Proyectos de investigación – Maestría

Direccionamiento de tráfico en entornos inalámbricos LTE

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Profesor: Dr. Víctor Manuel Ramos Ramos

Resumen: La capacidad de cómputo y conectividad de dispositivos actuales como laptops, tablets y smartphones, permite desarrollar novedosas aplicaciones orientadas a satisfacer diferentes necesidades de comunicación. Debido a la proliferación de estas aplicaciones, en los siguientes años se espera un importante incremento en la adopción de dispositivos móviles y se vislumbra que el acceso a Internet será principalmente a través de medios inalámbricos. Para hacer frente a estas demandas de conectividad, donde la información pueda obtenerse y compartirse de forma ubicua, el diseño de sistemas de comunicación inalámbrica de siguiente generación debe considerar el crecimiento masivo del número de dispositivos conectados, el aumento sin precedentes en la cantidad de tráfico inalámbrico, y la amplia variedad de aplicaciones con diferentes características y requerimientos de calidad de servicio (QoS).

La tecnología de acceso LTE (Long-Term Evolution), también llamada 4G, está evolucionando rápidamente para ofrecer servicios de red sujetos a especificaciones de calidad, a la mayor cantidad posible de usuarios. La  rápida evolución de LTE, ha generado tanto en la academia como en la industria, el interés en el uso de plataformas de simulación de red que puedan soportar la evaluación de LTE, modelando aspectos relevantes del sistema como la habilitación de mecanismos para soportar calidad de servicio. El direccionamiento de tráfico (traffic steering), figura entre los principales mecanismos para aprovechar los recursos disponibles en diferentes redes en una misma área geográfica. La esencia de este mecanismo es el uso alternado de puntos de acceso, habilitando la  movilidad  transparente  de  flujos  de  tráfico  entre  éstos.

Objetivo general

• Desarrollar un mecanismo de direccionamiento de tráfico basado en selección de red que utilice como núcleo de decisión el método ANP (Analytic Network Process), considerando la dinámica de servicio a nivel MAC de LTE, y los requerimientos de QoS de aplicaciones multimedia.

Objetivos específicos

• Estudiar las diferentes categorías de servicio para QoS soportadas en LTE.
• Analizar y evaluar el método de decisión ANP.
• Estudiar los mecanismos de acceso al medio de LTE utilizando NS-3.
• Evaluar el mecanismo de decisión basado en ANP en el simulador NS-3.

Análisis del desempeño de redes inalámbricas en malla para soportar tráfico multimedia

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Profesor: Dr. Víctor Manuel Ramos Ramos

Resumen: Las redes inalámbricas en malla (WMNs), basadas en la enmienda IEEE 802.11s, son una atractiva solución para atender la creciente demanda de conectividad total. Su bajo costo de infraestructura, confiabilidad, y facilidad para ser desplegadas, las han colocado como una prometedora alternativa para extender la cobertura de las redes cableadas; particularmente, la cobertura de Internet. Las WMNs forman un sistema de distribución denominado Wireless Distribution System (WDS). El WDS está integrado por nodos inalámbricos estáticos y sin limitaciones de almacenamiento o procesamiento. Para garantizar la calidad de una transmisión multimedia es necesario que la WMN satisfaga requerimientos básicos de calidad de servicio (QoS). Un primer paso para ofrecer QoS en WMNs es el método de acceso al medio denominado Enhanced Distributed  Channel  Access (EDCA). Sin embargo, queda claro que no sólo los mecanismos de acceso al medio juegan un papel fundamental para atender los requerimientos de desempeño de aplicaciones multimedia.

Este proyecto tiene como objetivo analizar y evaluar diversas estrategias que permitan mejorar el desempeño de las WMNs y satisfacer así los requisitos de QoS del tráfico multimedia. Especialmente, se deberá hacer énfasis en las técnicas de multicanalización de la red y en el mecanismo de asignación de los canales de transmisión, así como en los mecanismos de redireccionamiento de tráfico para reducir la congestión de la red. Se deberá integrar el módulo Evalvid en un simulador de redes para validar el desempeño de la red al transmitir un flujo real de video o audio. Los resultados deberán comparar y demostrar si existe alguna ganancia al implementar las técnicas de multicanalización y redireccionamiento en una WMN. Los resultados se deberán validar utilizando medidas objetivas de calidad de la experiencia.

