Redes definidas por software (SDN) são uma abordagem recente para o projeto e operação de redes de computadores. Este paradigma é empregado com sucesso em cenários de datacenter, no entanto redes de acesso definidas por software (SDAN) ainda são raras em operadoras de telefonia e provedores de Internet. Isso deve-se em grande parte à inexistência de uma arquitetura de referência, algo que diversos projetos tentaram suprir nos últimos anos. Independente da vertente escolhida, a opção por uma mudança tão disruptiva como o SDN precisa ser justificada. Modelos tecno-econômicos são comumente utilizados para estimar o impacto da mudança na rentabilidade da operação. O custo total de propriedade (TCO) é uma métrica utilizada para esse fim. O presente trabalho desenvolveu um modelo simplificado de comparação de arquiteturas de rede, que diferentemente dos demais, tem foco nos serviços oferecidos ao assinante e no custo de gerenciamento dos mesmos. A análise é realizada em duas dimensões. Na primeira o esforço de operar a rede é estimado através de uma análise qualitativa, de forma similar ao realizado por outros modelos. O segundo eixo é a quantidade de recursos exigida para provisionar e monitorar cada serviço. Essa estimativa é gerada através do uso de simulação de tempo discreto dos elementos e protocolos relevantes. A combinação das duas análises permite identificar as tendências de comportamento dos serviços geradas pela adoção de uma nova arquitetura de rede, e avaliar a conveniência dessa migração. O uso de simulação neste trabalho demandou a construção de modelos dos equipamentos e protocolos envolvidos. Elegeu-se o pacote NS-3 como ferramenta de simulação. Definir e implementar modelos para todos os serviços analisados poderia tornar-se tão oneroso quanto as técnicas que desejávamos suplantar, e por isso utilizou-se uma abordagem indireta. São simulados apenas os componentes essenciais, e os custos de cada serviço são inferidos a partir deles. O modelo de rede SDAN utilizado, denominado SDCN, é inspirado no SplitArchitecture, proposto pelo projeto SPARC. / Software defined networks are a novel approach to design and operation of computer networks. Although this paradigm is employed successfully in many data-centers and campus, software defined access networks (SDAN) are still in their infancy. Carriers and ISPs have not converged on a standard architecture to build their infrastructure upon, a problem many initiatives are trying to solve. Regardless of the chosen model, the option for such a disruptive change as SDN needs to be justified. Techno-economic models are commonly used to estimate the impact of a change in the operation. The Total Cost of Ownership (TCO) is a metric commonly used for this purpose. The present work developed a simplified evaluation model for network architectures, which focuses on the services offered to the subscriber and on the cost of managing them. The analysis is performed in two dimensions. In the first, the effort to operate the network is estimated through a qualitative analysis, similar to the one performed by other existing models. The second axis is the amount of resources required to provision and monitor each service. This estimation is produced through the use of discrete time simulation of selected elements and protocols. The combination of the analyzes allows us to identify the behavioral trends provoked by the adoption of a new network architecture, and to evaluate the convenience of such migration. The simulation in this work demanded models for the equipment and protocols involved. The package NS-3 was the chosen simulation tool. Defining and implementing models for all services analyzed could become as costly as the techniques we wish to overcome, so an indirect approach has been used. Only the essential components are simulated, and the costs of each service are inferred from them. The SDAN model evaluated in this work, called SDCN, is a simplification of the SplitArchitecture proposed by the SPARC project.

