Sistemas Pervasivos / Pâncreas Artificial

A importância da determinação da glicose no sangue decorre da doença crônica diabete. Aproximadamente 5% da população mundial sofre de diversos tipos dessa doença metabólica. As pessoas que sofrem de diabete tipo I precisam injetar doses diárias do hormônio insulina para equilibrar o valor de glicose no sangue dentro da faixa normal.
O "pâncreas artificial" serve para distribuir aos diabéticos a insulina, hormônio que regula o nível de açúcar no sangue. O aparelho libera insulina na corrente sanguínea quando um sensor detecta aumento nos níveis de açúcar (glicose) no sangue. Normalmente, o pâncreas produz insulina, mas em pessoas com diabete tipo 1, o órgão não consegue fabricar o hormônio. Por esse motivo, esses pacientes precisam tomar injeções de insulina com freqüência para manter a taxa de açúcar sob controle. O equipamento é um reservatório de insulina, que é implantado no tecido que reveste a cavidade abdominal e se conecta a um sensor introduzido na veia jugular. Quando o sensor detecta aumento na taxa de glicose sanguínea, o reservatório libera a quantidade necessária de insulina. O aparelho precisa receber em um determinado tempo uma recarga do hormônio.
Com a utilização do aparelho os níveis de açúcar no sangue permanecem sob controle durante mais de 60 por cento do tempo. Os pacientes que injetam insulina conseguem controlar a taxa de glicose em 25 por cento do tempo. Esse resultado é decorrente da precisão do sensor. O sensor consegue a leitura contínua da taxa de glicose no sangue por fazer centenas de medições durante um período de 24 horas.

Sensores contínuos de glicose
O método de diagnóstico da glicose é através da medição da taxa de glicose sangüínea do paciente. Essa medida é feita através de um exame laboratorial de sangue. Dispositivos portáteis de teste foram desenvolvidos nas últimas décadas. Esses dispositivos requerem uma quantidade ínfima de sangue e retornam uma leitura em poucos minutos. Os sensores de obtém leituras de glicemia várias vezes ao dia, o paciente pode aplicar doses de insulina adequadas a cada situação. Assim, a criação de sensores portáteis de glicose representou um avanço importante no tratamento da diabetes. Para a criação de um pâncreas artificial, o sensor tradicional de glicose não é suficiente. Um sistema de pâncreas artificial necessita de leituras contínuas de glicose. Atualmente foram lançados no mercado alguns sensores contínuos de glicose. Devido à importância do monitoramento da glicose, um grande número de princípios de sensor foi desenvolvido. Apesar de muitas tentativas e abordagens diferentes, o monitoramento contínuo da glicose no sangue mostrou ser um desafio extraordinário.

Bombas de Insulina
Bombas de insulina são dispositivas que injetam insulina no corpo do paciente a uma taxa aproximadamente constante. Há basicamente dois tipos de bomba de insulina: externa e interna. A bomba de insulina externa é o tipo mais comum. É geralmente composta de uma unidade de controle, semelhante a um Pager, e uma agulha para a injeção de insulina. Essa agulha é subcutânea, feita em geral de um material flexível, e liga-se à unidade de controle através de um tubo. A unidade de controle contém uma bateria, um reservatório de insulina, além de um visor de cristal líquido e botões para a interação com o usuário.

Conectividade
O paradigma da computação ubíqua e pervasiva vem sendo viabilizados pelo desenvolvimento das tecnologias móveis, costumam a ser caracterizados por seu pequeno tamanho, alimentação por bateria, por sua mobilidade e por terem uma conexão sem fio. A comunicação sem fio torna nosso cotidiano cada dia mais permeado por aparelhos de informação e tecnologias como laptops, PDAs e celulares.
O pâncreas artificial idealmente teria interfaces para comunicação com dispositivos externos, tanto para fins de aferição de medidas quanto para funções de controle e ajustes. Com o objetivo principal de estabelecer um padrão de conectividade e troca de mensagens que permita a interoperabilidade dos diversos dispositivos de diferentes fabricantes e o estabelecimento de um framework para o desenvolvimento de dispositivos, estações de trabalho, interfaces e aplicações, atualmente existem várias iniciativas neste sentido, das quais se destaca o Health Level Seven (HL7). É um padrão para a troca, gerenciamento e integração de dados que suportam o cuidado clínico do paciente e o gerenciamento, entrega e avaliação de serviços de saúde.
Portanto, é previsível que tanto as iniciativas atuais, como os sensores de glicose e as bombas de insulina, quanto os futuros protótipos de pâncreas artificiais procurem ter seu desenvolvimento de acordo com padrões e protocolos que estão sendo estabelecidos para o contexto de conectividade em dispositivos de testes no local de cuidado.

