El Grupo de Investigación en redes Avanzadas (GIRA) de la PUCP actualmente
en etapa de formalización es un grupo multidisciplinario realizando
investigación aplicada en redes de telecomunicaciones y temas afines (redes
sociales, redes compuestas, etc.). El GIRA ha sido fundado por investigadores
de las especialidades de Ingeniería Electrónica (Dr. Santiváñez,
Investigador Principal) y de Ingeniería de Telecomunicaciones (Prof. Bartra, co-investigador) y espera en el futuro incluir
investigadores de las especialidades de Ingeniería Informática, Ingeniería
Industrial (Investigación de Operaciones) y de Matemáticas. Asimismo el GIRA
espera colaborar –- y ya está en constante comunicación -- con el Grupo
de Apoyo a las Telecomunicaciones Rurales (GTR, mas enfocado al desarrollo que
a la investigación), la DIA (Ing. Genghis Rios) y la DIRINFO
(Ing. Gino Vassallo) para temas de transferencia de
tecnología.
El GIRA tiene como finalidad llenar el vacío que existe en el país en
el área de redes de telecomunicaciones, un área estratégica para el desarrollo
donde históricamente el Perú se ha relegado a un rol de consumidor de
tecnología. Esto no solo ha resultado en una dependencia tecnológica (de por si
dañina), sino aun mas grave en un bajo nivel de la oferta tecnológica de las
empresas proveedoras locales. Estas empresas, al no contar con cuadros locales
capacitados se limitan a comercializar productos estándares “básicos”,
ofertando un menú prefabricado que no necesariamente responden a las
necesidades de los usuarios nacionales, contribuyendo al atraso en el sector y
la reducción de la productividad de nuestras empresas. El GIRA tiene como
misión desarrollar tecnología propia, fomentar la creación de empresas de base
tecnológica que comercialicen estas y otras tecnologías, y formar los cuadros
que lideren el desarrollo de la industria de redes de comunicaciones en el
país.
El GIRA toma ventaja de tres desarrollos en el área de redes que
facilitan la creación y aceptación de una industria local:
·
El constante avance en el mundo de
las comunicaciones, con la rápida absorción de nuevas aplicaciones (p. Ej.
iOS7,el nuevo sistema operativo de Apple, tuvo mas de 100 millones de descargas
en sus primeras 16 horas) con cada vez mas exigentes requerimientos de calidad
de servicio (velocidad, retardo, jitter, etc.) hace
que la demanda de servicios de comunicaciones crezca mas rápido de lo que los
proveedores locales de servicio pueden responder. Por lo tanto , es necesario
un manejo (gestión) eficiente de las redes existentes. Esta demanda
insatisfecha por sistemas de gestión y optimización de redes presenta una
oportunidad.
·
Un nuevo paradigma esta emergiendo
en la industria de redes: redes definidas por Software (Software Defined Networking, o SDN). SDN
propone una arquitectura donde el “data plane”
(equipo de conmutación basado en comparación de prefijos en una tabla) y el
“control plane” (lógica que determina como se llenan
las entradas en la mencionada tabla) residen en dispositivos diferentes (switch y
controlador, respectivamente) que pueden ser provistos por fabricantes
diferentes. Similar a lo que se hizo con la industria de las computadoras
– donde la existencia de interfaces abiertas bien definidas permitió el
paso de arquitecturas cerradas e integración vertical de un solo proveedor (p.
Ej. IBM) a arquitecturas abiertas y competencia horizontal a nivel de
procesadores (Intel vs AMD), sistemas operativos (Windows vs UNIX) y
aplicaciones (una plétora de proveedores) resultando en una dramática reducción
en los costos y un no menos dramático aumento en la performance de los equipos
-- la adopción de SDN promete eliminar el pseudo-monopolio
de las grandes compañías de equipos de redes (p. Ej. Cisco), aumentar la oferta
de proveedores, reducir los precios y mejorar la performance de los
equipos/redes. En particular, SDN permite la entrada a competir de nuevos
ofertantes que se especialicen ya sea en fabricar switches
o diseñar controladores. Cuando es cierto que el Perú no tiene la
infraestructura industrial ni economía de escala para competir en la
fabricación de switches (hardware), nada impide la
creación de una industria local dedicada
al diseño de controladores (software), es decir el “control plane”
de la red. Nótese que la inversión en el equipamiento necesario para
desarrollar controladores SDN (como el incluido en esta solicitud) es
relativamente pequeña, considerando que permitirá al país entrar a competir en
la economía del conocimiento.
