Elias Procópio Duarte Jr.

Universidade Federal do Paraná | UFPR · Department of Informatics

Algoritmos de consenso distribuído são essenciais para sistemas de armazenamento, bancos de dados, controle de acesso e orquestração de aplicações em nuvem. Este trabalho apresenta uma estratégia para melhorar a vazão do algoritmo HyperPaxos em termos de decisões por segundo. O algoritmo HyperPaxos é uma versão hierárquica de um dos principais algo...

Atomic Broadcast is an essential broadcast primitive as it ensures the consistency of distributed replicas. However, it is notoriously non-scalable. In this work, we introduce the Leaderless Hierarchical Atomic Broadcast (LHABcast) algorithm, which has two properties to improve scalability. First, it is a fully decentralized algorithm that does not...

Reliable systems require effective monitoring techniques for fault identification. System-level diagnosis was originally proposed in the 1960s as a test-based approach to monitor and identify faulty components of a general system. Over the last decades, several diagnosis models and strategies have been proposed, based on different fault models, and...

One of the major challenges of the Network Functions Virtualization paradigm is to properly deploy functions and services across the network. In particular, current solutions for multi-datacenter service mapping present several restrictions in terms of the choice of optimization models and metrics. This lack of flexibility ultimately leads to sub-o...

Novel networking technologies such as massive Internet-of-Things and 6G-and-beyond cellular networks are based on ultra-dense wireless communications. A wireless communication channel is a shared medium that demands access control, such as proper transmission scheduling. The SINR model can improve the performance of ultra-dense wireless networks by...

Novel wireless networking technologies such as massive Internet-of-Things and 5G-and-beyond cellular networks are becoming increasingly denser. The SINR model can improve the performance of dense wireless networks by taking into consideration the effects of interference to allow multiple simultaneous transmissions in the same coverage area. However...

One of the challenges of the Network Functions Virtualization (NFV) paradigm is to deploy virtualized network functions and services efficiently. In particular, current solutions for multi-domain service mapping present several restrictions regarding the choice of optimization models and metrics. This lack of flexibility ultimately leads to sub-opt...

O vCube é uma topologia virtual que se constitui a partir de um conjunto de n processos, que formam um hipercubo quando n é uma potência de 2 e todos os processos são corretos. Na medida em que processos falham e se recuperam, o vCube se reorganiza mantendo diversas propriedades logarítmicas. Este trabalho apresenta nossos esforços para definir um...

Serviços virtualizados de rede podem ser construídos através da combinação de múltiplas VNFs (Virtualized Network Functions) conectadas em uma ordem predefinida, denominada de SFC (Service Function Chain). A IETF define uma arquitetura padronizada para SFCs, baseada em elementos de classificação e de encaminhamento. Considerando que diversos serviç...

Este trabalho apresenta uma solução para a detecção de falhas em sistemas distribuídos assíncronos. Qualquer par de processos do sistema pode executar testes mutuamente entre si, mas o grafo de testes é mantido com base na topologia virtual vCube. Dada a propriedade de não haver limites para o tempo de execução dos processos e do atraso de comunica...

Algoritmos de consenso distribuído são essenciais para sistemas de armazenamento, bancos de dados, controle de acesso e orquestração de aplicações em nuvem. Este trabalho apresenta uma estratégia para melhorar a vazão do algoritmo HyperPaxos em termos de decisões por segundo. O algoritmo HyperPaxos é uma versão hierárquica de um dos principais algo...

O consenso é um problema fundamental de sistemas distribuídos. Neste trabalho é proposto o algoritmo HyperPaxos, uma versão hierárquica de um dos principais algoritmos de consenso, o Paxos. O HyperPaxos é baseado na topologia virtual hierárquica vCube, que apresenta diversas propriedades logarítmicas. O HyperPaxos organiza os acceptors em clusters...