Um desafio fundamental em ICN (do inglês Information-Centric Networking) é desenvolver Content Stores (ou seja, unidades de cache) que satisfaçam três requisitos: espaço de armazenamento grande, velocidade de operação rápida e custo acessível. A chamada Hierarchical Content Store (HCS) é uma abordagem promissora para atender a esses requisitos. Ela explora a correlação temporal entre requisições para prever futuras solicitações. Por exemplo, assume-se que um usuário que solicita o primeiro minuto de um filme também solicitará o segundo minuto. Teoricamente, essa premissa permitiria transferir proativamente conteúdos de uma área de cache relativamente grande, mas lenta (Layer 2 - L2), para uma área de cache mais rápida, porém menor (Layer 1 - L1). A estrutura hierárquica tem potencial para incrementar o desempenho da CS em uma ordem de grandeza tanto em termos de vazão como de tamanho, mantendo o custo. Contudo, o desenvolvimento de HCS apresenta diversos desafios práticos. É necessário acoplar as hierarquias de memória L2 e L1 considerando as suas taxas de transferência e tamanhos, que dependem tanto de aspectos de hardware (por exemplo, taxa de leitura da L2, uso de múltiplos SSD físicos em paralelo, velocidade de barramento, etc.), como de software (por exemplo, controlador do SSD, gerenciamento de memória, etc.). Nesse contexto, esta tese apresenta duas contribuições principais. Primeiramente, é proposta uma arquitetura para superar os gargalos inerentes ao sistema através da paralelização de múltiplas HCS. Em resumo, o esquema proposto supera desafios inerentes à concorrência (especificamente, sincronismo) através do particionamento determinístico das requisições de conteúdos entre múltiplas threads. Em segundo lugar, é proposta uma metodologia para investigar o desenvolvimento de HCS explorando técnicas de emulação e modelagem analítica conjuntamente. A metodologia proposta apresenta vantagens em relação a metodologias baseadas em prototipação e simulação. A L2 é emulada para viabilizar a investigação de uma variedade de cenários de contorno (tanto em termos de hardware como de software) maior do que seria possível através de prototipação (considerando as tecnologias atuais). Além disso, a emulação emprega código real de um protótipo para os outros componentes do HCS (por exemplo L1, gerência das camadas e API) para fornecer resultados mais realistas do que seriam obtidos através de simulação. / A key challenge in Information Centric Networking (ICN) is to develop cache units (also called Content Store - CS) that meet three requirements: large storage space, fast operation, and affordable cost. The so-called HCS (Hierarchical Content Store) is a promising approach to satisfy these requirements jointly. It explores the correlation between content requests to predict future demands. Theoretically, this idea would enable proactively content transfers from a relatively large but slow cache area (Layer 2 - L2) to a faster but smaller cache area (Layer 1 - L1). Thereby, it would be possible to increase the throughput and size of CS in one order of magnitude, while keeping the cost. However, the development of HCS introduces several practical challenges. HCS requires a careful coupling of L2 and L1 memory levels considering their transfer rates and sizes. This requirement depends on both hardware specifications (e.g., read rate L2, use of multiple physical SSD in parallel, bus speed, etc.), and software aspects (e.g., the SSD controller, memory management, etc.). In this context, this thesis presents two main contributions. First, we propose an architecture for overcoming the HCS bottlenecks by parallelizing multiple HCS. In summary, the proposed scheme overcomes racing condition related challenges through deterministic partitioning of content requests among multiple threads. Second, we propose a methodology to investigate the development of HCS exploiting emulation techniques and analytical modeling jointly. The proposed methodology offers advantages over prototyping and simulation-based methods. We emulate the L2 to enable the investigation of a variety of boundary scenarios that are richer (regarding both hardware and software aspects) than would be possible through prototyping (considering current technologies). Moreover, the emulation employs real code from a prototype for the other components of the HCS (e.g., L1, layers management and API) to provide more realistic results than would be obtained through simulation.

