Relatorio 3Volume Unico (2011)

Relatorio 3: Perspectivas e Desafios da Computacao emNuvem na Internet do Futuro

Markus Endler, Jose Viterbo e Hubert Fonseca

30 de abril de 2011

Perspectivas e Desafios da Computacao em Nuvem naInternet do Futuro

Markus Endler1, Jose Viterbo2 e Hubert Fonseca3

1 endler@inf.puc-rio.br, 2 viterbo@inf.puc-rio.br, 3 hubert@intelie.com.brDepartamento de Informatica

Pontifıcia Universidade Catolica do Rio de Janeiro (PUC-Rio)Rio de Janeiro, Brasil

Empresas e indivıduos vem cada vez mais migrando suas aplicacoes de computa-dores locais para servicos oferecidos remotamente atraves da Internet, utilizando oparadigma de computacao em nuvem, no qual recursos computacionais sao disponi-bilizados na forma de servicos e usados de acordo com a necessidade especıficado usuario. Este relatorio visa discutir os novos requisitos de infra-estrutura derede, middleware, aplicacoes e protocolos necessarios para dar suporte a utilizacaoda computacao em nuvem. Com esta finalidade, primeiramente, sao apresentados osprincipais termos e conceitos relativos a computacao em nuvem (Cloud Computing).Sao propostos alguns cenarios futuros. Alem disso, sao discutidos os projetos depesquisas que abordam tendencias promissoras nesta area. Finalmente, sao discuti-dos os novos requisitos de infraestrutura de rede para viabilizar um acesso integradoe ubıquo a servicos em nuvem e enumerados alguns setores nas quais a computacaoem nuvem devera oferecer oportunidades de pesquisa e desenvolvimento no paıs.

1 Introducao

O rapido desenvolvimento das tecnologias de processamento e armazenamento de dados e a cres-cente disseminacao do acesso a Internet vem tornando os recursos computacionais menos cus-tosos, mais potentes e disponıveis de forma ubıqua. Essas tendencias tecnologicas viabilizaramo surgimento de um novo paradigma de computacao denominado computacao em nuvem, noqual recursos, tais como capacidade de processamento, de armazenamento e de comunicacao,sao disponibilizados na forma de servicos e usados de acordo com a necessidade especıfica dousuario, que pode contrata-los atraves da Internet a medida em que se tornem necessarios, oulibera-los, quando deixam de se-lo [ZCB10].

Este novo paradigma tem o potencial para transformar uma grande parte da industria de tec-nologia da informacao e comunicacao (TIC), uma vez que os desenvolvedores com ideias in-ovadoras para novos servicos na Internet ja nao precisarao realizar elevados investimentos emhardware para implementar seus servicos ou incorrer em grandes despesas com equipes paraopera-los. Eles nao precisarao se preocupar com provisionamento de recursos em excesso paraum servico cuja popularidade fique aquem de suas espectativas, o que acarretaria o desperdıciode recursos valiosos. Tambem nao precisarao se preocupar com o provisionamento de recursosinsuficientes para aqueles servicos que eventualmente se tornem muito populares, o que poderialevar a perda de receitas e potenciais clientes. Alem disso, empresas com grande carga de tra-

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balho computacional serao capazes de obter resultados tao rapidamente quanto seus programaspossam ser escalonados, uma vez que o custo de mil servidores para uma hora nao sera maiordo que usar um servidor por mil horas. Esta elasticidade de recursos, sem pagar um preco espe-cial para grande escala, nao tem precedentes na historia da industria de TIC. Como resultado, acomputacao em nuvem se tornou um tema popular e vem sendo investigado por pesquisadoresde diversas areas [AFG+10]. Alem disso, grandes empresas como Google, Amazon, Microsofte outras tem investido pesadamente nos ultimos anos para oferecer plataformas em nuvem maispoderosas, confiaveis e com melhor custo-benefıcio, e muitas outras empresas em diversas areasestao redesenhando seus modelos de negocios a fim de obter os benefıcios deste novo paradigmade computacao.

Mas qual e o impacto da computacao em nuvem sobre as tradicionais tecnologias da Internete o proprio uso da mesma? Por um lado, ha um consenso de que um dos grandes entraves parauma adocao ainda mais abrangente desse paradigma esta nas atuais limitacoes da rede internet: apequena largura de banda de muitas redes de acesso, que inviabilizam a transferencia de grandesvolumes de dados de, para e entre as nuvens, e a deficiencia em mecanismos que garantam aQualidade de Servico (QoS), a seguranca e a confidencialidade da comunicacao entre o usuarioe o provedor da nuvem. Por outro lado, a computacao em nuvem traz uma serie de novos usos(e tipos de trafego) para as tecnologias de redes que nao eram conhecidas ou imaginadas ha10 anos atras. Por exemplo, quem pensaria que haveria uma empresa em nuvem (o Skype) queofereceria telefonia usando VoIP em larga escala e de graca ou a baixıssimo custo? Ou entao, quehaveria servicos em nuvem para colaboracao e gerenciamento de projetos (Basecamp), gestao derelacionamento com o cliente (Salesforce), compartilhamento de arquivos de graca (Dropbox,Box.net, etc.) ou para divulgacao e compartilhamento de vıdeos por qualquer pessoa (YouTube)?Portanto, computacao em nuvem ampliou drasticamente os usos da rede Internet, fazendo dela amaior e mais importante infraestrutura de comunicacao geral do nosso planeta. Hoje em dia, saopoucas as pessoas ou empresas que conseguem sobreviver sem acesso a servicos em nuvem.

Todas essas aplicacoes, no entanto, tambem fizeram com que os servicos em nuvem fossemcada vez mais identificados com a propria rede. Ou seja, que a propria Internet seja entendidacomo uma rede de servicos em nuvem, e que o usuario final implicitamente assuma que a redepossui capacidade nao so de transmitir dados, como tambem de armazenar suas fotos, vıdeos,documentos etc., processar informacoes, identificar a disponibilidade ou atividade de usuariosconhecidos (compartilhamento de informacao de presenca), coletar informacoes de interacaocom os servicos, ajudar nas tomadas de decisao do dia-a-dia, e muitas outras funcoes.

O objetivo desse relatorio nao e nem o de descrever as tecnologias que fundamentam acomputacao em nuvem e nem o de reapresentar os ja bem conhecidos benefıcios economicosdo uso de servicos em nuvem, que podem ser consultados em [AFG+10]. Em vez disso, discu-tiremos computacao em nuvem do ponto de vista de futuros cenarios de uso — na perspectiva dousuario —, dos impactos sobre as tecnologias de rede e dos desafios para a interoperabilidade deservicos de nuvem e da criacao de federacoes de nuvens, que nos vislumbramos como uma dosfuturos desenvolvimentos nessa area.

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1.1 Organizacao do documento

A proxima secao apresenta definicoes dos principais termos e conceitos relacionados acomputacao em nuvem. A Secao 3 propoe alguns cenarios futuros de utilizacao deste paradigma.A Secao 4 apresenta projetos de pesquisa que abordam alguns topicos em evidencia relaciona-dos a computacao em nuvem. A Secao 5 discute os novos requisitos de infraestrutura de redepara viabilizar um acesso integrado e ubıquo a servicos em nuvem. Na Secao 6 sao enumeradosalguns setores nos quais a computacao em nuvem devera ter uma grande importancia em nossopaıs, oferecendo oportunidades de pesquisa e desenvolvimento. Finalmente, a Secao 7 apresentaas consideracoes finais.

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2 Conceitos Basicos

Nesta secao sao apresentados os conceitos fundamentais relativos a tecnologia de Computacaoem Nuvem e abordados os principais aspectos dessas plataformas.