Objetivo general

• Analizar la calidad de la transmisión de tráfico multimedia en una red inalámbrica en malla, y evaluar estrategias que permitan mejorar la calidad de la experiencia para este tipo de aplicaciones.

Objetivos específicos

• Realizar un estudio del estado del arte sobre las técnicas propuestas en la literatura encaminadas a brindar QoS para tráfico multimedia en redes inalámbricas.
• Implementar en un simulador de redes estrategias diseñadas para satisfacer los requisitos de QoS del tráfico multimedia en WMNs.
• Evaluar el desempeño de una WMN utilizando estrategias orientadas a atender tráfico multimedia y comparar resultados.

Prototipo de simulador para un sistema de almacenamiento distribuido

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Profesor: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez

Resumen: El sistema de archivos Babel se compone de un conjunto de máquinas con capacidades de almacenamiento y procesamiento conectadas mediante una red local. Los clientes de Babel perciben una sola máquina, denominada coordinador o PROXY, que despacha las solicitudes de servicio (almacenamiento, búsqueda y recuperación de archivos) y administra los recursos. Por otro lado, los archivos se guardan de manera redundante, esto quiere decir que se crea un exceso en la información que codifica a los archivos y este exceso se guarda de forma distribuida entre los dispositivos de almacenamiento que componen al sistema. Se trata de una solución que puede articular un número masivo de dispositivos y presentarlos bajo una interfaz única.

El beneficio inmediato del almacenamiento distribuido es que se logra la independencia entre la información y el medio en que se almacena. Visto de otra forma, los archivos que se guardan en un repositorio colectivo no dependen de un solo dispositivo para su recuperación. Si un documento estuviera guardado en una sola máquina, entonces la falla de ésta cancelaría su recuperación. En tanto, el exceso de información constituye una forma de respaldo que ofrece garantías de tolerancia a fallas y mejora la disponibilidad del sistema.

En este proyecto se busca construir un simulador de eventos discretos, mediante el cual se puedan estudiar las operaciones críticas de Babel, tales como el procesamiento, distribución y mantenimiento de la redundancia. Se trata de una herramienta de experimentación con la que se puede evaluar el efecto de los componentes de almacenamiento y la infraestructura de telecomunicaciones, sobre  parámetros  de desempeño como la disponibilidad y el balance de carga.

Objetivo general

• Implantar un prototipo de simulador de eventos discretos para el sistema Babel.

Objetivos específicos

• Especificar las operaciones del sistema.
• Reconocer las medidas que evalúan el desempeño del mismo.
• Determinar las condiciones de funcionamiento que inciden en el desempeño.
• Plantear las entidades de una arquitectura que implemente dichas operaciones.
• Construir e integrar los componentes del simulador.

Protocolo de localización para una red inalámbrica de sensores (2ª parte)

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Profesor: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez

Resumen: En muchas aplicaciones de las WSN se requiere conocer la posición de cada uno de los sensores que la componen. En aplicaciones ambientales tales como la vigilancia forestal o el monitoreo de la calidad de un cuerpo de agua, resultaría inútil el dato reportado por un sensor, si no se sabe la posición desde la que se origina. Además, la estimación de la localización facilita nuevas aplicaciones tales como el manejo de inventarios, el monitoreo del tránsito vehicular o el monitoreo de estructuras rígidas (edificios, puentes, muros de contención). La función de localización se refiere a las tareas que desarrolla un sensor inalámbrico para estimar su posición, usando su información local, como pueden ser sus mediciones de alguna variable física (intensidad de campo magnético o potencia de recepción), o bien las estimaciones de sus vecinos inmediatos. Los primeros se conocen como métodos de rango, mientras los segundos se denominan libres de rango. Usualmente, se asume la existencia de una pequeña porción de sensores, denominados anclas o faros, que a priori poseen información acerca de sus propias coordenadas. Estos sirven para delimitar las posiciones de todos los sensores dentro de un sistema de  coordenadas. Los demás nodos, utilizan la información propagada desde los faros para estimar sus posiciones locales.