Fonte: http://alexandre.sabbatini.com/documentos/pancreas-artificial.pdf

Implementação de espaços de tuplas do tipo JavaSpaces

Um espaço de tuplas tem como função criar uma abstração de memória compartilhada sobre um sistema distribuído. Por propiciar modelos de programação muito simples e com baixo acoplamento entre os elementos do sistema, espaços de tuplas têm sido empregados na construção de sistemas distribuídos complexos. Processos distintos do sistema podem executar uma tarefa comum, usando o espaço de tuplas como meio de comunicação, coordenação e sincronização.
A união do modelo de espaço de tuplas com a linguagem Java trouxe benefícios sensíveis.
A linguagem Java tem características que favorecem o desenvolvimento de aplicações distribuídas, dentre elas a portabilidade, o suporte natural à movimentação de código e a segurança. Não é à toa que Java vem sendo a linguagem de escolha em algumas categorias de aplicações distribuídas tais como agentes móveis.
JavaSpaces é uma especificação. Isso quer dizer que pode haver mais de uma implementação para JavaSpaces.
A especificação JavaSpaces está fortemente vinculada ao sistema Jini, também de autoria da Sun. O Jini consiste em uma infra-estrutura que pretende simplificar o desenvolvimento, instalação e administração de sistemas distribuídos. O Jini é baseado na linguagem Java.
Jini é uma das mais concretas propostas no sentido de se implementar sistemas computacionais que possam ser mantidos com pouca ou quase nenhuma intervenção humana.
É difícil encontrar uma implementação satisfatória de JavaSpaces. As implementações atuais oferecem funcionalidades especiais, cada uma a seu modo, mas mesmo assim, ainda requerem a infra-estrutura Jini. Outra restrição que atinge a todos, é que, como produtos de software, esses espaços de tuplas possuem licenças proprietárias. Atualmente é possível adquirir cópias gratuitas pela Internet, mas não há garantias que isso permanecerá assim indefinidamente.


Fonte: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-08032003-012015/

Francino Neto 103041061

Escalabilidade

A escalabilidade pode ser medida em três dimensões:
1. Relação ao tamanho --> Podem-se acrescentar mais usuários e recursos ao sistema;
2. Relação à distância geográfica --> Acesso a distâncias maiores.
3. Relação à facilidade de administração --> Mesmo com inclusão muitas organizações independentes ainda continua fácil a administração.

Problemas de escalabilidade

1. Relação ao tamanho
--> Servidores centralizados
--> Dados centralizados
--> Algoritmos centralizados

Uma máquina tem informação completa sobre o estado do sistema, ou as máquinas tomam decisões baseadas em informações de outros nós, ou uma falha de um nó pode arruinar o algoritmo, ou assume-se que existe um relógio global.

Mas por vezes é inevitável ter centralização (dados confidenciais de bancos, etc.).

2. Relação à distância geográfica
Em LANs é comum usar comunicação síncrona --> o cliente envia o pedido e fica bloqueado à espera de uma resposta.
Numa WAN a comunicação pode durar três ordens de grandeza mais (centenas de milisegundos);
Se uma aplicação tem componentes centralizados fica também limitada em termos geográficos.

3. Relação à facilidade de administração
São necessários dois tipos de medidas de segurança quando o sistema distribuído se expande para um novo domínio:
--> O sistema tem de se proteger de ataques vindos do novo domínio;
--> O domínio tem de se proteger de ataques vindos do sistema distribuído.

Técnicas de escalabilidade
Três técnicas principais:
1. Esconder latência na comunicação
2. Distribuição
3. Replicação.

1. Esconder latência na comunicação
Usar comunicação assíncrona para evitar bloquear processos à espera de receber respostas.
--> Tratamento de respostas como eventos;
--> Usar várias tarefas em paralelo para continuar processamento. Na figura acima: Passar parte do processamento do servidor para o cliente melhora a escalabilidade geográfica.

2. Distribuição
Distribuir entre vários computadores os serviços e dados. Decompondo os componentes em partes menores, que são distribuídas por todo o sistema distribuído. Exemplos: DNS e Web
Nenhum servidor prestará todos os serviços nem possuirá todos os dados.
Se um servidor falhar, nem tudo está perdido.

3. Replicação
Aumenta a disponibilidade dos serviços e melhora o balanceamento de carga no sistema.
Aumenta a disponibilidade do serviço nas zonas da rede onde há réplicas.
Caching é uma forma de replicação controlada pelo cliente. A existência de várias cópias pode levar a problemas de consistência.
Se for necessário ter garantias fortes de consistência tem de se atualizar as cópias imediatamente (ex: Internet banking).

Francino Neto \ 103041061
Sistemas Distribuídos

Fonte: http://tele1.dee.fct.unl.pt/rit2_2007_2008/teo/4_sist_dist.pdf