O atual modelo de alocação espectral implementado pelas autoridades governamentais somado à crescente demanda por recursos imposta pela implementação de modernas aplicações e serviços de rede irá resultar em um problema relacionado à escassez de recursos em um futuro próximo. Lidar com este problema demanda esforços no sentido de melhorar a alocação de recursos. Uma das maneiras de atingir este tipo de melhoria é permitir o compartilhamento de recursos entre operadores em redes homogêneas e heterogêneas que podem implementar diferentes tecnologias, como a utilização coletiva do espectro e de recursos licenciados. Diversos trabalhos relacionados à esta pesquisa foram propostos. Entretanto, estes trabalhos geralmente identificam a necessidade de obter recursos adicionais, porém buscam por esses recursos sem levar em conta os requisitos de qualidade de serviço e o custo envolvido no compartilhamento desses recursos. Considerando esse contexto, nesta tese, uma nova arquitetura é proposta para permitir a implementação do compartilhamento de recursos e para encorajar operadores a alugarem recursos sobressalentes levando em conta o custo e a qualidade de serviço oferecida. Esta abordagem permite que operadores tenha ganhos com o aluguel dos recursos, ao mesmo tempo em que o cliente recebe serviços com maior qualidade. As principais contribuições da arquitetura proposta incluem o projeto de um controlador de recursos para coordenar o processo de compartilhamento. Esse controlador busca estabelecer contratos de serviço dinâmicos levando em conta a qualidade de serviço requerida. Para tanto, é necessária a troca de informações que, no caso da arquitetura proposta, é mantida baixa para evitar que a rede seja sobrecarregada e acabe interferindo com o tráfego de dados. Além disso, a solução proposta é capaz de tomar decisões rápidas sobre a alocação de recursos, o que permite o redirecionamento do tráfego sem que ocorram interferências com os demais usuários. A arquitetura proposta é modela analiticamente e simulada com o auxílio da ferramenta Matlab. O desempenho da proposta é medido em três diferentes cenários, considerando tanto redes homogêneas, quanto heterogêneas. A sobrecarga gerada pela troca de informações de controle corresponde a menos de 1% do tráfego total da rede, o que é desprezível do ponto de vista da interferência com o tráfego de dados. As decisões rápidas tomadas pela arquitetura são baseadas na previsão acurada do tráfego futuro da rede e permitem o redirecionamento do tráfego para outras redes em um tempo até 46% abaixo do limite máximo especificado na literatura para este tipo de redirecionamento. Os resultados mostram ainda que as métricas de atraso e variação do atraso também são mantidas abaixo dos limites especificados, o que indica que a qualidade de serviço é garantida nos cenários avaliados. / The static model currently applied by governmental authorities for allocating the spectrum of frequencies and the increasing demand for network resources imposed by modern applications and services may lead to a resources scarcity problem in the near future. Dealing with this problem demands improvements on resources allocation. One of the ways of providing such improvements is by allowing resources sharing among network operators in both homogeneous and heterogeneous network scenarios. These network operators may implement different technologies, such as collective use of spectrum and licensed shared access to the spectrum of frequencies. Many related works have been proposed in the same context of the presented research, however these related works generally identify the need for additional resources and search for available resources without taking into account the QoS requirements of the resources renter and the costs involved in the resources sharing initiative. Therefore, in this thesis, a novel architecture is proposed to facilitate the implementation of resources sharing and consequently encourage network operators to lease their underutilized resources taking into account both the cost and the QoS requirements. This approach allows the network operator which is serving the resources to improve its profits at the same time that allows quality of service improvements to the resources renter. The main contributions of the proposed architecture include but are not limited to the design of a multilevel resources broker to control the resources sharing process. This broker is concerned on dynamically establishing a service level agreement that takes into account the quality of service requirements of resources renter. This process focuses on exchanging a small amount of control information to prevent the overhead from interfering with the legitimate traffic of the network operators. Another important contribution of the proposed approach is to improve the resources allocation in comparison with related work. Furthermore, the proposed solution is capable of taking fast decisions regarding resources allocation, what leads to the implementation of fast handover, allowing the traffic steering without interfering with incumbent users. The proposed architecture is modeled analytically and simulated using Matlab to evaluate its behavior in three different scenarios, considering both homogeneous and heterogeneous networks. The overhead in practical operation scenarios is kept under 1% of the total network traffic, what is considered not to interfere with the transmissions of the network operators. The fast decisions taken by the resources sharing architecture are based on accurate traffic load forecasting, what leads to fast handover, attaining times up to 46% lower than the maximum allowed handover duration. Results also show that both delay and jitter metrics are controlled to be maintained below their specific thresholds of the analyzed applications and therefore, the QoS is guaranteed for the resources renter, considering the coexistence of up to 500 devices.

