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PROGRAMA ECOS

Proyectos conjuntos de investigación científica Uruguay


1. Nombre del Proyecto

Internet como red de convergencia

Calidad de servicio, modelos y análisis estadísticos de performance y métodos de tarificación.

Palabras-clave (4 máximo) : Internet, multiservicio, tarificación, modelado estadístico

Área disciplinaria (marcar):

Ciencias humanas y sociales () Ciencias de la vida ()

Ciencias de la Tierra y del Universo() Ciencias de la salud ()

Ciencias exactas (X)


3. Responsable del Proyecto:

En Uruguay

Nombre y apellidos: Héctor Cancela Bosi

Cargo académico: Profesor Titular (Gr. 5)

Dirección : Herrera y Reisig 565, Montevideo,Uruguay.

Teléfono : (+598-2) 7114244 ext 112 ­ Fax: +598-2-7110469

Correo electrónico: cancela@fing.edu.uy

En Francia:

Nombre y apellidos: Marc Lavielle

Cargo académico: Profesor

Dirección: Laboratoire des Mathématiques Université Paris 11- Orsay

Teléfono : (33) 1 69 15 57 43 Fax: (33) 1 69 15 72 34

Correo electrónico: Marc.Lavielle@math.u-psud.fr




2. Institución principal a la cual pertenece el responsable del proyecto en Uruguay:


Universidad de la República

Facultad de Ingeniería, Instituto de Computación, Departamento de Investigación Operativa.

Nombre del Decano: María Simón

Institución principal a la cual pertenece el responsable del proyecto en Francia: Laboratoire des Mathématiques, Université Paris 11- Orsay


4. Lista de Investigadores participantes en el proyecto:




En Uruguay

a) Investigadores principales

Hector Cancela, Profesor Titular, Gr. 5, InCo, Facultad de Ingeniería, UDELAR.

Gonzalo Perera, Profesor Titular, Gr. 5, IMERL, Facultad de Ingeniería, UDELAR

Maria Simón, Profesor Titular, Gr. 5, IIE, Facultad de Ingeniería, UDELAR

Elvio Accinelli, Profesor Agregado, Gr. 4 IMERL, Facultad de Ingeniería, UDELAR.

Pablo Belzarena, Profesor Adjunto, Gr.3 IIE,Facultad de Ingeniería, UDELAR

c) Investigadores en formación:

Franco Robledo, Asistente, Gr. 2, InCo, Facultad de Ingeniería, UDELAR.

Pablo Rodríguez, ayudante honorario, InCo, Facultad de Ingeniería, UDELAR.

Paola Bermolen, ayudante IMERL, Facultad de Ingeniería, UDELAR.

Andres Ferragut, ayudante IMERL, Facultad de Ingeniería, UDELAR.



En Francia

a) Investigadores principales

Marc Lavielle, Proffeseur Laboratoire des Mathématiques Université Paris 11- Orsay

Gerardo Rubino, Directeur de recherche à l’IRISA

Bruno Tuffin, chargé de recherche à l’IRISA
b) Investigadores asociados:

David Ros, Maître de conférences à l’ENST Bretagne

Sandrine Vaton, Maître de conférences à l’ENST Bretagne.

Mohamed El Khadiri , Maître de conférences à l’UIT de Sant Nazaire


c) Investigadores en formación:

Patrick Maillé à l’ENST Bretagne

Yezekael Hayel, à l’IRISA




5. Descripción del proyecto científico y objetivos perseguidos: contexto bibliográfico, metodología, plan de trabajo.

Resumen

El proyecto aborda el tema de la oferta de múltiples servicios sobre Internet, la cual es vista hoy como la red convergente en un futuro inmediato. La idea de transportar diversos servicios sobre un misma

red, la red “universal”, es una idea recurrente desde hace largo tiempo atrás. La gran expansión de las redes basadas en el protocolo IP han llevado a ver a Internet como la red convergente del futuro, pero estas redes, no son capaces de garantizar la calidad de servicio (en término de errores y retardo) necesaria, ni se encuentran adaptadas para modelos de tarificación de los servicios múltiples.

Nuestro estudio se centrará en diversos aspectos que permiten transportar sobre IP múltiples servicios de comunicación. Por un lado se enfocará el problema del modelado estocástico de las fuentes de tráfico, de las redes y sus enlaces, así como la estimación de la matriz de tráfico de la red. También se trabajará sobre aspectos de confiabilidad y disponibilidad de los enlaces de punta a punta de una red y fundamentalmente sobre modelos de tarificación que son un aspecto clave en una red multiservicio. Basados en los modelos anteriores, se desarrollarán metodologías aplicadas a la ingeniería de tráfico y la planificación de redes.

El proyecto propuesto contiene cuatro objetivos principales:

1. La consolidación de un grupo multidisciplinario (en matemáticas, informática, telecomunicaciones y economía) en el dominio del modelado, el análisis estocástico, el estudio de la performance y la operación (técnica y económica de redes de telecomunicación. Al menos cuatro formaciones de maestría o doctorado están previstas en el marco del proyecto.

