Sentinel: ambiente e-science de alto desempenho para gerenciamento e monitoramento de aplicações científicas

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Bruno Bustamante Ferreira Leonor
• Orientador(a): Reinaldo Roberto Rosa, Walter Abrahão dos Santos
• Banca de defesa: Maurício Gonçalves Vieira Ferreira, Eugênio Sper de Almeida, Luis Fernando de Almeida, Murilo da Silva Dantas
• 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 Computação Aplicada
• País: BR
• Resumo em Inglês: Through an e-Science paradigm computing has revolutionized the way in which diverse scientific areas conduct their research. To perform simulations/surveys there are several systems that deal with a huge amount of variables that may require various calculations and high performance computational resources. However, there is a need to eventually address issues of interoperability and execution of scientific workflows on a case-by-case. Motivated by the explosive growth of data volume, approaches in e-Science have been adopted as support in solving practical and research problems. The proposal of this research is the creation of an e-Science solution called Sentinel that allows researchers to manage and monitor scientific experiments. This provides mechanisms that allow the inclusion of new applications and total control over all your registered experiments, concentrating all your research in one place. The characteristics desired for the environment were identified from a survey and comparison of several tools used in the scientific environment and some notes/criticisms made by users. Through a Web Portal, Sentinel provides a cloud environment to support researchers in their studies that can be accessed through any device enabled to access the web. In order to exempt the researcher from the need to know the computational environment to be used, his experiments are executed in a containerization platform that deals with the interoperability and concatenation aspects of scientific workflows. The computational infrastructure used to demonstrate this project consists basically of Raspberry Pi 3 model B microcomputers. This solution is interesting because of its low cost and features offered, and other hardware resources can be associated whenever necessary.With a case study focused on the SpaceWeather, the DFA method was applied to the measurements of solar irradiation (TSI) obtained between 1978 and 2012. The Space Weather was chosen because of its relevance in the conditions and processes that occur in space that potentially affect the environment close to Earth, humans and their technological assets. In Brazil, studies in this area are conducted by the EMBRACE (Brazilian Space Weather Studies and Monitoring) program of INPE (National Institute of Space Research). During the execution of the experiments created within the proposed case study, the Sentinel environment was consistent and stable between local and containerized executions. Finally, the approach adopted is general enough to be extended to other application domains since it allows the prior definition of a scientific workflow.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/07.28.18.52

Mediante um paradigma de e-Science, a computação vem revolucionando o modo como diversas áreas científicas conduzem suas pesquisas. Para realizar simulações/pesquisas, existem diversos sistemas que lidam com uma enorme quantidade de variáveis que podem exigir vários cálculos e recursos computacionais de alto desempenho. Entretanto, há a necessidade de se lidar eventualmente com questões de interoperabilidade e execução de workflows científicos caso a caso. Motivada pelo crescimento explosivo do volume de dados, abordagens em e-Science vêm sendo adotadas como apoio na resolução de problemas práticos e de pesquisa. A proposta desta pesquisa é a criação de uma solução de e-Science chamada Sentinel que permite a pesquisadores o gerenciamento e monitoramento de experimentos científicos. Isto fornece mecanismos que possibilitam a inclusão de novas aplicações e total controle sobre todos os seus experimentos cadastrados, concentrando toda sua pesquisa em um só lugar. As características desejadas para o ambiente foram identificas a partir de um levantamento e comparação de diversas ferramentas utilizadas no meio científico e alguns apontamentos/críticas feitos por usuários. Através de um Portal Web, o Sentinel fornece um ambiente em nuvem para apoiar os pesquisadores em seus estudos que poderão ser acessados através de qualquer dispositivo habilitado para acessar a web. Para eximir do pesquisador a necessidade de conhecimento do ambiente computacional a ser utilizado, seus experimentos são executados em uma plataforma de conteinerização que trata os aspectos de interoperabilidade e concatenação de workflows científicos. A infraestrutura computacional utilizada para demonstração deste projeto é constituída basicamente de microcomputadores Raspberry Pi 3 model B. Esta solução é interessante pelo seu baixo custo e recursos oferecidos, podendo ser associados outros recursos de hardware sempre que necessário. Com um estudo de caso voltado ao Clima Espacial, o método DFA (Análise de Flutuação Destendenciada) foi aplicado às medidas de irradiação solar (TSI) obtidas entre 1978 e 2012. O Clima Espacial foi escolhido devido à sua relevância nas condições e nos processos que ocorrem no espaço que potencialmente afetam o ambiente próximo à Terra, seres humanos e seus ativos tecnológicos. No Brasil, os estudos nesta área são dirigidos pelo programa EMBRACE (Estudos e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial) do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Durante a execução dos experimentos criados dentro do estudo de caso proposto, o ambiente Sentinel apresentou-se consistente e estável entre as execuções locais e as conteinerizadas. Finalmente, a abordagem adotada é geral o bastante para ser estendida a outros domínios de aplicação uma vez que permite a definição prévia de um workflow científico.