Um orquestrador flexível de recursos de rede e computação para o aprimoramento de qualidade de serviço (QoS) em aplicações multimídia baseadas em funções virtualizadas de rede (NFV)

People and organizations around the globe use multimedia applications for interaction and communication. There is notable traffic growth characteristic of these applications since there is a convergence of voice and data for a single transport model. Computer networks, because they support such applications, meet the challenges and business opportunities that operators have taken advantage of. On the other hand, users use services with increasingly refined qualities, nevertheless, there are aspects that must be addressed to raise the quality of experience for users when consuming services offered over the internet. QoS metrics are usually user-based or network-based, hence concepts such as NFV and SDN allow to improve and expand the perspective of offering an abstraction layer for the development of flexible solutions that deal with multimedia applications offered in the cloud. Nevertheless, the construction of these solutions must be based on intrinsic aspects to the Future Internet concept that advocates virtualized solutions, flexible, convergent, scalable, context-aware, secure and better managed. This dissertation proposes an approach to mitigate the distance of the applications with the resources of compute and network. Usually, the applications are unaware of the hardware characteristics on which they operate, as for the network, even with several efforts at various levels of the protocol stack, the specificities of running applications are unknown. There is also challenges of managing global resources, integrating policies and service agreements between operators. This work aims to add a management layer to raise the levels of QoS for multimedia applications based on NFV. To accomplish this, an entity that acts on the data and control plane is proposed, capable of orchestrating network and computing resources simultaneously to enhance QoS in multimedia applications. The incorporation of this entity achieves QoS improvement through resiliency in the end-to-end communication of the consumer entity of these applications, provides adequate load balancing in order to avoid compromising QoS parameters such as response time, provides on-demand scalability, improves the concept of package inspection for the segmentation of application-oriented network policies, and finally performs the separation of data and control plane. The construction and experimentation of the solution allowed to reduce response times in the multimedia applications. The solution reacted adequately to heterogeneous workloads in order to provide reliability for QoS guarantee. Furthermore, the concept of packet inspection was able to act to decrease the distance that the applications have from the network and the hardware on which they operate.Dissertação (Mestrado)Pessoas e organizações ao redor do globo utilizam aplicações multimídia para interação e comunicação. Existe notável crescimento de tráfego característico dessas aplicações, uma vez que há convergência de voz e dados para um modelo único de transporte. As redes de computadores, por suportar tais aplicações cadenciam desafios e oportunidades de negócios que os operadores têm aproveitado. Por outro lado, os usuários experimentam serviços com qualidades cada vez mais refinados, mesmo assim, existem aspectos que devem ser tratados para elevar a qualidade de experiência percebida pelos usuários ao consumir serviços ofertados sobre a internet. Métricas de QoS usualmente são baseadas nos usuários ou na rede, por isso, conceitos como NFV e SDN permitem aprimorar e expandir a perspectiva de oferta de uma camada de abstração para desenvolvimento de soluções flexíveis, que visam lidar com aplicações multimídia ofertadas em nuvem. Não obstante, a construção dessas soluções deve ser calcada em aspectos intrínsecos ao conceito de Internet do Futuro que preconiza soluções virtualizadas, flexíveis, convergentes, escaláveis, orientadas a contexto, seguras e melhor gerenciadas. Este trabalho propõe uma abordagem para mitigar a distância das aplicações com os recursos de rede e computação. Usualmente as aplicações desconhecem características de hardware sobre o qual elas operam; quanto a rede, mesmo com esforços em vários níveis da pilha de protocolos, desconhece especificidades das aplicações em execução. Há também dificuldade de gerenciamento global de recursos, integração de políticas e acordos de serviço entre operadores. O trabalho visa adicionar uma camada de gerenciamento para elevar os níveis de QoS para aplicações multimídia baseadas em NFV. Para realizar isso, é proposto uma entidade que atua no plano de dados e controle, capaz de orquestrar recursos de rede e de computação simultaneamente para aprimorar QoS em aplicações multimídia. A incorporação dessa entidade conquista melhoramento de QoS por meio da oferta de resiliência na comunicação fim-a-fim de entidades consumidoras dessas aplicações, provê um balanceamento de carga adequado a fim de não comprometer parâmetros de QoS como tempo de resposta, provê escalabilidade sob demanda, promove o conceito de inspeção de pacotes para segmentação de políticas de rede orientada à aplicação, finalmente realiza a separação de plano de dados e controle. A construção e experimentação da solução permitiu diminuir tempos de resposta nas aplicações multimídia; a solução reagiu adequadamente frente a cargas de trabalho heterogêneas no sentido de prover confiabilidade para garantia de QoS; também, o conceito de inspeção de pacotes foi capaz de atuar para diminuir a distância que as aplicações possuem da rede e o hardware sobre o qual elas operam