O principal objetivo desta pesquisa é determinar o custo operacional e o ponto de renovação da frota de tratores agrícolas de pneus de uma empresa agropecuária, utilizando-se os dados dos dispêndios do uso de 39 tratores, entre os anos de 1983 e 1998. Aplicou-se o método do custo anualizado equivalente (CAE), pelo qual é possível determinar-se a idade de substituição dos tratores, a partir do custo operacional e do fluxo de caixa de cada trator. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que dentre os custos operacionais as despesas com reparos e manutenção são as mais elevadas o que pode ser atribuído às altas horas de trabalho acumuladas, tornando antieconômica a utilização da máquina na empresa. Os valores calculados através do custo anualizado equivalente (CAE), apresentaram resultados maiores que os calculados pelo custo operacional. A diferença fundamental entre os dois métodos de cálculo está no CAE que considera uma remuneração ao capital utilizando a taxa de desconto do fluxo de caixa. O método do custo anualizado equivalente, mostrou-se eficiente na análise da vida econômica de tratores e na determinação do ponto de substituição de frotas, pois permite a substituição da máquina antes que ocorram as despesas mais altas com a mesma. Caso contrário, a perda de capital provocada pela diminuição do valor presente do valor residual, calculado pelo CAE, pode inviabilizar o uso econômico da máquina. Verificou-se com a aplicação do CAE que a idade de substituição de uma máquina depende do valor de inicial, das despesas anuais com o trator, de valor de revenda em cada ano e da taxa de desconto. Especificamente para esta empresa verificou-se que a idade economicamente ótima de troca situou-se entre quatro e cinco anos de vida útil do trator. / The main objective of the present study was to determine the operational cost and the fleet renewal point of agricultural tractors of tires for an agricultural company, which provided data on expenditures for the use of 39 tractors, from 1983 to 1998. The computation took in account the yearly cost equivalent method (CAE), which allowed to determine the tractor substitution age , starting from the operational cost and from the cash flow of each tractor. The analysis results analysis showed that the greater item in the operational costs is the expenses with repairs and maintenance which can be attributed to the greater accumulated working hours, so far it may make not profitable the use of the machine in the company. The CAE method values showed bigger values than the operational cost method values (OC). The fundamental difference among them is that CAE considers a remuneration to the capital using the cash flow discount tax. Also , the CAE method was more efficient in the analysis of the tractor economical life and in the determination of the fleet substitution point, so it allowed the substitution of the machine before higher expenses might occur. Otherwise, the capital loss provoked by the decrease of the present value of the residual value, computed by CAE, would make unfeasible the economical use of the machine. Also ,the present study showed that the age of substitution of a machine depends on the initial value, on the annual expenses with the tractor, on the value of resale in every year and on the discount tax. Specifically for this company, it was verified that the economical age to change a vehicle is between four or five years of useful life of the tractor.

O método de plantio manual de mudas de árvores é predominante no Brasil. Para a redução dos custos com mão-de-obra, aumento de produtividade e qualidade operacional, o plantio manual deve ser substituído total ou parcialmente por operações mecanizadas. Com esse enfoque foram avaliadas as atividades de plantios manual e mecanizado de eucaliptos, bem como de preparo mecanizado do solo, em área pertencente a uma empresa florestal. O plantio manual foi feito por onze trabalhadores rurais, com o uso da transplantadora de acionamento manual. O plantio mecanizado foi realizado por uma máquina de transplantio de mudas, operada por um trabalhador rural e tracionada por um trator. Na área do estudo foram locadas duas parcelas amostrais, formando uma malha de setenta e cinco pontos amostrais para cada sistema de plantio. Os itens do preparo do solo avaliados foram a profundidade do sulco, o diâmetro dos torrões e o volume cilíndrico dos galhos de madeira sobre a faixa de sulcamento. O itens dos sistemas de plantio avaliados foram a presença de defeitos da operação, a distância entre plantas, a altura da parte aérea das mudas e a sobrevivência das plantas após um mês de idade. As ferramentas da qualidade total utilizadas foram os histogramas, o diagrama de causa e efeito, os gráficos de Pareto e de controle. As análises estatísticas dos resultados foram feitas pelo teste t e pelo teste de qui-quadrado Para avaliar o desempenho operacional do sistema manual estimou-se somente a capacidade de campo operacional. No sistema mecanizado foram estimadas as capacidades de campo efetiva e operacional. Nos dois sistemas de plantio foram estimados também os custos horários e operacionais das máquinas e da mão-de-obra. Entre os sistemas de plantio, a distância entre plantas foi diferente estatisticamente, com melhor distribuição das mudas no sistema manual. O número de defeitos por muda plantada foi semelhante estatisticamente entre os sistemas de plantio. Os principais defeitos do sistema manual foram as mudas plantadas com colo encoberto pelo solo e as mudas plantadas fora do centro do sulco, os quais representaram 72,8% do total. No sistema mecanizado, esses defeitos, somados às mudas não plantadas e mudas não firmes, representaram 76,7% do total. A altura da parte aérea foi diferente estatisticamente, tanto no plantio como um mês após. A sobrevivência das mudas efetivamente plantadas, após um mês de idade, foi semelhante estatisticamente. Concluiu-se, assim, que