2. El desarrollo de la cooperación entre los grupos franceses y uruguayos de las instituciones participantes. Las actividades de formación previstas se componen de estadías de estudio e investigación y del intercambio de profesores que serán invitados a dar cursos y a participar directamente en el trabajo de los grupos

3. El desarrollo de estudios teóricos, de metodologías y herramientas para la modelado y análisis estadístico del funcionamiento de redes digitales ( en particular redes IP/MPLS) con el objetivo de obtener métodos de ruteo dinámico, de control de tráfico y de poder asegurar la calidad de servicio requerida por las aplicaciones.

4. El desarrollo de modelos económicos para una Internet multiservicio y su resolución con el fin de proponer metodologías generales de planificación de redes, de servicios y de tarificación con criterios de uso equitativo y de optimalidad.

MOTIVACIÓN

El rápido desarrollo de las redes de comunicaciones en general y de Internet en particular requeire una gran atención de la comunidad científica, tanto en el plano cualitativo (desarrollo de arquitecturas, de protocolos, de procedimientos de control y de testeo) como en el plano cuantitativo (indispensable para dimensionar correctamente estas arquitecturas y estos servicios, evaluando la performance, la confiabilidad, y la calidad de servicio).

Uno de los problemas más importantes de las redes IP es justamente la dificultad para gerenciar en forma apropiada la calidad de servicio (QoS) para aplicaciones tales como multimedia o telefonía sobre IP, cuando aparecen fenómenos de congestión. El protocolo TCP (ver por ejemplo [Barackat1993, Widmer2001] ) con sus mecanismos de control de flujos no responde a estas nuevas aplicaciones. Si la modificación del comportamiento de TCP es delicada, y sólo podrá realizarse en forma gradual, diferentes enfoques para mejorar el comportamiento de la red son seguidas por numerosos grupos de investigación. Estas tentativas pasan necesariamente por la modificación de la gestión de las filas de espera en los equipos de interconexión. Aún si algunos sostienen actualmente que siempre será posible sobre-dimensionar la red, este enfoque parece peligroso dado que el sobredimensionamiento incita justamente a desarrollar aplicaciones cada vez más consumidoras de recursos, y sobre todo, porque parece poco probable que ciertos tipos de red de acceso (como las redes inalámbricas, por ejemplo) puedan ser suficientemente dimensionadas. Aún en el caso de las redes fijas, si hay sobredimensionamiento, los proveedores de acceso desean diferenciar los servicios (aún llegando a reducir voluntariamente la calidad de las clases no prioritarias, con el fin de ofrecer un mejor servicio a quienes puedan pagar más).

El enfoque privilegiado actualmente en el mundo Internet es el de la diferenciación de servicios (DiffServ) definida por IETF [Blake1998]. Este enfoque apunta a ofrecer a ciertas clases de tráfico una proporción importante del ancho de banda, llegando a sobredimensionar la red en caso de congestión. Un caso en el cual la escasez de recursos (de ancho de banda) es innegable es el de las redes inalámbricas. La tercer generación de redes celulares , UMTS en Europa [Homa2001], utiliza la tecnología CDMA (Code Division Multiple Access) [Viterbi1995], en la que la congestión se traduce no en términos de demoras mayores y de pérdidas de paquetes, sino como interferencias y necesidad de mayores potencias de emisión. Este entorno debe estudiarse entonces de manera separada.

Si bien DiffServ ha cobrado en los últimos años cada vez mayor aceptación, los investigadores han concluido que este modelo debe ser complementado con ingeniería de tráfico sobre la red para poder asegurar QoS (Quality of Service) . La arquitectura MPLS ( Multi Protocol Label Switching) ha cobrado gran interés debido a que habilita a realizar ingeniería sobre redes IP.

Por el momento la configuración de redes IP/MPLS es sobre todo estática. Es posible optimizar el uso de los recursos de las redes por medio adaptaciones dinámicas, pero el problema de medir el estado de la red en tiempo real a diferentes escalas temporales no está resuelto. El proyecto propone estudiar y obtener métodos para la medida del tráfico en contextos no estacionarios y para la estimación del estado de la red. Sobre esta base buscaremos proponer métodos para el ruteo sobre redes MPLS.

La estimación de la matriz de tráfico es hoy un tema muy importante para los operadores de Telecomunicaciones. Su conocimiento permite encontrar rutas óptimas y obtener un mejor empleo de los recursos de la red. Nosotros estudiaremos los métodos estadísticos para la estimación de la matriz de tráfico fuente destino. Esta matriz es útil para la concepción, el dimensionamiento, la administración y el ruteo, la tarificación,....En particular buscaremos desarrollar técnicas de ruteo sobre MPLS que se apoyen en el conocimiento de la matriz de tráfico origen destino.