O desenvolvimento de redes veiculares possibilita o surgimento de sistemas inteligentes de transporte que podem aumentar a segurança nas vias, aperfeiçoar o controle de tráfego e fornecer entretenimento aos passageiros. O avanço e padronização de tecnologias de comunicação inter-veicular permitem que veículos compartilhem informações de forma colaborativa de maneira a viabilizar o estabelecimento de sistemas de transporte inteligentes cooperativos (C-ITS, Cooperative Intelligent Transportation Systems). Na comunicação veicular, cada nó compartilha periodicamente uma mensagem que contém informações sobre seu estado como posição, velocidade e aceleração. Estas mensagens são denominadas Cooperative Awareness Messages (CAMs) e podem ser utilizadas por veículos vizinhos para a operação de aplicações, sendo a formação de comboios um exemplo. Em um comboio veicular, um grupo de veículos viaja com distância reduzida entre cada membro através da operação de um controlador que utiliza informações compartilhadas por CAMs. O posicionamento compartilhado através de CAMs por cada veículo é crucial para a operação dos controladores de nós vizinhos, dado que este será utilizado para a condução do veículo. Embora os controles criptográficos padronizados para troca de mensagens em VANETs ofereçam contramedidas contra ataques como roubo de identidade e adulteração de pacotes, um atacante interno que possua credenciais válidas do sistema ainda pode mentir sobre as informações que são transmitidas para outros veículos. Em modelos atuais de redes veiculares, cada veículo é responsável por obter sua localização, normalmente através de GPS (Global Positioning System). A dependência de aplicações VANET na posição correta dos nós introduz a necessidade de mecanismos de garantia de localização. Nesta dissertação são identificados os riscos associados com a falsificação de posição em comboios veiculares. Através de simulações utilizando o ambiente de simulação Veins, mostramos que colisões em alta velocidade podem ser causadas por nós que atuam em conluio na falsificação de mensagens para um comboio. Dado que posicionamento legítimo é essencial para o funcionamento adequado das aplicações VANET, investigamos mecanismos de prova de localização propostos na literatura. Então, projetamos um mecanismo de prova de localização adaptado para VANETs usando equipamentos de estrada (RSUs, roadside units), com a capacidade de usar diferentes freqüências de prova de acordo com os requisitos de precisão de detecção e sobrecarga. Através de simulações usando os ataques estudados neste trabalho, mostramos que o mecanismo pode detectar ataques de falsificação de mensagens e Sybil. / In vehicular communication, nodes periodically share Cooperative Awareness Messages (CAMs) in order to convey information such as identity, velocity, acceleration and position. The positioning of nodes in a vehicular network is a key factor that directly affects how applications operate, being the formation of platoons a major case. In vehicular platooning, a group of vehicles travels closely together and leverages information shared through CAMs to operate lateral and longitudinal control algorithms. While the standardised cryptographic mechanisms counteract threats such as identity hijacking and packet tampering, an internal member who holds valid credentials may still be able to lie about the data it transmits in CAMs. In current Vehicular ad hoc Network (VANET) models, each vehicle is responsible for determining and informing its own position, generally using a Global Navigation Satellite System (GNSS) such as the Global Positioning System (GPS). This allows malicious actors to lie about their position and therefore cause unwanted effects in vehicular applications. The dependence of VANET applications on correct node localization introduces the need for position assurance mechanisms. In this dissertation, we first identify the risks associated with falsifying the position in vehicular platooning. Through simulations using the Veins framework, we show that collisions at high speed on a platoon may be caused by nodes that collude in falsification attacks. Given that truthful positioning is essential to proper behavior of VANET applications, we investigate proof-of-location schemes proposed in the literature. Then, a proof-of-location mechanism tailored for VANETs is designed using roadside units, with the capability of using different proof frequencies according to detection accuracy and overhead requirements. Through simulations using the studied attacks in this work, we show that the mechanism can counteract Sybil and message falsification attacks.

O projeto de mecanismos flexíveis e eficientes para o posicionamento e encadeamento de funções virtualizadas de rede (VNFs) é essencial para o sucesso de Virtualização de Funções de Rede (Network Function Virtualization, NFV). A maioria das soluções existentes, no entanto, considera custos fixos (e imutáveis) de processamento de fluxos e de largura de banda ao posicionar as VNFs em Pontos de Presença da Rede (N-PoPs). Essa limitação torna-se crítica em redes NFV com fluxos cujos comportamentos são altamente dinâmicos e nas quais os requisitos de processamento e os recursos disponíveis nos NPoPs mudam constantemente. Para preencher essa lacuna, propõe-se o NFV-PEAR, uma plataforma para o posicionamento e encadeamento adaptativo de VNFs. O NFV-PEAR visa (re)organizar periodicamente os posicionamentos e encadeamentos de VNFs previamente determinados, objetivando-se manter um desempenho fim-a-fim aceitável mesmo durante flutuações nos custos de processamento e nos requisitos dos fluxos. Paralelamente, busca-se minimizar as mudanças na rede (por exemplo, a realocação de VNFs ou de fluxos) realizadas para cumprir esse objetivo. Os resultados obtidos, a partir de uma avaliação experimental, mostram que o NFV-PEAR tem potencial para reduzir significativamente o número de mudanças na rede necessárias para assegurar o desempenho fim-a-fim esperado para os fluxos, garantindo assim o funcionamento estável dos serviços. / The design of flexible and efficient mechanisms for proper placement and chaining of virtual network functions (VNFs) is key for the success of Network Function Virtualization (NFV). Most state-of-the-art solutions, however, consider fixed (and immutable) flow processing and bandwidth requirements when placing VNFs in the Network Points of Presence (N-PoPs). This limitation becomes critical in NFV-enabled networks having highly dynamic flow behavior, and in which flow processing requirements and available N-PoP resources change constantly. To bridge this gap, we present NFV-PEAR, a platform for adaptive VNF placement and chaining. In NFV-PEAR, network operators may periodically (re)arrange previously determined placement and chaining of VNFs, with the goal of maintaining acceptable end-to-end flow performance despite fluctuations of flow processing costs and requirements. In parallel, NFV-PEAR seeks to minimize network changes (e.g., reallocation of VNFs or network flows). The results obtained from an experimental evaluation provide evidence that NFV-PEAR has potential to deliver more stable operation of network services, while significantly reducing the number of network changes required to ensure end-to-end flow performance.