·
Globalización, intercambio de
conocimiento y disponibilidad de herramientas open source.
Muchas delas herramientas necesarias para la creación de controladores SDN, y
para simulación y validación de algoritmos y protocolos se encuentran
disponibles como software open source. O, puede ser
obtenido de sus fabricantes a bajo costo gracias a convenios de colaboración.
En general, los investigadores en el área de redes – creadores y primeros
usuarios de Internet – tienen una mentalidad global y de colaboración.
Esta mentalidad global también existe en los usuarios extranjeros de la
tecnología, lo que los hace mas proclives a probar y adquirir soluciones
basadas en la calidad técnica del producto y no su país de procedencia, lo que
nos facilita el acceso a un mercado global.
En áreas de arquitecturas SDN:
·
Desarrollado una arquitectura de
Redes Definidas por Software para una red de backbone
"carrier grade". Las pocas redes SDN
existentes (en el campo o la literatura) se han concentrado en redes de acceso
(con la excepción de la red desarrollada por Google). Estas arquitecturas no
son adecuadas para los requerimientos de una red de backbone.
La arquitectura de una red de backbone deberá proveer
servicios de alta disponibilidad, ser escalable (tanto en el plano de datos
como en el plano de control), arbitrar el acceso a los recursos de los
diferentes actores en un carrier (aprovisionamiento,
monitoreo, reparación, facturación, planificación, etc.). Un reto fundamental
es como una red SDN puede ser validada (es decir, demostrada ser “libre de
bugs”).
·
Arquitectura y algoritmos para
proveer protección a servicios en una red SDN. Las redes existentes se han
centrado en aprovisionamiento de servicios en tiempo moderado. Existen pocos
desarrollos que permiten aprovisionamiento rápido de servicios. Menos aun,
estas arquitecturas no pueden responder con la velocidad necesaria (p. Ej.,
menos de 50 milisegundos mas tiempo de propagación) en caso de fallas. Las
soluciones existentes se limitan a aprovisionar nuevos circuitos (en forma
secuencial, luego de cada falla. Proceso que puede tomar minutos!.
Desarrollo de controladores SDN para optimización de recursos y
gestión de red:
·
Desarrollo de un controlador SDN/OpenFlow reconfigurable para la gestión y optimización del
trafico de una red de datos de un campus de gran tamaño. Este proyecto nace de la observación que la gestión de una
red universitaria grande es mucho mas compleja que la gestión de red en el
promedio de instituciones. Una universidad del tamaño de la PUCP cuenta con una
gran diversidad de usuarios, roles, y requerimientos de trafico. Además, la
naturaleza misma de una universidad (innovación, constante cambio) requiere una
flexibilidad/dinamismo en la asignación de recursos de comunicaciones que no
puede ser provista por mecanismos convencionales basados en la identidad del
dispositivo (dirección MAC o IP) y puerto (TCP) usado. Peor aun si se adopta el
paradigma “Bring Your Own Device” (BYOD) donde un
usuario puede usar cualquier dispositivo (propio o prestado) para accesar la información que necesita.
·
Desarrollo de un controlador SDN/OpenFlow para aprovisionamiento dinámico de servicios con
variada nivel de protección. Diseñar un
controlador multi-level (óptico, enlace, e IP) para
aprovisionamiento optimo de recursos para satisfacer demandas con diferentes
nivel de protección (sin protección, protección a una falla, protección a dos
fallas, etc).
Algoritmos para optimización de recursos en redes móviles:
·
Algoritmos de control de topología
y selección de frecuencia para redes inalámbricas. La proliferación de redes
inalámbricas (por. Ej., WiFi) esta causando un nivel
alto de congestión e interferencia reduciendo el throughput
disponible para los usuarios. El ajuste de la potencia de transmisión y
frecuencia de operación en áreas de gran densidad de usuarios y trafico tiene
el potencial de mitigar esta congestión. Cuando el problema de selección de
frecuencia es muy conocido en la literatura (“graph coloring”), nosotros investigaremos una variante aplicable
a redes móviles: es decir, la tolerancia
a interferencia entre dos Wireless LANs (WLANs) será una variable
continua de 0 a 1, en función del trafico de las WLANs
y su distancia, en lugar de una cvariable binaria (0
o 1) dependiendo de si las WLANs son colindantes o
no.
