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Co-simulación en Sistemas Ciber Físicos (CocoSim) (03/2021 - a la fecha)
Los Sistemas Cíber Físicos (SCF) o, en inglés, Cyber-Physical Systems, son sistemas que integran computación, redes y procesos físicos, con bucles de realimentación donde procesos físicos impactan sobre procesos de cómputo y viceversa. El desafío principal en estos sistemas es combinar abstracciones que han evolucionado durante siglos para modelar los sistemas físicos (p.e., ecuaciones diferenciales y procesos estocásticos), con abstracciones de las ciencias de la computación (algoritmos y programas), que proveen una ``epistemología de procedimientos", es decir, pasan de la noción del ``qué es" de las ciencias experimentales a la del ``cómo se hace".
A partir de la experiencia del grupo de investigación MINA (Instituto de Computación - Facultad de Ingeniería) en esta área y en particular al trabajo en robótica móvil cooperativa llevado a cabo en los últimos años, se ha identificado como una necesidad para el grupo contar con un ambiente de modelado y simulación para los SCF; en particular para sistemas robóticos cooperativos (sistemas de múltiples robots con objetivos compartidos).
El surgimiento de esta necesidad es multicausal. Por un lado, contar con modelos y plataformas de simulación para los SCF permite experimentar de manera rigurosa pero simplificada reduciendo costos y tiempo. Por ejemplo, permite realizar pruebas de nuevos desarrollos sin la necesidad de contar con un despliegue en hardware además de disminuir los tiempos de prueba. Permite, además, realizar pruebas de escalabilidad aumentando el tamaño de los escenarios o la cantidad de agentes, aspectos que serían inviables (por espacio o costo) en un ambiente físico de prueba.
Poder contar con una plataforma de simulación que pueda modelar correctamente todos los aspectos de un SCF es complejo y presenta varios desafíos.
Las capacidades y habilidades necesarias para describir correctamente un SCF son muy variadas y provienen de campos de aplicación diferentes. En el caso de la simulación, cada uno de estos campos en general tienen sus propios modelos y herramientas ya establecidos y confiables.
El mayor desafío es, entonces, poder armonizar todos estos puntos de vista heterogéneos e integrar las herramientas y modelos de cada dominio en un único ambiente de simulación.
Es en este contexto que aparece el concepto de co-simulación como una estrategia para resolver estos desafíos.
La co-simulación consiste en reutilizar modelos y herramientas implementados en diferentes plataformas de simulación y hacerlos interactuar con el objetivo de obtener una nueva plataforma de simulación que los contenga.
Este proyecto se propone estudiar el problema de la co-simulación de SCF en general, pero con un foco específico en el problema de co-simulación para sistemas de robots móviles cooperativos con comunicación inalámbrica.
Para esto será necesario profundizar tanto en los aspectos teóricos de la simulación de sistemas híbridos (que modelan sistemas físicos y computacionales) como en los aspectos prácticos de implementación de estas plataformas de co-simulación. Además de los resultados teóricos esperados, se los plasmará en una plataforma de co-simulación que sirva de base común para las investigaciones en robótica móvil cooperativa del grupo.
10 horas semanales
Investigación
Coordinador o Responsable
En Marcha
Alumnos encargados en el proyecto:
Pregrado:2
Maestría/Magister:1
Doctorado:1
Financiación:
Comisión Sectorial de Investigación Científica, Uruguay, Apoyo financiero
Equipo:
MATIAS RICHART (Responsable) , JAVIER BALIOSIAN (Responsable) , GTL , BENAVIDES, F. , A. MAUTTONE , Federico Ciuffardi , Felipe Velázques , Visca, J.