Este trabalho apresenta a blockchain permissionada vCubeChain, que é escalável por definição, sendo baseada na topologia distribuída dinâmica vCube. O vCube é um detector de falhas que conecta um conjunto de n processos corretos em uma topologia virtual hierárquica, que é um hipercubo quando todos os processos estão corretos. Quando os processos fa...

One of the major challenges of the Network Functions Virtualization (NFV) paradigm is to properly deploy functions and services across the network. In particular, current solutions for multi-domain service mapping present several restrictions in terms of the choice of optimization models and metrics. This lack of flexibility ultimately leads to sub...

The Open Radio Access Network (O-RAN) Alliance is opening up traditionally closed RAN elements by defining a new open communication interface (E2) that allows the behavior of a RAN element to be customized and controlled in real time. The RAN Intelligent Controller (RIC for short) is a platform for implementing RAN control functions as microservice...

The Radio Access Network (RAN) is the segment of cellular networks that provides wireless connectivity to end-users. O-RAN Alliance has been transforming the RAN industry by proposing open RAN specifications and the programmable Non-Real-Time and Near-Real-Time RAN Intelligent Controllers (Non-RT RIC and Near-RT RIC). Both RICs provide platforms fo...

The Network Function Virtualization (NFV) paradigm aims to decouple network functions from dedicated hardware, employing virtualization technologies to implement functions in software. The NFV reference architecture has been widely adopted. This architecture, in turn, is composed of three domains: Virtualized Infrastructure (VI), NFV Management and...

Network Functions Virtualization (NFV) allows the implementation in software of middleboxes traditionally available as specialized hardware. Network services can be implemented as SFCs (Service Function Chains) based on virtualization technologies that run on commodity hardware. Although most virtualized functions have classic mid-dlebox functional...

Network Functions Virtualization (NFV) allows the implementation in software of middleboxes traditionally available as specialized hardware. Network services can be implemented as SFCs (Service Function Chains) based onvirtualization technologies that run on commodity hardware. Although most virtualized functions have classic middlebox functionalit...

Reliable systems require effective monitoring techniques for fault identification. System-level diagnosis was originally proposed in the 1960s as a test-based approach to monitor and identify faulty components of a general system. Over the last decades, several diagnosis models and strategies have been proposed, based on different fault models, and...

A expansão sem precedentes das redes levou a um extraordinário aumento do tráfego. A engenharia de tráfego consiste de mecanismos relacionados ao monitoramento, caracterização, modelagem e controle do tráfego, visando garantir o bom desempenho da rede. Este trabalho descreve a ferramenta NFV-TE para geração de funções virtuais de rede para engenhar...

A comunicação sem fio é hoje utilizada em larga escala. Novos avanços da tecnologia, como redes celulares 6G e Internet das coisas tendem a trazer ainda maior destaque e novos desafios, como densidades cada vez maiores. Um canal de comunicação sem fio é um meio compartilhado, que tem como um dos maiores desafios a interferência causada por transmis...

O monitoramento de sistemas computacionais para a identificação de falhas é essencial para a construção de sistemas confiáveis. O diagnóstico em nível de sistema foi proposto inicialmente nos anos 1960 como uma abordagem baseada em testes para o monitoramento e identificação de componentes falhos. Ao longo dos últimas décadas, diversos modelos e es...

Este trabalho apresenta um simulador para redes sem fio sob o modelo SINR. O modelo SINR considera os efeitos da propagação do sinal (perda de percurso), a existência de ruído de fundo e, principalmente, a interferência entre múltiplos sinais. A ferramenta proposta foi implementada sobre o framework INET e o simulador OMNeT++. São apresentados no a...

Network Function Virtualization (NFV) has the potential to change the way in which network cores are built and managed. The NFV-MANO architecture has been widely used by NFV platforms. These platforms use several enablers-including cloud platforms. In this respect, the predominance of the OpenStack platform is notable. This work proposes Vines, the...

