Aplicação 1 - Distribuição de Conteúdos com Cache de Rede

A distribuição de conteúdo é uma das principais aplicações da Internet atual e surgiu para permitir o acesso ao conteúdo por seus nomes, independentemente da localização. Cache de rede, replicação de conteúdo, roteamento / encaminhamento baseado em nomes de conteúdos (e não endereços de máquinas) e distribuição eficiente de conteúdo são os principais requisitos nas arquiteturas contemporâneas, incluindo 5G, Internet das coisas e Internet do futuro. Neste aplicação da NovaGenesis, integramos rede centrada em informações, arquitetura orientada a serviços, orquestração rica em significados (semântica) e divisão de identificador / localizador para fornecer distribuição de conteúdo segura e eficiente. Para comprovar os conceitos por trás de nossa solução integrada, também projetamos e implementamos um aplicativo de gerenciamento de conteúdo distribuído e orientado por políticas. Trata-se do aplicativo ContentApp. Ele permite distribuir fotos .jpg pelo nome entre muitas fontes e repositórios, via cache de rede. Fotos transferidas para o cache de rede alimentam a entrega para vários repositórios. É uma aplicação semelhante ao Google Fotos, só que com um cache intermediário.

Aplicação 2 - Resolução de Nomes em Escala

A nomeação (denotar entidades pelo nome) e a resolução de nomes têm papéis fundamentais nas arquiteturas atuais e futuras da Internet. Na Internet contemporânea, muitas limitações e problemas nesta área são bem conhecidos, incluindo o número limitado de espaços de nomeação, a semântica sobrecarregada de endereços IP e nomes de domínio, o uso de nomes de camada de rede em níveis superiores da arquitetura e os recursos limitados de resolução de nomes do DNS. Mais recentemente, a rede centrada em informações (ICN) e a divisão de identificador / localizador surgiram como abordagens importantes para repensar a função dos nomes na Internet. Além disso, esquemas de nomes simples e serviços inovadores de resolução de nomes (NRS) estão sendo propostos para melhorar a eficiência e a procedência da distribuição de conteúdo. NovaGenesis disponibiliza um serviço novo, hierárquico, distribuído de resolução de nomes e cache de rede para oferecer suporte a qualquer combinação de linguagem plana ou hierárquica, natural ou autoverificada. Fornecemos uma contribuição científica para o problema de estruturação e resolução de nomes compostos por ligações entre qualquer tipo de nome em domínios hierárquicos autônomos. Uma aplicação de teste chamada NBTestApp permite aos usuários verificar o desempenho da NG na resolução de milhões de nomes em um domínio.

Aplicação 3 - Internet das Coisas do Futuro

A Internet das Coisas (IoT) tem desafiado profundamente a Internet atual e as arquiteturas emergentes, incluindo 5G e a Internet do futuro. Muitas limitações arquitetônicas, como segurança fraca, eficiência de distribuição de dados, proveniência e rastreabilidade de fontes, intervenção humana excessiva, falta de interoperabilidade e consciência de serviço na configuração de dispositivos, foram expostas com a chegada da IoT e chamaram a atenção da sociedade. Esta aplicação aborda essas limitações integrando adequadamente cinco estratégias: 1) troca, armazenamento e processamento de dados IoT eficientes por meio de rede centrada em informações (ICN); 2) composição de serviços de IoT com base em contrato; 3) controle / gerenciamento de software de dispositivos IoT de acordo com os requisitos de serviço; 4) nomenclatura e resolução do nome das entidades físicas e virtuais e autoorganização contextualizada; e 5) roteamento baseado em nome e cache de rede. Considerando o estado da arte atual, as principais contribuições desta aplicação podem ser resumidas da seguinte forma: proposta de uma nova arquitetura definida por serviço (SDA), em que as configurações dos dispositivos são reflexo das reais necessidades de serviço (dado por contratos estabelecidos); combinação de benefícios do ICN com serviços nomeados; e identificação perene de dispositivos, serviços e dados IoT usando nomenclatura autoverificável. Um protótipo de prova de conceito foi implementado em laboratório em condições reais, mas uma versão emulada em contêiner Docker está disponível Os resultados experimentais indicam um desempenho competitivo em termos de transferência de dados, memória e consumo de CPU. Uma aplicação que consome os dados vindos dos sensores foi desenvolvida e se chama IoTTestApp. Uma versão simplificada da NovaGenesis roda embarcada com o nome de EPGS. Essa aplicação demostra inúmeras características para a Internet das Coisas do Futuro.

