[pt] A forma como a Computação é realizada está mudando devido à grande capacidade de processamento, armazenamento e comunicação que equipamentos computacionais apresentam atualmente. Cenários de compartilhamento de recursos, onde um único servidor físico é compartilhado entre diferentes aplicações, muitas vezes hospedadas em diversos domínios virtuais, têm se tornado comuns, mas demandam esforços para que o isolamento de desempenho de cada aplicação seja garantido como se ela fosse a única a ser localmente executada. Baseado nesse fato, o objetivo deste trabalho consiste em investigar técnicas para a provisão de reservas de recursos, garantindo, consequentemente, qualidade de serviço (QoS) e isolamento de desempenho às aplicações. A fim de atender ambientes onde o uso de extensões de sistemas operacionais ou o uso de virtualização são indevidos ou inapropriados, a investigação contempla o estudo da viabilidade e efetividade de reservas realizadas no nível do usuário, ou seja, sem que instrumentações no núcleo do sistema operacional sejam necessárias. Para isso, implementamos uma ferramenta capaz de limitar e garantir o uso dos recursos de processamento e disco, utilizando somente primitivas providas pelo Sistema Operacional Linux. Entre outras funcionalidades, essa ferramenta apresenta facilidades para a extensão das políticas de escalonamento, o que atribui a ela flexibilidade na forma como os recursos são compartilhados entre os processos. Com a análise de uso da ferramenta, foi possível identificar as vantagens e limitações das técnicas de gerenciamento utilizadas. Como um estudo de caso da ferramenta implementada, parametrizamos reservas para uma aplicação de três camadas com metas de desempenho e verificamos que, mesmo para aplicações complexas, métodos simples tais como a regressão linear são capazes de predizer o uso de recursos com uma baixa margem de erro. / [en] The way computing is done today is changing as a result of the everincreasing processing, storage, and communication capacities of modern computer hardware. Resource sharing scenarios, in which a physical server is shared for different applications, are becoming much more common. These scenarios require special attention to guarantee that the performance isolation of each application is carried out exactly as if it were being locally executed. Based on this situation, the present work aims at investigating techniques for providing resource reservations and thus guaranteeing quality of service (QoS) and performance isolation for applications. Considering environments in which the use of operating system extensions or the use of virtualization are unreasonable or inappropriate, this work investigates the viability and effectiveness of reservations done at user level, that is, reservations guaranteed with no operating system kernel instrumentation. For this purpose, we have implemented a tool that limits and ensures the proper usage of processing and disk bandwidth resources through the exclusive use of Linux Operating System primitives, which, among other functions, permits easy scheduling policy extensions. This feature enables flexibility in how resources are shared among distinct processes. Through tool usage analysis, we have identified the advantages and limitations of the techniques used. For a case study, aiming to achieve some specific performance goals, we have established parameter reservations for a three-tier application. We were able to verify that, even for complex applications, simple methodologies like linear regressions are capable of predicting resource usage with a low margin of error.

[pt] Esta tese apresenta novos algoritmos para controle de admissão de usuários em redes móveis celulares. É utilizada a técnica de reserva de recursos, também conhecida por uso de canais de guarda, para atingir os graus de qualidade de serviço desejados para cada tipo de usuário. São propostos algoritmos dinâmicos, capazes de se adaptar ao perfil de tráfego presente na rede e que possuem diferentes filosofias de projeto. Inicialmente, foi considerado o caso de uma classe que resulta em dois tipos de usuários: chamadas novas e chamadas em handoff. Os algoritmos propostos são testados em condições de tráfego representadas por diversas distribuições para o tempo de permanência do usuário na célula. Foi desenvolvido um novo simulador em linguagem C que é capaz de verificar o desempenho dos algoritmos propostos. Resultados analíticos para desempenho dos algoritmos de uma classe e um número fixo de recursos reservados são apresentados empregando uma modelagem por Cadeia de Markov. Foi desenvolvido um método que permite calcular a intensidade de tráfego máxima a qual o sistema pode ser submetido, e a quantidade de recursos a ser reservada assumindo que o objetivo é maximizar a utilização do sistema atendendo os valores de qualidade de serviço estabelecidos, no caso de tempo de retenção do recurso de rádio modelado por uma chamada com distribuição exponencial. Foi proposto um algoritmo simples, dinâmico e distribuído, baseado em medidas em tempo real, cuja meta é acompanhar a curva ótima de número de recursos reservados. Posteriormente, os resultados analíticos empregando Cadeia de Markov são generalizados para M classes. Alguns dos