Diseño de una arquitectura dinámica para set-top box multi proveedor de servicios

• Autores: Iván Bernabé Sánchez
• Directores de la Tesis: Daniel Díaz Sánchez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Pescador del Oso (presid.), Andrés Marin Lopez (secret.), Francisco José Bellido Outeiriño (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Telemática por la Universidad Carlos III de Madrid
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Calculo digital
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • El ecosistema de servicios digitales disponibles para los dispositivos domésticos ha estado creciendo durante los últimos años. Ese crecimiento no solo es causado por el aumento significativo de los contenidos digitales disponibles, sino también por el aumento de los dispositivos conectados a Internet que son capaces de consumir estos contenidos. La mayoría de estos dispositivos suelen ser dispositivos móviles y otros dispositivos personales de consumo los cuales se están convirtiendo en los clientes preferidos. Actualmente, la mayoría de los servicios dirigidos a dispositivos heterogéneos son servicios Over-the-top (OTT). Estos servicios OTT permiten que varios dispositivos consuman el mismo contenido, ya que no hay necesidad de una infraestructura de servicio subyacente. Sin embargo, estos servicios funcionarían mejor utilizando una infraestructura dedicada que proporciona una mayor experiencia de usuario mientras que requiere menos recursos.

    Actualmente, la mayoría de los servicios dirigidos a dispositivos heterogéneos son servicios Over-the-top (OTT), por lo que los datos se envían al usuario a través de Internet a diferencia de otros mecanismos de transmisión basados en Real-time Transport Protocol (RTP), Scalable Video Coding (SVC), etc. los cuales no son apropiados para funcionar sobre Internet debido a que requieren información del estado de la red para gestionar la calidad de la transmisión a diferencia de OTT que sí es capaz de hacerlo. Sin embargo, los servicios OTT permiten que varios dispositivos sin configuraciones especiales consuman el mismo contenido, ya que no hay necesidad de una infraestructura de servicio subyacente. Sin embargo, estos servicios proporcionarán una mejor calidad utilizando una infraestructura dedicada que repercutirá en una mayor experiencia de usuario.

    Tomando en cuenta este panorama se puede pensar en un futuro escenario caracterizado por una gran diversidad de dispositivos, de usuarios potenciales y un gran número de servicios disponibles por lo que sería conveniente disponer de infraestructuras fiables y robustas y además poder dar soporte a cualquier tipo de servicio.

    Dado que la infraestructura física puede ser costosa de implementar, lo más lógico sería considerar que este ecosistema de servicios digitales va a requerir el uso de infraestructuras dinámicas y escalables.

    Afortunadamente, el paradigma del Cloud Computing, y sus alternativas como el Edge Computing y el Fog Computing, permiten crear instancias dinámicas de servicios y elementos de red haciendo frente a los requisitos antes mencionados mientras reduce los costes de inversión y operación. Sin embargo, el paradigma de cloud computing tiene varios problemas que requieren especial atención como: Data Lock-In (o bloqueo de proveedor) y la interoperabilidad entre proveedores de infraestructura.

    Hoy en día, los orquestadores de computación en la nube son bastante heterogéneos y carecen de interfaces estándar que permitan realizar despliegues automatizados. Por lo tanto, una definición de infraestructura diseñada para un proveedor de infraestructura en la nube determinado es más que probable que no se pueda crear una instancia en otros. Por lo tanto, se requieren mecanismos de configuración flexibles, administración avanzada, procesamiento descentralizado y auto-organización.

    En esta tesis, los autores proponen una arquitectura que amplía las funciones de red definidas en las especificaciones y estándares de NFV para incorporar funcionalidades de mayor nivel. El objetivo es ampliar la virtualización de las funciones de red con la creación de instancias de servicios en dispositivos de consumo. Los autores proponen ampliar la idea de NFV en lugar de proponer un nuevo diseño porque NFV tiene una gran aceptación en la industria y por eso contribuiremos ampliando la arquitectura NFV. De esta manera, los proveedores de servicios tendrán un control adicional del software del sistema al mover algunos servicios, tradicionalmente ubicados en los dispositivos, a la nube.

    Uno de los mayores problemas encontrados para extender la idea al mayor número de infraestructuras se debe a las particularidades de cada una de ellas que las hacen diferentes. Para superar esto, proponemos un modelo estructurado de información para declarar componentes, conexiones y configuraciones, que permite a la solución de arquitectura propuesta en la tesis crear instancias de un determinado conjunto de servicios en diferentes proveedores de infraestructuras en la nube. Para que esta configuración pueda ser aplicada a varios niveles en las infraestructuras, este trabajo propone utilizar un modelo segmentado por capas de software. Por lo tanto, los orquestadores pueden implementar e interconectar partes de software de una manera sencilla, independientemente del proveedor del entorno.

    En esta tesis se propone un modelo arquitectónico que permite construir un ecosistema virtual en entornos domésticos que requieren muchas y complejas tareas de configuración. El uso de mecanismos automáticos de gestión de software garantiza la correcta configuración y despliegue de servicios en diferentes plataformas acelerando el proceso y reduciendo la probabilidad de cometer errores de configuración. A continuación, se presentan las principales contribuciones en este contexto: Diseño de un ecosistema digital doméstico e integrado.

    Modelo de arquitectura flexible y adaptable.

    Automatización en la configuración de infraestructuras y despliegue de servicios.

    Optimización de dependencias y del despliegue de servicios software.

    Modelado de la información del software de infraestructura.

    Orquestación del software basado en herramientas de la IaC.

    En resumen, el trabajo presentado en esta tesis contribuye a avanzar en el desarrollo de los ecosistemas domésticos digitales con el objetivo de proporcionar a los proveedores de servicios nuevas herramientas que les haga más fácil la gestión de los sistemas a un precio más bajo. Los consumidores de los servicios podrán gestionar de manera sencilla ecosistemas digitales donde la frontera entre lo virtual, los servicios contratados y sus dispositivos domésticos y móviles forman un todo integrado y perfectamente orquestado.