento de aplicações distribuídas de larga escala estão relacionadas à construção e extensão dos sistemas: (1) TileTransfer, que permite agilizar o acesso aos dados adquiridos através de experimentos realizados no CERN e manter uma informação online dos procedimentos de calibração do detector, a partir de uma solução Grid para compartilhar recursos distribuídos nas instituições colaboradoras, geograficamente dispersas. (2) Monitor, que permite armazenar os documentos de produção dos diferentes submódulos do detector, oferecendo funcionalidades para a extração de características da produção para o controle de qualidade. Posteriormente, este sistema apoiará a busca eficiente de documentos dos detetores, através de mecanismos inteligentes de orientação e escolha. O banco de dados pode ser distribuído para aumentar a eficiência das buscas por colaboradores mundiais através de redes de altas velocidades. (3) Discriminador Neural Remoto (DNR), que apóia a análise offline através de ferramentas integradas e interface Web, com base em modelos neurais, integrando o pacote de análise estatística e gráfica PAW. Este sistema pode permitir um processamento paralelo e distribuído em um ambiente Grid, de forma a compartilhar os recursos dos diversos pesquisadores que formam a colaboração.

A equipe proponente é interdisciplinar, integrando especialistas em instrumentação e processamento de sinais, engenharia de software e física de altas energias. Para demonstrar as aplicações desenvolvidas, estaremos utilizando a rede do CERN, responsável pela implantação do Grid na Europa, e validaremos as aplicações com a UFF e o LNCC, os quais já temos colaboração nas áreas de Física e Engenharia.

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Grade Sinergia: Um Ambiente Computacional para Execução Eficiente de Aplicações Científicas

Coordenador: Eugene Francis Vinod Rebello
Instituição proponente: Universidade Federal Fluminense (UFF)
Categoria orçamentária: sem recursos financeiros

Resumo não divulgado

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Grad-Giga: Uma Grade Computacional de Alto Desempenho, de Produção, para Apoio ao Ensino e Pesquisa

Coordenador: Renato Simões Silva
Instituição proponente: Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)
Categoria orçamentária: sem recursos financeiros

Resumo não divulgado

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Hepgrid Brazil

Coordenador: Alberto Santoro
Instituição proponente: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj)
Categoria orçamentária: sem recursos financeiros

Resumo do subprojeto

O projeto HEPGRID-Brasil nasceu como uma evolução natural da Física de Altas Energias. As novas tecnologias em aceleração e detecção de partículas, deram origem a uma série de desafios para a comunidade científica. Um desses desafios vem com o aumento espetacular de eventos que serão produzidos para serem analisados por gigangestos programas de tratamento de dados. Adicione-se a este desenvolvimento o aumento do número de físicos, instituições e países trabalhando juntos com um só objetivo. Para enfrentar estes desafios de armazenagem de dados, de necessidade de CPUs capazes de dar conta desta realidade, é que se pensou em construir a GRID como única arquitetura capaz de atender essas necessidades: Armazenagem distribuida, CPUs partilhadas para submissão de "jobs" a longa distância, para o tratamento de dados de forma transparente ao usuário. Assim como estávamos na colaboração da GRID para a Física de Altas Energias, fizemos a proposta de criar no Brasil este projeto capaz de abrir oportunidades para os pesquisadores Brasileiros de várias instituições. Esta possibilidade é única, que é capaz de possibilitar o trabalho em nossa área onde a colaboração internacional é um fato praticado há muitos anos.

O HEPGRID-Brasil é uma abertura interna para uma efetiva colaboração entre instituições regionais, nacionais e internacionais. Pretende-se usar esta unidade para fazer física em colaboração com colegas Brasileiros e de mais de 40 países. A unidade será aberta excepcionalmente, também para a comunidade científica como um todo, i. e., com a apresentação de proposta que justifique a sua utilização.

Finalmente, para dar uma idéia de parâmetros com os quais trabalhamos, o Large Hadron Collider e seus quatro experimentos (ALICE,ATLAS, LHCb e CMS)vão acumular anualmente 20 Petabytes de dados que serão distribuidos pelas unidades da GRID associada a estes experimentos. Há uma enorme abertura portanto para treinamento de pessoal especializado em vários setores da computação.

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