·
Descubrimiento de vecinos (Neighbor discovery) en redes de
acceso dinámico al espectro (DSA). DSA es un paradigma emergentes en redes
móviles, donde los usuarios sensan su entorno para
seleccionar el canal en el cual transmitir. Como cada nodo realiza esta
selección en forma independiente, existe la posibilidad que dos nodos en rango
de comunicación nunca lleguen a descubrirse y formar un enlace pues
seleccionaron canales de frecuencia diferentes. Este proyecto explora
algoritmos que minimicen el tiempo necesario para que todos los nodos en la red
descubran sus vecinos (nodos dentro de su rango de comunicación) y su(s)
canal(es) de comunicación.
·
Algoritmos de enrutamiento para
redes móviles Ad Hoc de gran tamaño. Este proyecto busca incrementar el limite
actual de tamaño (numero de nodos) de una red móvil limitada por el consumo
ancho de banda del protocolo de enrutamiento. Exploraremos variantes/mejorías
de nuestro protocolo HSLS -- la mejor
variante de protocolos basados en Link State (LS) en
términos de escalabilidad – para redes no homogéneas.
El GIRA ha conseguido apoyo de la universidad (PUCP) para la
adquisición de un testbed (banco de pruebas) de redes
de regular tamaño con el objetivo de evaluar y validar las diferentes
arquitecturas, protocolos, y algoritmos desarrollados por nuestro Grupo.
A nivel internacional, el GIRA cuenta con la colaboración y respaldo
de:
·
El Renaissance
Computing Institute (RENCI) de la Universidad de
Carolina del Norte (UNC) Chapel Hill en colaboración
con la universidad de Duke y la Universidad de Estado
de Carolina del Norte (Dr. Ilya Baldine).
Colaboración en redes definidas por software. Acordaron proveernos con su
software de control para los ExoGENI racks así como
con credenciales aceptadas por otros nodos GENI. Esto nos permite configurar
variadas topologías a base de VMs, asi como federar nuestro equipamiento con la red GENI de
EEUU y realizar experimentos a escala.
·
NEC Corporation
(Dr. Itaru Nishioka):
colaboración en redes definidas por software. Ellos en colaboración con BBN
Technologies han creado un prototipo de red SDN que corre sobre un GENI rack.
Este prototipo esta basado en conceptos desarrollados por nuestro investigador
principal (Dr. Santivanez), y es compatible con nuestra línea de investigación.
Con este prototipo han demostrado aprovisionamiento rápido de circuitos “on-demand”. Contar con este sistema reducirá la curva de
aprendizaje de los nuevos miembros del grupo así como el tiempo necesario para
implementar nuestros propios diseños.
·
Miembros del grupo de interés en
SDN de RedCLARA (varios): RedCLARA desarrolla
y opera la única red de Internet avanzada de América Latina. La visión de RedCLARA es ser un sistema latinoamericano de colaboración
mediante redes avanzadas de telecomunicaciones para la investigación, la
innovación y la educación. La PUCP esta conectada a RedCLARA
a través de la Red Académica Peruana (RAAP)
Esta red esta dedicada al soporte para la investigación, la innovación y
la educación. Si bien es cierto que el enfoque de la RAAP no es la
investigación per se, sino el dar soporte de comunicaciones a los
investigadores de la región, en la practica los requerimientos de las redes
académicas sobrepasan la oferta de los proveedores mundiales obligando a los
responsables de la red a cubrir este vacío explorando nuevas tecnologías (aun
en etapa de investigación) y de ser necesario desarrollar su propia tecnología.
Esto no es único de nuestra región, por ejemplo ESNEt,
la red científica del Departamento de Energía de EEUU ha tenido que hacer lo
mismo, desarrollando su propio sistema de aprovisionamiento dinámico de
circuitos (OSCARS). Entonces, expertos de la RedCLARA
están explotando el uso de SDN en su red y han creado un grupo de trabajo en
SDN. Este grupo esta interesado en colaborar con el GIRA. Asimismo,
investigadores en universidades asociadas a RedCLARA
y el grupo de interés en SDN están interesados
en nuestra implementación de un GENI rack y federación con EEUU, y de
ser esta exitosa estarían interesados en adquirir sus propios racks. Esto nos
permitiría formar nuestra propia red a-la-GENI (es decir, una testbed virtual a escala) regional, remplazando la
federación a baja velocidad con EEUU por una interconexión a mayor velocidad
con universidades en Chile y Brasil.
El GIRA esta ahora buscando financiamiento externo para financiar la
contratación de asistentes de investigación y/o tesistas
(pre-grado o de la maestria de PDS).
Para mayor información sobre el GIRA, sus proyectos, y formas de colaboración,
por favor contactar al Dr. Cesar Santivanez (csantivanez@pucp.pe)