Entre los temas que en el pasado no habían sido estudiados por parte de la comunidad académica, encontramos el de la facturación de los servicios de red, que actualmente es objeto de intensas investigaciones, dado que es posible en principio obtener un mejor control de una red como Internet, simplemente a través del empleo de mecanismos de fijación de tarifas adecuados [DaSilva2000,Dolan2000,Falkner2000,Roberts1998]. Es necesario observar que la próxima generación de aplicaciones Internet consumirá aún más recursos que la actual, consecuencia entre otras causas de la integración de las redes televisiva y telefónica. El sistema de tarifas actual está en gran medida basado sobre un abono fijo, independiente del uso efectuado, y resulta en un estímulo al consumo que ha sido muy útil para las etapas iniciales de la red, pero que se vuelve imposible de sostener si se desea que Internet sea una red multi-ervicio eficaz. Por lo tanto, todo método de diferenciación de servicios deberá ser acompañado de un método de fijación de tarifas específico, sin lo cual el usuario siempre pedirá la clase de servicios prioritaria. Numerosos modelos de tarificación basados en el uso han sido desarrollados recientemente para satisfacer diferentes criterios de calidad de servicio y responder a reglas de uso equitativas definidas formalmente (ver [Kelly2000a, Maussoulié1999, Tuffin2003]).

Otro tema conectado fuertemente, que también será abordado, es el da la planificación de las capacidades de la red. En efecto, la optimización del beneficio de un proveedor de servicios se obtiene no solamente considerando los precios a fijar, sino también teniendo en cuenta si una expansión de la red (que conlleva ciertos costos) no permite también aumentar los beneficios [d’Halluin2002].

ANTECEDENTES TRABAJOS ACTUALES y PROYECTADOS
Internet está sufriendo cambios drásticos en aspectos como su tamaño y los tipos de servicios ofrecidos. El número de usuarios crece constantemente, así como la demanda por nuevos servicios. Estos últimos presentan nuevos y diversos requerimientos en cuanto a tráfico, calidad de servicio (errores, pérdidas y retardo) y seguridad.

A partir de los años 80 el modelo en capas de las redes de telecomunicaciones se ha impuesto. Es natural entonces separar el transporte de los servicios y por consiguiente buscar redes de transporte universal, sobre la que diferentes servicios puedan converger. Las diferentes propuestas (RDSI, ATM) no han podido alcanzar este objetivo, pero han permitido establecer ciertos principios generales respecto de la calidad de servicio.

Hoy se cuenta con una arquitectura de red IP desplegada a nivel mundial y con enorme penetración. En ese sentido es una situación óptima para hacer converger los diferentes servicios sobre IP. Pero a causa de su filosofía original no es capaz de satisfacer las necesidades de los flujos de los diferentes servicios o aplicaciones. La comunidad de científica ha realizado esfuerzos diversos en los últimos años para romper el paradigma actual y aproximarse a la calidad de servicio brindada por Red Pública Telefónica (PSTN). El problema central es el de ofrecer calidad de servicio garantizada sobre Internet.Se han propuesto diferentes modelos para brindar QoS en redes IP. El primer modelo propuesto fue el de Servicios Integrados (IntServ) [Braden1994] [Shenker1997] [Wroclawski1997] [Braden1997], el cual procuraba establecer para cada flujo reserva de los recursos necesarios a lo largo de la red, para asegurar la calidad de servicio requerida. Este modelo tiene obviamente problemas de escalabilidad (reserva de recursos por flujo) y por lo tanto se lo ha dejado de ver como una solución posible en el corazón de la red. Recientemente ha cobrado fuerte desarrollo el modelo de Servicios Diferenciados (DiffServ) [Bernet1998] [Blake1998]. Este modelo soluciona los problemas de escalabilidad de IntServ agregando los flujos en clases y procurando dar calidad de servicio a cada clase según los requerimientos de la misma. DiffServ es un área de importante desarrollo actual en relación a Internet. Sin embargo, varios autores han concluido, que es necesario complementarlo con ingeniería de tráfico en IP para poder asegurar QoS.

La Arquitectura MPLS (MultiProtocol Label Swiching) [Rosen2001] es una nueva arquitectura que habilita a realizar Ingeniería de Tráfico en redes IP [Awduche1999]. La función principal de MPLS que lo habilita, es la de ruteo explícito. El ruteo explícito, permite establecer caminos (LSPs) predefinidos para los paquetes. MPLS retoma en este sentido las bases sobre las que se diseñó ATM, al establecer "caminos virtuales" para los flujos agregados. Sin embargo MPLS se integra dentro de la tecnología IP, no requiriendo el despliegue, la operación y la gestión de una tecnología diferente como era el caso de IP sobre ATM.

Con esta arquitectura se han desarrollado diversos mecanismos para realizar ingeniería de tráfico en redes MPLS, como por ejemplo algoritmos para realizar reparto de carga óptimo entre diversos LSPs [Casellas 2002].

Recientemente el IETF ha propuesto dos modelos para desplegar DiffServ sobre una red MPLS[Le Faucheur 2002]. El primer modelo E-LSP, plantea transportar dentro de cada LSP diferentes clases de servicio (diferentes clases de scheduling y de prioridad de descarte), utilizando los 3 bits experimentales del cabezal MPLS (Exp), para distinguir la clase a la que pertenece el paquete. El segundo modelo L-LSP plantea que en cada LSP se transporte una única clase de scheduling, aunque si pueden ir marcados paquetes con prioridades de descarte diferentes. La integración de MPLS y DiffServ y la conveniencia de usar un modelo u otro es un tema aún en desarrollo y forman parte del alcance de este proyecto.