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Control Automático y Robótica /
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Ingeniería de Sistemas y Comunicaciones /
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Sistemas de Automatización y Control /
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Aprendizaje por transferencia para el control de sistemas dinámicos en la nube (08/2020 - a la fecha)
El negocio tradicional de las telecomunicaciones está evolucionando hacia la oferta de un conjunto más rico de servicios más allá de la conectividad básica, aprovechando un concepto relativamente nuevo llamado Cloud-network Slicing. Este paradigma debe permitir entornos de ejecución versátiles, capaces de ejecutar distintas cargas de trabajo en distintos momentos y gastando el menor número posible de recursos. Esta adaptabilidad se conoce como elasticidad, y se han propuesto muchos controladores basados en redes neuronales profundas y aprendizaje por refuerzo para entornos similares.
Sin embargo, estas técnicas necesitan un periodo de entrenamiento que puede no estar al alcance de los usuarios que pretenden crear y dar de baja slices ad-hoc tan rápido como sus clientes los solicitan. El objetivo de este proyecto es estudiar la aplicación de técnicas de aprendizaje por transferencia en el ámbito de servicios desplegados en la nube. Exploramos dos ideas relacionadas sobre cómo acelerar el proceso de aprendizaje: (i) realizándolo en un simulador y ``transfiriendo'' la política aprendida al sistema real, y (ii) transfiriendo la política aprendida para un slice concreto (por ejemplo, un slice de streaming de vídeo) a uno nuevo (por ejemplo, un slice de BD Cassandra).
5 horas semanales
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
Alumnos encargados en el proyecto:
Maestría/Magister:1
Equipo:
MATIAS RICHART , JAVIER BALIOSIAN (Responsable) , Rafael Pasquini , Ian Resende
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Ingeniería de Sistemas y Comunicaciones /
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Herramienta de planificación operativa y dimensionamiento para las infraestructuras de red de los operadores que pasan al 5G/6G avanzado aprovechando las técnicas de Inteligencia Artificial (OPTIMAIX) (03/2022 - a la fecha)
El proyecto se orienta a implementar un marco de Optimización como Servicio (OaaS, del inglés Optimization-as-a-Service) proporcionando funcionalidades de optimización, que permita a las aplicaciones internas y externas (al operador) realizar asignaciones de servicios y recursos de red de manera eficiente. Este marco
incluye algoritmos inteligentes para entornos extremadamente dinámicos. En dicho marco de optimización se integrará un gemelo digital de la red. Los problemas que se resolverán con el marco de optimización de OaaS partirán de la descripción de los servicios en términos de calidad de servicio, como la latencia máxima permitida, la necesidad de recursos computacionales y la de almacenamiento. La herramienta de optimización determinará la ubicación óptima de los componentes del servicio sobre la infraestructura de red y de computación, utilizando como modelo el que proporcionará un gemelo digital de la red.
La idea de un gemelo digital de la red (NDT, por sus siglas en inglés Network Digital Twin) de soporte a los servicios 5G/6G consiste en crear un entorno de prueba para ayuda a la toma de decisiones de planificación y configuración. Pare ello es necesario materializar un bucle de control cerrado, en el que los datos fluyen entre la infraestructura o sistema real y su gemelo digital. La carga de tráfico, los tiempos de respuesta y otros datos monitoreados en vivo alimentan y ajustan continuamente el modelo digital evitando su deriva respecto de un comportamiento razonablemente próximo a la realidad. Las decisiones probadas en este entorno simulado son, después de la validación, adoptadas en el sistema real.