a qualidade em ambos os sistemas de plantio não variaram dentro de padrões aceitáveis pela empresa florestal. O tempo produtivo do sistema de plantio mecanizado foi igual a 48,2%, gerando uma capacidade de campo operacional 60,0% menor do que no sistema manual. Inferiu-se que o número médio de mudas plantadas por trabalhador por hora foi igual a 95 no sistema manual, enquanto que no sistema mecanizado foi igual a 205. O custo operacional estimado do sistema mecanizado foi 44,9% maior do que no sistema manual, fato devido a baixa capacidade de campo operacional observada no sistema mecanizado. / Hand planting of tree seedlings is the predominant method in Brazil. In order to reduce labor costs, increase productivity, and improve operational quality, hand planting should be totally or partially replaced by machine operations. Having this in mind, eucalyptus’ hand and machine planting activities were assessed, as well as those of mechanical tillage, in an area belonging to a forestation company. Hand planting had been carried out by 11 rural workers by using a planting tube. Machine planting had been carried out by using a seedling transplant machine, which was operated by a rural worker and pulled by a tractor. In the study area, two sampling parts were allocated, forming a web with 75 sampling points for each planting system. Tillage items that were assessed included furrow depth, stone diameter, and the cylindrical volume of wood branches on the furrow belt. Planting system items that were assessed included the presence of operation defects, distance between plants, height of the top portion of the seedlings, and plant survival after one month of age. Total quality tools included histograms, cause and effect diagram, control graphs, and Pareto's graphs. Statistical analyses of the results were performed by using test and qui-square test. To evaluate hand planting system’s operational performance, only the operational field capacity was estimated. As for the machine system, effective and operational field capacities were estimated. Labor and machine hourly costs, as well as the operational costs for both planting systems were assessed. When comparing planting systems, the distance between plants was statistically different, with hand planting system showing better seedling distribution. The number of defects per planted seedling was statistically similar for both planting systems. The major defects in the hand planting system were seedlings planted with soil-covered base and those planted out of the furrow center, which represented 72.8% of the total. With the machine system, these defects, in addition to non-planted and loose seedlings, represented 76.7% of the total. The height of the top portion was statistically different, both when planting and after one month. The survival of effectively planted seedlings after one month of age was statistically similar. Thus, we concluded that the quality of both planting systems did not vary within the standards that are acceptable for the forestation company. Machine planting system's productive time was 48.2%, and generated an estimated operational field capacity 60.0% less to that for the hand planting system. The average number of planted seedlings per worker by hour was inferred to be equal to 95 in the hand planting system, whereas it was equal to 205 in the machine system. The operational cost for the machine system was estimated to be 44.9% greater to that for the hand planting system, which is due to the low operational field capacity observed in the machine system.

Orientador: Silvio José Bicudo / Banca: Maura Seiko T. Esperancini / Banca: Ricardo Augusto Dias Kanthack / Resumo: Os custos de produção na agricultura determinam o nível de rentabilidade econômica das atividades agrícolas desenvolvidas na propriedade rural, o que permite avaliar a eficiência do sistema de produção adotado pelo produtor ou empresário rural. O objetivo deste trabalho foi analisar e comparar economicamente as culturas de feijão, soja e milho em sistemas de produção irrigados e não irrigados. Os dados foram coletados em quatro propriedades rurais localizadas no município de Itaí, pertencente ao EDR de Avaré, região sudoeste do Estado de São Paulo, na safra 2005/06, no período de agosto de 2005 à julho de 2006. A partir desses dados foram estimados o custo operacional efetivo e o custo operacional total. Para análise da rentabilidade foram determinados os indicadores econômicos denominados de receita bruta, margem bruta, ponto de nivelamento, preço de equilíbrio, lucro operacional e índice de lucratividade. Partiu-se do pressuposto que o sistema de produção irrigado deveria apresentar o maior nível de produtividade e rentabilidade, entretanto os dados demonstraram que nas culturas de feijão e milho no sistema irrigado os resultados foram inferiores ao sistema não irrigado. A produtividade média do feijão não irrigado foi 29% superior e o índice de lucratividade médio foram 26% superior ao sistema irrigado. A soja irrigada apresentou produtividade e receita bruta média 19% superior ao sistema não irrigado, porém a cultura apresentou prejuízo nos dois sistemas, devido ao baixo preço de venda obtido pelo produtor. Em relação à combinação das culturas de feijão das águas e soja de verão e feijão das águas e milho safrinha, a sucessão feijão e milho não 2 irrigados, apresentaram a maior rentabilidade com índice de lucratividade de 45,26%, em 2° lugar irrigados, apresentaram a maior rentabilidade com índice de lucratividade de 45,26%, em... