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).

Com o crescimento do número e da heterogeneidade dos equipamentos presentes nas atuais redes de computadores, o gerenciamento eficaz destes recursos toma-se crítico. Esta atividade exige dos gerentes de redes a disponibilidade de uma grande quantidade de informações sobre os seus equipamentos, as tecnologias envolvidas e os problemas associados a elas. Sistemas de registro de problemas (trouble ticket systems) tem lido utilizados para armazenar os incidentes ocorridos, servindo como uma memória histórica da rede e acumulando o conhecimento derivado do processo de diagnose e resolução de problemas. Todavia, o crescente número de registros armazenados torna a busca manual nestes sistemas por situações similares ocorridas anteriormente muito morosa e imprecisa. Assim, uma solução apropriada para consolidar a memória histórica das redes é o desenvolvimento de um sistema especialista que utilize o conhecimento armazenado nos sistemas de registro de problemas para propor soluções para um problema corrente. Uma abordagem da Inteligência Artificial que tem atraído enorme atenção nos últimos anos e que pode ser utilizada para tal fim é o raciocínio baseado em casos (casebased reasoning). Este paradigma de raciocínio visa propor soluções para novos problemas através da recuperação de um caso similar ocorrido no passado, cuja solução pode ser reutilizada na nova situação. Além disso, os benefícios deste paradigma incluem a capacidade de aprendizado com a experiência, permitindo que novos problemas sejam incorporados e se tomem disponíveis para use em situações futuras, aumentando com isso o conhecimento presente no sistema. Este trabalho apresenta um sistema que utiliza o paradigma de raciocínio baseado em casos aplicado a um sistema de registro de problemas para propor soluções para um novo problema. Esse sistema foi desenvolvido com o propósito de auxiliar no diagnostico e resolução dos problemas em redes. Os problemas típicos deste domínio, a abordagem adotada e os resultados obtidos com o protótipo construído são descritos. / With the increasing number of computer equipments and their increasing heterogeneity, the efficient management of those resources has become a hard job. This activity demands from the network manager a big amount of expertise on network equipments, technologies involved, and eventual problems that may arise. So far, trouble ticket systems (TTS) have been used to store network problems, working like a network historical memory and accumulating the knowledge derived from the diagnosis and troubleshooting of such problems. However, the increasing number of stored tickets makes the manual search of similar situations very slow and inaccurate in these kind of systems. So, an adequate approach to consolidate the network historic memory is the development of an expert system that uses the knowledge stored in the trouble ticket systems to propose a solution for a current problem. Case-based reasoning (CBR), an approach borrowed from Artificial Intelligence that recently had attracted many researchers attention, may be applied to help diagnosing and troubleshooting networking management problems. This reasoning paradigm proposes solution to new problems by retrieving a similar case occurred in the past, whose solution can be reused in the new situation. Furthermore, the benefits of this paradigm include the experience learning capability, allowing new problems being added and becoming available to use in future situations, expanding the knowledge of the system. This work presents a system that uses case-based reasoning applied to a trouble ticket system to propose solutions for a new problem in the network. This system was developed with the aim of helping the diagnostic and troubleshooting of network problems. It describes the typical problems of this domain, the adopted approach and the results obtained with the prototype built.