Objetivo general

• Implantación de un protocolo de localización para conjuntos masivos de sensores inalámbricos.

Objetivos específicos

• Elegir o proponer una solución de acuerdo con una lista de requerimientos.
• Evaluar las soluciones existentes.
• Desarrollar un estudio de viabilidad mediante técnicas de simulación.

Aplicación de técnicas de aprendizaje maquinal para la construcción de un planeador de tareas

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Profesores: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez y Orlando Muñoz Tezocotetla

Resumen: El sistema de archivos Babel se compone de un conjunto de máquinas con capacidades de almacenamiento y procesamiento conectadas mediante una red local. Los clientes de Babel perciben una sola máquina, denominada coordinador o PROXY, que despacha las solicitudes de servicio (almacenamiento, búsqueda y recuperación de archivos) y administra los recursos. Por otro lado, los archivos se guardan de manera redundante, esto quiere decir que se crea un exceso en la información que codifica a los archivos y este exceso se guarda de forma distribuida entre los dispositivos de almacenamiento que componen al sistema. Se trata de una solución que puede articular un número masivo de dispositivos y presentarlos bajo una interfaz única.

Uno de los problemas que surgen al diseñar e implementar un sistema como Babel es la distribución o asignación de tareas a los procesadores que estén disponibles (que se encuentran distribuidos) de tal forma que se mantenga un alto rendimiento minimizando el tiempo de respuesta y maximizando el uso de recursos de manera global. Este problema es llamado “planeación de tareas” o task scheduling. Muchos modelos de planeación recurren a la teoría de colas o filas de espera para describir estos escenarios donde se presentan colecciones de tareas esperando atención. La información obtenida por dichos modelos permite tomar decisiones respecto la administración del sistema, de tal manera que éste pueda mejorar su rendimiento.

Objetivo general

• Proponer e implementar un planeador de tareas que pueda estimar los tiempos de servicio en una fila de espera, capaz de aprender y tomar decisiones apoyado por técnicas de aprendizaje maquinal.

Objetivos específicos

• Estudiar y evaluar las técnicas existentes de aprendizaje maquinal aplicadas al diseño de planeadores de tareas en sistemas de cómputo distribuido.
• Proponer e implementar una solución tomando en cuenta las deficiencias que se identifiquen en los métodos existentes.

Diseño de un servidor de metadatos tolerante a fallas

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Profesor: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez

Resumen: El sistema de archivos Babel se compone de un conjunto de máquinas con capacidades de almacenamiento y procesamiento conectadas mediante una red local. Los clientes de Babel perciben una sola máquina, denominada coordinador o PROXY, que despacha las solicitudes de servicio (almacenamiento, búsqueda y recuperación de archivos) y administra los recursos. Por otro lado, los archivos se guardan de manera redundante, esto quiere decir que se crea un exceso en la información que codifica a los archivos y este exceso se guarda de forma distribuida entre los dispositivos de almacenamiento que componen al sistema. Se trata de una solución que puede articular un número masivo de dispositivos y presentarlos bajo una interfaz única.

El beneficio inmediato del almacenamiento distribuido es que se logra la independencia entre la información y el medio en que se almacena. Visto de otra forma, los archivos que se guardan en un repositorio colectivo no dependen de un solo dispositivo para su recuperación. Si un documento estuviera guardado en una sola máquina, entonces la falla de ésta cancelaría su recuperación. En tanto, el exceso de información constituye una forma de respaldo que ofrece garantías de tolerancia a fallas y mejora la disponibilidad del sistema.

Objetivo general

• Diseñar un servidor redundante de metadatos.