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The costs of production in the agriculture determine the level of economical profitability of the agricultural activities developed in the rural property, which allows evaluating the efficiency of the system of production adopted by the producer or rural businessman. The objective of this work is to analyze and compare economically the cultures of bean, soy and corn in systems of production irrigated or not. The data were collected in four farms located in Itaí, pertaining to the EDR of Avaré, south-west region of the State of Sao Paulo, in the harvest 2005/06, in the period of August of 2005 to the July of 2006. From these data were estimated the effective operational cost and the total operational cost. For the analysis of the profitability were determined the economic indicators of gross revenue, gross margin, break even point, balance price, operational profit and profitability rate (IL). It proceeded from the assumption that the system of production irrigated should present nigher productivity and profitability. From data it was observed that the bean and corn cultures under irrigated system the results were lower than the not irrigated system. The average productivity of the not irrigated bean was 29 % superior and the average rate of profitability was 26% superior to the irrigated system. The irrigated soy presented productivity and gross average profit 19% superior to the not irrigated system, however the culture presented loss in two systems, due to the low obtained sale price. Regarding to combination of the cultures of water bean, summer soy and corn safrinha, the succession bean and corn not irrigated,presented the biggest profitability with rate of profitability of 45,26 %, folowed by the bean and corn irrigated with 18,93 %, in 3rd place the bean and soy not irrigated with 6,67 % and at last the bean and soy irrigated at a loss of 7,35 %... (Complete abstract, click electronic access below) / Mestre

Summary Kruthusen Företagsfastigheter AB is a company that rent industrial facilities, mainly to smaller companies and startup companies. Most of their facilities today are already rented which creates the opportunity to expand and build new facilities. The problem is that the building methods and materials commonly used today will require a rent that is unaffordable for these companies. Therefore a new way of creating these facilities is needed to be able to reduce costs, to allow a lower rent.  In the current facilities big costs are connected with companies’ changing facilities which often require reconstruction or similar. Some needs extra bathrooms, other need a kitchen and a few do not need any of it. Therefore, to save a lot of money on reconstruction a common area will be built where there will be a dressing room with showers, WC and a kitchen. There are many different ways to save energy which also reduces costs. Research has been made to see if there are other alternatives to heat the building. District heating is available in the area where the new facility will be built. District heating is considered a sustainable choice and therefore was selected. Heat losses for the new building were calculated to estimate if it is enough to target operational costs to be able to secure a low rent. The result was that a high amount of the heat losses can be reduced but it is not enough to allow affordable rents. The total cost of the building could not be estimated by us. This is the reason why other measures like common areas cannot be proven to lower the rent to the targeted value. If the concept is affordable will be known when the concept is sent to a construction company for cost estimation. The final building will include a common area in the middle connected with the entrance and 10 industrial facilities for renting that will be 8x13 square meters. To make it easier for the customers a parking lot will be built in front of the building. On the back side every company will have an area for their work-related vehicles. Also a spot for containers will be included for extra storage for each renting company. / Sammanfattning Kruthusen Företagsfastigheter AB är ett företag som hyr ut lokaler till främst mindre och nystartade företag. Idag är nästan alla av deras lokaler redan uthyrda vilket möjliggör utbyggnad av nya lokaler. Problemet med detta är att användning av dagens byggnadsmetoder och material kommer ge en väldigt dyr hyra, som dessa små företag inte kan betala. Därför behövs det nya sätt som fokuserar på att få ner kostnader när dessa typer av lokaler ska byggs, för att få en låg hyra. I dagens lokaler tillkommer stora kostnader i ombyggnader eller liknande när företag byter lokaler. Vissa har behov av extra badrum, andra behöver tillgång till kök och några behöver inte tillgång till något. För att undvika de största kostnaderna i samband med detta kommer en gemensam avdelning byggas där det finns omklädningsrum med dusch, toaletter och kök. Det finns många sätt att spara energi på som också minskar kostnader. En undersökning har gjorts för att se om det finns några andra alternativ till uppvärmning av lokalerna. Fjärrvärme är tillgängligt i det valda området för byggnaden, därför valdes detta som värmekälla då det anses vara ett hållbart alternativ. Värmeförluster beräknades för den nya byggnaden för att uppskatta om det är tillräckligt att fokusera på driftkostnader för att erhålla en låg hyra. Resultatet blev att en väldigt hög andel av värmeförlusterna kunde minskas, men det var inte tillräckligt för att ensamt säkerställa en låg hyra. Den totala kostnaden för byggnaden kunde inte uppskattas av oss. Detta är anledningen till att andra åtgärder som gemensamma utrymmen inte kan bevisas vara tillräckligt för att få en låg hyra. Först när ett byggföretag har gjort sin kostnadsuppskattning kommer det visa sig om konceptet är tillräckligt konstandseffektivt. Den slutgiltiga byggnaden kommer bestå av en gemensam avdelning i mitten sammanlänkat med entrén och 10 industrilokaler i storleken 8x13 meter för uthyrning. För att underlätta för kunder finns det en parkering framför byggnaden. På baksidan finns det utrymme för varje företag att ha sina fordon. Det kommer även finnas utrymme för containrar som extra utrymme för företagen.