Redes de computadores estão sob constante ameaça, ainda mais quando conectadas à Internet. Para reduzir o risco, dispositivos de segurança como o filtro de pacotes são usados. Uma primeira camada de segurança, o filtro de pacotes é responsável pelo bloqueio do tráfego indesejado em posições chave da rede. Os pacotes que devem ser permitidos ou bloqueados pelo filtro são definidos através de um conjunto de regras programadas pelo administrador da rede. Essas regras tem duas partes: a seleção e a ação. Conforme cresce a rede e o número de serviços, a quantidade de regras tende a aumentar. Passado certo limite, a complexidade de manter uma quantidade grande de regras se torna um fardo para o administrador. Isso aumenta a probabilidade de enganos que podem prejudicar a segurança da rede. Este trabalho desenvolve o conceito de “anomalia”, cada qual representa um problema em potencial, uma contradição ou uma regra supérflua dentro do conjunto de regras; ou seja, cada anomalia alerta o administrador da rede para determinada situação. Há 7 tipos de anomalias, que podem ser divididos em dois grupos: anomalias de filtro único e anomalias em rede. As anomalias de filtro único alertam o administrador sobre regras que se contradizem (“bloqueio”) ou que não possuem efeito no filtro (“invisibilidade” e “redundância”). As anomalias em rede, por sua vez, alertam o administrador sobre filtros que se contradizem (“discordância”), filtros que bloqueiam tráfego desejado (“bloqueio”), regras que não se aplicam a nenhum pacote que passe pelo filtro onde estão (“irrelevância”) e roteadores que permitem a passagem de tráfego indesejado (“vazamento”). Cada um desses tipos de anomalia é definido formalmente e apresentado junto com um algoritmo que a encontra. As anomalias e seus algoritmos foram usados para implementar uma ferramenta, o Packet Filter Checker (PFC), que lê as regras e a descrição da topologia da rede e cria um relatório com todas as anomalias presentes. Este trabalho apresenta um caso de uso fictício que é analisado e corrigido com base nos resultados apresentados pela ferramenta. O caso de uso é apresentado em diversas iterações, cada uma representando alterações nos requisitos da rede. Este caso mostra a ferramenta e os conceitos no contexto-alvo: na ajuda ao administrador da rede. / Computer networks are under constant threat, even more when connected to the Internet. To decrease the risk of invasions and downtime, security devices such as the packet filter are deployed. As a first layer of security, the packet filter is responsible for blocking out unwanted traffic at key network locations. The packets dropped or forwarded by the filter are defined by a set of rules programmed by the network administrator. These rules are in the form of guarded commands, each with a condition and a decision section. As the number of services and networks grow, the number of rules tend to grow as well. Beyond a certain threshold, the complexity of maintaining such a large and distributed set of rules becomes a burden for the network administrator. Mistakes can be easily made, compromising security. This work develops the concept of “anomaly”, each representing a potential problem, a contradiction or a superfluous rule in the rule set; i.e. a warning to the system administrator. There are 7 types of anomalies divided in two groups: single filter anomalies and networked anomalies. The single-filter anomalies warns the administrator about rules that contradict one another (the “conflict” anomaly) or have no effect (“invisibility” and “redundancy”) in the analysed filter. The networked anomalies, on the other hand, analyse the filters in the context of the network topology and warn the administrator about filters that contradict one another (“disagreement”), filters that block desired traffic (“blocking”), rules that have no effect on the given network topology (“irrelevancy”) and routers that are enabling unwanted traffic (“leaking”). Each type of anomaly is formally defined along with its algorithm. The developed concepts were used to implement a tool — the Packet Filter Checker (PFC) — that reads a description of the rules and network topology in a simple custom language and reports all anomalies present. This tool is used to analyse and fix a fictional user case in several iterations of changing requirements. This shows the tool and the anomalies in the target context: where they help the network administrator.