Aplicação 4 - Navegação Web com NovaGenesis

A world wide web (WWW) é talvez a principal aplicação da Internet. Inventada por Sir Tim Berners-Lee em 1989, a web evoluiu muito desde a sua criação. As melhorias cobrem o modelo de comunicação cliente/servidor, as linguagens de programação, a dinâmica de formulários e aplicações, a diversidade de conteúdos e formatos, dentre muitos outros aspectos. Com o advento das chamadas propostas de Internet do futuro, muitos se perguntam: como ficará a web do futuro? Internet do futuro é o termo usado no meio acadêmico para denotar todos os projetos de evolução (ou revolução) da arquitetura da Internet. Alguns pesquisadores acreditam que a arquitetura da Internet do futuro será uma combinação de propostas evolucionárias, que continuam o processo de adaptação dos protocolos de Internet, tal qual o IPv6 (sem quebra de paradigma). Outros pesquisadores acreditam que as arquiteturas futuras de Internet serão folha em branco, quebrando os paradigmas atuais e implementando novas e revolucionárias propostas. Esta aplicação investiga um novo modelo para navegação WWW. A principal diferença é que ao invés de utilizarmos a arquitetura de protocolos da Internet atual, isto é o HTTP/TCP/IP, utilizamos a NovaGenesis. O modelo proposto utiliza nomes auto-certificáveis no lugar de hyperlinks HTTP. Ao invés do modelo cliente/servidor, utilizamos comunicação publica/assina. O conteúdo das páginas web é armazenado em caches temporários de rede, melhorando o desempenho da transferência de páginas web.

Aplicação 5 - Coexistência de Dispositivos de Internet das Coisas

Essa aplicação da NovaGenesis, integra, pela primeira vez na literatura, os seguintes ingredientes para lidar com o problema emergente de gerenciamento de espectro dinâmico (DSM) em redes heterogêneas de sensores e atuadores (WSANs), Internet das coisas (IoT) e Wi-Fi: (i) roteamento baseado em nomes para fornecer proveniência e acesso independente de localização para controle de dispositivos; (ii) armazenamento temporário de dados de controle para disseminação eficiente e coesa do controle, bem como comunicação assíncrona entre controladores de software e dispositivos; (iii) controle baseado em contrato para melhorar a confiabilidade das ações; (iv) configuração definida por serviço de dispositivos sem fio, aproximando suas configurações às necessidades reais de serviços. O trabalho é implementado usando a arquitetura NovaGenesis e uma prova de conceito é avaliada em um cenário real, demonstrando nossa abordagem para automatizar a otimização de canais de radiofrequência em redes Wi-Fi e IEEE 802.15.4 nas bandas de 2,4 GHz. Um sistema de rádio cognitivo integrado fornece as melhores indicações de canal de modo duplo para novos serviços DSM na NovaGenesis. Ao reconfigurar os dispositivos Wi-Fi / IoT para os melhores canais, a solução proposta mais do que dobra a vazão da rede, quando comparada ao caso de interferência mútua. Portanto, os ambientes equipados com a proposta proporcionam melhor desempenho aos seus usuários em um ambiente onde Wi-Fi convive com IoT. Um serviço de gerência de recursos de rádio foi desenvolvido e testado.