Muchos de estos esfuerzos que se realizan en esta área están aún en su fase experimental y no han logrado imponerse masivamente. En paralelo nuevas propuestas surgen frecuentemente fruto de una fuerte investigación en esta área. En todos los casos se torna fuertemente necesario el desarrollo de modelos para el tráfico de las diferentes fuentes y para el funcionamiento de las redes. Los modelos son de naturaleza estocástica y deben desarrollarse mecanismos de estimación. Estos pueden ser markovianos, bayesianos o no paramétricos. Un método de estimación de recursos de una red para un cierto tráfico o conjunto de tráficos es brindado por la teoría de las grandes desviaciones. Dentro de estos modelos, en primera instancia se trabajaron estimaciones de recursos utilizando la asintótica de buffer "grande", pero la realidad de las redes actuales ha llevado a desarrollos con la asintótica de "muchas fuentes". Esta última es más adecuada para el análisis de una red como internet. Diversos autores han establecido asintóticas para la probabilidad de pérdida en un enlace de la red. Wischik [Wischik1999], demostró usando herramientas de la teoría de grandes desvíos la fórmula para calcular la probabilidad de pérdida en cada enlace de la red en el régimen asintótico de "muchas fuentes". Su trabajo está basado en el concepto de ancho de banda efectivo de una fuente (EBW) [Kelly1996]. Un resultado reciente [Shakkottai 2001], para el régimen de muchas fuentes, permite relacionar la distribución del retardo real de los paquetes que arriban a una cola, con la distribución del tamaño de la misma. Este resultado junto al anterior permite calcular la distribución del retardo real en un enlace.

Más recientemente han aparecido trabajos que tienden a extender estas herramientas del análisis de performance de un enlace a una red. Wischik [Wischik2000] demostró también, que en el régimen de muchas fuentes la función EBW de un flujo que atraviesa un enlace se mantiene. Esto permite para cierto tipo de redes extender el análisis de un nodo a la red. Recientemente han aparecido otros trabajos de aplicación de estas herramientas al análisis de la performance de una red [Shroff 2002] [Mazumdar 2003]. Estos modelos realizan diferentes hipótesis respecto a las características de las redes al que se aplican. La obtención de herramientas de análisis para redes más generales es un tema en desarrollo. En los últimos años se han aplicado estos resultados al análisis de performance y al desarrollo de herramientas de ingeniería tráfico en una red MPLS [Casellas2002] [Belzarena2002].

Otro punto importante en esta área es la estimación del EBW y su intervalo de confianza, a partir de trazas del tráfico. Diversos autores han hecho aportes en este aspecto[Rabinovitch2000] [Perera2000]. Se han propuesto estimadores markovianos para la estimación del EBW. Un tema muy importante es a extensión a otros modelos como por ejemplo modelos “markoviens caches” (Hidden Markov Models HMM) y a procesos más generales.

Un problema fundamental en la ingeniería de tráfico es la obtención de la matriz de tráfico. La mayoría de las técnicas de estimación publicadas a la fecha se basan en la hipótesis de que el tráfico es estacionario, poissoniano,y sin memoria[Vardi96][Tebaldi98]. Estas hipótesis están en contradicción con el análisis de todas las trazas de tráfico obtenidas de redes reales en los últimos años[Paxson94][Leland94].

Nosotros estudiamos la extensión de las técnicas de estimación de matrices de tráfico al caso no poissoniano. En primer término para el caso de tráfico “markovien cache”(HMM)[Vaton 2002]. Los modelos HMM, pueden ser utilizados para modelar una gran variedad de tráfico; en particular el tráfico con dependencias largas puede ser aproximado por estos modelos [Robert99][Vaton99].

La técnica de estimación de tráfico en el caso HMM, aplican el principio turbo introducido en 1993 por Berrou, para la codificación de códigos concatenados[Berrou93]. Este principio ha cobrado notoriedad porque permite generar códigos correctores de errores donde la performance es muy próxima al límite predicho por Shannon. Este principio ha sido extendido también a otros campos de la comunicación numérica como la turbo ecualización, la turbo CDMA, ...Para nuestro conocimiento se trata de la primera aplicación del principio”turbo” fuera del campo de las comunicaciones numéricas.

Hasta el momento el principio turbo de estimación de matrices de tráfico ha sido validado sobre tráfico simulado[Vaton2002]. En el desarrollo de este proyecto nos proponemos estudiar si el estimador obtenido está próximo ono de la optimalidad. Validaremos también el algoritmo propuestos sobre datos medidos en una red local.

El algoritmo turbo es un método iterativo que necesita el conocimiento del punto de inicialización. Nosotros analizaremos diferentes técnicas de inicialización del algoritmo. En particular daremos prioridad a las técnicas basadas en los primeros momentos.