O atual sucesso da Internet vem inibindo a disseminação de novas arquiteturas e protocolos de rede. Especificamente, qualquer modificação no núcleo da rede requer comum acordo entre diversas partes. Face a isso, a Virtualização de Redes vem sendo proposta como um atributo diversificador para a Internet. Tal paradigma promove o desenvolvimento de novas arquiteturas e protocolos por meio da criação de múltiplas redes virtuais sobrepostas em um mesmo substrato físico. Adicionalmente, aplicações executando sobre uma mesma rede física podem ser isoladas mutuamente, propiciando a independência funcional entre as mesmas. Uma de suas mais promissoras vantagens é a capacidade de limitar o escopo de ataques, através da organização de uma infraestrutura em múltiplas redes virtuais, isolando o tráfego das mesmas e impedindo interferências. Contudo, roteadores e enlaces virtuais permanecem vulneráveis a ataques e falhas na rede física subjacente. Particularmente, caso determinado enlace do substrato seja comprometido, todos os enlaces virtuais sobrepostos (ou seja, alocados neste) serão afetados. Para lidar com esse problema, a literatura propõe dois tipos de estratégias: as que reservam recursos adicionais do substrato como sobressalentes, protegendo contra disrupções; e as que utilizam migração em tempo real para realocar recursos virtuais comprometidos. Ambas estratégias acarretam compromissos: o uso de recursos sobressalentes tende a tornar-se custoso ao provedor de infraestrutura, enquanto a migração de recursos demanda um período de convergência e pode deixar as redes virtuais inoperantes durante o mesmo. Esta dissertação apresenta ORE (Opportunistic Resilience Embedding – Mapeamento com Resiliência Oportunística), uma nova abordagem de mapeamento de redes para proteger enlaces virtuais contra disrupções no substrato físico. ORE é composto por duas estratégias: uma proativa, na qual enlaces virtuais são alocados em múltiplos caminhos para mitigar o impacto de uma disrupção; e uma reativa, a qual tenta recuperar, parcial ou integralmente, a capacidade perdida nos enlaces virtuais afetados. Ambas são modeladas como problemas de otimização. Ademais, como o mapeamento de redes virtuais é NP-Difícil, ORE faz uso de uma meta-heurística baseada em Simulated Annealing para resolver o problema de forma eficiente. Resultados numéricos mostram que ORE pode prover resiliência a disrupções por um custo mais baixo. / Recently, the Internet’s success has prevented the dissemination of novel networking architectures and protocols. Specifically, any modification to the core of the network requires agreement among many different parties. To address this situation, Network Virtualization has been proposed as a diversifying attribute for the Internet. This paradigm promotes the development of new architectures and protocols by enabling the creation of multiple virtual networks on top of a same physical substrate. In addition, applications running over the same physical network can be isolated from each other, thus allowing them to coexist independently. One of the main advantages of this paradigm is the use of isolation to limit the scope of attacks. This can be achieved by creating different, isolated virtual networks for each task, so traffic from one virtual network does not interfere with the others. However, routers and links are still vulnerable to attacks and failures on the underlying network. Particularly, should a physical link be compromised, all embedded virtual links will be affected. Previous work tackled this problem with two main strategies: using backup resources to protect against disruptions; or live migration to relocate a compromised virtual resource. Both strategies have drawbacks: backup resources tend to be expensive for the infrastructure provider, while live migration may leave virtual networks inoperable during the recovery period. This dissertation presents ORE (Opportunistic Resilience Embedding), a novel embedding approach for protecting virtual links against substrate network disruptions. ORE’s design is two-folded: while a proactive strategy embeds virtual links into multiple substrate paths in order to mitigate the initial impact of a disruption, a reactive one attempts to recover any capacity affected by an underlying disruption. Both strategies are modeled as optimization problems. Additionally, since the embedding problem is NP-Hard, ORE uses a Simulated Annealing-based meta-heuristic to solve it efficiently. Numerical results show that ORE can provide resilience to disruptions at a lower cost.

Software prediction unveils itself as a difficult but important task which can aid the manager on decision making, possibly allowing for time and resources sparing, achieving higher software quality among other benefits. One of the approaches set forth to perform this task has been the application of machine learning techniques. One of these techniques are Bayesian Networks, which have been promoted for software projects management due to their special features. However, the pre-processing procedures related to their application remain mostly neglected in this field. In this context, this study presents an assessment of automatic Bayesian Networks (i.e., Bayesian Networks solely based on data) on three public data sets and brings forward a discussion on data pre-processing procedures and the validation approach. We carried out a comparison of automatic Bayesian Networks against mean and median baseline models and also against ordinary least squares regression with a logarithmic transformation, which has been recently deemed in a comprehensive study as a top performer with regard to accuracy. The results obtained through careful validation procedures support that automatic Bayesian Networks can be competitive against other techniques, but still need improvements in order to catch up with linear regression models accuracy-wise. Some current limitations of Bayesian Networks are highlighted and possible improvements are discussed. Furthermore, this study provides some guidelines on the exploration of data. These guidelines can be useful to any Bayesian Networks that use data for model learning. Finally, this study also confirms the potential benefits of feature selection in software effort prediction.

