00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
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Tipo: Dissertação
Título: An information-theoretic approach of network structure and dynamics
Título(s) alternativo(s): Uma abordagem de teoria da informação para estrutura e dinâmica de redes
Autor(es): Freitas, Cristopher Gabriel de Sousa
Primeiro Orientador: Aquino, André Luiz Lins de
metadata.dc.contributor.referee1: Pinheiro, Rian Gabriel Santos
metadata.dc.contributor.referee2: Queiroz, Fabiane da Silva
Resumo: As redes modernas estão enfrentando os maiores desafios nos últimos anos. A vida está mudando e a Internet se tornou um dos serviços essenciais, como energia, saúde, serviços bancários. A Internet abriu informações globais e, hoje em dia, uma rede estável e eficiente é um direito e um requisito global. As redes legadas herdaram muitos conceitos e infraestrutura das redes de comuta ̧c ̃ao de circuitos, com um design inflexível que depende principalmente do hardware. Outro aspecto crítico da rede ́e a depuração, o que requer pessoal especializado com software projetado adequadamente. Por essas razões - e atual aumento de demanda - os Provedores de Serviços de Internet estão lidando com desafios que exigem inovação e estratégias científicas. Esse cenário levou a novos paradigmas, como redes definidas por software (SDNs) para resolver a maioria dos problemas atuais, trazendo a lógica de rede do design de hardware ao desenvolvimento de software e virtualização. O surgimento de SDNs atraiu a atenção de cientistas e engenheiros de rede para novos caminhos. A Internet é o sistema distribuído mais extenso e depende de dispositivos distribuídos que se comunicam com eficiência por meio de protocolos. Uma rede de computadores é uma coleção sofisticada de dispositivos de rede e sistemas finais. As SDNs permitem uma visão centralizada e agnóstica de protocolo e controle flexível da rede, favorecendo o desenvolvimento de novas estratégias que não são alcançáveis em redes IP legadas. Neste trabalho, estudamos dois aspectos principais das redes de computadores: estrutura e dinâmica. Ao compreender as características da rede e ao modelar seus processos dinâmicos, podemos descobrir como a estrutura e a dinâmica da rede afetam sua robustez. Para alcançar esse entendimento, propomos o uso de quantificadores da teoria da informação para caracterização de redes. Para topologia de rede, apresentamos a Medida de Informa ̧c ̃ao de Fisher para quantificar as características da rede, usando juntamente com a Entropia da Rede em uma representação bidimensional que nos permite identificar se uma rede está mais próxima de uma topologia aleatória, small-world ou scale-free. Avaliamos as séries temporais de tráfego usando a Entropia de Permutação Normalizada e a Complexidade Estatística para tráfego de rede. Observamos que os modelos de geração de tráfego baseados em distribuições de cauda pesada não podem reproduzir a dinâmica real do tráfego. Acreditamos que esse entendimento por meio de quantificadores da teoria da informa ̧c ̃ao pode ajudar a desenvolver soluções de gerenciamento de falhas e automação de rede. Em vez de focar na enorme quantidade de dados disponíveis para as redes, podemos observar como os quantificadores descrevem o comportamento da rede.
Abstract: Modern networks are facing the most challenges in recent years. Life is changing, and the Internet became one of the essential services such as power, healthcare, banking. The Internet has opened global information, and nowadays, a stable and efficient network is a global right and requirement. Legacy networks inherited many concepts and infrastructure from circuit-switching networks, with inflexible design relying most on hardware. Another critical aspect of networking is debugging it, which requires specialized personnel with properly designed software. For these reasons – and currently increasing demand – Internet Service Providers are dealing with challenges that require innovation and scientific strategies. This scenario led to new paradigms such as software-defined networks (SDNs) to address most of the current issues by bringing the network logic from hardware design to software development and virtualization. The emergence of SDNs has drawn the attention of network scientists and engineers to new roads. The Internet is the most extensive distributed system, and it relies upon distributed devices communicating efficiently through protocols. A computer network is a sophisticated collection of network devices and end-systems. SDNs allow a protocolagnostic, centralized view, and flexible control of the network, favoring the development of new strategies that are not achievable into legacy IP networks. In this work, we study two main aspects of computer networks: structure and dynamics. By understanding the network characteristics and modeling its dynamical processes, we can uncover how network structure and dynamics affect its robustness. To achieve this understanding, we propose the usage of information-theory quantifiers for network characterization. For network topology, we introduce the Fisher Information Measure for quantifying the network characteristics, using alongside the Network Entropy in a bi-dimensional representation that allows us to identify if a network is closer to a random, small-world or scale-free topology.
Palavras-chave: Redes de computadores
Teoria da informação
Redes complexas
Software-defined Networks
Information theory
Complex network
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional de Conhecimento
Citação: FREITAS, Cristopher Gabriel de Sousa. An information-theoretic of network structure and dynamics. 2020. 44 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional do Conhecimento) - Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/7465
Data do documento: 26-out-2020
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