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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43979
Tipo: Tese
Título: Diferenciação de serviços em Redes de Dados Nomeados: novas perspectivas através da semântica de nomeação, do cache e da manutenção de estados.
Título(s) alternativo(s): Service differentiation in Named Data Networks: new perspectives through naming semantics, caching, and state maintenance.
Autor(es): Araújo, Francisco Renato Cavalcante
Primeiro Orientador: Sampaio, Leobino Nascimento
metadata.dc.contributor.referee1: Sampaio, Leobino Nascimento
metadata.dc.contributor.referee2: Mendes, Paulo Milheiro
metadata.dc.contributor.referee3: Monteiro, José Augusto Suruagy
metadata.dc.contributor.referee4: Mansilha, Rodrigo Brandão
metadata.dc.contributor.referee5: Santos, Bruno Pereira dos
Resumo: O aumento acelerado de aplicações e serviços na Internet, com requisitos heterogêneos, exige mecanismos de diferenciação de serviços mais eficientes do que aqueles oferecidos pelas redes IP tradicionais. Nesse contexto, as Redes de Dados Nomeados (do inglês, Named Data Networking (NDN)) surgem como uma alternativa promissora para atender ao modelo de comunicação atual. A NDN propõe uma mudança de paradigma em relação ao modelo tradicional orientado a endereços IP, priorizando o acesso ao conteúdo pelo nome em vez da localização e oferecendo características como cache na rede, encaminhamento com estado e segurança a nível de pacotes, capazes de suportar um gerenciamento de recursos mais sofisticado. Apesar de seus benefícios, a NDN, por padrão, não implementa mecanismos de diferenciação de serviços, tratando todo o tráfego de forma indistinta, o que limita o suporte a aplicações com diferentes demandas de Qualidade de Serviço (QoS). Além disso, a eficiência do cache, presente no caminho das requisições, e das estratégias de encaminhamento convencionais pode ser comprometida em cenários dinâmicos e de alta competição por recursos. Esta tese propõe um conjunto de mecanismos adaptativos para o provisionamento de QoS em NDN, baseado na integração entre semântica de nomeação, gerenciamento de cache e manutenção de estados de rede, com foco na diferenciação de serviços. Os trabalhos desenvolvidos incluem: mecanismo de encaminhamento cooperativo e adaptativo de controle de tráfego, baseado no estado de encaminhamento, para mitigação da inundação de requisições em NDN sem fio; mecanismo de cache oportunístico e cooperativo para o suporte à mobilidade de produtores de conteúdo; mecanismo de balanceamento de carga dinâmico e centrado no conteúdo, promovendo a distribuição eficiente do tráfego e a entrega diferenciada de conteúdo; e uma abordagem integrada de mecanismos de diferenciação de serviços, combinando semântica de nomeação e gerenciamento de cache para melhorar o provisionamento de QoS e o desempenho de aplicações heterogêneas. A tese projeta, implementa e avalia estes mecanismos por meio de simulações no ndnSIM, considerando diferentes topologias e cenários de rede, incluindo redes móveis e cabeadas. Os mecanismos propostos exploraram diversos componentes da pilha NDN, como nomeação, cache e encaminhamento. Dessa forma, a tese apresenta novas perspectivas para a diferenciação de serviços em NDN, demonstrando que a integração entre os diferentes componentes tem potencial para provisionar QoS de forma mais eficiente, oferecendo suporte a aplicações heterogêneas. O trabalho estabelece fundamentos conceituais e mecanismos práticos que podem guiar futuras pesquisas nessa temática.
Abstract: The accelerated growth of applications and services on the Internet, with heterogeneous requirements, demands more efficient service differentiation mechanisms than those offered by traditional IP networks. In this context, Named Data Networking (NDN) emerges as a promising alternative to meet the needs of the current communication model. NDN introduces a paradigm shift from the traditional IP address-oriented architecture by prioritizing content access by name rather than by location, and by offering features such as in-network caching, stateful forwarding, and packet-level security—capabilities that enable more sophisticated resource management. Despite its benefits, NDN by default does not implement service differentiation mechanisms, treating all traffic uniformly, which limits support for applications with distinct Quality of Service (QoS) requirements. Furthermore, the efficiency of on-path caching and conventional forwarding strategies can be compromised in dynamic environments with high competition for resources. This thesis proposes a set of adaptive mechanisms for QoS provisioning in NDN, based on the integration of naming semantics, cache management, and forwarding state maintenance, focusing on service differentiation. The developed works include: a cooperative and adaptive forwarding mechanism for traffic control based on forwarding state to mitigate interest packets flooding in wireless NDN; an opportunistic and cooperative caching mechanism to support producer mobility; a dynamic, content-centric load-balancing mechanism that promotes efficient traffic distribution and differentiated content delivery; and an integrated approach that combines naming semantics and cache management to enhance QoS provisioning and the performance of heterogeneous applications. The proposed mechanisms are designed, implemented, and evaluated through simulations using ndnSIM, considering different network topologies and scenarios, including both mobile and wired networks. These mechanisms explore several components of the NDN stack, such as naming, caching, and forwarding. In this way, the thesis presents new perspectives for service differentiation in NDN, demonstrating that the integration among different components has the potential to provide QoS more efficiently and to support heterogeneous applications. This work establishes conceptual foundations and practical mechanisms that can guide future research in this field.
Palavras-chave: Redes de dados nomeados
Diferenciação de serviços
Qualidade de serviço
Cache
Encaminhamento
Computação
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Computação - IC
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PGCOMP) 
Citação: ARAÚJO, Francisco Renato Cavalcante. Diferenciação de serviços em redes de dados nomeados: novas perspectivas através da semântica de nomeação, do cache e da manutenção de estados. 2025. 160 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Instituto de Computação, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43979
Data do documento: 16-Dez-2025
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