A difusão de mensagens é uma das abstrações mais poderosas de sistemas distribuídos, permitindo que uma mensagem seja transmitida de um para todos os processos do sistema, sendo necessária para a execução de diversos tipos de tarefas e aplicações. Esse trabalho apresenta o algoritmo SmartGossip, para a difusão probabilística e inteligente de mensag...

A arquitetura para serviços virtuais de rede da IETF define Service Function Chains (SFCs) como composições de múltiplas Virtualized Network Functions (VNFs). As SFCs são baseadas em componentes para o encaminhamento de tráfego, principalmente os classificadores Service Classifiers (SCs) e encaminhadores Service Function Forwarders (SFFs) de tráfeg...

The principle of Network Neutrality (NN) has been debated around the world for nearly two decades. NN states that all traffic in the Internet must be treated equally, regardless of content, origin and/or destination. The main motivation for this principle is to protect fair competition, innovation, and ensure freedom of choice for consumers. The gl...

Stream distribution is one of the key applications of the current Internet. As the number of users increases, the amount of bandwidth required at the streaming source server can become a bottleneck. Using peer-to-peer networks for content distribution is a realistic approach to avoid network traffic concentration and, at the same time, requires wea...

The worldwide debate over Network Neutrality (NN) has been raging on for nearly two decades. According to NN principles, all traffic in the Internet must be treated with impartiality. In particular, unfair Traffic Differentiation (TD) is not allowed. Several strategies have been proposed for detecting TD, but locating the source of TD is still an u...

O paradigma NFV (Network Functions Virtualization) tem o potencial de revolucionar a forma como os núcleos das redes são construídos e gerenciados. A arquitetura NFV-MANO tem sido amplamente empregada pelas plataformas NFV. Estas plataformas utilizam diversos facilitadores - incluindo plataformas de nuvem. Neste aspecto, é notável a predominância d...

The development of efficient management solutions is a fundamental step towards the broad adoption of Network Function Virtualization (NFV) technology. The Element Management System (EMS) is a key component of the NFV reference management architecture defined by the European Telecommunications Standards Institute-ETSI. The EMS actuates directly on...

Este trabalho apresenta um algoritmo hierárquico de difusão atômica sem-líder com acordo no destino, i.e. a ordem de entrega das mensagens é defi-nida pelos processos destinatários. O algoritmo é totalmente descentralizado e todos os processos transmitem suas mensagens concorrentemente. Os processos utilizam árvores de difusão construídas através d...

A Virtualização de Funções de Rede (Network Function Virtualization - NFV) permite a substituição de funções de rede tradicionalmente implementadas em hardware dedicado por software. Apesar de que a maioria das VNFs implementa funcionalidades de middleboxes clássicas, como firewall ou detector de intrusão, a tecnologia NFV pode ser utilizada para d...

A Virtualização de Funções de Rede (NFV) permite a implementação em software de serviços diversos que executam no núcleo da rede. Serviços complexos podem ser formados a partir da composição de múltiplas VNFs (Virtual Network Functions) em SFCs (Service Function Chains). É imprescindível garantir a confiabilidade destes serviços, uma vez que eles s...

Por considerar os efeitos da interferência cumulativa na recepção do sinal pelos diversos dispositivos conectados a uma rede sem fio, o modelo SINR (Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) tem ganhado destaque. O modelo permite o reuso espacial, que possibilita a comunicação concorrente de múltiplos dispositivos na mesma área de alcance. A estraté...

A O-RAN (Open Radio Access Network) Alliance está definindo uma nova interface de comunicação (E2) de código aberto para customizar e controlar o comportamento da RAN. A plataforma RIC (RAN Intelligent Controller) permite implementar funções de controle da RAN por meio de microsserviços chamados xApps. Este trabalho descreve uma estratégia de toler...

Network Functions Virtualization (NFV) promotes a paradigm shift in the core network, by enabling the execution of network functions on a virtualized software plane instead of on dedicated hardware. Despite its benefits, NFV introduces new challenges, of which we highlight those related to the deployment of virtualized network services. Current NFV...

