In recent decades, geographic barriers no longer exist, communication has become faster and affordable and technological tools expanded the power of human information processing, leading to profound economic, social and cultural transformations. Thus, Information and Communication Technologies received critical role in a society that communicates, negotiates and learns "in network", however educational approaches adopted in schools and universities are still lagged. New constructivist teaching techniques such as Project-Based Learning and computational tools like Virtual Learning Environments are researched and experimented, suggesting educational project management through cyberspace as a possible educational approach that promotes the construction of knowledge by the learners themselves collaboratively and overcoming geographical constraints. This dissertation analyzes the Virtual Learning Environment Moodle to support the technique of Project-Based Learning and presents a software architecture for the educational project management like an environment that enables learning of more autonomous and collaborative way. / Nas últimas décadas, barreiras geográficas deixaram de existir, a comunicação tornou-se mais veloz e acessível e ferramentas tecnológicas ampliaram o poder de processamento humano das informações, levando a profundas transformações econômicas, sociais e culturais. Assim, Tecnologias da Informação e Comunicação receberam papel fundamental em uma sociedade que se comunica, negocia e aprende "em rede", entretanto abordagens educacionais adotadas nas instituições de ensino ainda se encontram defasadas. Novas técnicas de ensino construtivistas como a Aprendizagem Baseada em Projetos e ferramentas computacionais como os Ambientes Virtuais de Aprendizagem são pesquisadas e experimentadas, apontando a gestão de projetos educativos por meio do ciberespaço como uma possível abordagem educacional capaz de promover a construção do conhecimento pelos próprios aprendizes de forma colaborativa e superando restrições geográficas. Esta dissertação analisa o Ambiente Virtual de Aprendizagem Moodle como suporte à técnica de Aprendizagem Baseada em Projetos e apresenta uma arquitetura de software para a gestão de projetos educativos como um ambiente que permita a aprendizagem de forma mais autônoma e colaborativa.

O Design Participativo (DP) originou-se na Escandinávia em meados dos anos 70, em um momento em que os trabalhadores, por meio de sindicatos trabalhistas, reivindicavam um maior empoderamento no processo de tomada de decisão para a adoção da tecnologia em seu ambiente de trabalho. O DP tornou-se uma metodologia que aborda o envolvimento de designers e não designers trabalhando em conjunto nas atividades de design de um projeto por meio de práticas participativas. Tais práticas de DP são comumente exploradas de forma presencial, que por sua vez, utilizam técnicas de DP que auxiliam a mediá-las. Justificado pela carência de práticas de Design Participativo Distribuído (DPD), em que os stakeholders envolvidos estão dispersos geograficamente, esta dissertação de mestrado apresenta os benefícios, limitações e adaptações necessárias para adoção de técnicas de DP em práticas de DPD por meio de sistemas colaborativos. Escolheu-se a técnica de BrainDraw para ser investigada no escopo deste estudo e buscar respostas para as questões desta pesquisa. Os resultados desta dissertação envolvem uma analogia entre as fases da metodologia de DP definida por Spinuzzi e o estudo sobre práticas de DP no ciclo de vida do desenvolvimento de software de Muller, Hallewell e Dayton, que propicia condições para que pesquisadores e desenvolvedores decidam sobre quais técnicas de DP são mais indicadas para serem empregadas em contextos distribuídos. Também foi realizada a análise de requisitos, por meio de oficinas participativas, para um sistema colaborativo denominado de Sistema DEA (Design Participativo em Ação), para adoção de práticas de BrainDraw em contexto distribuído. O desenvolvimento do protótipo do Sistema DEA e a avaliação empírica e participativa do mesmo foram realizadas com o propósito de buscar respostas para o objetivo desta pesquisa. A partir dos resultados coletados durante a avaliação, apresenta-se os benefícios, diferenças e adaptações para a adoção do BrainDraw por meio de sistemas colaborativos. Por fim, detalhe-se também as principais contribuições desta pesquisa para a computação e para a sociedade, além de discussões sobre suas respectivas limitações e trabalhos futuros. / Participatory