5 horas semanales
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
Financiación:
Ministerio de Economía y Competitividad, España, Apoyo financiero
Equipo:
MATIAS RICHART , JAVIER BALIOSIAN , Joan Serrat (Responsable) , Juan-Luis Gorricho , Oriol Sallent (Responsable) , Jordi Pérez Romero , Ramón Agûero
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Ingeniería de Sistemas y Comunicaciones /
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Coordinación entre redes de acceso inalámbrico y transporte óptico para redes 5G/6G (02/2022 - 02/2023 )
Los casos de uso de 5G/6G requieren llevar la red óptica hasta el mismo borde de la red no solo para aumentar la capacidad, sino también para garantizar la calidad de servicio (QoS) de extremo a extremo (e2e), por ejemplo, el retardo. Esta QoS e2e requiere que tanto la red de acceso radioeléctrico (RAN) 5G como el transporte óptico operen bajo estrictas restricciones de QoS. Sin embargo, establecer conexiones ópticas de capacidad fija para conectar la RAN con el núcleo 5G implica un gran exceso de capacidad, lo que aumenta el coste total de propiedad para los operadores de redes. Una opción es implementar sistemas ópticos de multiplexación digital de subportadoras (DSCM), que permiten activar/desactivar cada subportadora (SC) de forma independiente en tiempo casi real para proporcionar sólo la capacidad necesaria y cumplir el requisito de retardo máximo.
El funcionamiento casi en tiempo real debe implementarse lo más cerca posible del plano de datos, para liberar al controlador de redes definidas por software (SDN) de esas tareas. A pesar de que el uso de sistemas DSCM puede reducir los costes, sigue habiendo una gran cantidad de sobre aprovisionamiento en la red óptica solo como resultado de la falta de coordinación entre los segmentos RAN y ópticos. En este proyecto, se busca estudiar el problema de coordinación entre ambos segmentos de la red, de modo que se garantice el retardo e2e y se reduzca el sobre aprovisionamiento de capacidad óptica.
3 horas semanales
Investigación
Integrante del Equipo
Concluido
Alumnos encargados en el proyecto:
Doctorado:2
Equipo:
MATIAS RICHART , A. CASTRO , Luis Velasco , Marc Ruiz , Sima Barzegar
Palabras clave:
5G
optical networks
coordination
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Aprovisionamiento Dinámico de Conectividad en Escenarios Inalámbricos 5G de Alta Densidad (03/2016 - 12/2018 )
El proyecto ADVICE (Aprovisionamiento Dinámico de Conectividad en Escenarios Inalámbricos 5G de Alta Densidad) se enmarca en el Reto Economía y Sociedad Digital / Internet del Futuro / Redes y Sistemas Móviles del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016. En concreto aborda algunos retos que se presentan en las comunicaciones inalámbricas del futuro, también llamadas comunicaciones 5G. A pesar de los grandes avances que se han producido en la capacidad máxima que pueden soportar las tecnologías en la capa física, se ha hecho evidente que no estos no serán suficientes para hacer frente a la cada vez mayor demanda de tráfico previsto. Es por ello que se empiezan a postular nuevas topologías, en las que a los despliegues de red más tradicionales, basados en macro-células homogéneas, se irán incorporando elementos de acceso de tamaño mucho menor, tanto de otras tecnologías (routers WiFi), como pico- o femto-células LTE. También se contempla la utilización de técnicas de reenvío e, incluso, la participación oportunista de los propios usuarios para habilitar las comunicaciones (Device- to-Device, D2D). En definitiva, el concepto de red celular que se ha venido considerando hasta ahora no es el que dominará los escenarios de comunicaciones en un futuro cercano, por lo que habrá que afrontar una serie de retos para optimizar su comportamiento. Además, será preciso satisfacer requisitos más estrictos en cuanto a la calidad de servicio percibida por los usuarios y al consumo energético. En paralelo a los avances anteriormente citados, existe un interés cada vez mayor por parte de operadores y fabricantes en la aplicación de conceptos de virtualización y programabilidad sobre redes celulares. De hecho la comunidad científica ya está investigando las
posibilidades del paradigma del Software Defined Networking (SDN) y la virtualización de funciones de red (NFV). En el proyecto ADVICE se plantea precisamente la combinación de ambos aspectos, es decir la gestión de recursos radio y las soluciones SDN/NFV, ya que se parte de la premisa que ambos instrumentos han de cooperar para proporcionar los niveles de eficiencia y escalabilidad que han
de conseguirse para soportar los escenarios que caracterizan las redes 5G. Si bien esta estrategia está ampliamente aceptada, no es menos cierto que algunos de los retos que plantea están aún por resolver. La combinación adecuada de paradigmas NFV/SDN junto a mecanismos de gestión de recursos radio en redes heterogéneas permite aprovechar las sinergias que de ello se deriven y constituye el
elemento distintivo que hace de ADVICE un proyecto de investigación orientada de gran singularidad. El análisis de estrategias de integración de los algoritmos propuestos en este proyecto sobre plataformas de gestión y orquestación de recursos ofrecen una vocación clara de vincular los resultados científicos a las necesidades de la industria, asurando su impacto sobre los potenciales usuarios de los
sistemas de comunicaciones móviles.