This thesis considers two kinds of problems, motivated by practical applications in data center operations and maintenance. Data centers are the brain of the internet, each hosting as many as tens of thousands of IT devices, making them a considerable global energy consumption contributor (more than 1 percent of global power consumption). There is a large body of work at different layers aimed at reducing the total power consumption for data centers. One of the key places to save power is addressing the thermal heterogeneity in data centers by thermal-aware workload distribution. The corresponding optimization problem is challenging due to its combinatorial nature and the computational complexity of thermal models. In this thesis, a holistic theoretical approach is proposed for thermal-aware workload distribution which uses linearization to make the problem model-independent and easier to study. Two general optimization problems are defined. In the first problem, several cooling parameters and heat recirculation effects are considered, where two red-line temperatures are defined for idle and fully utilized servers to allow the cooling effort to be reduced. The resulting problem is a mixed integer linear programming problem which is solved approximately using a proposed heuristic. Numerical results confirm that the proposed approach outperforms commonly considered baseline algorithms and commercial solvers (MATLAB) and can reduce the power consumption by more than 10 percent. In the next problem, additional operational costs related to reliability of the servers are considered. The resulting problem is solved by a generalization of the proposed heuristics integrated with a Model Predictive Control (MPC) approach, where demand predictions are available. Finally, in the second type of problems, we address a problem in inventory management related to data center maintenance, where we develop an efficient dynamic programming algorithm to solve a lot-sizing problem. The algorithm is based on a key structural property that may be of more general interest, that of a just-in-time ordering policy. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Data centers, each hosting as many as tens of thousands of IT devices, contribute to a considerable portion of energy usage worldwide (more than 1 percent of global power consumption). They also encounter other operational costs mostly related to reliability of devices and maintenance. One of the key places to reduce energy consumption is through addressing the thermal heterogeneity in data centers by thermal-aware work load distribution for the servers. This prevents hot spot generation and addresses the trade-off between IT and cooling power consumption, the two main power consump tion contributors. The corresponding optimization problem is challenging due to its combinatorial nature and the complexity of thermal models. In this thesis, we present a holistic approach for thermal-aware workload distribution in data centers, using lin earization to make the problem model-independent and simpler to study. Two quite general nonlinear optimization problems are defined. The results confirm that the proposed approach completed by a proposed heuristic solves the problems efficiently and with high precision. Finally, we address a problem in inventory management related to data center maintenance, where we develop an efficient algorithm to solve a lot-sizing problem that has a goal of reducing data center operational costs.

A colheita mecanizada é uma das mais significativas e onerosas operações do processo de produção de cana-de-açúcar, tornando-se importante o entendimento das relações que envolvem o seu custo. Atualmente, as metodologias para estimar o custo da colheita partem do conceito de custo fixo e variável. No entanto, considerando a complexidade desse processo, faz-se necessário avaliar métodos capazes de relacionar os parâmetros operacionais com o custo final. Neste contexto, a modelagem estatística por meio da regressão permite tratar tais relações e prever tendências. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo empírico para o cálculo do custo da colheita mecanizada de cana-de-açúcar. Desenvolveu-se um modelo linear generalizado (MLG) e um modelo linear generalizado misto (MLGM) ambos com distribuição gama, utilizando indicadores operacionais e dados de custo de 20 usinas do setor sucroalcooleiro. Por meio do MLGM, obteve-se uma aderência satisfatória quando comparado aos modelos MLG, nulo (média) e linear (supondo normalidade). Os indicadores que explicaram o custo foram: produtividade (t maq-1), consumo (l t-1), horímetro (h) e número de operadores por colhedora (nop). / The mechanized harvesting of sugarcane is one of the most significant and costly operations of the production process, thus it is important to understand the relationships involving its cost. Currently, methods to estimate these costs rise from the concept of fixed and variable cost. However, considering the complexity of the harvesting process, it is necessary to evaluate techniques to relate the operating parameters with the final cost. In this context, statistical modeling by regression allows to treat such relationship and predict trends. The objective of this study was to develop an empirical model to calculate the cost of mechanical harvesting of sugarcane. A generalized linear model (GLM) and a generalized linear mixed model (GLMM) both with gamma distribution was developed using operational indicators and cost data from 20 plants in the sugarcane industry. Through the GLMM, satisfactory adhesion was obtained when compared to the GLM, null model (average) and linear (assuming normality). The indicators that explained the cost were: productivity (t mach-1), consumption (l t-1), hourmeter (h) and number of operators per harvester (nop).