O problema de lidar com a mobilidade dos usuários existe desde que os dispositivos móveis se tornaram capazes de lidar com conteúdo multimídia e ainda é um dos desafios mais relevantes na área de redes de computadores. A arquitetura de Internet convencional é inadequada em lidar com um número cada vez maior de dispositivos móveis que estão tanto consumindo quanto produzindo conteúdo. Named Data Networking (NDN) é uma arquitetura de rede que pode potencialmente superar este desafio de mobilidade. Ela suporta a mobilidade do consumidor nativamente, mas não oferece o mesmo nível de suporte para a mobilidade de conteúdo. A mobilidade de conteúdo exige garantir que os consumidores consigam encontrar e recuperar o conteúdo desejado mesmo quando o produtor correspondente (ou o hospedeiro principal) não estiver disponível. Nesta tese, propomos o PDRM (Proactive Data Replication Mechanism), um mecanismo de replicação de dados proativo e consciente de localização, que aumenta a disponibilidade de conteúdo através da redundância de dados no contexto da arquitetura NDN. Ele explora os recursos disponíveis dos usuários finais na vizinhança para melhorar a disponibilidade de conteúdo, mesmo no caso da mobilidade do produtor. Ao longo da tese, discutimos o projeto do PDRM, avaliamos o impacto do número de provedores disponíveis na vizinhança e a capacidade de cache na rede em sua operação e comparamos seu desempenho com NDN padrão e duas propostas do estado-da-arte. A avaliação indica que o PDRM melhora o suporte à mobilidade de conteúdo devido ao uso de informações de popularidade dos objetos e recursos extras na vizinhança para ajudar a replicação pró-ativa. Os resultados mostram que o PDRM pode reduzir os tempos de download até 53,55%, o carregamento do produtor até 71,6%, o tráfego entre domínios até 46,5% e a sobrecarga gerada até 25% em comparação com NDN padrão e os demais mecanismos avaliados. / The problem of handling user mobility has been around since mobile devices became capable of handling multimedia content and is still one of the most relevant challenges in networking. The conventional Internet architecture is inadequate in dealing with an ever-growing number of mobile devices that are both consuming and producing content. Named Data Networking (NDN) is a network architecture that can potentially overcome this mobility challenge. It supports consumer mobility by design but fails to offer the same level of support for content mobility. Content mobility requires guaranteeing that consumers manage to find and retrieve desired content even when the corresponding producer (or primary host) is not available. In this thesis, we propose PDRM, a Proactive and locality-aware Data Replication Mechanism that increases content availability through data redundancy in the context of the NDN architecture. It explores available resources from end-users in the vicinity to improve content availability even in the case of producer mobility. Throughout the thesis, we discuss the design of PDRM, evaluate the impact of the number of available providers in the vicinity and in-network cache capacity on its operation, and compare its performance to Vanilla NDN and two state-of-the-art proposals. The evaluation indicates that PDRM improves content mobility support due to using object popularity information and spare resources in the vicinity to help the proactive replication. Results show that PDRM can reduce the download times up to 53.55%, producer load up to 71.6%, inter-domain traffic up to 46.5%, and generated overhead up to 25% compared to Vanilla NDN and other evaluated mechanisms.