El tráfico de las redes locales presentan una sucesión de mesetas homogéneas que se asemejan a los modelos HMM. Esta sucesión de mesetas se puede explicar por la utilización de aplicaciones P2P ( peer to peer) por los usuarios de las redes. Esto es diferente respecto al corazón de la red donde existe un alto grado de multiplexación hace que los flujos individuales tengan poca visibilidad, pero donde si son relevantes fenómenos periódicos generados por la variación de la actividad diaria de los individuos. Estos tráficos pueden ser modelados por un modelo armónico mas ruido. Procuraremos adaptar el modelo turbo remplazando el modelo HMM por un modelo de tipo armónico más ruidoy de validar el método para el tráfico del corazón de la red.

Por ahora las técnicas de estimación de matrices de tráfico reposan sobre las medidas repetidas (interrogación de la MIB de los routers) a intervalos de tiempo regular. Actualmente las técnicas propuestas son estimación en bloque, es decir que la matriz de tráfico surge del análisis en una ventana de tiempo del tráfico. La estimación se basa en la hipótesis de que el tráfico es estacionario en esa escala de tiempo, que el estado de la red no cambia en ese horizonte. Pretendemos desarrollar técnicas adaptativas de estimación de la matriz. La matriz será estimada en tiempo real de forma que pueda reflejar cambios en el estado de la red en tiempos tan cortos como sea posible. Nuestro objetivo es adaptar el ruteo MPLS en tiempo real al estado interno de la red estimado adaptativamente en base a la matriz de tráfico.

La tarificación de los servicios es una aspecto de extrema relevancia ya que no existirá una oferta real de servicios si eso no redunda en beneficios para el proveedor y en beneficios para la sociedad en su conjunto. El objetivo es desarrollar métodos de tarificación basados en el consumo que podrían ser empleados como base para la facturación de redes de comunicaciones. La unión de los conocimientos en redes y evaluación de performances de los participantes franceses con los conocimientos en economía y teoría de la confiabilidad de los participantes uruguayos y argentinos debería permitir la obtención de resultados interesantes en este dominio. En efecto, la investigación a nivel mundial hasta el momento ha sido realizada por equipos de un área particular (sea la de redes o la de la economía). La primer etapa del proyecto consistirá entonces en establecer un modelo matemático para representar las redes e integrar las restricciones correspondientes (en términos por ejemplo de protocolos, de características de flujos de tráfico, etc.) Estos modelos deberán ser definidos por los participantes especializados en el dominio de redes. Asimismo, se deberá modelar la demanda de servicios, función del precio, del modo de tarificación y de diferentes medidas de calidad de servicio (este tipo de modelos es un problema recurrente en economía), integrando nuevamente las restricciones propias al mundo de las telecomunicaciones. A continuación, se podrá realizar el análisis del modelo. Este análisis podrá emplear técnicas provenientes de la teoría de las filas de espera [Kleinrock1975], la teoría del control [Bertsekas1995] y la teoría de juegos [Fudenberg1991] para estudiar los distintos equilibrios. En la literatura, los métodos de tarificación en desarrollo que deseamos estudiar incluyen: la reserva de recursos (donde el precio, a definir, depende de las características solicitadas a la red) [Courcoubetis2000,Paschalidis2000,Paschalidis2002], la tarificación basada en clases de servicio prioritarias [Cocchi1993,Mendelson1990], las subastas por ancho de banda [Lazar2001,Semret2000,Thomas2002,Tuffin2002] y las reglas llamadas de "proportional fairness" [Athuraliya2000, Kelly2000b, Kelly1998, Low99]. Además, un eje particularmente novedoso que desearíamos desarrollar, y que permitiría salvar las objeciones propuestas contra los métodos basados en la congestión, consiste en basar las tarifas en la confiabilidad (o disponibilidad) de las conexiones de punta a punta basándonos en los trabajos [CE03,Rubino1994]).

ESTUDIOS y DESARROLLOS PROPUESTOS

Este proyecto aborda la investigación sobre los dominios de interacción entre la matemática, y las telecomunicaciones. Adicionalmente a la obtención de resultados en esta área, busca la formación de investigadores y de grupos multidiciplinarios a través de estadías y visitas académicas.

Los principales tópicos a abordar durante la investigación serán:


  1. Mejorar los estimadores del EBW y la generalización de los contextos de trabajo.

  2. La aplicación de la teoría de las grandes desviaciones a las redes, en particular a la ingeniería de tráfico sobre redes IP/MPLS

  3. La obtención de modelos paramétricos (por ejemplo markovianos) y no paramétricos para las fuentes de tráfico y sus estimadores a partir de trazas.

  4. La obtención de modelos para las redes.

  5. La estimación de la matriz de tráfico. La matriz de tráfico no puede ser obtenida directamente, ella debe ser estimada por medios estadísticos a partir de datos SNMP colectados en las MIB de los routers y consultados periódicamente.

  6. La propuesta de métodos de tarificación para Intenet multiservicio y en concordancia con la evolución de las redes.; el desarrollo de metodologías de análisis, optimización y en general de explotación de estos modelos.