2.1 Definicao e principais aspectos

A computacao em nuvem pressupoe o uso de grandes repositorios de recursos virtualizados —hardware, plataformas de desenvolvimento e/ou servicos —, facilmente acessıveis atraves daInternet, que sao tipicamente explorados utilizando-se um modelo do tipo pagamento-por-uso,no qual os fornecedores de infraestrutura oferecem garantias na forma de SLAs (service levelagreements) customizadas. Alem disso, os recursos podem ser reconfigurados dinamicamentede modo a se ajustar a cargas variadas, otimizando sua utilizacao [VRCL08]. Propriedadesimportantes que ajudam a caracterizar a computacao em nuvem sao:

• A ilusao de recursos computacionais infinitos, disponibilizados sob demanda, eliminandoa necessidade do planejamento para a provisao de recursos a longo prazo;

• A eliminacao da necessidade de se fazer grandes investimentos iniciais em infra-estrutura,permitindo com que negocios sejam iniciados com um parque computacional pequeno eque aumentem sua infra-estrutura a medida em que suas necessidades demandarem;

• A possibilidade da contratacao de recursos computacionais a curto prazo, por exemplo,processadores por hora, armazenagem por um dia. Uma vez que estes nao sao maisnecessarios, capacidade de finalizar os contratos.

Geralmente o termo e utilizado tanto para definir aplicacoes que sao acessadas pela Internetcomo para descrever servicos de datacentros. No primeiro caso, as aplicacoes ja conhecidas porserem utilizadas nos desktops, como editores de texto, planilhas ou, ate mesmo, editores de im-agens, sao acessadas atraves da internet, e todo o processamento e armazenamento de dados queseriam realizados no proprio computador do usuario, agora ocorrem na nuvem. Ja nos servicosde datacentros, o termo se refere ao conjunto de recursos, como servidores, balanceadores decarga, armazenamento, etc, que sao comercializados por uso e cobrados de acordo com o tempode utilizacao. Este novo modelo de negocios trouxe uma serie de benefıcios tecnicos e finan-ceiros para consumidores de seus servicos tais como: rapido provisionamento, escalabilidade,facilidade para lancamento de novos produtos/servicos por empresas de menor tamanho, entreoutros.

A capacidade de provisionar e liberar rapidamente grandes quantidades de recursos em tempode execucao — a elasticidade — e, talvez, a caracterıstica mais inovadora de computacao nanuvem. Esta propriedade difere sutilmente da escalabilidade, que corresponde a possibilidade depermitir o aumento da capacidade de trabalho pela adicao proporcional da quantidade de recur-sos. Tradicionalmente, a escalabilidade e projetada para garantir que o custo operacional possacrescer linearmente de acordo com a carga de trabalho. Usualmente, nao ha preocupacao com aremocao de recursos nem a preocupacao se os recursos sao plenamente utilizados [SPC09a].

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2.2 Classificacao

Provedores de Computacao em Nuvem podem oferecer servicos em diferentes nıveis deabstracao de recursos, simulando as funcoes realizadas por aplicacoes, sistemas operacionaisou o hardware puro. Assim, a taxonomia mais comum e a que classifica servicos de computacaoem nuvem em tres possıveis categorias:

Software como um Servico (SaaS): Inspirado em um modelo de aluguel de software ofereceaplicacoes completas que executam em servidores de um datacentro e podem ser acessadas porusuarios finais, geralmente atraves de um cliente fino (thin client), geralmente um browser webou um aplicativo movel. Exemplos tıpicos de SaaS sao: Yahoo mail, Flickr, Gmail, Google Docse Google calendar. Nesse caso, o usuario nao tem qualquer participacao no projeto/criacao daaplicacao, configuracao de servidores, rede ou infra estutura de armazenamento.

Plataforma como um Servico (PaaS): oferece um sistema operacional, runtimes para lingua-gens de programacao e ferramentas para desenvolvimento, teste e deployment de software comos quais usuarios podem desenvolver as suas proprias aplicacoes. O provedor de PaaS efetuaupdates, realiza patches e outras tarefas rotineiras de manutencao. Exemplos conhecidos sao:Microsoft Windows Azure e Google App Engine (GAE). Em PaaS, os usuarios controlam odesenho e implementacao da aplicacao mas nao possuem controle sobre a infraestrutura de hard-ware. Em princıpio, existem as seguintes variantes basicas de PaaS: plataformas para aplicacoessociais (Facebook API), para aplicacoes Web, e para aplicacoes empresariais (Force.com), eferramentas para aplicacoes de nuvem arbitrarias (Cloud IDEs).

Infraestrutura como um Servico (IaaS): prove aos usuarios acesso direto aos recursos deprocessamento, armazenamento e outros recursos, e permite que que estes configurem os recur-sos e instalem sistemas operacionais de acordo com as suas necessidades especıficas. Geral-mente, o IaaS funciona segundo o modelo “pay as you go” , isto e, paga-se apenas pelos re-cursos efetivamente usados. Exemplos de IaaS incluem Amazon Elastic Compute Cloud (EC2),Rackspace e IBM Computing on Demand.

2.3 Nuvens publicas, privadas e hıbridas

Quando a nuvem e fornecida para o publico em geral e sob um contrato onde se paga pelomontante utilizado, chamamos a mesma de nuvem publica. Os servicos comercializados saogeralmente chamados de computacao utilitaria (Utility Computing). Alguns exemplos sao asplataformas da Amazon, Google AppEngine e Microsoft Azure.

O termo nuvem privada e utilizado para designar um novo estilo de computacao disponibi-lizado pelo provedor interno de TI, que se comporta de forma semelhante a um ambiente decomputacao na nuvem externo. Neste modelo, capacidades de TI elasticas e escalaveis sao ofer-ecidas como servicos para usuarios internos. A grande diferenca entre a computacao na nuvempublica e privada reside nos servicos de acesso e nos servicos de controle. Sao muitos os req-uisitos tecnologicos necessarios para que o modelo privado funcione de forma adequada. Entre

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eles estao tecnologias de virtualizacao, automacao, padroes e interfaces, que permitam o acessocompartilhado a servidores virtuais.

Na literatura encontramos, alem dos modelos de nuvem publica e privada, outros modelos quecombinam os dois conceitos [SPC09b]. O modelo de computacao hıbrida preve uma utilizacaomista, porem integrada, dos dois paradigmas, i.e., a combinacao de servicos de computacao nanuvem externos com recursos internos. Esta colaboracao deve ser realizada de forma coordenada,de forma a garantir integracao no nıvel dos dados, processos e camadas de seguranca [HSH09].

Outra alternativa para tratar as limitacoes tanto das nuvens publicas quanto das nuvensprovadas e a chamada nuvem privada virtual (Virtual Private Cloud - VPC). Este tipo de nuvemconsiste em uma plataforma em execucao sobre uma nuvem privada publica, mas empregandotecnologias de redes privadas virtuais (VPN), que permitem que os provedores do servico pro-jetem seus proprios mecanismos e topologia de seguranca, como, por exemplo, as regras de fire-wall [ZCB10]. As VPC sao essencialmente um projeto mais holıstico, uma vez que nao apenasvirtualizam servidores e aplicacoes, mas tambem a camada subjacente da rede. Para a maioriadas empresas, a tecnologia de VPC prove uma transicao suave e integrada de uma infraestruturade servicos proprietaria para uma infraestrutura de nuvem, gracas a camada de rede virtualizada.

2.4 Tecnologias de Virtualizacao

Em ambientes de computacao em nuvem, diversos provedores de recusos compartilham in-fraestrutura, distribuıdos em diversos datacentros. Atualmente, diversas formas de virtualizacaodos recursos computacionais sao utilizadas. A virtualizacao de memoria, por exemplo, permitea um processo utilizar muito mais memoria do que a maquina fısica oferece, alem de dividir orecurso com outras centenas de processos. A execucao de multiplas tarefas e outro exemplo,pois um mesmo processador tem seu tempo de processamento dividido entre varias atividades,e cada um dos processos nao interfere nem percebe a presenca dos demais. Ou ainda diversosprocessadores podem formar um cluster e serem utilizados como somente um processador comuma velocidade muito maior.

Virtualizacao e uma tecnica que combina ou divide recursos computacionais para simularum ou mais diferentes ambientes operacionais. A virtualizacao pode ser usada com diversasfinalidades, entre elas:

• Consolidacao de servidores. E possıvel consolidar a capacidade de processamento ociosade maquinas, assim utilizando menos maquinas para executar tarefas computacionais.