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas de produção de leite adotados pelos produtores familiares na microrregião de Uberlândia (MG) não estão bem definidos, pois existem várias especificidades a serem consideradas; assim, neste estudo, objetivou-se caracterizar e avaliar o desempenho técnico e de escala dos sistemas de alimentação praticados por 22 produtores de leite familiares desta microrregião, durante o ano de 2013. O processo de amostragem foi não probabilístico por julgamento; os dados foram analisados por meio do software CU$TO BOVINO LEITE 1.0 que possibilitou estimar o total anual dos custos de produção, das receitas, do preço médio, das margens bruta e líquida, resultado, lucratividade e rentabilidade, bem como o ponto de equilíbrio de cada propriedade estudada. Utilizou-se a Análise Envoltória de Dados – DEA (Data Envelopment Analysis), por meio do software SIAD - Sistema Integrado de Apoio à Decisão para analisar a eficiência técnica e de escala das unidades produtivas selecionadas (DMU’s). As variáveis de inputs foram área, quantidade de animais, custo com alimentação, custo operacional efetivo menos o custo com alimentação e de outpus quantidade de leite produzida e receita com o leite. Dentre os sistemas de produção apontados, aquele com oferta de pastagem como única fonte de volumoso e suplementação com concentrados no período chuvoso, e silagens de milho ou sorgo como volumosos e suplementação dos animais com concentrados, no período seco, foi predominante em 40,91% das propriedades pesquisadas; 50% (11 fazendas) tiveram desempenho insatisfatório, ou seja, foram ineficientes; sendo 31,8% do total de fazendas (sete fazendas) ineficientes tanto tecnicamente quanto em escala; 13,6% do total (três fazendas) não tiveram eficiência em escala e 4,6% das fazendas analisadas (uma propriedade) foi eficiente em escala mas ineficiente tecnicamente. Foi observado que todas as unidades de tomadas de decisão (DMU’s) eficientes apresentaram receita com leite maior que a soma do COE (Custo Operacional Efetivo) e custos com alimentação. As informações sobre desempenho técnico e de escala podem ser usadas tanto pelos produtores para tomada de decisão para incrementar sua performance e alcançar potencial máximo de eficiência quanto pelos órgãos governamentais para definir políticas públicas que incentivem o aumento da produtividade e renda das fazendas. / The milk production systems adopted by family producers in the microregion of Uberlândia (MG) are not well defined, since there are several specificities to be considered; thus, this study aimed to characterize and evaluate the technical and scale performance of the feeding systems practiced by 22 family milk producers of this microregion, during the year 2013. The sampling process was not probabilistic by trial; data were analyzed by means of the software CU$TO BOVINO LEITE 1.0 which allowed to estimate the total annual production costs, revenues, average price, gross and net margins, profitability, as well as the break-even point of each property studied. Data Envelopment Analysis (DEA was used through SIAD - Integrated Decision Support System software to analyze the technical and scale efficiency of selected production units (DMU's). The input variables were the area, the number of animals, feed cost, effective operational cost minus the cost with feeding and the output variables were the quantity of milk produced and revenue with the milk. Among the production systems pointed out, the one with the offer of pasture as the sole source of roughage and supplementation with concentrates in the rainy period, and corn or sorghum silages as bulky and supplementation of animals with concentrates, dry period, was prevalent in 40.91% of the properties surveyed; 50% (11 farms) had performance poorly, i.e., were inefficient; and 31.8% of the total number of farms (7) inefficient farms both technically and in scale; 13.6% of the total (three farms) did not have efficiency in scale and 4.6% of the farms analyzed (one property) was efficient in scale but technically inefficient. It was observed that all the efficient decision-making units (DMU's) presented milk revenue greater than the sum of the COE (effective operational cost) and feeding costs. Information about technical and scale performance can be used both by producers for decision-making to improve its performance and achieve maximum potential of efficiency as by governmental bodies to define public policies that encourage the increase of productivity and income of farms. / Tese (Doutorado)

A colheita mecanizada é uma das mais significativas e onerosas operações do processo de produção de cana-de-açúcar, tornando-se importante o entendimento das relações que envolvem o seu custo. Atualmente, as metodologias para estimar o custo da colheita partem do conceito de custo fixo e variável. No entanto, considerando a complexidade desse processo, faz-se necessário avaliar métodos capazes de relacionar os parâmetros operacionais com o custo final. Neste contexto, a modelagem estatística por meio da regressão permite tratar tais relações e prever tendências. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo empírico para o cálculo do custo da colheita mecanizada de cana-de-açúcar. Desenvolveu-se um modelo linear generalizado (MLG) e um modelo linear generalizado misto (MLGM) ambos com distribuição gama, utilizando indicadores operacionais e dados de custo de 20 usinas do setor sucroalcooleiro. Por meio do MLGM, obteve-se uma aderência satisfatória quando comparado aos modelos MLG, nulo (média) e linear (supondo normalidade). Os indicadores que explicaram o custo foram: produtividade (t maq-1), consumo (l t-1), horímetro (h) e número de operadores por colhedora (nop). / The mechanized harvesting of sugarcane is one of the most significant and costly operations of the production process, thus it is important to understand the relationships involving its cost. Currently, methods to estimate these costs rise from the concept of fixed and variable cost. However, considering the complexity of the harvesting process, it is necessary to evaluate techniques to relate the operating parameters with the final cost. In this context, statistical modeling by regression allows to treat such relationship and predict trends. The objective of this study was to develop an empirical model to calculate the cost of mechanical harvesting of sugarcane. A generalized linear model (GLM) and a generalized linear mixed model (GLMM) both with gamma distribution was developed using operational indicators and cost data from 20 plants in the sugarcane industry. Through the GLMM, satisfactory adhesion was obtained when compared to the GLM, null model (average) and linear (assuming normality). The indicators that explained the cost were: productivity (t mach-1), consumption (l t-1), hourmeter (h) and number of operators per harvester (nop).

