Planejamento de transcodificação de vídeo em nuvem elástica

Abstract

O tráfego de vídeo ocupa a maior parte do volume de dados que são transmitidos pela Internet, principalmente devido à capacidade de usuários comuns gravarem e compartilharem seus próprios conteúdos. Entretanto, há uma grande heterogeneidade de dispositivos, softwares e rede para visualização dessas mídias, requerendo que esses vídeos sejam transcodificados para formatos compatíveis com a maioria dos visualizadores de vídeo. Transcodificar vídeos é uma atividade computacionalmente cara e com demanda altamente variável, portanto, pode beneficiar-se da capacidade distribuída e elástica da computação em nuvem. No entanto, identificar uma configuração dos mecanismos automáticos de elasticidade (auto-scaling), que cumpra os requisitos mínimos de desempenho requeridos pelo SLA ao menor custo possível não é uma tarefa simples, requer ajustar diversos parâmetros, como o momento de criar e retirar VMs, o tipo de VM que será adicionada, levando em conta o tempo de transcodificação e instanciação de cada tipo. Além disso, em infraestruturas públicas, os contratos firmados com o provedor de nuvem podem apresentar custos diferentes para um mesmo tipo de VM alugada, onde a opção apropriada é relacionada com o auto-scaling e carga de trabalho esperada. Já em infraestruturas de nuvem privadas, a complexidade de configuração trará também aspectos do dimensionamento dinâmico adequado da infraestrutura física para reduzir o consumo elétrico enquanto cumpre o SLA. Com objetivo de auxiliar na escolha desses parâmetros, esta dissertação propõe modelos em Redes de Petri Estocástica para computar a vazão, o tempo médio de resposta, o custo em nuvens públicas e o consumo elétrico em nuvens privadas. Essas métricas são avaliadas a partir da entrada dos parâmetros de configuração e taxa de requisições esperada para o sistema. Os modelos estocásticos propostos também foram integrados com o algoritmo de otimização GRASP, com objetivo de encontrar as configurações que devem ser adotadas na nuvem para cumprir o SLA e minimizar o custo de manter o sistema. Os estudos de caso demonstram que a combinação dos modelos com mecanismos de otimização é útil para orientar os administradores nas escolhas dos valores dos parâmetros de configuração para implantar e ajustar sistemas, respeitando os requisitos de desempenho e minimizando o custo. A aplicação dessa abordagem também permitiu identificar o comportamento do custo de um sistema em relação ao SLA, em um dos estudos de caso apresentados, a redução de 30 para 15 segundos no tempo de resposta mínimo representou um aumento de 299% no custo, já uma redução de 45 para 30 segundos apenas um aumento de 6%. Este comportamento é especialmente útil na negociação de novos SLAs.