• Consolidacao de aplicacoes. Pode ser necessario simular ambientes oepracionais antigosem hardwares recentes para executar aplicacoes legadas sobre a infraestrutura disponıvel.

• Sandboxing. Maquinas virtuais sao ambientes isolados e seguros (sandboxes) paraexecucao de sistemas nao confiaveis.

• Multiplos ambientes de execucao. E possıvel controlar o QoS de multiplos ambientes deexecucao simultaneos, provendo os recursos necessarios a cada um.

• Hardware virtual. A virtualizacao pode simular hardwares que nao existem fısicamente,como adaptadores ethernet, roteadores, entre outros.

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• Multiplos sistemas operacionais simultaneos. Multiplos ambientes podem sernecessarios para executar diferentes aplicacoes em um mesmo contexto.

• Debugging. Pode ser util para debugar mais facilmente sistemas complexos como sis-temas operacionais ou drivers.

• Migracao de software. E simples transferir sistemas entre maquinas virtuais.

• Appliances. Permite o empacotamento de aplicacoes junto aos sistemas operacionais rela-cionados.

• Testes e QA. Pode ajudar a produzir cenarios que sao dificilmente criados em maquinasreais, facilitando assim testes e controle de qualidade.

Algumas ferramentas comuns de virtualizacao atualmente sao VMWare, Xen, OpenVZ e Vir-tual Box.

2.5 Virtualizacao de Rede

Virtualizacao e um conceito que nao se limita a desktops e servidores, mas pode ser estendidatambem para elementos de rede. A Infra-estrutura de rede e composta de equipamentos quepodem ser vistos como maquinas com um sistema operacional especıfico (runtime) dedicado aexecucao de uma tarefa, como por exemplo, roteamento, encaminhamento de pacotes (switches)ou firewalls.

A virtualizacao de equipamentos de interconexao de redes comeca no suporte paramultiplexacao que as proprias maquinas virtuais oferecem para as interfaces de rede. As inter-faces de redes virtuais se comportam exatamente como interfaces fısicas, com enderecos MACdistintos, e suporte para unicast, multicast, broadcast e VLANs. Alem disso, cada maquina vir-tual tem seu proprio endereco IP. Portanto, maquinas virtuais se comportam, sob o ponto de vistade interconexao a rede, como sistemas reais, podendo ser interligadas a switches e roteadorescomo se fossem maquinas fısicas distintas. Tipicamente, a placa de rede fısica e programadapara operar em modo promıscuo e o driver de rede e modificado para fazer a multiplexao edemultiplexacao de seu uso pelas diferentes interfaces virtuais. Dispositivo virtuais de rede(TUN/TAP) emulam, respectivamente, o comportamento da camada de rede e de enlace. O TAPpermite a criacao de bridges enquanto o TUN executa roteamento. Assim, com o uso dos driversTUN/TAP, qualquer par de aplicacoes pode enviar e receber dados como se estivessem tratandocom um disposito externo. Essa e a base usada para prover uma comunicao em rede virtual.

Os equipamentos de interconexao de rede, como switches e roteadores, nao sao maquinasvirtuais propriamente ditas, mas podem ser emulados de forma similar. Atualmente existemtres formas de prover essa emulacao: a) oferecer, como parte da maquina virtual, suporte paraequipamentos de interconexao de rede virtuais (e.g. solucoes adotadas pela VMware, Microsoft eCitrix), b) prover maquinas dedicadas compatIveis com os hypervisors mais comuns no mercado(e.g. Vyatta), e c) construir um hardware especıfico com suporte a virtualizacao de equipamentosde interconexao (e.g. produtos da linha Catalyst da Cisco).

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Portanto, e possıvel construir uma infra-estrutura de rede completa totalmente virtualizada. Aarquitetura exata e as opcoes de projeto, como em uma rede real, dependem, caso a caso, emfuncao de requisitos especıficos.

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3 Cenarios

A seguir, sao apresentados cenarios futuros que ilustram nossa visao de como se desenvolvera oemprego da tecnologia de computacao em nuvem.

3.1 Uma visao de servicos providos transparentemente por federacoes de nuvens

A infraestrutura de nuvens em breve se confundira com a propria rede. Ou seja, por um ladoos componentes, servicos e protocolos da Internet servirao de backbone para interacao entre asdiferentes instancias e tipos de nuvem, mas por outro lado, as nuvens se tornarao parte integranteda internet, oferecendo servicos de dados, de processamento, de comunicacao e de sensoria-mento.

Essa infraestrutura emergente sera composta de federacoes de nuvens de varias naturezas einterclouds (veja Secao 4.1) e tera como principal caracterıstica a selecao e interoperabilidadetransparentes entre as nuvens. Da perspectiva do usuario, as nuvens serao meramente os prove-dores de diferentes servicos na rede, e nao havera mais a necessidade do usuario acessar direta-mente um determinado tipo, ou provedor, de nuvem. Em vez disso, seus aplicativos irao trans-parentemente interagir com uma ou mais dessas nuvens. Assim sendo, o usuario vislumbrara arede (e suas nuvens) como provedores de:

• Servicos de armazenamento e compartilhamento de dados;

• Servicos para processamento de dados;

• Servicos para matchmaking e manutencao de contatos sociais;

• Servicos para comunicacao multi-modal;

• Repositorio de aplicativos;

• Servicos para monitoramento e controle de maquinas, veıculos e imoveis privados e cole-tivos/publicos;

• Servicos para monitoramento e diagnostico automatizado de pessoas e do meio ambiente.

• Meta-servicos para a descoberta de servicos de provedores de nuvem, negociacao autom-atizada do SLA;

• Meta-servicos para a criacao de workflows de servicos em nuvem heterogeneos.

Para tal, diferentes tipos de nuvens (privadas, publicas e hıbridas) serao criadas e interconec-tadas, e as principais fontes de dados e informacoes serao os proprios usuarios (seus perfis,parametros de QoS, aplicativos e conteudos, em diversas mıdias), e sensores em seres vivos, em-butidos em aparelhos, veıculos ou robos, provenientes de radares e satelites, e/ou espalhados nomeio ambiente. Ja outras nuvens terao funcoes especıficas de replicacao (de dados ou processa-mento), de roteamento de fluxos de dados , ou de transformacao e processamento de agregacoesde dados.

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3.2 Um cenario corporativo

Pedro e Engenheiro de Petroleo da Petrobras e esta viajando para uma reuniao da diretoria emBrasılia onde ira apresentar um novo metodo algorıtmico para estimar os custos da operacaonas camadas pre-sal, que desenvolveu nos ultimos seis meses. Mas apos chegar ao aeroporto,ja pronto para embarcar para Brasılia, e informado por um colega do CENPES que alguns dosparametros geologicos possuem um comportamento diferente do que havia sido assumido. As-sim, sabe que precisa ajustar o seu programa e refazer as simulacoes sobre a base de dadosgeofısicos que estao na nuvem privada da empresa, a fim de poder apresentar estimativas corre-tas na reuniao que tera em algumas horas. Felizmente, o seu smartphone executa um aplicativomovel que permite modificar, parametrizar e executar o seu sistema de qualquer lugar. Atravesdesse aplicativo Pedro nao so consegue parar a simulacao na nuvem da empresa que havia ini-ciado antes de sair de casa, como tambem modificar os parametros do algoritmo, recompilar einiciar a simulacao novamente. O aplicativo movel tambem permite visualizar, em tempo real,os graficos que estao sendo gerados na simulacao remota.

Para ter certeza que a nova versao do seu sistema esta correta, resolve tambem executar asimulacao em uma outra base de dados geofısicos de um projeto com a universidade, para osquais conhece a estimativa de custo. Esta base de dados esta armazenada em outra nuvem publicae codificada em outro formato, diferente daquele esperado pelo seu programa de simulacao. Fe-lizmente, Pedro sabe que existem servicos de nuvem publicos para a transformacao de formatosde dados geofısicos. Assim, em seu aplicativo apenas insere o nome da base de dados geofısicosda universidade, indica o formato desejado dos dados, e direciona o volume de dados transfor-mados para o seu repositorio na nuvem privada da empresa. Depois agenda o inıcio da simulacaosobre esses dados para quando todos os dados tiverem chegado em seu repositorio. Como agorae a hora de embarcar para Brasılia, desativa o acompanhamento on-line da primeira simulacao, econfigura o sistema simulador para que envie os relatorios finais (com os graficos) das simulacoespara seu endereco GMail, e a transferencia dos resultados numericos para o seu notebook, assimque este se reconectar a alguma rede 3G ou Wifi.