A Virtualização de Funções de Rede (NFV – Network Function Virtualization) é um novo conceito arquitetural que está remodelando a operação de funções de rede (e.g., firewall, gateways e proxies). O conceito principal de NFV consiste em desacoplar a lógica de funções de rede dos dispositivos de hardware especializados e, desta forma, permite a execução de imagens de software sobre hardware de prateleira (COTS – Commercial Off-The-Shelf). NFV tem o potencial para tornar a operação das funções de rede mais flexíveis e econômicas, primordiais em ambientes onde o número de funções implantadas pode chegar facilmente à ordem de centenas. Apesar da intensa atividade de pesquisa na área, o problema de posicionar e encadear funções de rede virtuais (VNF – Virtual Network Functions) de maneira escalável e com baixo custo ainda apresenta uma série de limitações. Mais especificamente, as estratégias existentes na literatura negligenciam o aspecto de encadeamento de VNFs (i.e., objetivam sobretudo o posicionamento), não escalam para o tamanho das infraestruturas NFV (i.e., milhares de nós com capacidade de computação) e, por último, baseiam a qualidade das soluções obtidas em custos operacionais não representativos. Nesta tese, aborda-se o posicionamento e o encadeamento de funções de rede virtualizadas (VNFPC – Virtual Network Function Placement and Chaining) como um problema de otimização no contexto intra- e inter-datacenter. Primeiro, formaliza-se o problema VNFPC e propõe-se um modelo de Programação Linear Inteira (ILP) para resolvêlo. O objetivo consiste em minimizar a alocação de recursos, ao mesmo tempo que atende aos requisitos e restrições de fluxo de rede. Segundo, aborda-se a escalabilidade do problema VNFPC para resolver grandes instâncias do problema (i.e., milhares de nós NFV). Propõe-se um um algoritmo heurístico baseado em fix-and-optimize que incorpora a meta-heurística Variable Neighborhood Search (VNS) para explorar eficientemente o espaço de solução do problema VNFPC. Terceiro, avalia-se as limitações de desempenho e os custos operacionais de estratégias típicas de aprovisionamento ambientes reais de NFV. Com base nos resultados empíricos coletados, propõe-se um modelo analítico que estima com alta precisão os custos operacionais para requisitos de VNFs arbitrários. Quarto, desenvolve-se um mecanismo para a implantação de encadeamentos de VNFs no contexto intra-datacenter. O algoritmo proposto (OCM – Operational Cost Minimization) baseia-se em uma extensão da redução bem conhecida do problema de emparelhamento ponderado (i.e., weighted perfect matching problem) para o problema de fluxo de custo mínimo (i.e., min-cost flow problem) e considera o desempenho das VNFs (e.g., requisitos de CPU), bem como os custos operacionais estimados. Os resultados alcaçados mostram que o modelo ILP proposto para o problema VNFPC reduz em até 25% nos atrasos fim-a-fim (em comparação com os encadeamentos observados nas infra-estruturas tradicionais) com um excesso de provisionamento de recursos aceitável – limitado a 4%. Além disso, os resultados evidenciam que a heurística proposta (baseada em fix-and-optimize) é capaz de encontrar soluções factíveis de alta qualidade de forma eficiente, mesmo em cenários com milhares de VNFs. Além disso, provê-se um melhor entendimento sobre as métricas de desempenho de rede (e.g., vazão, consumo de CPU e capacidade de processamento de pacotes) para as estratégias típicas de implantação de VNFs adotadas infraestruturas NFV. Por último, o algoritmo proposto no contexto intra-datacenter (i.e. OCM) reduz significativamente os custos operacionais quando comparado aos mecanismos de posicionamento típicos uti / Network Function Virtualization (NFV) is a novel concept that is reshaping the middlebox arena, shifting network functions (e.g. firewall, gateways, proxies) from specialized hardware appliances to software images running on commodity hardware. This concept has potential to make network function provision and operation more flexible and cost-effective, paramount in a world where deployed middleboxes may easily reach the order of hundreds. Despite recent research activity in the field, little has been done towards scalable and cost-efficient placement & chaining of virtual network functions (VNFs) – a key feature for the effective success of NFV. More specifically, existing strategies have neglected the chaining aspect of NFV (focusing on efficient placement only), failed to scale to hundreds of network functions and relied on unrealistic operational costs. In this thesis, we approach VNF placement and chaining as an optimization problem in the context of Inter- and Intra-datacenter. First, we formalize the Virtual Network Function Placement and Chaining (VNFPC) problem and propose an Integer Linear Programming (ILP) model to solve it. The goal is to minimize required resource allocation, while meeting