Existe uma noção intuitiva de que os custos associados a ações de suporte de projetos de gerenciamento de Tecnologia da Informação (TI), muitas vezes considerados já muito elevados e em crescimento, possuem forte vinculação com esforços empreendidos nas fases de desenvolvimento/implantação e teste. Apesar da importância de caracterizar e compreender a sistemática dessa relação, pouco tem sido feito neste domínio, principalmente devido à falta de mecanismos adequados tanto para o compartilhamento de informações entre as fases de um projeto de TI, quanto para aprender com experiências passadas. Para lidar com essa problemática, propõe-se nesta dissertação uma abordagem para estimar dinamicamente os custos de suporte de projetos de gerenciamento de TI à luz de informações provenientes das fases de desenvolvimento/implantação e teste. As estimativas de custos são calculadas a partir da integração de informações produzidas ao longo do ciclo de vida de projetos (passados). O núcleo da solução presente neste trabalho conta com um modelo Bayesiano para realizar previsão de custos de suporte, apoiado em um modelo de informação usado para persistir informações históricas. Para provar conceito e viabilidade técnica da solução proposta considerou-se, como estudo de caso, a predição de custos associados com projetos de implantação de infraestrutura de redes sem fio. Durante a avaliação é demonstrada a eficácia e eficiência do modelo, bem como discutido suas potencialidades e limitações para auxiliar no entendimento do compromisso entre custos de desenvolvimento/ implantação, teste e suporte. A avaliação conduzida fez uso de dados reais/sintéticos produzidos a partir de projetos do ISBSG e apresenta resultados próximos dos encontrados em cenários reais. Nossa abordagem obteve cerca de 80% de acerto na estimativa dos custos de suporte para os cenários avaliados. / There is an intuitive notion that the costs associated with IT management project support actions, often deemed extremely high and increasing, are directly related to the effort spent during their development/deployment and test phases. Despite the importance of systematically characterizing and understanding this relationship, little has been done in this realm mainly due to the lack of proper mechanisms for both sharing information between IT project phases and learning from past experientes. To tackle this issue, in this dissertation we proposed an approach for dynamically predicting IT management project support costs taking into account information gathered from the development/deployment and test phases. Support cost estimates are computed by integrating existing information from the lifecycle of (past) projects. The core of the solution in this work relies on a Bayesian model to perform support cost predictions, supported by an information model employed to persist historical information gathered from past projects. To prove the concept and technical feasibility of our solution we consider as a case study the prediction of costs (either development/test/support) associated with projects for the deployment of wireless network infrastructures. During the evaluation is demonstrated the effectiveness and efficiency of the model and discussed its potential and limitations in order to help understanding the trade-offs between development/deployment, test, and support costs. Our solution has been evaluated based on real/synthetics data gathered from the ISBSG dataset, and presents results similar to those found in real-life scenarios. Our solution has provided correct estimates for around 80% of the support costs for the scenarios evaluated.