Aplicação 6 - Indústria 4.0 com NovaGenesis

O cenário industrial vem passando por grandes mudanças devido ao aumento exponencial na demanda de produção e a iniciativa de Indústria 4.0 (I4.0), propondo a digitalização das fábricas. Dentre as diversas tecnologias emergentes, destacam-se Industrial Internet of Things (IIoT) e Cyber-Physical System (CPS), tornando o uso da Internet em ambientes fabris uma marca dessa nova era industrial. Nesse contexto, pesquisadores estão desenvolvendo sistemas IIoT e CPSs capazes de virtualizar ativos de rede e integrálos a outros setores fabris e indústrias, garantindo a interoperabilidade entre diferentes arquiteturas. Devido às limitações da Internet atual e à necessidade de arquiteturas industriais avançadas para o suporte de tecnologias legadas e emergentes, esta aplicação tem como objetivo o uso da NovaGenesis (NG) para o desenvolvimento de um CPS em I4.0 baseado no Reference Architecture Model Industry (RAMI) 4.0. A metodologia de avaliação empregada foi baseada na realização de experimentos laboratoriais com equipamentos fornecidos pelo Inatel e na elaboração de testes relacionados à digitalização e ao monitoramento remoto de dados de dispositivos industriais em tempo real. Os resultados dos testes mostram a potencial viabilidade da utilização da arquitetura NG para desenvolver um Industrial Cyber-Physical System (ICPS) atendendo aos requisitos do modelo RAMI 4.0, combinando iniciativas de I4.0 e Internet do futuro para desenvolver um meio eficiente de digitalização de dispositivos em ambiente industrial.

Aplicação 7 - Rádio Cognitivo

Muitos requisitos de Internet das Coisas (IoT) já estão no centro das redes sem fio da próxima geração, incluindo 5G, rádio cognitivo e Internet do futuro. Há uma grande consiliência de que a maioria dos dispositivos da Internet se tornarão sensores e atuadores equipados sobre “coisas” comuns. Como consequência, o ambiente de rádio ficará cada vez mais lotado com milhares de dispositivos de baixo custo compartilhando as bandas de frequência não licenciadas. Esta aplicação trata de uma solução convergente da NovaGenesis e do rádio cognitivo no contexto da IoT. Ele propõe uma solução de sensoriamento de espectro cooperativa embutida e de baixo custo, que foi implementada experimentalmente. Além disso, apresentamos uma arquitetura de detecção de espectro com reconhecimento de setor controlado por software distribuído para armazenar e analisar as informações de uso do espectro. Finalmente, a abordagem proposta foi integrada a NovaGenesis. Uma prova de conceito foi realizada experimentalmente, demonstrando pela primeira vez a convergência de IoT, Internet do futuro e rádio cognitivo. Serviços NovaGenesis foram desenvolvidos para representar o GNU Radio (sensoriamento espectral), uma antena opticamente controlada e um gerente de recursos de rádio.

Aplicação 8 - NovaGenesis em 5G

O ritmo tecnológico exponencial gera vários efeitos nos atuais cenários de telecomunicações móveis, como a necessidade de aumentar as taxas de bits, conectividade de coisas, latências reduzidas e comunicação aprimorada em área rural (eRAC). Na 5ª geração das comunicações móveis (5G), a implantação de redes de acesso sem fio, em áreas remotas ou não, exigirá a tecnologia de satélite, que terá um papel importante ao lado das tecnologias terrestres. Esta aplicação da NovaGenesis tem como objetivo explorar essas demandas integrando diversos componentes híbridos terrestres / satélites em cenários para o ecossistema 5G, que são representativos dos desafios e caminhos possíveis para o 5G no Brasil. Nossa primeira hipótese é que o uso de cache de rede pode ser uma ótima estratégia para 5G em áreas remotas, principalmente para cenários que integram redes terrestres e não terrestres. Desde 3G, as redes de comunicação móvel foram fortemente integradas ao TCP / IP. No entanto, novas arquiteturas também surgem como uma alternativa ao status quo. Muitos deles apóiam o chamado conceito de rede centrada na informação. NovaGenesis é um deles. ICN pode ser uma alternativa importante para CDN em 5G ou mesmo 6G. Portanto, uma segunda hipótese é que o ICN pode ser aplicado para CDN no híbrido 5G com desempenho semelhante ou até melhor. Esta aplicação fornece uma avaliação de desempenho experimental de uma rede 5G terrestre / satélite híbrida que integra uma rede de distribuição de conteúdo (CDN) com cache de rede, um par de modems 5G de multiplexação por divisão de frequência generalizada, um satélite SES-14, um acelerador TCP e para testando nossas hipóteses sobre a NovaGenesis. Até onde sabemos, é a primeira avaliação experimental de CDN em 5G híbrido que compara TCP / IP com Internet do futuro. Os resultados obtidos mostram os benefícios do CDN 5G híbrido com cache de conteúdo local não apenas em TCP / IP, mas também em NovaGenesis.