algoritmos definidos para o caso de uma classe são estendidos para o caso de duas classes e seu desempenho é avaliado, utilizando o simulador desenvolvido neste trabalho. O método para calcular a intensidade máxima de recursos que o sistema comporta, sem violar os requisitos de qualidade de serviço, é estendido para o caso de duas classes. Finalmente, são definidos parâmetros que permitem comparar o desempenho dos algoritmos com 2M classes, considerando uma distribuição genérica para o tempo de permanência do usuário na célula. / [en] This thesis presents new algorithms for Channel Admission Control in wireless communications systems. We investigate techniques based in resource reservation, also known as guard channel, to achieve the quality of service desired for each class of users. We propose dynamic schemes based in the cell traffic. Each algorithm has a different goal, some try to minimize the probability of handoff fail, others try to maximize the traffic intensity when the limit imposed by QoS is being approached. First, we considered one class (M = 1) divided in two classes: new users and handoff users. In order to test the new schemes we developed a simulator in C that uses different distributions for the dwell-time. During the simulation, the measures of channel solicitations and the result of their allocation are used to decide whether new calls will be admitted. We also obtained analytic results using a Markov Chain model. We developed a method to calculate the maximum traffic intensity that the system supports without violating the established quality of service constraints, assuming one class of users and the dwell-time modelled by a exponential distribution. This method allows to identify the maximum traffic intensity supported by the system and also the exact number of resources to be reserved for each value of traffic intensity. We proposed a new, dynamic and distributed algorithm based on real time measures which targets to follow the optimum number of reserved curve obtained from our procedure. We generalized the analytic results using M-dimensional Markov Chains to 2M classes of users. Some of the algorithms defined to two classes (M = 1) were extended to the case of four classes (M = 2) and their performances are evaluated using the simulator developed in this work. The method to evaluate the maximum intensity of traffic within the limits of QoS is also extended to the case of four classes. Finally we define new parameters that allow the performance comparison among 2M class algorithms, considering any dwell- time distribution.

[pt] Nas últimas décadas, tem-se observado um crescente interesse nas tecnologias relacionadas a ambientes de comunicação móvel sem fio. Em grande parte, esse interesse vem acompanhando o crescimento do mercado de telecomunicações, mais especificamente dos sistemas de telefonia móvel celular. Os usuários vêm absorvendo rapidamente essas tecnologias, originando novas necessidades, como a utilização de serviços de dados multimídia, que exige garantias de qualidade. Nesse contexto, um dos desafios encontrados é conseguir a utilização eficiente do limitado espectro de freqüências disponível, fornecendo serviços com qualidade para os usuários. Esta dissertação propõe uma arquitetura para provisão de qualidade de serviço -QoS- fim-a-fim em redes móveis sem fio, levando em consideração características inerentes a esses ambientes. Para alcançar esse objetivo, são propostas modificações aos frameworks para provisão de QoS em ambientes genéricos de processamento e comunicação, visando atender às necessidades trazidas pelas redes móveis, gerando uma arquitetura adaptável para fornecer QoS em ambientes que ofereçam suporte à mobilidade. Uma instanciação dos frameworks para provisão de QoS em redes móveis sem fio é descrita através de um cenário de mobilidade, no qual é simulada uma rede infraestruturada de serviços integrados funcionando sobre o IP Móvel, de modo a validar a peoposta. / [en] In the last decades, increasing interest has been observed in technologies related to wireless mobile communication environments. Great part of such interest follows the growth in the telecommunications industry, more specifically of cellular mobile telephony systems. Users are quickly absorbing these technologies and generating new necessities, such as the use of services of multimedia data, which demand quality assurance. In this context, one of the challenges is the efficient use of the limited frequency spectrum available, providing users quality services. This thesis proposes an architecture for the provision of end-to-end QoS in wireless mobile networks, taking into account inherent characteristics of these environments. To reach this purpose, modifications were proposed to the frameworks for QoS provisioning in generic processing and communication environments, aiming to fulfill the necessities brought by mobile networks, generating an adaptable architecture to offer QoS in environments that support mobile connections. In order to validate the proposal, an instantiation of frameworks for QoS provisioning in wireless mobile networks is described by means of a mobility scenario in which an infrastructure network of integrated services is simulated working over Mobile IP.