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Proposta de suporte à qualidade de serviço baseada em SDN: um estudo de caso para instituições de ensino federal

Um estudo especializado recente sobre tendências para 2021 mostra que o tráfego de vídeo (ao vivo e sob demanda) na internet deve ultrapassar 80% do tráfego global IP e é esperado um crescimento da qualidade dos vídeos devido ao aumento dos conteúdos em resoluções em ultra alta definição (4K ou 8K)....

Full description

Main Author: CUNHA, David Carlos Pereira da
Other Authors: DIAS, Kelvin Lopes
Format: masterThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2018
Subjects:
Redes de computadores
Redes definidas por software
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/27510
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spelling ir-123456789-275102019-10-26T04:21:33Z Proposta de suporte à qualidade de serviço baseada em SDN: um estudo de caso para instituições de ensino federal CUNHA, David Carlos Pereira da DIAS, Kelvin Lopes http://lattes.cnpq.br/7105646936808438 http://lattes.cnpq.br/8664169441117482 Redes de computadores Redes definidas por software Um estudo especializado recente sobre tendências para 2021 mostra que o tráfego de vídeo (ao vivo e sob demanda) na internet deve ultrapassar 80% do tráfego global IP e é esperado um crescimento da qualidade dos vídeos devido ao aumento dos conteúdos em resoluções em ultra alta definição (4K ou 8K). Comportamento semelhante foi previsto para o cenário corporativo, que chegará a 70%. Motivados por essa tendência, também observamos, em especial nas instituições de ensino, que nem sempre o consumo principal é conteúdo educacional. A concorrência de tráfego, algo comum nos sistemas multimídia, pode trazer prejuízo ao desempenho das aplicações educacionais. Nesse cenário, o grande desafio é, ao mesmo tempo, incentivar a utilização das aplicações institucionais e suportar o tráfego gerado por plataformas como Youtube, Hangouts, Vimeo e Facebook live. O aumento da demanda e dos requisitos dos novos serviços críticos como vídeo monitoramento, telemedicina, videoconferência, VoIP e streaming, já não é suportado. E essas instituições têm concentrado esforços na melhoria das redes de acesso e aumento de largura de banda, o que ainda é complexo e custoso. A arquitetura tradicional das redes dificulta a distinção e priorização de serviços, além disso, outras necessidades surgem, como: controle de fluxo, processamento e controle de qualidade. As Software-defined Network (SDN) apresentam um novo paradigma de redes, fornecendo controle centralizado e programável para tomada decisões de controle sob o tráfego. O objetivo desta pesquisa é propor uma solução baseada em SDN para melhorar a QoS e QoE no tráfego multimídia educacional. Nos propusemos a estudar problemas relevantes e que são vivenciados em infraestruturas, principalmente de instituições de ensino federal. Uma consequência esperada é proporcionar uma melhoria qualitativa do conteúdo de vídeo disponibilizado, aumentando a presença institucional de aplicações avançadas como a telemedicina, monitoramento de campi e de sensores, videoconferências para EaD e streaming em tempo real. Desta forma, vislumbrando o crescimento do tráfego de vídeo na UFPE, o nosso ambiente precisa avaliar as soluções de Quality of Service (QoS) e Quality of Experience (QoE) com atenção especial para a modalidade Educação a Distância (EaD). Propusemos uma solução para classificação de tráfego priorização de serviços e como prova de conceito, construímos um ambiente experimental e avaliamos a eficácia em termos das métricas de vazão, jitter, PSNR, VQM e SSIM para tráfego de vídeo em tempo real. Os resultados obtidos indicaram melhorias de até 49% em relação à perda de quadros, 85% em relação à variação de atraso e vazão mínima garantida e estável quando da adoção da proposta num cenário de alto congestionamento. A recent expert study on trends for 2021 shows that video traffic (live and on demand) on the Internet should exceed 80% of the global IP traffic and video quality growth is expected due to increased content in Ultra HD resolutions (4K). Similar behavior was predicted for the corporate scenario that will reach 70%. Motivated by this tendency, we also observe, especially in educational institutions, that the main consumption is not always educational content. Traffic competition, which is common in multimedia systems, can adversely affect the performance of educational applications. In this scenario, the challenge is at the same time to encourage the use of institutional applications and support the traffic generated by platforms such as Youtube, Hangouts, Vimeo and Facebook live. The increased demand and requirements of critical new services such as video monitoring, telemedicine, videoconferencing, VoIP and streaming are no longer supported. And these institutions have concentrated on improving access networks and increasing bandwidth, which is still complex and costly. The traditional architecture of the networks makes it difficult to distinguish and prioritize services; in addition, other needs arise, such as: flow control, processing and quality control. Software-defined networks (SDN) present a new network paradigm, providing centralized and programmable control for making control decisions under traffic. The purpose of this research is to propose an SDN based solution to improve QoS and QoE in educational multimedia traffic. We set out to study relevant problems that are experienced in infrastructures, mainly from federal educational institutions. An expected consequence is to provide a qualitative improvement of the video content made available, increasing the institutional presence of advanced applications such as telemedicine, monitoring of campuses and sensors, videoconferences for EaD and real time streaming. Thus, with a view to the growth of video traffic in UFPE, our environment needs to evaluate QoS and QoE solutions with special attention to the E-learning. We proposed a solution for traffic classification ande prioritization of services and as proof of concept, we built an experimental environment and evaluated the effectiveness of throughput, jitter, PSNR, VQM and SSIM metrics for real-time video traffic. The results obtained indicated improvements of up to 49% in relation to the frame loss, 85% in relation to the delay variation and minimum throughput guaranteed and stable when adopting the proposal in a scenario of high congestion. 2018-11-14T21:10:45Z 2018-11-14T21:10:45Z 2017-07-12 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/27510 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao
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CUNHA, David Carlos Pereira da
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