Equipamentos médicos equipados com interface de rede, classificados como sensores, transmitem informações sensíveis sobre a rede, constituindo uma rede de sensores. Essa rede pode ser utilizada para o acompanhamento remoto de pacientes a domicílio, com a finalidade de propiciar comodidade ao paciente. As informações provenientes desses sensores são vulneráveis, necessitando assim de fortes mecanismos de segurança. Devido às vulnerabilidades, métodos mais eficazes de autenticação vêm sendo desenvolvidos. Porém, as soluções de autenticação existentes obrigam a interação direta dos usuários com o sistema, não respeitando suas individualidades. Dessa forma, esta dissertação propõe uma solução de autenticação forte a qual retira a necessidade de interação do usuário com o sistema, baseando-se nos fatores de biometria e localização. O autenticador desenvolvido, foi testado através de estudos de casos distintos para mostrar sua eficiência e viabilidade para utilização em um ambiente real. / Medical devices equipped with network interfaces, classified as sensors, transmit sensitive information through the network and form a sensor network. This network can be used to monitor patients at home remotely. The information from these sensors is vulnerable and requires strong security mechanisms. Because of vulnerabilities, more effective authentication methods have been developed. However, the current authentication solutions require direct interaction of the user with the system, which does not respect their individuality. Thus, this dissertation proposes a strong authentication solution in which the interaction of the user with the system is removed based on biometrics and location factors. The developed authenticator was tested through different case studies to show its efficiency and feasibility before application in a real environment.

A virtualização de redes é um mecanismo que permite a coexistência de múltiplas redes virtuais sobre um mesmo substrato físico. Um dos desafios de pesquisa abordados na literatura é o mapeamento eficiente de recursos virtuais em infraestruturas físicas. Embora o referido desafio tenha recebido considerável atenção, as abordagens que constituem o estado-da-arte apresentam alta taxa de rejeição, i.e., a proporção de solicitações de redes virtuais negadas em relação ao total de solicitações efetuadas ao substrato é elevada. Nesta dissertação, caracteriza-se, inicialmente, a relação entre a qualidade dos mapeamentos de redes virtuais e as estruturas topológicas dos substratos subjacentes. Avalia-se as soluções exatas de um modelo de mapeamento online sob diferentes classes de topologias de rede. A partir do entendimento dos fatores topológicos que influenciam diretamente o processo de mapeamento de redes virtuais, propõe-se uma estratégia para planejar a expansão de redes de provedores de infraestrutura de forma a reduzir consistentemente a taxa de rejeição de requisições de redes virtuais e melhor aproveitar os recursos ociosos da mesma. Os resultados obtidos evidenciam que grande parte das rejeições de redes virtuais ocorre em situações em que há grande disponibilidade de recursos, mas alguns poucos já saturados acabam inviabilizando, em função de características de conectividade do substrato, o atendimento de novas requisições. Ademais, os resultados obtidos utilizando a estratégia proposta evidenciam que o fortalecimento de partes-chave da infraestrutura levam a uma ocupação muito mais satisfatória. Uma expansão de 10% a 20% dos recursos da infraestrutura contribui para um aumento sustentado de até 30% no número de redes virtuais aceitas e de até 45% no aproveitamento dos recursos em comparação com a rede original. / Network virtualization is a mechanism that allows the coexistence of multiple virtual networks on top of a single physical substrate. One of the research challenges addressed recently in the literature is the efficient mapping of virtual resources on physical infrastructures. Although this challenge has received considerable attention, state-of-the-art approaches present, in general, a high rejection rate, i.e., the ratio between the number of denied virtual network requests and the total amount of requests is considerably high. In this thesis, we characterize the relationship between the quality of virtual network mappings and the topological structures of the underlying substrates. Exact solutions of an online embedding model are evaluated under different classes of network topologies. From the understanding of the topological factors that directly influence the virtual network embedding process, we propose an expansion strategy of physical infrastructure in order to suggest adjustments that lead to higher virtual network acceptance and, in consequence, to improved physical resource utilization. The obtained results demonstrate that most of rejections occur in situations in which a significant amount of resource is available, but a few saturated devices and links, depending on connectivity features of the physical substrate, hinder the acceptance of new requests. Moreover, the obtained results using the proposed strategy evidence that an expansion of 10% to 20% of the infrastructure resources leads to a sustained increase of up to 30% in the number of accepted virtual networks and of up to 45% in resource usage compared to the original network.