5 horas semanales
Desarrollo
Integrante del Equipo
En Marcha
Financiación:
Ministerio de Economía y Competitividad, España, Apoyo financiero
Equipo:
Matías Mario RICHART GUTIÉRREZ
Palabras clave:
Gestion de redes
Redes Inalámbricas
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Ingeniería de Sistemas y Comunicaciones /
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VNET: Towards End-to-End Network Cloudification (03/2016 - 03/2018 )
To address the needs for future network services, existing network architecture should evolve significantly to provide a higher level of flexibility, resilience and quality of service. This challenge was also the one of computing which has found with virtualisation a breakthrough approach to bring a high flexibility in existing computing architecture which makes today the success of Cloud Computing. The next
obvious following step is therefore to 'cloudify' the networks. Concepts such as Software Defined Networks (SDN) started to be pushed by academy and vendors alike looking for ways to virtualize network services, and finally, the idea of virtualizing the control functions of network equipments has raised. This approach is named Network Function Virtualization (NFV) and promises to make networks work based on the same scale-based, cheap, general purpose hardware than current cloud services. Now these ideas look obvious and appealing but they are far from being easy to implement. Most of the obstacles to make them reality are yet to be understood and solved.
This VNET project, propose to study some of the most complex network cloudification problems from a global point of view i.e at radio access networks and the core networks to the service hosting data centers. It will identify the challenges and address the problems related to the virtualisation of RAN (Radio Access Neworks), the problems of service composition and dependability related to the
deployment of SDN and NFV, and finally the design a NaaS platform with the associated tools to allow the specification, validation, deployment and management of on-demand of end-to-end services. In addition, the project will address the manageability of this Cloudified architecture using autonomic concepts using the MAPE framework. The results of the project are expected to be high not only in term of scientific impact but also in term of collaboration between the different partners in the different countries and improvement of the skill of the participating researchers and students.
3 horas semanales
Investigación
Integrante del Equipo
Concluido
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Cooperación
Equipo:
Matías Mario RICHART GUTIÉRREZ
Palabras clave:
Network Management
Virtualization
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Telecomunicaciones /
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Measurement and SLA Management of Heterogeneous Cloud Infrastructures (SLA4CLOUD) (02/2014 - 02/2016 )
The aim of the SLA4CLOUD project is to initiate a major collaboration between research groups of South America and France on Cloud Computing. We propose in this project (i) the development of different offers of Cloud Service with an SLA representation that could be used for offline and online negotiation in cloud environments; (ii) the implementation of a strategy for dynamic consolidations of virtual machines in order to reduce energy consumption without compromising performance requirements concerning availability and SLA violation; (iii) the development of a semi- or fully-automated security policy composition mechanism for composite services in Cloud, while maintaining consistency with the security policies of the external services; (iv) a rule-based pricing system that implements the same intuitive ideas in the shape of policy-rules to improve the quality of service and to increase the global income of a Cloud Computing provider; and v) to deploy the developed mechanisms in a Mobile Cloud Computing scenario as case study and proof-of-concept demonstrator.