Design (PD) originated in Scandinavia in the mid-1970s, in a period that workers, through labor unions, were requesting more empowerment in the decision-making process related to adoption of technology in the workplace. PD became a methodology that addresses involvement of designers and non-designers working together in design activities of a project through participatory practices. Those PD’s practices are commonly explored with co-located participants, using PD’s techniques to support and mediate interaction across participants. Justified by absence of Distributed Participatory Design’s practices (DPD), which stakeholders are located in different geographic spaces, this master’s thesis presents the benefits, limitations and adaptations necessary to adopt PD’s techniques in DPD’s practices through collaborative systems. The BrainDraw technique was chosen to be investigated in the scope of this study and to help finding answers for this research questions. The results of this research involve an analogy between the phases of the PD methodology defined by Spinuzzi and PD practices in the software development life cycle by Muller, Hallewell and Dayton, that helps researchers and developers to decide about which technique of PD is more suitable to be used in distributed contexts. It also presents three participatory workshops for requirements analysis of a collaborative system called DEA System (Participatory Design in Action) to adopt practices of BrainDraw in a distributed context. The development and empirical and participatory evaluation of DEA System were conducted with the purpose of seeking answers to the objective of this research. Based on this research’s results, we present benefits, differences and necessary adaptations identified to conduct BrainDraw practices in distributed contexts through collaborative systems. Finally, we present the contributions of this research to Computer Science area and to society, and also some discussions about its limitations and future works.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielSB_DISSERT.pdf: 24552840 bytes, checksum: 7e0c26e7ae98555461ce350e2cef10e5 (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Panoramic rendering is the visualization of three-dimensional objects in a virtual environment through a wide viewing angle. This work investigated if the use of panoramas is able to promote faster searches in a virtual environment. Panoramas allow the presentation of space through less need to change the orientation of the camera, especially for the case of projections spanning 360? surrounding the user, which can benefit searching. However, the larger the angle, more distorted is the visualization of the environment, causing confusion in navigation. The distortion is even bigger when the user changes the pitch of the camera, by looking up or down. In this work we developed a technique to eliminate specifically the distortions caused by changes in pitch, which was called hemispheric projection. Experiments were done to evaluate the performance of search navigation through perspective, cylindrical and hemispherical projections. The results indicate that navigating with perspective projection is superior than navigating with panoramic projections, possibly due to factors such as (i) lack of experience of the participants in understanding the scenes displayed as panoramas, (ii) the inherent presence of distortion in panoramic projections and (iii) a lower display resolution because the objects are presented in smaller sizes in panoramic projections, making the perception of details more difficult. However, the hemispherical projection was better than the cylindrical, indicating that the developed technique provides benefits for navigation compared to current techniques of panoramic projection. The hemispheric projection also provided the least amount of changes of camera orientation, which is an indication that the hemispheric projections may be particularly useful in situations where there are restrictions on the ease to change the orientation. Future research will investigate the performance of cameras interactions on slower devices, such as using only keyboard, or brain-machine interfaces / Renderiza??o panor?mica ? a visualiza??o de objetos tridimensionais em um ambiente virtual atrav?s de um largo ?ngulo de vis?o. Este trabalho procurou investigar se a utiliza??o de panoramas ? capaz de agilizar buscas em um ambiente virtual. Panoramas permitem a apresenta??o do espa?o atrav?s de uma menor necessidade de modificar a orienta??o