  7. El desarrollo de una metodología general de planificación de redes.


REFERENCIAS

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[Semret2000] Semret, N. et Liao, R.R.-F. et Campbell, A.T. et Lazar, A.A. Pricing, Provisioning and Peering: Dynamic Markets for Differentiated Internet Services and Implications for Network Interconnections. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. Vol.18, Num.12, p.2499-2513, 2000.

[Shakkottai 2001]``Many-sources Delay Asymptotics with Applications to Priority Queues'', Sanjay Shakkottai & R. Srikant, Queueing Systems Theory and Applications (QUESTA), 2001.

[Shenker1997] S. Shenker, C. Partridge and R. Guerin, "Specification of Guaranteed Quality of Service", RFC 2212, Sept. 1997

[Shroff 2002] "Network Decomposition in the Many-Sources Regime," Do Young Eun and Ness B. Shroff, submitted to Advanced in Applied Probability, Apr. 2002.

[Tebaldi98] C.Tebaldi et M.West, "Bayesian inference on network traffic using link count data", JASA, 93(442), juin 1998

[Thomas2002] Thomas, P. et Teneketzis, D. et Mackie-Mason, J.K. A Market-Based Approach to Optimal Resource Allocation in Integrated-Services Connection-Oriented Networks. Operations Research, Vol. 50, Num. 4 p.603-616, 2002.

[Tuffin2002] Tuffin, B. Revisited Progressive Second Price Auctions for Charging Telecommunication Networks. Telecommunication Systems, Vol.20, Num.3, p.255-263, 2002.

[Tuffin2003] Tuffin B. Charging the Internet without bandwidth reservation: an overview and bibliography of mathematical approaches. Journal of Information Science and Engineering, 2003 (à paraître).

[Vardi96] Y.Vardi, "Estimating source-destination traffic matrices from link data, JASA, 93(442), mars 1996

[Vaton02] S.Vaton, A.Gravey, "Iterative Bayesian analysis of Network Traffic Matrices in the Case of Bursty Flows", Internet Measurement Workshop (IMW) 2002, sep. 2002.

[Vaton98] S.Vaton, "Modélisation statistique de trafic sur réseau local: application au contr^ole dynamique de bande passante", thèse de doctorat, Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications, déc. 1998.

[Viterbi1995] Viterbi, A.J. CDMA. Principles of Spread Spectrum Communication. Addison-Wesley, 1995.

[Widmer2001] Widmer, J. et Denda, R. et Mauve, M. A Survey on TCP-Friendly Congestion Control. IEEE Network, p. 28-37, Mai/Juin 2001.

[Wischik1999]"The output of a switch, or, effective bandwidths for networks" , Damon Wischik, Queueing Systems 32, 1999.

[Wischik2000]"Sample path large deviations for queues with many inputs ", Damon Wischik, Annals of Applied Probability, 2000.

[Wroclawski1997] J. Wroclawski, "Specification of the Controlled-Load Network Element Service", RFC 2211, Sept. 1997

Resultados esperados al término del proyecto:

Los resultados de fondo esperados son

1) La consolidación de un grupo multidisciplinario (en matemáticas, informática, telecomunicaciones y economía) en el dominio del modelado, el análisis estocástico, el estudio de la perfromance y la operación (técnica y económica de redes de telecomunicación.

2) El desarrollo de metodologías y de herramientas para el modelado y el análisis estadístico del funcionamiento de las redes digitales ( en particular las redes IP/MPLS)

3) El desarrollo de métodos de ruteo dinámico, de control de tráfico y de provisión de calidad de servicio asegurada para las necesidades de los servicios y las aplicaciones.

4) El desarrollo de modelos de tarificación en las redes de comunicaciones, de acuerdo con las evoluciones previsibles de la red hacia una herramienta de presencia ubicua y múlti-servicio;

5) El desarrollo de metodologías de análisis y de optimización de estos modelos, y más en general, de aprovechamiento de los mismos en un entorno industrial;

6) El desarrollo de metodologías para la planificación de redes, incorporando los modelos precedentes.

Por supuesto, que en tanto este es un proyecto de investigación, los principales resultados obtenidos se presentarán bajo forma de publicaciones en revistas y en conferencias internacionales especializadas. Los puntos 2, 4 y 5 darán lugar también al desarrollo de prototipos de software. A nivel del punto 3 y 6, se realizará un esfuerzo para aproximar estos resultados al ámbito industrial (operadores de telecomunicaciones), en tanto suministradores de datos y usuarios de los resultados obtenidos.

Asimismo, es importante la formación de nuevos recursos humanos a nivel de doctorado en las instituciones de los países participantes (Francia, Uruguay), especializados en la temática, que puedan luego volcarse sea a la actividad industrial, sea a la investigación en las propias instituciones académicas participantes.



6. Antecedentes de colaboración con la contraparte francesa:

Temas de cooperación precedentes

  • Evaluación de la confiabilidad de redes.

  • Modelado y evaluación de la seguridad de funcionamiento de sistemas informáticos y de comunicación complejos.

