DOCENCIA: Doctorado

 INFORMACIÓN GENERAL

Título:

Uso de técnicas de Network Coding y Multi-path para la mejora de las comunicaciones sobre redes malladas inalámbricas.

Autor:

David Gómez Fernández.

Tutor:

Ramón Agüero.

Año Finalización:

2015.

 DESCRIPCIÓN

El mundo de las comunicaciones se caracteriza en la actualidad por un uso cada vez más extendido de dispositivos portátiles y móviles de gran capacidad (smartphones, tablets, ordenadores portátiles, etc.) para intercambiar información. La importancia de este fenómeno es tal que el tráfico generado por este tipo de terminales está empezando a superar al correspondiente a los accesos cableados, convirtiéndolos en el medio más utilizado para la conexión a Internet. Si bien es cierto que el uso más habitual de las tecnologías inalámbricas se sitúa en el conocido como último salto, hay que destacar la mayor importancia que adquieren día a día las topologías multi-salto. Vistas en un comienzo como solución de emergencia para extender, de una forma económica y rápida, la cobertura en situaciones donde la infraestructura de red tradicional no era suficiente, cada día surgen nuevos casos de uso en los que el despliegue de redes malladas inalámbricas aparece como una alternativa a los esquemas de transmisión más clásicos.

Por otro lado, los protocolos que se emplean sobre las redes de comunicaciones no evolucionan al mismo ritmo que éstas. El ejemplo más claro es TCP, solución de nivel de transporte más extendida, que no se ha adaptado a los cambios que se han ido produciendo en las redes. Desde sus primeras versiones, TCP fue concebido para trabajar sobre entornos cableados, en los que la aparición de errores de transmisión no era relevante, por lo que fue diseñado para reaccionar de manera óptima ante el principal problema de dichas redes: la congestión. Su interacción con los canales inalámbricos, con unas características radicalmente diferentes a las de los interfaces cableados, es muy complicada.

Para hacer frente a esta situación, se han realizado muchas propuestas. Desde el punto de vista del propio TCP, se han hecho numerosas modificaciones del mismo para sobreponerse a sus limitaciones, y mejorar sus pobres prestaciones sobre entornos inalámbricos. Al mismo tiempo, otras opciones consideran sustituir a TCP como solución de transporte orientada a la conexión. Entre las más interesantes se encuentra el protocolo MPTCP, llamado a ser la evolución natural de TCP, y que aprovecha una circunstancia cada vez más habitual en los dispositivos, que no es otra que la incorporación de múltiples interfaces con los que comunicarse. Por otra parte, las técnicas conocidas como Network Coding están llamadas a tener un papel fundamental en las comunicaciones del futuro. Su concepto básico propone un giro radical con respecto al encaminamiento tradicional, convirtiendo los elementos intermedios de la red en entidades activas, capaces de transformar el contenido de los mensajes a medida que los procesa.

Esta Tesis parte de los problemas observados en TCP, analizando la viabilidad de algunas de las soluciones más importantes que han surgido en los últimos tiempos. Este trabajo se vale de las técnicas de simulación, y los resultados obtenidos muestran las mejoras que suponen estas alternativas con respecto a los esquemas tradicionales vistos con TCP.

En primer lugar, se tratará de mitigar una de las principales carencias a la hora de emular el comportamiento de los canales inalámbricos en simuladores de red, ya que se tiende a simplificar en exceso la operación de los mecanismos de nivel físico. En esta memoria se presentan dos alternativas, computacionalmente eficientes, capaces de reflejar adecuadamente la naturaleza de las transmisiones sobre este tipo de medios.

Posteriormente, se llevará a cabo un extenso análisis del protocolo MPTCP sobre dispositivos multi-interfaz en redes inalámbricas multi-salto. Se pondrá un especial interés en estudiar los mecanismos de control de flujo, que se encargan de balancear la carga entre las diferentes conexiones, en función de la calidad percibida por los enlaces. Asimismo, se extenderá el estudio a topologías más complejas, en las que la multiplexación del tráfico a través de diferentes rutas permite alcanzar cotas superiores de rendimiento.

Finalmente, se estudiará una solución diferente, que utiliza técnicas de Network Coding con ópticas diferentes. En primer lugar, se combinará el protocolo TCP con una solución inter-flujo, mediante la cual se mezclará el tráfico perteneciente a dos flujos en transmisiones únicas, maximizando la utilización del canal y, por tanto, incrementando el rendimiento final. Por otra parte, se utilizará un esquema formado por UDP y un mecanismo de codificación aleatoria de los datagramas de un único flujo, mediante el que se pretende enmascarar los errores producidos durante las transmisiones, ofreciendo un servicio fiable, equivalente en esencia al ofrecido por TCP.