Este trabalho investiga diferentes estratégias e técnicas de autenticação de usuários visando determinar quais podem ser integradas em um ambiente de educação a distância. Diversas soluções de autenticação existentes no mercado foram analisadas para se determinar as mais adequadas. Buscou-se as soluções consideradas factíveis de utilização, seja pelo custo ou quantidade de equipamentos extras envolvidos, seja pela simplicidade operacional ou pelo grau de certeza das medidas efetuadas. A partir desta análise foi delineado um modelo de autenticação que integra várias técnicas de autenticação a fim de chegar a um nível de segurança maior que senhas, utilizadas na maioria dos sistemas de educação a distância. 0 sistema funciona como um proxy, cuja função é controlar o acesso a páginas Web através da combinação de senhas, perguntas randômicas, dispositivos biométricos e checagem randômica, ao mesmo tempo que gera logs da atividade do aluno no curso. Estes logs conterão informações como dia e hora do acesso, tempo dispendido em cada página, endereço IP da máquina do aluno, entre outras. Estas informações podem ser utilizadas tanto para avaliar o aluno, como para gerar seu perfil estatístico, que servirá para gerar alertas na medida em que os dados do perfil sofrerem mudanças acima dos limites estabelecidos, durante a atividade do aluno. Um protótipo do sistema foi implementado para validar a solução delineada ao longo do trabalho. A integração dos métodos de autenticação, que identificam o aluno e a máquina em que ele está trabalhando, com as rotinas de avaliação do procedimento de educação a distância, foi um dos principais resultados alcançados. / This work investigates different strategies and techniques of user authentication in order to determine which ones may be integrated in a distance learning environment. Several authentication solutions available on the market are analyzed in order to find the most appropriate. The criteria used to determine the best solutions involve cost or amount of equipments involved, operational simplicity, and degree of confidence or results obtained. Based on this analysis, an authentication model that integrates several authentication techniques is delineated in order to obtain greater security than those used in most distance learning systems, based only on passwords. This system works like a proxy whose function is to control access to Web pages through the combination of passwords, random queries, biometric devices and random checks, at the same time that it generates logs of student's activity during a course. These logs contain information about day and hour of access, time spent on each page, IP address of the student's machine and so on. This information can be used both to evaluate the student and to generate his/her statistical profile. This profile is used to give an alarm when the data of the profile undergo changes above the established limits, during the student's activity. A prototype of the system has been implemented to validate the solution designed. The integration of the authentication methods, which identifies both the student and the machine where he/she is working, with the evaluation routines of the distance learning procedure, is one of the main reached results.

Com o crescimento do número e da heterogeneidade dos equipamentos presentes nas atuais redes de computadores, o gerenciamento eficaz destes recursos toma-se crítico. Esta atividade exige dos gerentes de redes a disponibilidade de uma grande quantidade de informações sobre os seus equipamentos, as tecnologias envolvidas e os problemas associados a elas. Sistemas de registro de problemas (trouble ticket systems) tem lido utilizados para armazenar os incidentes ocorridos, servindo como uma memória histórica da rede e acumulando o conhecimento derivado do processo de diagnose e resolução de problemas. Todavia, o crescente número de registros armazenados torna a busca manual nestes sistemas por situações similares ocorridas anteriormente muito morosa e imprecisa. Assim, uma solução apropriada para consolidar a memória histórica das redes é o desenvolvimento de um sistema especialista que utilize o conhecimento armazenado nos sistemas de registro de problemas para propor soluções para um problema corrente. Uma abordagem da Inteligência Artificial que tem atraído enorme atenção nos últimos anos e que pode ser utilizada para tal fim é o raciocínio baseado em casos (casebased reasoning). Este paradigma de raciocínio visa propor soluções para novos problemas através da recuperação de um caso similar ocorrido no passado, cuja solução pode ser reutilizada na nova situação. Além disso, os benefícios deste paradigma incluem a capacidade de aprendizado com a experiência, permitindo que novos problemas sejam incorporados e se tomem disponíveis para use em situações futuras, aumentando com isso o conhecimento presente no sistema. Este trabalho