Productos

  • Herramienta de apoyo al diseño de redes confiables (HEIDI) - resultado del Proyecto BID-Conicyt 153 (Uruguay) "Herramienta inteligente de diseño de redes confiables", 1993-1997.

  • Biblioteca BB de modelado de la seguridad de funcionamiento de sistemas markovianos.

Organización de eventos científicos

  • IV Escuela Latinoamericana de Investigación Operativa (IV ELAVIO), 17 al 22 febrero 1997, Montevideo, Uruguay, auspiciada por la Asociación Latino-IberoAmericana de Investigación Operativa (ALIO).

Publicaciones



  • H. Cancela, M. El Khadiri. On the RVR Simulation Algorithm for Network Reliability Evaluation. IEEE Tr. on Reliability . Mars 2003.

  • H. Cancela, G. Rubino, B. Tuffin. MTTF Estimation using importance sampling on Markov models. Monte Carlo Methods and Applications (MCMA), vol.8, issue 4, p.321-341 (2002).

  • H. Cancela, G. Rubino, M.E. Urquhart. An algorithm to compute the all-terminal reliability measure. Journal of the Indian Operational Research Society (OPSEARCH), Vol. 38, No.6, pp. 567-579, 2001.

  • H. Cancela and M. El Khadiri. Series-parallel reductions in Monte Carlo network reliability evaluation. IEEE Transactions on Reliability, 47(2):159--164, June 1998.

  • H. Cancela, M.E. Urquhart and G. Rubino, Network reliability evaluation by the Ahmad Method. XXIII Conferencia Latino-americana de Informática - PANEL'97 (Conférence Latino-américaine d'Informatique), Valparaíso, Chili, Novembre 1997.

  • H. Cancela, L. Petingi, G. Rubino, and M.E. Urquhart. HEIDI: un outil d'aide à l'évaluation et la conception de réseaux (texte en espagnol). VIII CLAIO (Congrès Ibéro-Latino-américain de Recherche Opérationnelle), pages 581-586, Rio de Janeiro, Brésil, Août 1996.

  • H. Cancela, G. Rubino, and B. Tuffin. Monte Carlo methods for evaluating highly dependable Markovian systems. 2nd International Conference on Monte Carlo and Quasi-Monte Carlo Methods in Scientific Computing, Salzburg, Austria, Juillet 1996.

  • H. Cancela, G. Rubino, and M.E. Urquhart. Evaluation and design of communication networks. Dans Proceedings of the ICIL'95, Ouro Preto, Brésil, Décembre 1995.

  • H. Cancela, G. Rubino, and M.E. Urquhart. Network reliability evaluation by the Ahmad method. Dans IIèmes Journées Uruguayennes d'Informatique et Recherche Opérationnelle, Montevideo, Décembre 1995.

  • H. Cancela and G. Rubino. Construction de modèles pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement (texte en espagnol). Selected works from the VII CLAIO (Congrès Ibéro-Latino-américain de Recherche Opérationnelle), pages 235-248, Santiago, Chili, Juillet 1994.

  • H. Cancela and G. Rubino. Construcción de modelos para la evaluación de la seguridad de funcionamiento. In Trabajos seleccionados del VII Congreso Latino-Ibero-Americano de Investigación Operativa e Ingeniería de Sistemas (CLAIO), pages 235-248, Santiago, Chile, July 1994.

  • H. Cancela, G. Rubino and M.E. Urquhart. Optimización en el diseño de redes de comunicaciones. In Proceedings del XIII Congreso IberoLatinoamericano de Métodos Computacionales para la Ingeniería, Porto Alegre, Brasil, November 1992.


Formación



  • Tesis de Doctorado de H. Cancela (1996), bajo la dirección de G. Rubino.

  • Tesis de Doctorado de F. Robledo (en curso, segundo año) bajo la codirección de G. Rubino y H. Cancela.

  • Trabajos de grado de Ingeniero de Computación, Facultad de Ingeniería, UDELAR, en temas incluidos en las actividades conjuntas de investigación:
    - "Interfaz gráfica para el modelado y la evaluación de la confiabilidad y performance de sistemas''. Jose Luis Yabar, Gustavo Galleno, Pablo Garcia Abalo, Enrico Revello, Leonardo Mena. 1998.
    - "Modelos de confiabilidad''. Fernando Berruti, Pablo Pereyra, Rodolfo Cardozo. 1998
    - "Colonias de agentes cooperativos para la resolución de problemas de confiabilidad de redes''. Jorge Couchet. 1998
    - "Sistemas expertos y optimización de redes de comunicación''. Richard Cordero, Margarita Tuse. 1996
    - "Algoritmos para la evaluación de la cofiabilidad de una red sujeta a fallas". F .Robledo, A. Sabiguero, G. Friss de Kereki, M. Maneyro. 1996
    - "Interfaz para el modelado y diseño de redes de comunicaciones". G. Maquiel, P. Barrios.1996

Cursos dictados por G. Rubino en la Facultad de Ingeniería en Uruguay: Modelado cuantitativo de sistemas informáticos y de comunicaciones (1989), Problemas algoritmicos en la evaluación cualitativa de redes de comunicación (1990), Confiabilidad de sistemas complejos (1992). Modelos markovianos (1998) .