network flow requirements and constraints. Then, we address scalability of VNFPC problem to solve large instances (i.e., thousands of NFV nodes) by proposing a fixand- optimize-based heuristic algorithm for tackling it. Our algorithm incorporates a Variable Neighborhood Search (VNS) meta-heuristic, for efficiently exploring the placement and chaining solution space. Further, we assess the performance limitations of typical NFV-based deployments and the incurred operational costs of commodity servers and propose an analytical model that accurately predict the operational costs for arbitrary service chain requirements. Then, we develop a general service chain intra-datacenter deployment mechanism (named OCM – Operational Cost Minimization) that considers both the actual performance of the service chains (e.g., CPU requirements) as well as the operational incurred cost. Our novel algorithm is based on an extension of the well-known reduction from weighted matching to min-cost flow problem. Finally, we tackle the problem of monitoring service chains in NFV-based environments. For that, we introduce the DNM (Distributed Network Monitoring) problem and propose an optimization model to solve it. DNM allows service chain segments to be independently monitored, which allows specialized network monitoring requirements to be met in a efficient and coordinated way. Results show that the proposed ILP model for the VNFPC problem leads to a reduction of up to 25% in end-to-end delays (in comparison to chainings observed in traditional infrastructures) and an acceptable resource over-provisioning limited to 4%. Also, we provide strong evidences that our fix-and-optimize based heuristic is able to find feasible, high-quality solutions efficiently, even in scenarios scaling to thousands of VNFs. Further, we provide indepth insights on network performance metrics (such as throughput, CPU utilization and packet processing) and its current limitations while considering typical deployment strategies. Our OCM algorithm reduces significantly operational costs when compared to the de-facto standard placement mechanisms used in Cloud systems. Last, our DNM model allows finer grained network monitoring with limited overheads. By coordinating the placement of monitoring sinks and the forwarding of network monitoring traffic, DNM can reduce the number of monitoring sinks and the network resource consumption (54% lower than a traditional method).

A Virtualização de Funções de Rede (NFV – Network Function Virtualization) é um novo conceito arquitetural que está remodelando a operação de funções de rede (e.g., firewall, gateways e proxies). O conceito principal de NFV consiste em desacoplar a lógica de funções de rede dos dispositivos de hardware especializados e, desta forma, permite a execução de imagens de software sobre hardware de prateleira (COTS – Commercial Off-The-Shelf). NFV tem o potencial para tornar a operação das funções de rede mais flexíveis e econômicas, primordiais em ambientes onde o número de funções implantadas pode chegar facilmente à ordem de centenas. Apesar da intensa atividade de pesquisa na área, o problema de posicionar e encadear funções de rede virtuais (VNF – Virtual Network Functions) de maneira escalável e com baixo custo ainda apresenta uma série de limitações. Mais especificamente, as estratégias existentes na literatura negligenciam o aspecto de encadeamento de VNFs (i.e., objetivam sobretudo o posicionamento), não escalam para o tamanho das infraestruturas NFV (i.e., milhares de nós com capacidade de computação) e, por último, baseiam a qualidade das soluções obtidas em custos operacionais não representativos. Nesta tese, aborda-se o posicionamento e o encadeamento de funções de rede virtualizadas (VNFPC – Virtual Network Function Placement and Chaining) como um problema de otimização no contexto intra- e inter-datacenter. Primeiro, formaliza-se o problema VNFPC e propõe-se um modelo de Programação Linear Inteira (ILP) para resolvêlo. O objetivo consiste em minimizar a alocação de recursos, ao mesmo tempo que atende aos requisitos e restrições de fluxo de rede. Segundo, aborda-se a escalabilidade do problema VNFPC para resolver grandes instâncias do problema (i.e., milhares de nós NFV). Propõe-se um um algoritmo heurístico baseado em fix-and-optimize que incorpora a meta-heurística Variable Neighborhood Search (VNS) para explorar eficientemente o espaço de solução do problema VNFPC. Terceiro, avalia-se as limitações de desempenho e os custos operacionais de estratégias típicas de aprovisionamento ambientes reais de NFV. Com base nos resultados empíricos coletados, propõe-se um modelo analítico que estima com alta precisão os custos operacionais para requisitos de VNFs arbitrários. Quarto, desenvolve-se um mecanismo para a implantação de encadeamentos de VNFs no contexto intra-datacenter. O algoritmo proposto (OCM – Operational