apresenta um sistema que utiliza o paradigma de raciocínio baseado em casos aplicado a um sistema de registro de problemas para propor soluções para um novo problema. Esse sistema foi desenvolvido com o propósito de auxiliar no diagnostico e resolução dos problemas em redes. Os problemas típicos deste domínio, a abordagem adotada e os resultados obtidos com o protótipo construído são descritos. / With the increasing number of computer equipments and their increasing heterogeneity, the efficient management of those resources has become a hard job. This activity demands from the network manager a big amount of expertise on network equipments, technologies involved, and eventual problems that may arise. So far, trouble ticket systems (TTS) have been used to store network problems, working like a network historical memory and accumulating the knowledge derived from the diagnosis and troubleshooting of such problems. However, the increasing number of stored tickets makes the manual search of similar situations very slow and inaccurate in these kind of systems. So, an adequate approach to consolidate the network historic memory is the development of an expert system that uses the knowledge stored in the trouble ticket systems to propose a solution for a current problem. Case-based reasoning (CBR), an approach borrowed from Artificial Intelligence that recently had attracted many researchers attention, may be applied to help diagnosing and troubleshooting networking management problems. This reasoning paradigm proposes solution to new problems by retrieving a similar case occurred in the past, whose solution can be reused in the new situation. Furthermore, the benefits of this paradigm include the experience learning capability, allowing new problems being added and becoming available to use in future situations, expanding the knowledge of the system. This work presents a system that uses case-based reasoning applied to a trouble ticket system to propose solutions for a new problem in the network. This system was developed with the aim of helping the diagnostic and troubleshooting of network problems. It describes the typical problems of this domain, the adopted approach and the results obtained with the prototype built.

A gerência adequada de recursos e serviços de Tecnologia da Informação (TI) se tornou imperativa para o sucesso de organizações modernas. A Biblioteca de Infraestrutura de Tecnologia da Informação (Information Technology Infrastructure Library, ITIL) representa, nesse contexto, o framework mais popular para ajudar a alcançar esse fim. Para lidar com mudanças em TI, a ITIL define o processo de gerência de mudanças (change management), cujo principal objetivo é garantir que métodos e procedimentos padronizados são utilizados para o tratamento imediato e eficiente dessas mudanças. Para alcançar esse objetivo, é fundamental reutilizar a experiência adquirida com mudanças passadas no projeto de requisições futuras. A ITIL sugere o uso de modelos de mudanças (change models) como uma forma para permitir o reuso de tal experiência em mudanças recorrentes e similares. A criação de modelos de mudanças pode ser concretizada considerando duas abordagens distintas. Em uma abordagem top-down, operadores de TI podem projetar os modelos manualmente, com base no conhecimento adquirido no passado. Em uma perspectiva alternativa, bottom-up, esses modelos poderiam ser extraídos a partir de traços de mudanças passadas obtidos com orquestradores de mudanças. Na prática, no entanto, mudanças tem sido geralmente descritas e documentadas de forma ad hoc, devido `a falta de mecanismos adequados para apoiar o projeto das mesmas. Isso impede que o conhecimento adquirido na especificação, planejamento e condução de mudanças passadas seja reutilizado em requisições futuras. Para abordar esse problema, nesta dissertação são propostos (i ) o conceito de templates de mudança como um mecanismo para formalizar, preservar, e (re)usar conhecimento na especificação de mudanças recorrentes e similares, (ii ) um algoritmo para o refinamento automatizado de planos de mudanças em workflows executáveis, (iii ) um mecanismo para extrair templates de mudanças a partir de traços de execuções passadas, e (iv) uma solução fim-a-fim, apoiada por um sistema real, para permitir o planejamento e implantação de mudanças em TI. Para provar conceito e viabilidade técnica da solução proposta, foi realizada uma implementação prototípica de um sistema de gerência de mudanças chamado ChangeLedge, o qual foi utilizado para conduzir uma série de experimentos considerando mudanças típicas em TI. Os resultados alcançados indicam a efetividade da solução e eficiência do sistema, o qual é capaz de gerar planos de mudança executáveis e corretos em um período de tempo substancialmente menor que o que seria gasto por um operador humano experiente, e de extrair templates que descrevem com acurácia