5 horas semanales
Instituto de Computación
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Cooperación
Equipo:
JORGE VISCA , JAVIER BALIOSIAN , EDUARDO GRAMPÍN , NAZIM AGOULMINE (Responsable) , JOSé NEUMAN DE SOUZA , STêNIO FLáVIO DE LACERDA FERNANDES
Palabras clave:
sistemas distribuidos
Computación en la nube (cloud computing)
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Ingeniería de Sistemas y Comunicaciones /
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Mobile Crowd Sensing and data Offloading in Collaborative Networks (MOSAIC) (02/2014 - 02/2016 )
The MOSAIC project aims at studying and defining efficient and scalable mobile data offloading and caching mechanisms in collaborative networks. The main objective is to tackle the challenging issue of the quality of service and experience of end-users (operators, providers or clients) when exchanging big amounts of data through wireless and mobile collaborative networks. A novel and innovative aspect is to define smart monitoring techniques and architectures for the existing offloading issues within the current mobile data surge. We plan to evaluate our approach on an emulated network as well as using a real French platform.
The MOSAIC project will face several scientific and technological challenges:
- Investigate and design crowd-sensing techniques to collect and disseminate effectively large amount of data.
- Investigate and improve mobile data offloading decisions ensuring a real QoS and the same QoE over all crossed networks.
- Propose a new monitoring architecture in collaborative networks in considering their behavioral aspects and reference models.
- Evaluate the proposed schemes by emulation and through a real and innovative experimental case study.
5 horas semanales
Instituto de Computación
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Cooperación
Equipo:
Palabras clave:
Collaborative Heterogeneous Systems
Mobile Data
Offloading
Monitoring
QoS
QoE
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Telecomunicaciones /
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Rule-Based Link Adaptation Algorithm for High-Density Wireless Networks (RuBeLA) (05/2012 - 02/2014 )
Implementación de un algoritmo de adaptación de parámetros para mitigar interferencia en redes inalámbricas basado en políticas utilizando transductores de estado finitos.
10 horas semanales
Instituto de Computación
Investigación
Integrante del Equipo
Concluido
Alumnos encargados en el proyecto:
Maestría/Magister:1
Equipo:
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Cognitive, Cooperative Communications and autonomous SErvice Management (C3SEM) (02/2011 - 03/2012 )
The work will be streamlined according to the two main involved planes: connectivity (communication, access and networking technologies) and next generation service management. Within the connectivity plane, the following aspects will be addressed: Cognitive techniques (we will benefit from the knowledge on the particular usage of the resources, so as to optimize its assignment according to the particular requirements of the end-users and the network status). Access selection within heterogeneous environments (this has to consider end-user preferences, the particular situation of the network, and should make the ABC (Always Best Connected) paradigm a reality). Multihop extensions and cooperative relaying (mesh networks are an interesting alternative to extend the coverage of traditional network deployments and to increase communication performance, by means of cooperative relaying techniques) .In what concerns the plane for next generation service management, we start from the assumption that we are dealing with next generation services, in the sense that they are characterized, amongst other attributes, by their capacity of personalization and ubiquity. Anyway, given the increasing complexity of next generation services and their management, this is only feasible by means of autonomous systems. In this field, we will study service self-healing problems, based on techno-economical criteria; behavior optimization (quality of service) based on self-learning techniques and the orchestration of distributed autonomous systems, so as to guarantee their stability and convergence.
10 horas semanales
Instituto de Computación
Desarrollo
Integrante del Equipo
En Marcha
Financiación:
Institución del exterior, Otra
Equipo:
EDUARDO GRAMPÍN , JUAN SAAVEDRA , JOAN SERRAT (Responsable) , RAMON AGUERO , JAVIER BALIOSIAN
Palabras clave:
Redes
Fijación de Precios
Gestón de Redes
Areas de conocimiento:
Ingeniería y Tecnología / Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información /
Telecomunicaciones /