Objetivos específicos

• Especificar el protocolo PAXOS usando una herramienta formal que acepte un desarrollo incremental.
• Plantear las entidades de una arquitectura que implemente dichas operaciones.
• Diseñar un manejador de metadatos distribuidos y su relación con las entidades de la arquitectura resultante.
• Construir un prototipo del sistema.

Mecanismos de clasificación de la información sobre un sistema de almacenamiento masivo

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Profesores: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez y Orlando Muñoz Tezocotetla

Resumen: El sistema de archivos Babel se compone de un conjunto de máquinas con capacidades de almacenamiento y procesamiento conectadas mediante una red local. Los clientes de Babel perciben una sola máquina, denominada coordinador o proxy, que despacha las solicitudes de servicio (almacenamiento, búsqueda y recuperación de archivos) y administra los recursos. Por otro lado, los archivos se guardan de manera redundante, esto quiere decir que se crea un exceso en la información que codifica a los archivos y este exceso se guarda de forma distribuida entre los dispositivos de almacenamiento que componen al sistema. Se sabe que cuando la información crece en volumen y en el número de usuarios que pueden beneficiarse de ella, no basta con la capacidad para almacenarla y recuperarla por un nombre. Todos los usuarios potenciales de las TI pueden verse beneficiados con los productos de la investigación que puedan mejorar los procesos de clasificación, almacenamiento y recuperación de contenidos. Uno de los problemas que surgen al tener enormes cantidades de datos es el costo en procesamiento para extraer conocimiento. Entendido este último como el conjunto de patrones útiles e interesantes de una base de información. Entre los diversos enfoques para gestionar un volumen masivo de datos, se encuentra el enfoque de la Web semántica que ha dado origen a las memorias semánticas corporativas (MSC). El contenido semántico de tales recursos es un factor importante a considerar para fines de almacenamiento, búsqueda e intercambio. Por otro lado, este no es el único enfoque con el que se ha abordado el problema de la recuperación de la información. Deseamos diseñar y construir un prototipo que permita caracterizar la naturaleza de la información generada por una organización. En particular, se trata de generar los mecanismos que permitan guiar la recuperación en un sistema de almacenamiento distribuido.

Objetivo general

• Proponer e implementar una técnica para clasificar información contenida en un repositorio masivo.

Objetivos específicos

• Estudiar y evaluar las técnicas existentes de minería de datos en entornos de cómputo distribuido.
• Proponer  e  implementar  una  solución  tomando  en  cuenta  las  deficiencias  que  se identifiquen en los métodos existentes.

Protocolo distribuido para control de congestión con una perspectiva de sistemas complejos (2ª parte)

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Profesores: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez y Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: Un sistema complejo se compone de un conjunto de entidades denominadas agentes, que se despliegan e interactúan sobre un ambiente. Los agentes tienen metas y muestran un comportamiento orientado hacia la consecución de dichas metas. Desde esta perspectiva, es importante reconocer no solo a las entidades activas, sino a las interacciones entre estas y su medio así como las interacciones que surgen entre las mismas. En un proyecto previo establecimos que una WSN (Wireless Sensor Network) dirigida por eventos, puede estudiarse desde la perspectiva de los sistema complejos. Los paquetes se pueden entender como los agentes, cuya meta es alcanzar un nodo especial denominado sink o sumidero. En este caso, las interacciones entre los agentes y su medio pueden describirse en término de los recursos de la red que cada paquete utiliza en su viaje hacia el sink. Hemos propuesto dos medidas microscópicas que sirven para evaluar las posibilidades de satisfacer las metas de cada paquete individual, así como la interacción que cada paquete ejerce sobre los otros. De igual forma, tenemos una medida macroscópica que nos permite estimar el desempeño general de la red. Basados en estas estimaciones hemos propuesto un procedimiento distribuido para control de congestión que nos permite llevar la red hasta situaciones de stress sin una degradación sensible en sus condiciones de operación. Consideramos que este enfoque abre una nueva línea de investigación de la que pueden desprenderse importantes resultados que pueden aplicarse en otros tipos de sistemas. Proponemos extender nuestro trabajo para aplicarlo en aquellas redes inalámbricas donde puede existir más de un sink. Al mismo tiempo, nos interesa mejorar la adaptabilidad de nuestra solución a los cambios en la estructura de la red, que pueden atribuirse al agotamiento de las baterías de los nodos.