Cost Minimization) baseia-se em uma extensão da redução bem conhecida do problema de emparelhamento ponderado (i.e., weighted perfect matching problem) para o problema de fluxo de custo mínimo (i.e., min-cost flow problem) e considera o desempenho das VNFs (e.g., requisitos de CPU), bem como os custos operacionais estimados. Os resultados alcaçados mostram que o modelo ILP proposto para o problema VNFPC reduz em até 25% nos atrasos fim-a-fim (em comparação com os encadeamentos observados nas infra-estruturas tradicionais) com um excesso de provisionamento de recursos aceitável – limitado a 4%. Além disso, os resultados evidenciam que a heurística proposta (baseada em fix-and-optimize) é capaz de encontrar soluções factíveis de alta qualidade de forma eficiente, mesmo em cenários com milhares de VNFs. Além disso, provê-se um melhor entendimento sobre as métricas de desempenho de rede (e.g., vazão, consumo de CPU e capacidade de processamento de pacotes) para as estratégias típicas de implantação de VNFs adotadas infraestruturas NFV. Por último, o algoritmo proposto no contexto intra-datacenter (i.e. OCM) reduz significativamente os custos operacionais quando comparado aos mecanismos de posicionamento típicos uti / Network Function Virtualization (NFV) is a novel concept that is reshaping the middlebox arena, shifting network functions (e.g. firewall, gateways, proxies) from specialized hardware appliances to software images running on commodity hardware. This concept has potential to make network function provision and operation more flexible and cost-effective, paramount in a world where deployed middleboxes may easily reach the order of hundreds. Despite recent research activity in the field, little has been done towards scalable and cost-efficient placement & chaining of virtual network functions (VNFs) – a key feature for the effective success of NFV. More specifically, existing strategies have neglected the chaining aspect of NFV (focusing on efficient placement only), failed to scale to hundreds of network functions and relied on unrealistic operational costs. In this thesis, we approach VNF placement and chaining as an optimization problem in the context of Inter- and Intra-datacenter. First, we formalize the Virtual Network Function Placement and Chaining (VNFPC) problem and propose an Integer Linear Programming (ILP) model to solve it. The goal is to minimize required resource allocation, while meeting network flow requirements and constraints. Then, we address scalability of VNFPC problem to solve large instances (i.e., thousands of NFV nodes) by proposing a fixand- optimize-based heuristic algorithm for tackling it. Our algorithm incorporates a Variable Neighborhood Search (VNS) meta-heuristic, for efficiently exploring the placement and chaining solution space. Further, we assess the performance limitations of typical NFV-based deployments and the incurred operational costs of commodity servers and propose an analytical model that accurately predict the operational costs for arbitrary service chain requirements. Then, we develop a general service chain intra-datacenter deployment mechanism (named OCM – Operational Cost Minimization) that considers both the actual performance of the service chains (e.g., CPU requirements) as well as the operational incurred cost. Our novel algorithm is based on an extension of the well-known reduction from weighted matching to min-cost flow problem. Finally, we tackle the problem of monitoring service chains in NFV-based environments. For that, we introduce the DNM (Distributed Network Monitoring) problem and propose an optimization model to solve it. DNM allows service chain segments to be independently monitored, which allows specialized network monitoring requirements to be met in a efficient and coordinated way. Results show that the proposed ILP model for the VNFPC problem leads to a reduction of up to 25% in end-to-end delays (in comparison to chainings observed in traditional infrastructures) and an acceptable resource over-provisioning limited to 4%. Also, we provide strong evidences that our fix-and-optimize based heuristic is able to find feasible, high-quality solutions efficiently, even in scenarios scaling to thousands of VNFs. Further, we provide indepth insights on network performance metrics (such as throughput, CPU utilization and packet processing) and its current limitations while considering typical deployment strategies. Our OCM algorithm reduces significantly operational costs when compared to the de-facto standard placement mechanisms used in Cloud systems. Last, our DNM model allows finer grained network monitoring with limited overheads. By coordinating the placement of monitoring sinks and the forwarding of network monitoring traffic, DNM can reduce the number of monitoring sinks and the network resource consumption (54% lower than a traditional method).