da c?mera, principalmente para o caso de proje??es que englobam os 360 que cercam o usu?rio, o que pode beneficiar as buscas. Contudo, quanto maior o ?ngulo, mais a visualiza??o do ambiente ? distorcida, provocando certa confus?o na navega??o. A distor??o ? ainda maior quando o usu?rio modifica a inclina??o da c?mera, ou seja, ao olhar para cima ou para baixo. Neste trabalho foi desenvolvida uma t?cnica para eliminar especificamente as distor??es provocadas pela mudan?a de inclina??o, a qual foi denominada proje??o hemisf?rica. Foram realizados experimentos buscando avaliar o desempenho na navega??o de busca atrav?s das proje??es em perspectiva, cil?ndrica e hemisf?rica. Os resultados indicam que a navega??o por proje??o em perspectiva ? superior a navega??o por proje??es panor?micas, possivelmente devido a fatores como (i) pouca experi?ncia dos participantes em compreender cenas exibidas de forma panor?mica, (ii) a inerente presen?a de distor??o nas proje??es panor?micas e (iii) a menor resolu??o de visualiza??o, pois os objetos s?o apresentados em tamanhos menores nas proje??es panor?micas, dificultando a percep??o de detalhes. Contudo, a proje??o hemisf?rica se demonstrou melhor do que a cil?ndrica, indicando que a t?cnica desenvolvida proporciona benef?cios para navega??o em compara??o com as t?cnicas de proje??o panor?mica atuais. A proje??o hemisf?rica tamb?m proporcionou a menor quantidade de modifica??es da orienta??o da c?mera, o que ? um ind?cio de que as proje??es hemisf?ricas podem ser particularmente ?teis em situa??es onde existem restri??es na facilidade de alterar a orienta??o. Pesquisas futuras investigar?o o desempenho das c?meras sobre dispositivos de intera??es mais lentos, como o uso apenas de teclado, ou interfaces c?rebro-m?quina.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HugoTAS_DISSERT.pdf: 1403051 bytes, checksum: 082930bba50f7afe6808198a25388862 (MD5) Previous issue date: 2012-02-13 / Due to the large amount of television content, which emerged from the Digital TV, viewers are facing a new challenge, how to find interesting content intuitively and efficiently. The Personalized Electronic Programming Guides (pEPG) arise as an answer to this complex challenge. We propose TrendTV a layered architecture that allows the formation of social networks among viewers of Interactive Digital TV based on online microblogging. Associated with a pEPG, this social network allows the viewer to perform content filtering on a particular subject from the indications made by other viewers of his network. Allowing the viewer to create his own indications for a particular content when it is displayed, or to analyze the importance of a particular program online, based on these indications. This allows any user to perform filtering on content and generate or exchange information with other users in a flexible and transparent way, using several different devices (TVs, Smartphones, Tablets or PCs). Moreover, this architecture defines a mechanism to perform the automatic exchange of channels based on the best program that is showing at the moment, suggesting new components to be added to the middleware of the Brazilian Digital TV System (Ginga). The result is a constructed and dynamic database containing the classification of several TV programs as well as an application to automatically switch to the best channel of the moment / Devido ? grande quantidade de conte?do televisivo, que surgiu junto com a TV Digital, os telespectadores est?o diante de um novo desafio, saber como procurar conte?do interessante de maneira intuitiva e eficiente. Os guias eletr?nicos de programa??o personalizada (pEPG) surgem como uma resposta para esse complexo desafio. Propomos a TrendTV, uma arquitetura em camadas que permite a forma??o de redes sociais entre telespectadores de programas de TV Digital Interativa baseada em microblog de conte?do on-line. Associado a um pEPG, esta rede social permite que um telespectador realize filtragens de conte?do sobre um determinado assunto a partir das indica??es feitas por outros telespectadores de sua rede. Isto permite que o telespectador crie sua pr?pria indica??o para um determinado conte?do no momento em que ele ? exibido, ou ainda analisar a import?ncia de um determinado programa on-line, baseado nessas indica??es. Isto permite que qualquer usu?rio possa realizar filtros no conte?do, al?m de gerar e trocar informa??es com os outros usu?rios de modo flex?vel e transparente, utilizando v?rios dispositivos diferentes(TVs,Smartfones, Tablets ou PCs). Al?m disso, essa arquitetura define um mecanismo para realizar a mudan?a autom?tica de canais baseado no melhor programa que est? passando no momento, sugerindo novos componentes a serem agregados ao middleware do Sistema Brasileiro de TV Digital (Ginga). Como resultado ? constru?da uma base de dados din?mica e que cont?m a classifica??o de v?rios programas de TV, bem como uma aplica??o que permite mudar automaticamente para o melhor canal do momento