Nuvens de infraestrutura como serviço (IaaS) estão se tornando um ambiente habitual para execução de aplicações modernas da Internet. Muitas plataformas de gerenciamento de nuvem estão disponíveis para aquele que deseja construir uma nuvem de IaaS privada ou pública (e.g., OpenStack, Eucalyptus, OpenNebula). Um aspecto comum do projeto de plataformas atuais diz respeito ao seu modelo de controle caixa-preta. Em geral, as plataformas de gerenciamento de nuvem são distribuídas com um conjunto de estratégias de alocação de recursos embutida em seu núcleo. Dessa forma, os administradores de nuvem têm poucas oportunidades de influenciar a maneira como os recursos são realmente gerenciados (e.g., posicionamento de máquinas virtuais ou seleção caminho de enlaces virtuais). Os administradores poderiam se beneficiar de personalizações em estratégias de gerenciamento de recursos, por exemplo, para atingir os objetivos específicos de cada ambiente ou a fim de permitir a alocação de recursos orientada à aplicação. Além disso, as preocupações acerca do gerenciamento de recursos em nuvens se dividem geralmente em computação, armazenamento e redes. Idealmente, essas três preocupações deveriam ser abordadas no mesmo nível de importância por implementações de plataformas. No entanto, ao contrário do gerenciamento de computação e armazenamento, que têm sido amplamente estudados, o gerenciamento de redes em ambientes de nuvem ainda é bastante incipiente. A falta de flexibilidade e suporte desequilibrado para o gerenciamento de recursos dificulta a adoção de nuvens como um ambiente de execução viável para muitas aplicações modernas da Internet com requisitos rigorosos de elasticidade e qualidade do serviço. Nesta tese, um novo conceito de plataforma de gerenciamento de nuvem é introduzido onde o gerenciamento de recursos flexível é obtido pela adição de programabilidade no núcleo da plataforma. Além disso, uma API simplificada e orientada a objetos é introduzida a fim de permitir que os administradores escrevam e executem programas de gerenciamento de recursos para lidar com todos os tipos de recursos a partir de um único ponto. Uma plataforma é apresentada como uma prova de conceito, incluindo um conjunto de adaptadores para lidar com tecnologias de virtualização e de redes modernas, como redes definidas por software com OpenFlow, Open vSwitches e Libvirt. Dois estudos de caso foram realizados a fim de avaliar a utilização de programas de gerenciamento de recursos para implantação e otimização de aplicações através de uma rede emulada usando contêineres de virtualização Linux e Open vSwitches operando sob o protocolo OpenFlow. Os resultados mostram a viabilidade da abordagem proposta e como os programas de implantação e otimização são capazes de alcançar diferentes objetivos definidos pelo administrador. / Infrastructure as a Service (IaaS) clouds are becoming an increasingly common way to deploy modern Internet applications. Many cloud management platforms are available for users that want to build a private or public IaaS cloud (e.g., OpenStack, Eucalyptus, OpenNebula). A common design aspect of current platforms is their black-box-like controlling nature. In general, cloud management platforms ship with one or a set of resource allocation strategies hard-coded into their core. Thus, cloud administrators have few opportunities to influence how resources are actually managed (e.g., virtual machine placement or virtual link path selection). Administrators could benefit from customizations in resource management strategies, for example, to achieve environment specific objectives or to enable application-oriented resource allocation. Furthermore, resource management concerns in clouds are generally divided into computing, storage, and networking. Ideally, these three concerns should be addressed at the same level of importance by platform implementations. However, as opposed to computing and storage management, which have been extensively investigated, network management in cloud environments is rather incipient. The lack of flexibility and unbalanced support for resource management hinders the adoption of clouds as a viable execution environment for many modern Internet applications with strict requirements for elasticity or Quality of Service. In this thesis, a new concept of cloud management platform is introduced where resource management is made flexible by the addition of programmability to the core of the platform. Moreover, a simplified object-oriented API is introduced to enable administrators to write and run resource management programs to handle all kinds of resources from a single point. An implementation is presented as a proof of concept, including a set of drivers to deal with modern virtualization and networking technologies, such as software-defined networking with OpenFlow, Open vSwitches, and Libvirt. Two case studies are conducted to evaluate the use of resource management programs for the deployment and optimization of applications over an emulated network using Linux virtualization containers and Open vSwitches running the OpenFlow protocol. Results show the feasibility of the proposed approach and how deployment and optimization programs are able to achieve different objectives defined by the administrator.