O Paxos está entre os mais importantes algoritmos de consenso, que permite que um conjunto de processos chegue em um acordo sobre um determinado valor proposto. Este trabalho propõe uma implementação hierárquica de uma instância do Paxos, na qual n processos acceptors estão organizados em uma topologia virtual denominada VCube. Um processo proposer...

A arquitetura de referência NFV-MANO (NFV - Management and Orchestration) consiste de um conjunto de especificações relacionadas ao gerenciamento do ciclo de vida e orquestração de VNFs (Virtualized Network Functions). Curiosamente, boa parte dos esforços de desenvolvimento em NFV (Network Function Virtualization) são focados na plataforma de nuvem...

A implantação de serviços de rede é um dos principais tarefas do paradigma de Virtualização de Funções de Rede (Network Function Virtualization - NFV). As soluções de mapeamento multi-domínio existentes apresentam diversas restrições em termos do modelos de otimização e métricas de avaliação que adotam. Essa inflexibilidade leva, em última instânci...

A virtualização vem revolucionando a forma como as redes são construídas e gerenciadas. Em especial, funções de rede implementadas em hardware dedicado podem ser substituídas por Virtual Network Functions (VNFs), obtidas inclusive em marketplaces na Internet. Entretanto, é inquestionável que as VNFs apresentam maior susceptibilidade a falhas. Este...

Serviços de streaming de vídeo são frequentemente baseados em nuvens computacionais. Tendo em vista o aumento dos dispositivos móveis acessando este tipo de conteúdo, para garantir a qualidade de serviço requerida, é importante fazer uso de caches na borda da rede. Na medida em que as caches aproximam o conteúdo do usuário final, provocam uma reduç...

NAT traversal techniques allow processes with private, non-routable IP addresses to communicate with other processes outside the network secured limits. Techniques such as UDP Hole Punching have been standardized by the IETF, and using tunnels based on those techniques it is easy to allow application processes on top of any transport protocol, incl...

Video streaming has become increasingly popular in the Internet. Frequently, video transmissions are based on peer‐to‐peer networks, in which peers running on end‐user hosts transmit data among themselves. An important security vulnerability of this strategy is that content can be easily altered by malicious users. Thus, it becomes essential to dia...

Software‐defined networks (SDN) usually rely on a centralized controller, which has limited availability and scalability by definition. Although a solution is to employ a distributed control plane, the main issue with this approach is how to maintain the consistency among multiple controllers. Consistency should be achieved with as low impact on ne...

A cut tree is a combinatorial structure that represents the edge-connectivity between all pairs of nodes of an undirected graph. Cut trees have multiple applications in dependability, as they represent how much it takes to disconnect every pair of network nodes. They have been used for solving connectivity problems, routing, and in the analysis of...

Network Function Virtualization (NFV) relies on virtualization technologies to allow the implementation of middleboxes in software that is executed on commercial off-the-shelf hardware. Multiple Virtual Network Functions (VNFs) can be combined to form arbitrary network services. The term service topology has been freely employed by both major NFV r...

Although Network Function Virtualization (NFV) has multiple advantages in comparison with traditional hardware middleboxes, there are still many open problems. Some of the major challenges are related to the service deployment process (composition, embedding, and scheduling). In particular, current solutions for network service composition are limi...

Massively Multiplayer Online Game (MMOG) players maintain consistent views of the positions of each other by periodically exchanging messages. Besides the fact that these messages can suffer delays that cause rendering inconsistencies, they also represent an overhead on the network. This overhead can be significant, as the number of MMOG players is...

BackStreamDB is distributed traffic monitoring system based on a stream processing engine (SPE) designed to monitor the traffic of wide area backbones. BackStreamDB provides arbitrary metrics about the traffic in real time, taking into account the backbone as a whole. The system was developed for and successfully deployed on the Brazilian National...