Apos aterrisar em Brasılia e ligar o seu smartphone, durante a viagem de taxi confere osrelatorios em seu e-mail, e satisfeito com os resultados, sabe que podera mostrar os dados detal-hados sobre as simulacoes durante a reuniao , e assim convencer a Diretoria de que o seu metodode estimativa e confiavel. Ao final da tarde, apos a longa reuniao, Pedro e convidado pelo Diretorde Exploracao para um jantar na Brasserie Alice, onde e informado de sua promocao na empresa.

3.3 Um cenario de monitoramento do meio ambiente

Apos a tragedia do deslizamento de encostas ocorrido na Regiao Serrana do Rio de Janeiroem 2011, varias areas devastadas pelas chuvas foram transformadas em areas de preservacaoambiental e parcialmente reflorestadas. A fim de acompanhar a recuperacao desses ecossis-temas, engenheiros florestais, biologos e ambientalistas desenvolveram — juntamente com en-genheiros eletricos e de telecomunicacao — um sistema de redes de sensores, com tecnologia decomunicacao 3G, para coleta continuada de dados pluviometricos, do solo, da flora e fauna destasareas de recuperacao. Os dados brutos coletados pela rede de sensores de cada regiao e continua-mente armazenada uma nuvem gerenciada pela Secretaria do Meio ambiente da prefeitura local.

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Porem, todos os dados tambem sao acessıveis para o publico, e em especial para a Defesa Civil eespecialistas em Meio Ambiente. Estes, em uma parceria com pesquisadores em Departamentosde Matematica Aplicada e de Ciencia da Computacao de diversas Universidades, desenvolveramuma serie de aplicativos em nuvem, para o processamento desse grande volume de dados, in-cluindo simulacoes e predicoes de desenvolvimento, todas disponıveis em repositorios publicosde aplicativos. Assim, agora e possıvel monitorar e analisar em detalhe o desenvolvimento dafauna e flora de cada area, recomendar medidas de protecao adicionais, estimar melhor os riscosdevido a mudancas climaticas e fazer analises comparativas entre areas em regioes similares,mas em diferentes estagios de recuperacao.

Como tanto os dados como os aplicativos sao publicos, eles passaram a ser usados nao so pelopoder publico, como tambem pela iniciativa privada e por pessoas fısicas para conhecer melhoruma regiao e por exemplo, estimar o valor de terrenos na vizinhanca das areas em recuperacao.Uma dessas aplicacoes inclusive e utilizavel a partir de smartphones: ela e indica o grau de riscoa qual uma pessoa proxima a area esta sujeita dependendo de sua localizacao geografica, e daumidade relativa do ar e da pressao atmosferica na regiao.

3.4 Um cenario de saude

Em varias cidades brasileiras a populacao vem sendo acometida por uma nova epidemia, comalto ındice de contagio entre humanos. A virose apresenta sintomas um pouco diferentes e re-quer tratamentos diferentes para as pessoas contagiadas, em funcao de suas infeccoes anteriores.Felizmente, ha alguns anos, a maioria dos hospitais do paıs, as secretarias de saude publica e osseguros de saude optaram por usar formatos de dados abertos e disponibilizar servicos de con-sulta e atualizacao de dados de pacientes na forma de servicos em nuvem. Assim, sempre queum novo paciente e internado com suspeita de estar infectado, o hospital e capaz de realizar umaconsulta abrangente em todos os registros de dados de saude do paıs — gerenciados em variosservicos em nuvem —, para rapidamente obter o historico completo de infeccoes e tratamentosprevios daquele paciente e assim ajudar na decisao sobre o tratamento mais adequado.

Como primeiro passo dessa consulta, e feita uma busca por todos os servicos de dados desaude em nuvem que tenham registros referentes aquele paciente. A seguir, e executado umprotocolo de autenticacao e troca de credenciais mutua, bem como a configuracao do grau deseguranca, privacidade e direitos de armazenamento dos dados consultados. Em seguida, osdados consultados sao transformados para o formato desejado pelo hospital requisitante atravesde outro servico de transformacao de dados. Assim que os medicos do hospital identificam avariante do vırus no paciente — e decidem sobre o melhor tratamento —, o servico em nuvem dohospital manda automaticamente uma notificacao sobre o novo caso para a nuvem da secretariade saude local, informando alguns dados, como o bairro de residencia e de trabalho do paciente,sua idade, etc, mas omitindo outros dados, como o nome, que nao sao relevantes do ponto devista estatıstico. Isso permite que esses dados sejem publicados como dados governamentaisabertos, ficando disponıveis para consulta publica, de tal forma que, por exemplo, um portaljornalıstico e capaz de acessar essas informacoes e divulgar para seus leitores o estado atual daepidemia. Alem disso, de tempos em tempos as secretarias de saude publica dos estados entaoagregam os seus dados de pacientes da epidemia e acionam servicos de processamento em nuvempara tentar identificar correlacoes estatısticas entre os casos detectados e condicoes climaticas,

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condicoes socio-economicas do local e do paciente, historicos de doencas pre-existentes, etc.Essas estatısticas tambem sao usadas para direcionar melhor toda a estrategia de saude publicados governos federal, estaduais e municipais, orientando o planejamento e a aquisicao os recursosde medicamentos e vacinas para os diferentes orgaos envolvidos.

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4 Pesquisas Relacionadas

Nessa secao sao discutidas as abordagens dos principais projetos de pesquisa recentes envol-vendo aspectos relacionados a computacao em nuvem.

4.1 Padroes de Interoperabilidade de nuvens.

Permitir a interoperabilidade entre sistemas e hoje um dos principais desafios para a computacaoem nuvem. Um cenario de interoperabilidade pode ocorrer, por exemplo, quando um provedor decomputacao em nuvem esta executando com pouca capacidade de armazenamento ou quer ofer-ecer armazenamento para um cliente em uma regiao geografica especıfica na qual esse provedornao dispoe de um datacentro. Em qualquer dessas situacoes, o provedor de nuvem teria que re-alizar a subcontratacao de armazenamento de outro prestador de servico, e, para isso, precisariaencontrar outra nuvem pronta, disposta e capaz de aceitar uma transacao de subcontratacao dearmazenamento. Em geral, os sistemas teriam que ser capazes de estabelecer uma comunicacaoconfiavel, com a previa troca de assinaturas e/ou informacoes necessarias relacionadas ao cliente,e, finalmente, realizar o transferencia dos dados armazenados.

Entretanto, os numerosos fornecedores de computacao em nuvem existentes introduziram seusproprios modelos e servicos, tornando o cenario dos sistemas de nuvem diferenciado. Por exem-plo, provedores de nuvem oferecem diferentes servicos de armazenamento de dados com seuspadroes especıficos, como e o caso do S3 da Amazon [Ama08] e o GFS da Google [GGL03].Assim como nos primordios da industria de hardware de computador, quando cada fornece-dor fabricava e comercializava a sua propria versao (incompatıvel) de equipamentos, as nuvenssao diversas e dependentes do fornecedor. Embora grandes esforcos estejam sendo feitos parapadronizar aspectos tecnicos importantes das nuvens — particularmente pelo Instituto Ameri-cano de Padroes e Tecnologia (NIST) —, a consolidacao e padronizacao ainda estao longe darealidade. A seguir sao discutidas duas abordagens distintas para essa questao, a federacao denuvens e o intercloud.