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IvoAON_DISSERT.pdf: 3534559 bytes, checksum: 4a686a0bd15089c1b9710cf531e7beda (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / Universidade Federal do Rio Grande do Norte / The objective of the dissertation was the realization of kinematic modeling of a robotic wheelchair using virtual chains, allowing the wheelchair modeling as a set of robotic manipulator arms forming a cooperative parallel kinematic chain. This document presents the development of a robotic wheelchair to transport people with special needs who overcomes obstacles like a street curb and barriers to accessibility in streets and avenues, including the study of assistive technology, parallel architecture, kinematics modeling, construction and assembly of the prototype robot with the completion of a checklist of problems and barriers to accessibility in several pathways, based on rules, ordinances and existing laws. As a result, simulations were performed on the chair in various states of operation to accomplish the task of going up and down stair with different measures, making the proportional control based on kinematics. To verify the simulated results we developed a prototype robotic wheelchair. This project was developed to provide a better quality of life for people with disabilities / O objetivo da disserta??o foi a realiza??o da modelagem cinem?tica de uma cadeira de rodas rob?tica usando cadeias virtuais, que permitiu modelar a cadeira como um conjunto de bra?os manipuladores cooperativos formando uma cadeia cinem?tica paralela. Foi desenvolvida uma cadeira de rodas rob?tica para transporte de portador de necessidades especiais que supera obst?culos como desn?veis e barreiras existentes ? acessibilidade em ruas e avenidas, incluindo o estudo sobre tecnologia assistiva, arquitetura paralela, modelagem cinem?tica, constru??o e montagem do prot?tipo do rob? com a realiza??o de uma lista de verifica??o de problemas e barreiras ? acessibilidade em diversos percursos, tomando como base normas, decretos e leis existentes. Como resultado, foram realizadas simula??es da cadeira em v?rios estados de opera??o para realizar a tarefa de subir e descer desn?veis com diferentes alturas, realizando o controle proporcional baseado na cinem?tica. Para comprovar os resultados simulados foi desenvolvido um prot?tipo do rob?. Este projeto foi desenvolvido visando proporcionar uma melhor qualidade de vida ?s pessoas portadoras de necessidades especiais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os diários de escrita íntima constituem tipo de texto do domínio confessional. Apresentam narrativas pessoais com características específicas ao gênero, como datação, marcas de subjetividade, escrita informal e coloquialidade. Durante muitos anos, eram escritos em cadernos e guardados a sete chaves por seus autores para que não fossem lidos por outras pessoas. Por volta dos anos 80, surgiram as agendas de adolescentes. Aproveitando o modelo pré-definido industrialmente, as agendas eram preenchidas dia a dia, como um diário, mas com a novidade do acréscimo de elementos semióticos, como fotos, papéis de bala, recortes de revistas, entre outros. Além disso, traziam como diferencial a presença de um leitor participativo: os textos eram compartilhados com amigos, e bilhetes e comentários eram escritos nas páginas das agendas. Com o advento da Internet, o diário e a agenda se fundem no blog que aproveita os recursos do suporte virtual para tornar o gênero interativo, hipertextual e multimídia, acentuando o processo de leitura e de escrita nos jovens produtores de blogs. Paralelamente, a escrita se torna grande ferramenta de comunicação no ambiente virtual, adquirindo características peculiares em função da rapidez na comunicação e da economia de digitação. A partir da teoria de Bakthin sobre gêneros do discurso e do conceito de gêneros digitais de Marcuschi, a pesquisa apresenta como objeto perceber e elencar categorias pertinentes aos gêneros diário e blog para analisá-las e compará-las, na intenção de mapear um possível percurso dos diários