The proper execution of Virtualized Network Functions (VNFs) depends on the employment of platforms specifically created to fulfill multiple Network Function Virtualization (NFV) requirements (e.g., performance, integration, and management). However, existing VNF platforms implement different architectures, thus resulting in proprietary or limited...

Network Functions Virtualization (NFV) presents several advantages over traditional network architectures, such as flexibility, security, and reduced CAPEX/OPEX. In traditional middleboxes, network functions are usually executed on specialized hardware (e.g., firewall, DPI). Virtual Network Functions (VNFs) on the other hand, are executed on commod...

Network Functions Virtualisation (NFV) presents several advantages over traditional network architectures, such as flexibility, security, and reduced CAPEX/OPEX. In traditional middleboxes, network functions are usually executed on specialised hardware (e.g., firewall, DPI). Virtual Network Functions (VNFs) on the other hand, are executed on commod...

The proper execution and management of heterogeneous Virtualized Network Functions (VNFs) relies on the employment of efficient and comprehensive VNF platforms. However, current systems are developed without following any standardized reference architecture, thus leading to proprietary and monolithic solutions. Furthermore, those platforms lack sup...

O algoritmo de ordenação paralelo Quickmerge combina a estratégia do algoritmo Quicksort com operações de fusão de subconjuntos criados a partir de elementos chaves, chamados pivôs. Duas versões do algoritmo Quickmerge que executam sobre o hipercubo foram encontradas na literatura, porém nenhuma considera falhas de processos. Este trabalho apresent...

In this work we describe FT-Aurora, a highly available IaaS (Infrastructure as a Service) cloud manager that allows cloud resources to be accessed even if the manager itself crashes. FT-Aurora provides flexible and efficient resource management by supporting network programmability. FT-Aurora is based on clusters of cloud managers running on multip...

A Virtualização de Funções de Rede oferece uma alternativa flexível para projetar e gerenciar serviços de rede. Neste trabalho foi proposta a arquitetura de um VNF Manager (VNFM) para o gerenciamento do ciclo de vida de VNFs. O VNFM simplifica as operações de gerência e permite a interoperabilidade entre plataformas NFV. A segunda contribuição prop...

O Bitonic Sort executa a ordenação através de operações de divisão e mesclagem de sequências bitônicas. Uma sequência é dita bitônica se seus elementos crescem e decrescem a partir de algum ponto. Apesar de muitas variantes do algoritmo encontradas na literatura, não se conhece uma implementação paralela capaz de tolerar falhas de processos em temp...

Um dos principais desafios do paradigma de Virtualização de Funções de Rede reside na implantação de serviços virtualizados (composição, integração e execução). Em especial, a composição de cadeias de função de serviço é atualmente realizada por soluções estáticas e não personalizáveis em relação aos seus comportamentos operacionais e métricas de a...

A arquitetura NFV-MANO, amplamente adotada por soluções NFV (Network Function Virtualization) inclui o elemento NFVO (NFV Orchestrator) para apoiar a orquestração de SFC (Service Function Chaining). Este trabalho propõe uma estratégia para a orquestração de Multi-SFCs: SFCs distribuídas sobre múltiplas nuvens, possivelmente em múltiplos domínios, o...

A neutralidade da rede preconiza uma rede sem discriminação de tráfego, independente de origem, destino e ou conteúdo. Apesar de existirem diversas soluções para a detecção de diferenciação de tráfego (DT), há uma lacuna em termos da localização efetiva do ponto da rede onde a DT ocorre. Neste trabalho, propomos uma solução para a detecção e locali...

The emergence of NFV has drawn the attention of academia, standardization bodies, and industry, because of the possibility of reducing capital and operational costs while introducing innovation in computer networks. To enable developers to independently publish and distribute VNFs, marketplaces akin to online application stores are essential. Resea...

High-performance computing systems run applications that can take several hours to execute and have to deal with the occurrence of a potentially large number of faults. Most of the existing fault-tolerant strategies for these systems assume crash faults that are permanent events are easily detected. This is not the case in several real systems, in...