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Type: Tese
Title: UBUNYE: um serviço de orquestração mec baseado em qoe, qos e classificação de serviços usando algoritmo de leilão e aprendizado de máquina
Title in English: UBUNYE: a mec orchestration service based in qoe, qos and service classification using auction algorithms and machine learning
Authors: Maciel, Kilbert Amorim
Advisor: Rocha, Atslands Rego da
Keywords in Brazilian Portuguese : Experiência do usuário;Computação em borda - Controle de qualidade;Serviço de Orquestração - Controle de qualidade;Aprendizado do computador
Keywords in English : User experience;Edge computing - Quality control;Orchestration service - Quality control;Machine learning
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Issue Date: 2025
Citation: MACIEL, KILBERT Amorim. UBUNYE: um serviço de orquestração mec baseado em qoe, qos e classificação de serviços usando algoritmo de leilão e aprendizado de máquina. 2025. 100 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Abstract in Brazilian Portuguese: A crescente adoção de dispositivos e aplicações no contexto de cidades inteligentes levou a uma demanda significativa por serviços em nuvem, em que a latência e a largura de banda desempenham um papel crucial na formação da percepção dos usuários quanto à qualidade do serviço de rede. No entanto, o uso de serviços em nuvem com a qualidade desejada nem sempre está disponível para todos os usuários. Além disso, a cobertura de rede desigual em áreas urbanas e rurais criou "desertos digitais", caracterizados pela falta de recursos de conectividade, tornando ainda mais desafiador o acesso aos serviços em nuvem. Nesse cenário, a computação em borda surge como uma alternativa promissora para o fornecimento de serviços no contexto de cidades inteligentes. A computação em borda aproveita o processamento de dados na fonte ou em dispositivos próximos a ela, em vez de enviá-los para a nuvem para processamento, o que traz várias vantagens, como latência reduzida e menor uso de largura de banda. Neste trabalho, aborda-se a necessidade de garantir, de forma direta, os requisitos de qualidade de serviço (QoS), com impacto indireto na qualidade de serviço (QoE), de modo consistente em ambientes de rede dinâmicos, especialmente em regiões remotas com infraestrutura limitada. Para isso, é proposto um serviço de orquestração chamado Ubunye, que opera na borda da rede e realiza a seleção do nó de borda mais adequado para atender a uma determinada solicitação de aplicação e, ao mesmo tempo, satisfazer os requisitos de QoS com impacto indireto em QoE. O Ubunye é baseado em um algoritmo de leilão e considera fatores como latência e largura de banda disponíveis ao selecionar um nó para executar o serviço solicitado. Para classificação de serviços com base nos requisitos das aplicações, o Ubunye também inclui um sistema de classificação de serviços com base em técnicas de aprendizado de máquina. O nó de borda ideal é escolhido por meio de uma avaliação multifacetada, que inclui a carga atual da CPU, a disponibilidade de memória e outros parâmetros relevantes. Os resultados dos experimentos mostraram que o Ubunye orquestra com eficiência os recursos na borda da rede, aprimorando a QoS para serviços que exigem baixa latência e alta largura de banda, afetando indiretamente a QoE. Os resultados mostram que o Ubunye apresentou uma melhoria superior a 20\% em largura de banda em comparação aos algoritmos clássicos de alocação de recursos (\textit{First Fit, Round Robin}) e de leilão duplo (\textit{Double Price Double Auction}, DPDA).
Abstract: The growing adoption of devices and applications in the context of smart cities has led to a significant demand for cloud services, where latency and bandwidth play a crucial role in shaping users' perceptions of network service quality. However, not all users have access to cloud services of the desired level of quality. In addition, uneven network coverage between urban and rural areas has created ``digital deserts'', which are characterized by a lack of connectivity resources, making access to cloud services even more challenging. In this context, edge computing has emerged as a promising alternative for providing services in smart cities. Edge computing leverages data processing at the source or on devices near it, rather than relying exclusively on cloud processing. This approach offers several advantages, such as reduced latency and lower bandwidth consumption. This work addresses the need to directly guarantee Quality of Service (QoS) requirements, with indirect effects on Quality of Experience (QoE), in a consistent manner within dynamic network environments, particularly in remote regions with limited infrastructure. To this end, we propose an orchestration service called Ubunye, which operates at the network edge and selects the most suitable edge node to serve a given application request while satisfying QoS requirements, with indirect impact on QoE. Ubunye is based on an auction-based algorithm and considers factors such as latency and available bandwidth when selecting a node to execute the requested service. To support service differentiation according to application requirements, Ubunye also incorporates a service classification mechanism based on machine learning techniques. We determined the optimal edge node through a multifaceted evaluation that includes current CPU load, memory availability, and other relevant system parameters. Experimental results demonstrate that Ubunye efficiently orchestrates resources at the network edge, improving QoS for services that require low latency and high bandwidth, with indirect positive effects on QoE. The results show that Ubunye achieves more than a 20\% improvement in available bandwidth compared to classical resource allocation algorithms (First Fit and Round Robin) and a double auction-based approach (Double Price Double Auction -- DPDA).
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84462
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7374-2847
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7190292273924843
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3272159643458627
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DETE - Teses defendidas na UFC

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