Resumo: O Fatiamento de Rede vem se mostrando uma das peças chave para o gerenciamento dos recursos de infraestruturas modernas de rede como o 5G. A partir da virtualização dos recursos físicos da rede, diversas Redes Virtuais (Fatias de Rede) podem ser criadas sobre uma mesma infraestrutura a fim de servir, sob medida, grupos distintos de usuários. Esses usuários, por sua vez, acessam através das Redes Virtuais, serviços e aplicações presentes na infraestrutura. Além dos requisitos de armazenamento, processamento e rede (ex. latência, largura de banda e confiabilidade) intrínsecos a cada aplicação, características dos usuários, como mobilidade, acrescentam complexidade para esse cenário. Nesse contexto, não somente as aplicações acessadas pelos usuários devem ser alocadas em locais estratégicos, como também as Redes Virtuais devem ser construídas a fim de prover a conexão necessária entre esses usuários e suas aplicações. Dada a dinamicidade desse cenário, a infraestrutura de rede deve ser capaz de se reconfigurar de forma eficiente à medida que a demanda por recursos se modificar ao longo do tempo. Esta tese de doutorado visa apresentar novas soluções para o Problema do Alocação Dinâmica de Redes Virtuais com o objetivo de atender Usuários Móveis em uma infraestrutura de Névoa/5G. Em especial, este trabalho desenvolveu soluções para dois problemas de otimização relacionados à alocação dinâmica de recursos presentes nessa arquitetura: a reconfiguração de Redes Virtuais e a Migração de Serviços. A contribuição deste trabalho inclui: 1) Um simulador desenvolvido para permitir a validação das soluções propostas; 2) Uma avaliação do comportamento das redes virtuais em face à dinamicidade de demanda provocada pelos usuários móveis; 3) Um modelo matemático que calcula o custo, medido em tempo, para a alocação e reconfiguração de uma rede virtual; 4) Uma solução heurística para otimizar o processo de reconfiguração das redes virtuais. O simulador desenvolvido está disponível como software livre e tem sido adotado como ambiente de validação por parte da comunidade científica. Os estudos realizados indicam que a realocação dinâmica de recursos em redes virtuais se mostra como uma solução para a infraestrutura de rede se adequar às variações de demanda causadas por usuários móveis. Entretanto, a frequência em que a infraestrutura é capaz de executar tais reconfigurações é determinante para o sucesso de tal solução. Reconfigurações mais rápidas tendem a redistribuir mais rapidamente os recursos da rede entre as fatias de rede de acordo com a demanda dos seus usuários. Uma redistribuição de recursos mais eficiente provê níveis de latência mais baixos e estáveis aos usuários atendidos pelas fatias de rede Ver menos

Abstract: Network slicing has been a key supporting technology for resource management in modern computer networks like 5G. Based on the virtualisation of physical resources, virtual networks (slices) are created over one common physical infrastructure. In that context, each user group is served by one virtual network tailored to reach their requirements. Furthermore, the users access services and applications present in the infrastructure through these slices. The main challenge of 5G networks is simultaneously accommodating applications and services with a wide range of diverse and sometimes conflicting requirements while serving users with different characteristics, such as mobility. To accomplish such objectives, services should be placed in strategic sites, and the slices should provide the required connection between users and their services. Furthermore, both services and slices should be able to adjust to fit demand variations caused by user mobility quickly. Based on the described scenario, this thesis developed new resource management mechanisms for the dynamic network slicing allocation problem to support mobile users in 5G/fog computing infrastructures. In special, this work proposes dynamic network slicing mechanisms as a supporting technology for improving the process of placing and migrating services in fog. The contributions of this work include: 1) a network simulator has been developed for evaluating the proposed solutions; 2) one evaluation of the performance of dynamic network slicing in user mobility support scenarios; 3) a mathematical model which describes the overhead in time perspective of network slices reconfiguration; and 4) two heuristic solutions for improving the network slice reconfiguration process. The simulator is available as free software and has been adopted as the validation environment by the scientific community. The results of this work indicate that the dynamic resource allocation in network slices can be helpful for network infrastructures in dealing with demand variations triggered by mobile users. However, the frequency of those reconfigurations is crucial to the success of such a solution. Faster reconfigurations tend to quicker converge their resources to a stable level that is suitable for their users’ demand. Slices that quickly balance their resources provide lower and more stable latency to their users Ver menos