Algumas palavras e definições comumente utilizadas quando se está falando de Software-Defined Networking, como programabilidade, flexibilidade, ou gerenciamento centralizado, parecem muito apropriadas ao contexto de um outro paradigma de rede: Internet of Things. Em redes domésticas já não é incomum a existência de dispositivos projetados para segurança, climatização, iluminação, monitoramento de saúde e algumas formas de automação que diferem entre si em diversos aspectos, como no modo de operar e de se comunicar. Lidar com este tipo de cenário, que pode diferir bastante daquilo que estamos acostumados na gerência de redes e serviços, fazendo uso dos recursos tradicionais como ferramentas e protocolos bem estabelecidos, pode ser difícil e, em alguns casos, inviável. Com o objetivo de possibilitar o monitoramento remoto de pacientes com doenças crônicas através de dispositivos de healthcare disponíveis no mercado, uma proposta de middleware foi desenvolvida em um projeto de pesquisa para contornar as limitações relacionadas à interoperabilidade, coleta de dados, gerência, segurança e privacidade encontradas nos dispositivos utilizados. O middleware foi projetado com o intuito de executar em access points instalados na casa dos pacientes. Contudo, as limitações de hardware e software do access point utilizado refletem no desenvolvimento, pois restringem o uso de linguagens de programação e recursos que poderiam agilizar e facilitar a implementação dos módulos e dos mecanismos necessários. Os contratempos encontrados no desenvolvimento motivaram a busca por alternativas, o que resultou na refatoração do middleware através de Software-Defined Networking, baseando-se em trabalhos que exploram o uso desse paradigma em redes domésticas. O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade da utilização de Software-Defined Networking no contexto de Internet of Things, mais especificamente, aplicado ao serviço de monitoramento de pacientes da proposta anterior e explorar os possíveis benefícios resultantes. Com a refatoração, a maior parte da carga de serviços da rede e do monitoramento foi distribuída entre servidores remotos dedicados, com isso os desenvolvedores podem ir além das restrições do access point e fazer uso de recursos antes não disponíveis, o que potencializa um processo de desenvolvimento mais ágil e com funcionalidades mais complexas, ampliando as possibilidades do serviço. Adicionalmente, a utilização de Software-Defined Networking proporcionou a entrega de mais de um serviço através de um único access point, escalabilidade e autonomia no gerenciamento das redes e dos dispositivos e na implantação de serviços, fazendo uso de recursos do protocolo OpenFlow, e a cooperação entre dispositivos e serviços a fim de se criar uma representação digital mais ampla do ambiente monitorado. / Some words and definitions usually employed when talking about Software-Defined Networking such as programmability, frexibility, or centralized management sound very appropriate to the context of another network paradigm: Internet of Things. The presence of devices designed for security, air conditioning, lighting, health monitoring and some other automation resources have become common in home networks; those devices may be different in many ways, such as the way they operate and communicate, between others. Dealing with this kind of scenario may differ in many ways from what we are familiar regarding networking and services management; the use of traditional management tools and protocols may be hard or even unfeasible. Aiming to enable the health monitoring of patients with chronical illnesses through using off-the-shelf healthcare devices a middleware proposal was developed in a research project to circumvent interoperability, data collecting, management, security and privacy issues found in employed devices. The middleware was designed to run on access points in the homes of the patients. Although hardware and software limitations of the used access points reflect on the development process, because they restrict the use of programming languages and resources that could be employed to expedite the implementation of necessary modules and features. Development related mishaps have motivated the search for alternatives resulting in the middleware refactoring through Software-Defined Networking, based on previous works where that paradigm is used in home networks. This work aims to verify the feasability of the employment of Software- Defined Networking in the Internet of Things context, and its resulting benefits; specifically in the health monitoring of chronic patients service from the previous proposal. After refactoring most of the network and services load was distributed among remote dedicated servers allowing developers to go beyond the limitations imposed by access points constraints, and to make use of resources not available before enabling agility to the development process; it also enables the development of more complex features expanding services possibilities. Additionally Software-Defined Networking employment provides benefits such as the delivering of more than only one service through the same access point; scalability and autonomy to the network and devices monitoring, as to the service deployment through the use of OpenFlow resources; and devices and services cooperation enabling the built of a wider digital representation of the monitored environment.