4.1.1 Federacao de nuvens computacionais

Com a finalidade de oferecer suporte a um grande numero de consumidores de servicos emtodo o mundo, os provedores de infraestrutura de computaccao em nuvem vem instalando dat-acentros em diversas localizacoes geograficas para prover redundancia e garantir a segurancados dados em caso de falhas de alguma instalacao. No entanto, ao mesmo tempo em que osclientes de computacao em nuvem nao sao capazes de expressar sua preferencia sobre o localonde querem que seus servicos sejam hospedados, os provedores do servico sao incapazes deprever a distribuicao geografica dos usuarios que consumirao seus servicos. Dessa forma, osprovedores de computacao em nuvem podem nao ser capazes de atender as expectativas de QoSdos consumidores de seus servicos provenientes de varias localizacoes geograficas.

Para superar esse problema, alguns projetos propoem a criacao de uma federacao de ambi-entes de computacao em nuvem para facilitar o provisionamento de servicos a medida em quesao necessarios, de forma oportunista e escalavel, atendendo os compromissos de QoS de formaconsistente, sob condicoes de carga de trabalho e de rede variaveis [BRC10] [RBL+09]. O ob-

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jetivo geral e criar um ambiente que permita aos prestadores de servicos de computacao nuvem:(i) expandir ou redimensionar dinamicamente a sua capacidade de provisionamento com baseem picos repentinos na demanda de carga de trabalho alocando recursos computacionais e de ar-mazenamento disponıveis em outros prestadores de servicos; (ii) funcionar como pecas de umafederacao para fornecimento de recursos com base no mercado, onde os fornecedores de servicospossam hospedar seus servicos com base em padroes e acordos (Service Level Agreements) regi-dos por precos do mercado competitivo; e (iii) prover os servicos solicitados de forma confiavel,com base em tecnologias de virtualizacao, assegurando elevados padroes de QoS e minimizar oscustos do servico.

A Figura 1 ilustra a arquitetura proposta por [BRC10] para estabelecer a interoperabilidadeentre nuvens. Os principais servicos que compoem essa arquitetura sao os coordenadores denuvens (cloud coordinators) e os negociadores de nuvens (cloud brokers). Um coordenador denuvem e responsavel pelo gerenciamento da nuvem de um provedor em um domınio especıfico,e pela filiacao desta nuvem a federacao global, que deve ser norteada pelas regras de mercadoe seguir protocolos de negociacao. Ele oferece um ambiente de programacao, gerenciamento eimplementacao para aplicacoes em uma federacao de nuvens. Um negociador de nuvem age emnome dos usuarios para identificar os prestadores de servicos de nuvem adequados e negocia comos coordenadores dessas nuvens para realizar uma alocacao de recursos que atenda aos requisitosde QoS dos usuarios.

Figure 1: Selecao e coordenacao de utilizacao integrada de diferentes servicos em nuvem.

4.1.2 Intercloud

O termo intercloud foi introduzido pela Cisco e se refere a uma malha de nuvens interligadaspara oferecer um ambiente universal de computacao em nuvem com base em padroes abertos.Como o nome sugere, e similar ao modelo da Internet, onde tudo e federado em uma infraestru-tura ubıqua de multiplos provedores. Em [BLS+09], os autores discutem as principais questoesrelacionadas a mecanismos, padroes (de maquinas virtuais e dados) e protocolos para viabilizar ainteroperabiliade entre nuvens heterogeneas. Os autores chamam esses mecanismos e protocolos

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de “Intercloud Root e Intercloud Protocols”, respectivamente.A principal diferenca entre o intercloud e uma federacao de nuvens e que o intercloud e

baseado em padroes futuros e interfaces abertas, enquanto a federacao utiliza mecanismos es-pecıficos de cada fornecedor de servicos. Na visao do intercloud, todas as nuvens deveraoter um entendimento comum de como as aplicacoes devem ser executadas. Futuramente, assolicitacoes de servicos submetidas a uma nuvem incluirao informacoes suficientes — sobrerecursos, seguranca, nıvel de servico, localizacao geografica, etc — para que a nuvem seja ca-paz de processar o pedido e colocar em execucao as aplicacoes necessarias. Isso ira criar overdadeiro modelo de utilidade, no qual todos os requisitos sao cumpridos de acordo com adescricao e uma aplicacao pode executar em qualquer nuvem como apresentada, recebendo osrecursos necessarios para suporta-la.

E provavel que o intercloud se desenvolva naturalmente como resultado da contınua inovacaoem todo o ecossistema da nuvem. Federacao e um dos pre-requisitos para esse objetivo, propor-cionando melhorias contınuas na interoperabilidade de nuvens com o objetivo de dar as empresasmuitas novas opcoes para escolher. A capacidade de federar a migracao da identidade, do acessoe do conjunto de dados tambem e um dos requisitos fundamentais para o intercloud. Esta in-teroperabilidade a nıvel de infraestrutura deve funcionar de forma transparente, a fim de lancaraplicacoes no ambiente de nuvem e gerenciar a integracao.

Os benefıcios do intercloud ja se tornaram uma realidade pratica de varias formas. Uma sig-nificativa parte da visao intercloud pode ser conseguida com uma forte tecnologia de federacaoque ofereca uma interconexao entre diferentes nuvens e os datacentros internos. Usuarios e suasempresas podem evitar exclusividade e executar suas tarefas no ambiente que melhor atendaas suas necessidades, com base no custo, desempenho, seguranca, conformidade, localizacaogeografica, latencia, etc. Em suma, algumas das metas mais importantes do intercloud podemser alcancadas usando a tecnologia que ja esta chegando ao mercado. O intercloud e suportadopelo Open Cloud Standards Incubator (OCSI), criado pelo Distributed Management Task Force(DMTF), cujo conselho inclui representantes de empresas como a VMware, IBM, Microsoft,Citrix e HP, e o Forum Global de Tecnologia Inter-Cloud (GICTF1), que inclui representantes daNTT, KDDI, NEC, Hitachi, Fujitsu, Toshiba, IBM, Sun, Oracle, Cisco, RICOH, CTC, etc.

4.2 Mapeamento Flexıvel de Servicos em Recursos

O aumento dos custos operacionais e da demanda de energia dos sistemas compostos, torna fun-damental maximizar a eficiencia, rentabilidade e utilizacao desses sistemas [QKP+09]. O pro-cesso de mapear servicos em recursos, isto e, alocar os recursos computacionais para a execucaodos servicos solicitados, e uma tarefa complexa, pois exige que o sistema determine a melhorconfiguracao de software e hardware — tamanho do sistema e conjunto de recursos — para as-segurar que as metas de QoS dos servicos sejam atingidas, ao mesmo tempo em que a eficienciae utilizacao do sistema sao maximizadas. Esse processo e complicado ainda mais pelo compor-tamento incerto tanto dos recursos quanto dos servicos. Consequentemente, ha uma necessidadeimediata para elaboracao de modelos de desempenho e tecnicas de mapeamento de servicosbaseados no mercado que assegurem a utilizacao eficiente do sistema, sem causar prejuızos as

1 http://www.gictf.jp/index e.html

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metas de QoS.O Centro de Computacao Autonomica da NSF propos uma abordagem autonomica fim-a-

fim para provisionamento da carga de trabalho em nuvens. Os pesquisadores identificaram oprovisionamento de maquinas virtuais como a parte do problema que apresenta maiores desafiospara esses ambientes, devido a uma mistura muito variada e dinamica de tipos de aplicacoes e dademanda de carga de trabalho. Para lidar com a subutilizacao de recursos fısicos e o aumento decusto resultante do provisionamento insuficiente de recursos, os pesquisadores propuseram o usode uma abordagem de agregacao de recursos online robusta e descentralizada, para conseguir oprovisionamento de maquinas virtuais. Eles empregaram tambem uma abordagem baseada emmodelos para estimar o tempo de servico a partir de seu provisionamento, para lidar com asexigencias de recursos imprecisas fornecidas pelos usuarios do servico.