Objetivo general

• Desarrollar un mecanismo distribuido para control de congestión en redes inalámbricas de aplicación general.

Objetivos específicos

• Estudiar el impacto de los parámetros microscópicos del sistema en el control de la congestión.
• Proponer  un mecanismo  de  agregación  de  datos  para  mitigar  el  riesgo  de saturación.
• Proponer una solución de acuerdo con una nueva lista de requerimientos.
• Desarrollar un estudio de viabilidad mediante técnicas de simulación.

Estudio de la dinámica estructural de las redes complejas (2ª parte)

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Profesor: Dr. Ricardo Marcelín Jiménez

Resumen: Los sistemas complejos en general, y las redes complejas en particular, son el resultado de acciones o decisiones individuales, y locales, tomadas por los agentes que componen a estos sistemas. En estos se observa que como resultado de la sinergia entre sus partes, surge un comportamiento o una estructura emergente. Se sabe que la construcción de la Internet y la WWW obedecen a estas premisas y exhiben las propiedades de las redes complejas. Se sabe también que estas redes están dotadas de características especiales, como su diámetro, su tolerancia a fallas y también, su fragilidad ante ataques. Nuestro equipo ha demostrado que el modelo original de Kleinberg puede enriquecerse y con ello mejorar la eficiencia de los algoritmos de búsqueda que pueden desplegarse sobre este tipo de redes. Asimismo, sabemos que la construcción de una red compleja puede ser el resultado de un proceso dinámico que le da forma con el paso del tiempo. Existen algunas propuestas que sugieren describir este proceso a partir de un grafo en el que cada vértice es capaz de recablear sus enlaces a su conveniencia. Queremos estudiar las diferentes “fuerzas” que le dan forma a los cambios por los que puede atravesar una red. Nuestro objetivo es reconocer aquellos parámetros locales de los que pueden emerger propiedades globales interesantes, como las que pueden encontrarse en las redes complejas. Aun cuando ya hemos realizado varios experimentos, nuestra agenda es muy extensa y tenemos muchas preguntas que esperan respuestas, por ejemplo: ¿qué reglas o condiciones locales evitan la formación de componentes aislados?, ¿cuántas fallas o ataques puede tolerar cada una de las redes que emergen de nuestras reglas de recableado?, ¿tiene alguna ventaja introducir reglas de cooperación entre los agentes?

Objetivo general

• Estudiar las propiedades estructurales de las redes complejas, bajo condiciones dinámicas.

Objetivos específicos

• Reconocer un conjunto de medidas que caractericen el estado de una red.
• Proponer una serie de mecanismos que puedan describir la formación de una red.
• Proponer una serie de mecanismos que puedan describir la degradación de una red.
• Evaluar el estado de una red mientras es sometida a alguno de estos mecanismos.

Algoritmos para acceso al medio en redes inalámbricas cognitivas

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Profesor: Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: Actualmente existe una administración del espectro radioeléctrico que otorga licencias para operar en frecuencias fijas. Esta asignación fija de frecuencias, ha provocado escasez de bandas de frecuencia libres para operar nuevos servicios. La optimización de la distribución del espectro se ha planteado con el desarrollo de Radios Cognitivos, que es un modelo de las comunicaciones inalámbricas, en donde los dispositivos de comunicación adaptan sus parámetros de operación para comunicarse eficientemente, evitando interferencias con otros dispositivos. Para poder hacer un uso adecuado del espectro radioeléctrico, se requiere de un estudio y caracterización del mismo, y que debe ser analizado con un modelo que permita predecir el comportamiento de movilidad espectral.

Objetivo general

• Diseñar un modelo de simulación de acceso al medio (MAC) para Redes Inalámbricas Cognitivas en el tema específico de acceso oportunista y dinámico del espectro – ‘ DSA (Dynamic Spectrum Access).