mudanças passadas executadas na organização. / Proper management of Information Technology (IT) resources and services has become imperative for the success of modern organizations. The IT Infrastructure Library (ITIL) represents, in this context, the most widely accepted framework to help achieve this end. In order to deal with IT changes, ITIL defines the change management process, whose main goal is to ensure that standardized methods and procedures are used for the efficient and prompt handling of these changes. To meet this goal, it is of paramount importance reusing the experience acquired from previous changes in the design of subsequent ones. ITIL suggests the use of change models as a mean of enabling the reuse of such experience across recorrent, similar changes. The creation of change models can be done considering two distinct approaches. In a top-down approach, IT operators may manually design models based on the knowledge owned/acquired in the past. In contrast, in a bottom-up perspective, these models could be discovered from past execution traces gathered from IT provisioning tools. In practice, however, changes have been usually described and documented in an ad hoc fashion, due to the lack of proper mechanisms to both support the change design process. This hampers knowledge acquired when specifying, planning, and carrying out previous changes to be reused in subsequent requests. To address this problem, in this thesis we propose (i ) the concept of change templates as a mechanism to formalize, preserve, and (re)use knowledge in the specification of (recurrent and similar) IT changes, (ii ) an algorithm for the automated refinement of change plans into actionable workflows, (iii ) a mechanism to discover change templates from traces of past changes, and (iv) an end-to-end solution, supported by a real system, to allow planning and implementation of IT changes to be designed and executed. To prove concept and technical feasibility of the proposed solution, we have developed a prototypical implementation of a change management system called ChangeLedge and used it to carry out a set of experiments, considering typical IT changes. The results obtained indicate the effectiveness of the solution and efficiency of the system, which is able to generate accurate and actionable change plans in substantially less time than would be spent by a skilled human operator, and to extract templates that accurately describe IT change procedures previously executed in the organization.

Este trabalho apresenta um modelo analítico para a análise de vazão (throughput) da camada MAC do IEEE 802.11. A proposta se diferencia da maioria dos desenvolvimentos realizados na área por apresentar uma modelagem de ambientes com estações não-saturadas, levando em consideração o perfil do tráfego gerado pelas camadas superiores ao nível de enlace. Dessa maneira, o modelo permite uma análise do desempenho de aplicações reais sobre redes sem fio, a partir de resultados provenientes de um modelo matemático, enquanto diversos outros trabalhos avaliam somente situações de saturação das estações. Simulações utilizando Network Simulator 2 e comparações com resultados obtidos em trabalhos análogos desenvolvidos por outros pesquisadores validam o modelo proposto. Cenários com variações na quantidade de estações e carga oferecida à rede são avaliados utilizando o modelo teórico e comparados aos resultados simulados, provendo uma análise do comportamento dos limites de vazão do sistema. As estruturas do IEEE 802.11 MAC foram estudadas a fim de embasar o desenvolvimento do modelo proposto. Também foi realizada uma pesquisa a respeito de Cadeias de Markov, que serve como estrutura básica para a descrição do IEEE 802.11 DCF. / This work provides an analytical model to compute the IEEE 802.11 DCF throughput. The proposed analysis differs from most of the related work by presenting scenario modeling with unsaturated stations, accounting for the traffic characteristics generated by the upper layers to the data link layer. As a consequence, the proposed model allows for an accurate analysis of real applications over wireless networks, based on mathematical model results, while several other researches evaluate only saturate stations situations. Simulations ran using Network Simulator 2 and comparisons with results obtained on similar works developed by other researchers are used to validate the proposed model. Scenarios with different number of stations and offered loads are evaluated using the theoretical model and compared to the simulated results, providing an analysis on the behavior of the maximum throughput provided by the network. A study was made on the structures and mechanisms of IEEE 802.11 MAC in order to support the development of the proposed model. A research on Markov Chains was also done, since it is the basic structure used to describe the IEEE 802.11 DCF.