4.3 Migracao de Maquinas Virtuais

A virtualizacao pode proporcionar benefıcios ainda mais significativos para os sistemas decomputacao em nuvem, se for possıvel efetuar a migracao de maquinas virtuais para balanceara carga atraves de um datacentro. Alem disso, a migracao de maquinas virtuais permite o pro-visionamento de recursos robusto e altamente responsivo. A migracao de maquinas virtuaisevoluiu a partir de tecnicas de migracao de processos. Clark et al. [OSSN02] analisaram osbenefıcios da migracao ao vivo de maquinas virtuais e apontaram que a migracao de um sistemaoperacional inteiro e todas as suas aplicacoes como uma unica unidade permite evitar muitasdas dificuldades enfrentadas pelas abordagens de migracao em nıvel de processo. O principalbenefıcio da migracao de maquinas virtuais e evitar pontos de concentracao de carga. No en-tanto, isso nao e simples. Atualmente, as operacoes de detectar esses pontos de concentracao einiciar a migracao nao acontecem com a agilidade necessaria para responder as mudancas subitasde carga de trabalho. Alem disso, as informacoes contidas na memoria sobre o estado do pro-cessamento devem ser transferidas de forma consistente e eficiente, levando em consideracao osrecursos para aplicativos e servidores fısicos de forma integrada.

4.4 Gerenciamento e analise de trafego

Analise de trafego de dados e importante para os datacentros atuais. Por exemplo, muitasaplicacoes web dependem de analise de dados de trafego para otimizar a experiencia dos clientes.Os operadores de rede tambem precisam saber como o trafego flui atraves da rede, a fim de tomardiversas decisoes relativas ao gerenciamento e planejamento da rede. Entretanto, existem variosdesafios para que os metodos de medicao e analise de trafego de redes utilizados nos provedoresde servico de Internet (ISPs) possam ser estendidos para datacentros. Em primeiro lugar, a densi-dade de links e muito maior do que em ISPs ou redes corporativas. Em segundo lugar, a maioriados metodos existentes podem calcular as matrizes de trafego entre algumas centenas de servi-dores finais, mas mesmo um datacentro modular pode ter milhares de servidores. Finalmente, osmetodos existentes geralmente assumem alguns padroes de fluxo que sao razoaveis em Internete redes corporativas, mas os aplicativos implantados em datacentros, tais como o MapReduce,alteram significativamente o padrao de trafego. Alem disso, no uso que as aplicacoes fazemda rede e dos recursos computacionais e de armazenamento, ha maior acoplamento do que e

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visto em outras configuracoes. Atualmente, ha poucos trabalhos de pesquisa sobre a medicao eanalise de dados de trafego de datacentros. Destaca-se o trabalho de Greenberg et al. [GHJ+09],que relata as caracterısticas de trafego do datacentro com relacao as dimensoes do fluxo e fluxosconcorrentes, e usa essas informacoes para orientar o projeto de infraestrutura de rede.

4.5 Simulacao de ambientes de nuvem

Para se obter o melhor desempenho de sistemas de computacao em nuvem e importante se-lecionar a polıtica de provisionamento de recursos mais adequada. Utilizando-se modelosde aplicacao de carga de trabalho e modelos de desempenho de recursos, e possıvel simularpolıticas de provisionamento e verificar seu comportamento. Entretanto, ao longo da simulacaoe necessario ser capaz de variar parametros relativos as configuracoes do usuario e aos requisitosdo sistema de forma controlada, que possa ser reproduzida, o que e difıcil de se conseguir. Parasuperar esse desafio, foi proposto o framework CloudSim [CRB+11][BRCB10], que consisteem um kit de ferramentas de simulacao extensıvel que permite a modelagem e simulacao de sis-temas de computacao em nuvem e ambientes de provisionamento de aplicacoes. O frameworksuporta tanto a modelagem do comportamento dos componentes de um sistema de computacaoem nuvem, como datacentros, maquinas virtuais e as polıticas de provisionamento de recursos.

No nıvel mais inferior, o CloudSim executa o engine de simulacao, responsavel pelasoperacoes de criacao, gerenciamento e exclusao das entidades simuladas. Acima do engine oframework disponibiliza varios modulos. No modulo de rede, sao realizados o mapeamentode enlaces entre datacentros e clientes e o calculo de atraso das mensagens trocadas entre osmesmos. O modulo de recursos da nuvem realiza a manipulacao e coordenacao dos eventos dasimulacao, alem de gerenciar os dados relativos a infraestrutura oferecida por meio dos datacen-ters simulados. O modulo de servicos da nuvem modela as acoes de provimento de maquinasvirtuais e alocacao de recursos como memoria de sistema, processamento, armazenamento dedados e largura de banda de comunicacao. O framework prove tambem um modulo de servicosdas maquinas virtuais, onde sao realizadas a gerencia das mesmas e a execucao das tarefas envi-adas pelos clientes, denominadas cloudlets. Por fim, a comunicacao das entidades que compoema nuvem com os clientes que utilizam seus recursos e feita por meio do modulo de interface,no qual maquinas virtuais e cloudlets podem ser manipuladas. Na camada mais superior esta ocodigo que o usuario do framework deve implementar para a criacao dos ambientes de simulacao,incluindo o modulo da polıtica de escalonamento, polıticas de negociacao (para escolha do dat-acentro mais adequado) e as polıticas de alocacao de maquinas virtuais em datacentros.

4.6 Dispositivos Moveis como interfaces para acesso a nuvem

Dispositivos moveis se tornarao a interface universal para servicos online e aplicacoes da nu-vem. Entretanto, atualmente o uso desses dispositivos esta limitado a duas configuracoes: asaplicacoes sao executadas no smartphone ou sao remotamente acessadas pelo telefone. Essasduas opcoes nao permitem uma interacao com servicos customizada e flexıvel, limitando tambemas possibilidades para otimizacao da performance. Pesquisadores do grupo de sistemas do Insti-tuto Federal de Tecnologia de Zurique propoem uma plataforma de middleware com a capaci-dade de distribuir automaticamente as diferentes camadas de uma aplicacao entre o smartphone e

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os servidores (na nuvem), otimizando uma variedade de funcoes objetivo (latencia, dados trans-feridos, custo, etc.) [GRJ+09]. Essa abordagem e baseada em tecnologias ja disponıveis para ogerenciamento de modulos distribuıdos, nao necessitando de novas infraestruturas. Sao discu-tidos topicos como a modelagem de aplicacoes como um grafo de consumo, e como processaresses grafos com uma serie de novos algoritmos para encontrar a distribuicao otima dos modulosda aplicacao, que e entao implantada dinamicamente no dispositivo movel de forma eficiente etransparente.

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5 Requisitos sobre a Arquitetura de Redes

Apesar de todas as vantagens economicas de computacao em nuvem [Lea09], ela tambem trazalgumas potenciais limitacoes e demandas especıficas relacionadas com a infraestrutura de rede.Estas podem ser separadas, por um lado, em questoes relacionadas a rede de acesso — a redeatraves da qual o usuario acessa os datacentros —, e, por outro lado, em questoes que envolvema rede de interconexao entre os datacentros.

5.1 Redes de Acesso

As redes de acesso sao o meio atraves do qual os usuarios efetivamente tem acesso aos recursosdos data centros. A proliferacao do uso de Computacao em nuvem vai impor novos parametrosde qualidade a tais redes, e a capacidade de satisfazer essas novas exigencias e que determinarao grau de usabilidade geral da computacao em nuvem. Nos proximos paragrafos, discutiremosos parametros de qualidade relacionados as redes de acesso.

Largura de banda: clientes com novas aplicacoes em nuvem precisam ter meios para fazer oenvio de seus dados, que em muitos casos tem o volume de varios terabytes, para os datacentros.No entanto, as redes de acesso atuais nao dispoem de largura de banda suficiente para tal — atransferencia de um terabyte pode demorar varios dias —, fazendo com que os clientes sejamobrigados a copiar os dados para um disco rıgido e enviar este por correio ao provedor da nuvem.Mas alem da transferencia inicial dos dados para a nuvem, tipicamente o volume de trafego narede de acesso aumenta tambem apos o inıcio da operacao da aplicacao na nuvem, devido a trans-ferencia dos resultados para o usuario e da transferecia de novos dados de entrada e parametrospara o processamento. Portanto, faz-se necessario um aumento significativo da largura de bandanas redes de acesso, sobretudo das redes de acesso sem fio, dado que cada vez mais, usuariosprecisarao acessar servicos em nuvens de seus dispositivos moveis.