aos blogs de adolescentes, discutindo o contraste público-privado na escrita íntima, bem como suas principais marcas linguísticas, percebendo vantagens e desvantagens de sua utilização como ferramenta auxiliar no processo de aprendizagem da escrita e da leitura de Língua Portuguesa. A pesquisa foi motivada pela discussão de que a escrita digital pode prejudicar o desenvolvimento da produção textual de jovens em formação, o que não se confirmou, visto que a estrutura sintática da língua se mantém, e que a variação acontece apenas no nível vocabular, não interferindo na comunicação. Os resultados apontam para a utilização de blogs na educação como complementação do material pedagógico e como incentivo à leitura, à escrita, à construção da argumentação e do posicionamento crítico, aproximando a escola da vida cotidiana dos estudantes / Intimate writing diaries represent a text of a confessional nature. They show personal narratives with specific characteristics of the genre, with dates, subjective marks, informal writing and colloquialism. For years they were written in notebooks and locked up and hidden by the authors so no one else would read them. Around the 80s, the adolescent planners came out. Using an industrially predefined model, the planners were filled out every day as a diary, but included new semiotic elements, such as photos, candy wraps, magazine clips, among others. They also differed in the presence of a participative reader: the texts were shared with friends, and notes and comments were written in the planner pages. With the arrival of the Internet, the diary and planner merged into the blog, which uses virtual resources to become an interactive, hypertext, and multimedia genre, emphasizing the reading and writing process for young blog producers. At the same time, writing is the major communication tool in the virtual environment, acquiring peculiar characteristics due to a faster communication and less typing. According to Bakthins theory on the discourse genres and Marcuschis digital genre concept, the purpose of this study is to perceive and bring out categories inherent to the diary and blog genres to analyze and compare them with the purpose of mapping a potential route for planners and blogs of teenagers, discussing the public-private contrast in intimate writing as well as their main linguistic features, noticing the advantages and disadvantages of their use as an auxiliary tool in the learning process of writing and reading in the Portuguese language. The study was motivated by the debate that digital writing can harm the development of text production of young adults, which was not observed, since the syntax structure is maintained and the variation occurs in the vocabulary, which doesnt interfere with communication. The results point at the use of blogs in education as a supplement to the learning material and as an incentive to reading, writing, building critical argumentation and standpoint, bringing the students closer to the daily school of life

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research intends to analyze the imagistic autobiographies representations operated by the image publishing website called fotolog, as parameter of the analysis, the art, specifically the contemporary self-portraits. Therefore, we examined in this paper, the extent to which reality and fiction blend in the production of this identities; and how the resources of art, specifically the image, are used to construct these self-portraits. Overexposure and theatricality are also common features between the two media and will be discussed in the survey. To map the similarities between the virtual identities on the web and the self-portraits of contemporary art we define, as a starting point for this discussion, the fotolog sensationslave and artwork of French Sophie Calle. / Esta pesquisa pretende investigar como se concebem as representações imagéticas autobiográficas no site de publicação de imagens fotolog tendo como parâmetro de análise a arte, especificamente os autorretratos contemporâneos. Sendo assim, examinamos, nessa dissertação, em que medida realidade e ficção se mesclam na produção dessas identidades; e como os recursos da arte, especificamente da imagem são utilizados na construção desses autorretratos. A superexposição e a teatralização também são aspectos em comum entre os dois meios e serão discutidos na pesquisa. Para mapear as aproximações entre as identidades virtuais na web e os autorretratos da arte contemporânea definimos, como ponto de partida para essa discussão, o fotolog sensationslave e o trabalho artístico da francesa Sophie Calle. / Mestre em Artes

