Existem diversas definições para sistemas distribuídos na literatura. TANENBAUM (2002) por exemplo, define da seguinte forma: “Sistema Distribuído é uma coleção de entidades que processam informações de modo independente; para os usuários isto deve ser transparente, ou seja, deve parecer um sistema único (“single virtual system” (PUTMAN, 2001)) que atende às suas necessidades”. Esta definição está intimamente
relacionada com a interoperabilidade existente nos sistemas distribuídos. Além disso, existe uma expectativa muito positiva em relação aos sistemas distribuídos, devido, principalmente, aos avanços nos sistemas de comunicação que permitem a rápida transferência de dados entre as entidades envolvidas (HECK et al., 2003).
Em princípio, um sistema distribuído deve ser relativamente fácil de expandir (escalar7), devido principalmente à utilização de unidades independentes de processamento de informações. Outra característica importante é a alta disponibilidade, ou seja, os usuários ou aplicações deste tipo de sistema, não devem perceber se alguma parte do sistema está com problemas ou em manutenção. Assim como novos elementos (componentes) podem ser inseridos sem afetar o funcionamento normal.
Os sistemas distribuídos são organizados, normalmente, através de níveis de software, onde, num nível superior estão os usuários e as aplicações e num nível inferior os controladores/sistemas operacionais locais. A Figura 2.7 apresenta uma arquitetura básica de um sistema distribuído. Neste caso, as aplicações se interagem e utilizam todos os recursos disponíveis para realizar o processamento das informações.
Figura 2.7. Um sistema distribuído. Note que o nível das aplicações se estende sobre todas as máquinas (unidades de processamento de informações).
7 Aumentar a capacidade de operação (mais recursos) e suporte para mais usuários (por exemplo).
Controlador / Sistema Operacional Local Controlador / Sistema Operacional Local Controlador / Sistema Operacional Local Rede de comunicação Aplicações Distribuídas
Segundo HECK et al. (2003), as arquiteturas distribuídas são mais robustas do que as arquiteturas centralizadas ou hierárquicas. Por exemplo, na ocorrência de uma falha na Máquina A (da Figura 2.7), o funcionamento das aplicações não deverá ser afetado, pois existem outros recursos (Máquinas) disponibilizados. Além disso, outras máquinas devem atuar no sentido de isolar a falha na máquina A.
PUTMAN (2001) afirma que especificar, projetar e desenvolver um sistema distribuído é complexo. Neste contexto, para a construção de sistemas de processamento distribuído é fundamental que alguns princípios descritos na Tabela 2.3 sejam obedecidos.
Tabela 2.3. Princípios para sistemas de processamento distribuído; adaptado de PUTMAN (2001).
Princípio Descrição
Interoperabilidade As entidades de software devem trocar informações mutuamente e de forma correta.
Portabilidade As entidades de software podem ser utilizadas em diferentes ambientes do sistema de processamento distribuído.
Integração As entidades de software podem ser integradas de tal forma que para o usuário final seja disponibilizado apenas uma interface de utilização.
Remotabilidade As entidades de software podem estar distantes uma das outras; neste caso a comunicação pode ser local ou remota.
Concorrência As entidades podem ser executadas em paralelo. Heterogeneidade As entidades de software e os subsistemas podem ser
desenvolvidos com diferentes tecnologias. Num sistema distribuído estes elementos devem se comunicar normalmente. Autonomia Não existe um controlador central. Vários controladores gerenciam
diferentes partes do sistema distribuído.
Evolução A arquitetura do sistema de processamento distribuído deve considerar mudanças e acomodá-las com um mínimo de impacto. Escalabilidade Ao longo do tempo, deve ser capaz de suportar novos usuários,
novos processamentos e novos recursos.
Tratamento de falhas O sistema deve ter a habilidade de se recuperar devido a uma ocorrência de falha.
Qualidade de serviço O sistema distribuído deve ser capaz de oferecer qualidade nos serviços oferecidos, como disponibilidade, tempo de resposta, etc. Inexistência de um estado global
ou de um “Clock” global
Nos sistemas distribuídos a comunicação e atividades de processamento não são baseadas num “clock” global e único. Mobilidade Informações, entidades de software, processamentos e alguns
hardwares podem mudar de localização.
Segurança O sistema deve ter a habilidade de controle de acesso, evitando intrusão e protegendo as informações confidenciais.
Transparência O sistema de processamento distribuído deve ser como um sistema virtual único (“single virtual system”).
2.3.1. Arquitetura baseada em Componentes8
Para o desenvolvimento do software para sistemas de controle complexos (como os sistemas de controle distribuído) é necessária a utilização de ferramentas e tecnologias de software que facilitam o desenvolvimento e a distribuição/instalação (“deployment”) do sistema de controle. As principais propostas neste sentido envolvem: orientação a objetos (OO), padrões de projetos (“design patterns”), “frameworks” e os sistemas multi-agentes (SMA).
Normalmente, os componentes são desenvolvidos de forma mais genérica possível, para serem utilizados em múltiplas e diferentes aplicações, assim como, através de uma combinação coerente, criar outras aplicações. Isto caracteriza a capacidade dos componentes de serem reutilizados em diversas aplicações.
A construção de componentes é baseada na verificação e determinação de padrões genéricos que necessitam de processamentos e soluções computacionais, contidos em diferentes aplicações. O princípio adotado é que o projetista constrói os componentes implementando soluções comuns.
A arquitetura de software de um sistema de controle pode ser baseada em componentes. Por exemplo, considere os componentes em um sistema de controle padrão e hierárquico como: sensores, algoritmos de controle (de alto nível e baixo nível) e atuadores. A maioria destes componentes possui elementos de hardware e software. Similarmente, existem algoritmos de controle padronizados que podem ser utilizados em muitas aplicações (como os controladores PID, filtros de Kalman, controladores baseados em lógica fuzzy e em redes neurais, entre outros). Estes algoritmos padronizados podem ser transformados em componentes genéricos de software e ainda podem ser utilizados em aplicações específicas.
Uma técnica aplicada para o desenvolvimento de componentes é a de orientação a objetos (OO), cujas aplicações estão bastante disseminadas em diferentes áreas, inclusive em sistemas de controle distribuído.