Confiabilidade: a medida que dados do usuario e o seu processamento vao sendo transferidospara a nuvem, aumenta a dependencia sobre o funcionamento correto das redes de acesso. Denada adianta ter poderoso servicos na nuvem, se o acesso a eles esta bloqueado por problemasna rede de acesso. Varios servicos nas nuvens, como o Gmail, o Salesforce.com o Amazon S3e o Amazon EC2, ja tiveram algumas interrupcoes de servico com grandes prejuızos, devido afalhas nas redes de acesso. E de se esperar que um uso cada vez maior de computacao em nuvemfaca com que as proprias empresas provedoras aumentem as exigencias sobre a qualidade e adisponibilidade dessas redes junto as operadoras.

Qualidade de Servico e Gerencia de rede: clientes deverao cada vez mais demandar acor-dos de nıvel de servico, garantindo-lhes determinados nıveis mınimos de QoS. Estas demandasdevem ser especıficas para cada aplicacao. Por exemplo, servicos financeiros provavelmente de-mandam transacoes seguras com latencias da ordem de microsegundos, enquanto que servicos deredes sociais demandarao um acesso rapido (e sem interrupcoes) a conteudos em varias mıdias.Uma maneira de melhorar a qualidade do servico e atraves de multiplas conexoes entre o clienteo datacentro, o que atualmente ainda esbarra nas limitacoes do Border Gateway Protocol (BGP),

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que e incapaz gerenciar e fazer o balanceamento de carga para varias rotas para um mesmo fluxode pacotes entre dois domınios. Portanto, precisa-se de uma nova arquitetura de rede que au-mente a performance de rede atraves da possibilidade de direcionar o trafego de pacotes atravesde diferentes caminhos e de se recuperar de forma mais agil de falhas ou de congestionamentosem alguns pontos da rede.

Ubiquidade: a ubiquidade sera uma demanda cada vez maior de usuarios de servicos em nu-vem. Suporte a ubiquidade diz respeito tanto ao acesso as nuvens atraves de redes sem fio, quenaturalmente sao mais vulneraveis a desconexoes e variacoes na latencia e largura de banda,como tambem a alcancabilidade do usuario quando ele esta em uma rede protegida por Fire-wall/NAT. Isso e um problema principalmente para uma implementacao eficiente de servicos denuvem do tipo “push”, (i.e., com notificacoes assıncronas para o usuario), como e o caso doApple Push Notification Service, aplicacoes “tickers” de notıcias, da bolsa de valores, ou we-bchat. Para garantir uma total ubiquidade do acesso aos datacentros, ainda serao necessariosdesenvolvimentos em tecnologias de redes sem fio de alta disponibilidade, e protocolos commulti-homing.

Privacidade e Seguranca: computacao em nuvem naturalmente requer que os dadoscrıticos/sensıveis, que tradicionalmente permaneciam nos computadores das empresas ou pes-soas, sejam agora transferidos atraves das redes de acesso ate os data centros, aumentando assima sua vulnerabilidade a ataques de interceptacao, copia ou adulteracao. Portanto, e necessarioque redes de acesso deem aos usuarios formas de controlar a maneira com a qual os seus dadosserao transferidos para/dos datacentros. Em particular, e necessario projetar arquiteturas e proto-colos de rede que permitam determinar rotas exatas para cada fluxo de dados, e que possam seraudıveis e verificaveis posteriormente pelos clientes. Alem disso, serao necessarios avancos emvirtualizacao de firewalls e sistemas de deteccao de intrusos.

5.2 Interconexao entre os datacentros

O advento de Computacao em nuvem vai modificar tambem as demandas sobre a configuracaode datacentros, a capacidade para interoperabilidade e as conexoes de rede que interconectarao osmesmos. A seguir, discutiremos os principais parametros de qualidade dessas interconexoes, queserao fundamentais para possibilitar servicos de nuvens agregadas, meta-servicos e federacoesde nuvens.

Largura de banda e linhas dedicadas: a elasticidade na provisao de recursos requer queprovedores de computacao em nuvem sejam capazes de mover grandes quantidades de dadosmuito rapidamente de um datacentro para outro, possivelmente localizados em diferentes regioesou ate continentes. Por isso, sera necessario que todos os datacentros de uma provedora, ou deprovedores federados, estejam interligados atraves de conexoes de alta capacidade, possivel-mente atraves de linhas dedicadas, ou usando tecnologias de rede capazes de garantir nıveis dequalidade bem superiores a qualidade de melhor esforco garantida pelos protocolos da Internetatual. Por isso, vemos que cada vez mais recursos deverao ser investidos na aquisicao de no-vas conexoes dedicadas (por exemplo, a Google ja e principal proprietaria da maioria dos cabos

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sub-oceanicos entre os EUA e a Europa), e no desenvolvimento de tecnologia de virtualizacaode elementos de rede com garantias de QoS.

Confiabilidade: assim como ha uma crescente demanda por redundancia nas redes de acesso,tambem havera grande demanda por alto grau de redundancia em termos do encaminhamentoe controle de de fluxo nas conexoes entre servidores, possibilitando a transferencia eficiente degrandes volumes de dados para aplicacoes paralelas intra- e inter- datacentros. A necessidadede transferencia de dados com a altas taxas e baixa latencia, escalavel e tolerante a falha, faraocom que o encaminhamento de fluxos/pacotes (para o proximo hop) nas rotas inter-datacentrosnao seja mais realizado por roteadores tradicionais, mas sim por roteadores paralelos, possivel-mente com centenas de interfaces de rede, processadores de controle e buffers paralelos. Essesroteadores paralelos serao componentes complexos, cuja configuracao e atualizacao podera de-mandar novas tecnicas de gerenciamento de rede.

Seguranca e Privacidade: da mesma forma como a virtualizacao de recursos garante o iso-lamento de dados e do processamento nos datacentros, as tecnologias de redes de interconexaoentre os datacentros tambem precisarao garantir que fluxos paralelos nao interfiram, nao pos-sam ser desviados, acessados ou modificados. Alem disso, os clientes de datacentros exigirao ocumprimento de seus Service Level Agreements em relacao a seguranca de seus dados, indepen-dente das necessidade ou nao de transferencia de seus dados entre os datacentros. Ou seja, osprovedores de computacao em nuvem nao poderao transferir a culpa por eventuais vazamentosde dados para operadoras de cabos ou de telefonia de longa distancia. Alem disso, a propriainformacao sobre o volume e a natureza de suas transacoes tambem devera ser mantida em sigilopelas operadoras de computacao em nuvem a fim de evitar suspeitas sobre acoes estrategicasde uma empresa cliente. Ou seja, devera haver restricoes bem definidas de quais dados sobreoperacao de dados e processamentos podem ser coletados e como podem ser usados pela oper-adora de uma nuvem.

Politicas de Roteamento: os protocolos da Internet atual nao dispoem de mecanismos paraidentificar diretamente a fonte ou o caminho especıfico percorrido por um fluxo de pacotes. Noentanto, a maioria dos provedores de computacao em nuvem precisam ter um maior controlesobre as rotas usadas pelo trafego de dados entre os seus datacentros. Consequentemente, variosusam o MultiProtocol Label Switching (MPLS) ou outro protocolo equivalente para obter maiscontrole sobre o caminho especıfico a ser usado pelo fluxo de dados. Tais mecanismos de cont-role sao essenciais para garantir que os fluxos de dados entre os datacentros mantenham os nıveisde QoS desejados, de seguranca de rede e de privacidade dos dados se seus clientes.

Padronizacao: para diversas futuras aplicacoes em nuvem e de se esperar que datacentros eservicos em nuvem de varias empresas provedoras precisem interagir para alcancar os resulta-dos ou o desempenho exigidos pela aplicacao. Para que isso seja possıvel, e necessario que aindustria defina padroes para a troca de dados, a selecao de servicos/provedores, a coordenacaode tarefas, a alocacao de recursos intra-nuvem e a composicao de servicos de varios provedores.