Se na tentativa de evocar o passado escolar, abrirmos com disposição as páginas das redes sociais virtuais, poderemos também nos surpreender com as memórias dos usuários encontradas nas comunidades do Orkut; nas tramas das histórias escolares, os scraps digitais exibem os relatos dos ex-alunos, numa verdadeira exibição do eu. Este estudo traz para a discussão os posts encontrados nas comunidades do Orkut do Colégio Militar do Rio de Janeiro, do Colégio de São Bento do Rio de Janeiro e do Colégio Marista São José do Rio de Janeiro, procurando dar visibilidade a essas escritas autobiográficas virtuais sobre a vida escolar como fontes para a história da Educação. Como esses usuários narram as suas histórias escolares? Quais os relatos mais frequentes? Estas questões me instigam a pensar que o registro das experiências escolares possibilita ao sujeito desnudar-se. No tempo das tecnologias digitais, o usuário move-se sobre teclados, telas, deixando registros de uma vida, que são examinados pelos moderadores. Mas quem são estes sujeitos nas comunidades escolares? Será que eles cumprem os mesmos papéis desempenhados pelos editores? As escritas memorialistas comandam, imperativamente, novas relações com a escrita; essas narrativas não se esgotam numa tipologia textual persuasiva; observam-se laços de ideias e afetos, aproximando os ex-alunos dessas redes sociais virtuais. Quais são os temas mais recorrentes encontrados neste espaço virtual? Estas postagens constituem elos do tecido das lembranças dos sujeitos que não se intimidam em contar as suas histórias nesses novos suportes de escrita. Talvez, a saudade e a solidão busquem acolhimento e companhia nos cliques dos usuários, remetendo-os aos acontecimentos passados; os ex-alunos compartilham experiências, sentimentos e saberes, borrando fronteiras entre o público e o privado; nesse sentido, percebe-se que essas escritas autobiográficas nas comunidades escolares do Orkut também constroem esses sujeitos no suporte digital. Assim, este trabalho procura ampliar a discussão sobre os lugares de memórias da escolarização, buscando contribuir para os estudos da história da Educação. / If in the attempt of evoking the school memories, we open with excitement the pages of the virtual social nets, we will also be able to surprise us with the users' memoirs found in the communities of Orkut; in plots of the school histories, the digital scraps exhibit the former-students' reports, in a true themselves exhibition. This research brings for the discussion the scraps found in Orkut communities of the Colégio Militar do Rio de Janeiro, of the School of São Bento do Rio de Janeiro and of the School Marista São José do Rio de Janeiro, trying to give visibility the those virtual autobiographical narratives about the school life as sources for the history of the Education. How do those users narrate their school histories? Which the most frequent testimonies? All those issues puzzle me about the experiences registered in the virtual communities and how those subjects to undress. In the digital technologies, the user moves on keyboards, screens, leaving registrations of a life, turning, therefore, their visible school histories. The writing, as representation of ideas or words, in the most several supports, it is integral part of a social reality; the subjects also create systems to aid them in the interaction with the other, making possible to think that those written commands, new relationships with the writing; those narratives don't become exhausted in a persuasive textual typology; bows of ideas and affections are observed, approximating the former-students of those virtual social nets. In that sense, those postages constitute links of the memories that are not frightened in counting their histories in those new writing supports. Maybe the longing and the solitude looking for reception and company in the users' clicks, sending them to the last events; therefore, it is possible to think that the former-students share experiences, feelings and you know, blotting borders between the public and the private; in that sense, it is noticed that those autobiographical writings in the communities of Orkut, it shows those subjects in the digital support. Like this, this search to enlarge the work on the places of memoirs of the education, looking for to contribute for the studies in history of the Education.

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).