7. Recursos


Recursos ya asignados al proyecto, provenientes de otras fuentes de financiamiento:

El proyecto no cuenta con recursos propios para esta cooperación a partir de 2004.



Recursos solicitados para el primer año de actividad:


Número de misiones de Francia a Uruguay para investigadores formados. Mencionar la duración (15 días como mínimo ) y nombre de los beneficiarios: 2 misiones

Marc Lavielle: 1 misión de 15 días

Gerardo Rubino : 1 misión de 15 días

Bruno Tuffin : 1 misión de 15 días

Sandrine Vaton: 1 mision de 15 días
Número de misiones de Uruguay a Francia para investigadores formados. Mencionar la duración (15 días como mínimo ) y nombre de los beneficiarios:

Hector Cancela : 1 misión de 1 mois

Gonzalo Perera: 1 misión de 15 días

Elvio Accinelli : 1 misión de 15 días

Pablo Belzarena 1 misión de 1 mes

Investigadores en formación:

Franco Robledo : 1 pasantía de de 3 meses

Pablo Rodríguez : 1 pasantía de de 3 meses

Andres Ferragut: 1 pasantía de 1 mes.

Paola Bermolen : 1 pasantía de 1 mes.


Información sobre las tesis en curso o a realizar, en particular tesis en cotutela, relacionadas con el proyecto:

Tesis francesas en curso:

Yezekael Hayel (comienzo 2002): "Estudio de la tarificación en Internet sin reserva de recursos"

Patrick Maillé (comienzo 2002): “Aplicación de la teoría de juegos a la tarificación de Internet"


Tesis uruguaya en cotutela:
Franco Robledo: "Diseño, dimensionamiento y optimización de redes WAN" (comienzo octubre 2002).

8. Información complementaria :

Este proyecto ha sido presentado en su totalidad o en parte a otro organismo financiador (indicar los recursos eventualmente obtenidos).
Este proyecto no ha sido presentado a ningún otro organismo, ni parcialmente. X
Este proyecto es tripartito con la Argentina o con Chile. NO

Fecha : 31/03/2003


Nombre y firma del responsable uruguayo del proyecto:

Héctor Cancela Bosi


Opinión, nombre y firma del responsable del Instituto al que pertenece el responsable del proyecto:




Este proyecto cuenta con el total apoyo del Instituto de Computación. Destacamos la actualidad e interés práctico de la temática planteada, la interacción con investigadores de otros institutos de la Facultad y de instituciones de investigación francesas, y el beneficio en formación de recursos humanos para el InCo.

Omar Viera, Director del Instituto de Computación.


Opinión, nombre y firma del Decano de la Facultad:


PROGRMAS DE TRABAJO DE LOS INVESTIGADORES EN FORMACIÓN

Franco Robledo : 1 pasantía de 3 meses

Programa de trabajo:




  • Formulación de un modelo matemático correspondiente a una red IP, incorporando restricciones de número de conexiones entre los nodos de acceso y los nodos de la red dorsal, y de confiabilidad (número de caminos de conexión independientes) entre los nodos de la red dorsal.




  • Desarrollo de heurísticas para el diseño de la topología minimizando costos y maximizando beneficios esperados




  • Interacción con G. Rubino, director de tesis, y con otros miembros del equipo francés.

Resultados esperados:



  1. modelo matemático.

  2. método de optimización

  3. software implementando este método

  4. publicación en conferencia presentando modelo, método y resultados obtenidos.


Pablo Rodríguez: estadía de tres meses


Programa de trabajo:


  • Desarrollo de un método de optimización adecuado para encontrar la topología de una rede que maximiza las ganancias de un provedor de acceso, en el contexto de un modelo de tarifas basado en la confiabilidad punta a punta.




  • Desarrollo de un conjunto de casos de pruebas para determinar la sensibilidad del método respecto a los parámetros.




  • Trabajo con B. Tuffin y otros investigadores del equipo francés.

Resultados esperados:




  1. método de optimización y software que implementa el método

  2. conjunto de casos de pruebas para experimentación

  3. publicación en una conferencia, presentando el método, los casos de prueba y los resultados del análisis de sensibilidad del método.

Andrés Ferragut: estadía de un mes


Programa de trabajo:


  • Estudio de metodologías de estimación de la matriz de tráfico

  • Desarrollo de simulaciones y pruebas con datos de redes reales .

  • Trabajo con S. Vaton y otros investigadores del equipo francés.

Resultados esperados:


I) Implementación de un método de estimación

  1. Validación de los resultados


Paola Bermolen: estadía de un mes


Programa de trabajo:


  • Estudio de la asintótica de estimadores de medidas de performance y algoritmos de cálculo on-line

  • Trabajo con M. Lavielle y otros investigadores del equipo francés.

Resultados esperados:



  1. Presentación en un congreso de los trabajos realizados





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