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Inclusive, pode-se imaginar futuros padroes de protocolos para negociacao entre clientes com de-mandas especıficas e provedores de servicos, intermediada por outros servicos em nuvem. Alemde aplicacoes poderem ser viabilizadas atraves da interacao entre servicos de multiplos prove-dores, podera eventualmente ser necessario tambem integrar e coordenar diversas aplicacoes (dediferentes provedores). Para permitir tal coordenacao inter-aplicacoes tambem serao necessariospadroes que regulem a interacao e a coordenacao entre essas aplicacoes. A interoperabilidadenesses dois nıveis (inter-servicos e inter-aplicacoes) portanto demandara uma serie de novos pro-tocolos para sinalizacao e controle exclusivamente relacionados a computacao em nuvem, e quecertamente tarao como consequencia uma sobrecarga (overhead) no trafego de rede.

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6 Situacao, Oportunidades e Desafios no Brasil

A discussao sobre o cenario futuro para a computacao em nuvem e a analise dos projetos rela-cionados permitiram a identificacao de desafios que sao apresentados nesta secao.

Recente pesquisa do IDC Brasil2 apontou que do total de 400 mil empresas de grande portee aproximadamente 8 milhoes de pequenas empresas, menos de 5% utilizaram, ate 2010, algumservico de computacao em nuvem. No entanto, a medida em que cada vez mais empresarios ediretores forem percebendo as vantagens dos altos ındices de seguranca no armazenamento dedados, da flexibilidade de alocacao de recursos computacionais e da economia proporcionado porcomputacao em nuvem, o volume de empresas que o utilizarao no Brasil devera crescer substan-cialmente. De fato, cada vez mais empresas estao se reorganizando para um formato baseadoem servicos e avaliando o impacto da exposicao publica de seus servicos para o consumo ex-terno, ou mesmo da implementacao de capacidades basicas como autenticacao, autorizacao,versionamento, monitoracao, caching, hosting padronizado, governanca, etc. Ao longo dosproximos anos esse processo tende a se acelerar, especialmente como consequencia da cresci-mento economico nos setores de servicos.

Com relacao ao desenvolvimento de tecnologias de computacao em nuvem, tudo indica queas maiores oportunidades para empresas brasileiras estao no desenvolvimento e customizacaode ferramentas/servicos para plataformas de nuvem (PaaS) e de aplicativos para computacaoem nuvem (SaaS), uma vez que esses sao os tipos de computacao em nuvem que por um ladorequerem menos investimentos e inovacoes em hardware, e por outro, possibilitam a exploracaode nichos de mercado e mesmo assim obter bons lucros. E de se esperar tambem que sejamdesenvolvidos modelos de negocio — especıficos para provedores de nuvem — inovadores emais apropriados a cultura social e economica do Brasil.

Alem disso, vislumbramos algumas oportunidades especıficas, enumeradas a seguir:

• Existem poucos servicos em nuvem, por exemplo, para logıstica, gestao de conhecimento,CRM, gestao de projetos ou financas corporativas, com interface traduzida para a lınguabrasileira. Menos ainda, se veem ferramentas e aplicacoes moldadas para o mercadobrasileiro com funcionalidades especıficas condizentes com as praticas administrativas eas leis do paıs.

• O desenvolvimento de servicos em nuvem para entidades e orgaos governamentais, paraservicos de saude, de fiscaizacao tributaria, governanca eletronica etc. Um exemplo con-creto dessa tendencia e o software de inteligencia Harpia, a ser usado em breve conjunta-mente pelas Secretarias da Receita Federal e da Previdencia Social para controle integradode tributos e da contribuicoes a previdencia. Ou entao, o Sistema Publico de EscrituracaoDigital SPED)3, que esta concretizando a integracao das administracoes tributarias nas tresesferas governamentas: federal, estadual e municipal, alem de parcerias com instituicoescomo CVM, Susep e diversos outros orgaos publicos.

2 IDG NOW! Tecnologia em primeiro lugar, http://idgnow.uol.com.br3 Implantacao da modernizacao da sistematica atual das obrigacoes acessorias, transmitidas pelos contribuintes asadministracoes tributarias e aos orgaos fiscalizadores, utilizando-se da certificacao digital para fins de assinatura dosdocumentos eletronicos, garantindo a validade jurıdica dos mesmos apenas na sua forma digital.

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• Os megaeventos esportivos que o Brasil vai sediar abrem uma serie de oportunidades paraas operadoras de telecomunicacoes e provedores de TI, e em particular, possibilidades deexportacao de servicos na nuvem. Segundo especialistas que participaram de um painel naFuturecom 2010, “a Copa do Mundo de 2014 e Olimpıada de 2016 vao exigir infraestruturapara processamento em larga escala, que no futuro podera ser aproveitada para atender omercado de exportacao.”

• A possibilidade de empresas brasileiras desenvolverem servicos de nuvem para monitora-mento ambiental, em particular participatory sensing (conforme abordado no Relatorio2)

• Criacao meta-servicos em nuvem que agregam valor aos servicos de nuvem ja existentes,que usariam datacentros em qualquer parte do mundo.

• Criacao de aplicativos de nuvens moveis (mobile cloud), focados na interacao, colaboracaoentre usuarios moveis, particularmente atraves de redes sociais (conforme abordado noRelatorio 2).

No entanto, para que tecnologias e aplicacoes de computacao em nuvem possam ser desen-volvidas e usadas, o paıs tem uma serie de desafios a vencer, tais como, dispor de uma infraestu-tura de rede com qualidade de servico e precos mais baixos, sobretudo por parte das operadorasde celular e custo da mao-de-obra qualificada. Neste ultimo item, o Brasil tem dois problemasgraves. O primeiro deles e o numero muito baixo de profissionais de TIC que se forma an-ualmente. Estima-se que a demanda e 10 vezes maior. E o segundo e que o Brasil e um dosmercados que tem o custo hora/trabalhada mais elevado, devido aos encargos trabalhistas. Essesdois fatores sao considerados os grandes obstaculos a expansao tencologica do pais em TIC, eem particular, no desenvolvimento de know-how, servicos e aplicacoes em nuvem.

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7 Conclusoes

A computacao em nuvem se apresenta como um novo modelo de fornecimento de recursos com-putacionais que permite aos consumidores contratarem esses recursos a medida em que se apre-senta a necessidade de sua utilizacao [ZCB10]. Isto implica em grandes vantagens como, por ex-emplo, a eliminacao ou reducao dos investimentos necessarios para a implantacao e manutencaode infraestrutura computacional, que passa a estar disponıvel sem planejamento previo e emquantidade suficiente para atender a demanda de consumo.

A crescente adesao que a computacao em nuvem vem conquistando, fara com que os atuaisdatacentros trabalhem cada vez mais em conjunto, convergindo para uma arquitetura global deservicos virtuais distribuıdos — de hardware, armazenamento, processamento, transformacao,etc —, de forma que usuarios possam acessar e implantar aplicacoes por demanda, de qualquerlugar do mundo e a um custo proporcional aos parametros de QoS contratados [BRC10]. Essaintegracao de servicos e aplicacoes em nuvem, por sua vez, tambem vem demandando novosservicos baseados em nuvem, por exemplo, para prover interoperabilidade, coordenacao e bal-anceamento de carga entre servicos, descoberta de novos servicos, ou a selecao e negociacao deSLAs servicos.

E possıvel vislumbrar ainda que em um futuro proximo teremos sevicos em nuvem dedicadosao armazenamento, agregacao e — em especial — interpretacao contınua de dados de contexto,sejam eles relativos a dispositivos, objetos ou seres vivos, obtidos diretamente a partir de sensoresou inferidos a partir de outras fontes (por exemplo, mineracao de texto de redes sociais).

Alem disso, computacao em nuvem continuara permitindo que desenvolvedores com ideiasinovadoras e conhecimento basico em plataformas de nuvem possam facil e rapidamente criarnovos servicos na Internet sem ter que fazer grandes investimentos em hardware e na operacaodo mesmo [AFG+10]. A nosso ver isso representa uma grande oportunidade de crescimento parao setor de TIC do Brasil, uma vez que este sera capaz de criar servicos customizados e de nichosde mercado, para atender as demandas especıficas da economia e da sociedade brasileira.

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