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-06T17:23:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Andson_M_Balieiro_PhDThesis_ComputerScience_2015.pdf: 2709720 bytes, checksum: 2432ca198603426dffdf0ce2f34f3162 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T17:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Andson_M_Balieiro_PhDThesis_ComputerScience_2015.pdf: 2709720 bytes, checksum: 2432ca198603426dffdf0ce2f34f3162 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / FACEPE / The wireless technologies are progressing at a rapid pace such that the future of digital communication will be dominated by a dense, ubiquitous and heterogeneous wireless network. Along with this, there is a growing demand for wireless services with different requirements. In this respect, the management of this complex wireless ecosystem becomes challenging, and the wireless virtualization is pointed as an efficient solution to perform it, where different virtual wireless networks can be created, sharing and running on the same wireless infrastructure, and providing differentiated services to users. However, to satisfy the high demand for mobile communications, it is necessary the availability of a natural and scarce resource, the electromagnetic spectrum. Although the insertion of virtualization in wireless networks provides better resources utilization, the current approaches to employ the wireless virtualization can cause resource underutilization. To overcome this underutilization and enable that new wireless virtual networks can be deployed, the wireless virtualization can be combined with the cognitive radio technology and dynamic spectrum access (DSA) techniques in order to achieve the deepest level of wireless virtualization and to improve the resource utilization through the deployment of opportunistic resource sharing. Thus, virtual wireless networks with different access priorities to the resources (e.g. primary and secondary) can be deployed in an overlay form, sharing the same substrate wireless network, where the secondary virtual network (SVN) accesses the resources only when the primary one (PVN) is not using them. However, this new scenario brings new challenges: from the mapping to operation of these networks. The SVN mapping is a NP-hard problem and presents some constraints and objectives related to both PVNs and SVNs. Achieving all objectives simultaneously is a challenging process. This thesis addresses the SVNs mapping problem onto substrate network considering the existence of the PVNs on the same substrate network. It discloses the environment composed by these networks, denoted as cognitive radio virtual network environment (CRVNE), models this environment by using a M/M/N/N queue with preemptive and priority service, and delineates a multi-objective problem formulation for the SVNs mapping. Moreover, a scheme based on Genetic Algorithms to solve the SVNs mapping problem is proposed and evaluated in terms of collision, secondary user (SU) dropping, and SU blocking probabilities, and joint utilization, achieving better results than other based on the First-Fit strategy. / Recentemente, as tecnologias sem fio estão progredindo rapidamente de modo que o futuro da comunicação digital será dominado por uma rede sem fio densa, ubíqua e heterogênea. Adicionado a isso, existe uma demanda crescente por serviços sem fio com diferentes requisitos. Neste aspecto, o gerenciamento deste ecossistema complexo se tona desafiador e a virtualização sem fio é apontada como uma solução eficiente para realizá-lo, onde redes virtuais sem fio diferentes podem ser criadas, compartilhando e executando sobre a mesma infraestrutura de rede sem fio e provendo serviços diferenciados aos usuários. Entretanto, para satisfazer à alta demanda por comunicação móvel é necessária a disponibilidade de um recurso natural e escasso, o espectro eletromagnético. Embora a inserção de virtualização em redes sem fio forneça maior utilização dos recursos, as abordagens atuais para empregar a virtualização sem fio podem causar subutilização de recursos. Para superar esta subutilização, a virtualização sem fio pode ser combinada com a tecnologia de rádio cognitivo e técnicas de acesso dinâmico ao espectro (DSA) para alcançar o mais profundo nível de virtualização sem fio e melhorar a utilização de recursos através do compartilhamento oportunista deles. Assim, redes virtuais sem fio com diferentes prioridades de acesso aos recursos (ex. primária e secundária) podem ser implantadas sobrepostas, compartilhando a mesma infraestrutura de rede sem fio, onde as redes virtuais secundárias (SVNs) acessam os recursos somente quando as redes virtuais primárias (PVNs) não os estiverem utilizando. Entretanto, este novo cenário traz novos desafios, desde o mapeamento até a operação destas redes. O mapeamento de SVNs é um problema NP-difícil e apresenta restrições e objetivos relacionados tanto às PVNs quanto às SVNs. Alcançar todos os objetivos simultaneamente é um processo desafiador. Esta tese aborda o problema de mapeamento de SVNs em redes de substrato considerando a existência de PVNs na mesma rede de substrato. Ela apresenta o ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo (CRVNE), modela este ambiente utilizando uma fila M/M/N/N preemptiva e com prioridade e delineia uma formulação multiobjetivo para o mapeamento de SVNs. Além disso, um esquema baseado em Algoritmos Genéticos (GA) para resolver o problema de mapeamento de SVNs é proposto e avaliado em termos das probabilidades de colisão, descarte de usuário secundário (US), bloqueio de US e utilização conjunta, alcançando melhores resultados do que um esquema baseado na estratégia First-Fit.