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Áreas de investigación

Tal y como ilustra nuestro lemaDeveloping the Science of Networks (desarrollo de la ciencia de redes) – IMDEA Networks identifica y aborda retos científico-técnicos importantes en la ingeniería de comunicaciones y redes de ordenadores, y también tiene como objetivo desarrollar estos resultados por medio de implementaciones prácticas . La naturaleza de estos problemas cambia constantemente y cada vez con mayor rapidez. Para asegurarnos de la relevancia de nuestras actividades de investigación, adaptamos continuamente nuestra agenda científica para mantenernos a la cabeza de la innovación tecnológica. Organizamos nuestras actividades en áreas de investigación que reflejan nuestras prioridades actuales de trabajo, dotándonos también de la flexibilidad adecuada que nos permita responder a retos tecnológicos emergentes. La misión investigadora de nuestro Instituto se adapta a los puntos fuertes de nuestro creciente equipo de investigación y de nuestros colaboradores externos. En la actualidad, nuestra investigación se concentra en las siguientes tres áreas generales:

 
Network Protocols and AlgorithmsWireless Networking
 

Networked Systems and Algorithms - Sistemas en red y algoritmos

Director Cientifíco de "Networked Systems and Algorithms": Arturo Azcorra.

Todas las redes poseen una estructura y requieren protocolos para alcanzar sus objetivos. Los investigadores de IMDEA Networks cuentan con amplios conocimientos en materia de arquitecturas y protocolos para redes de comunicación; por ejemplo, sobre diseño de topologías de redes, encaminamiento, transmisión, clasificación de paquetes, almacenamiento en red, control de congestiones y control de acceso a medios de comunicación. Por otro lado, también tenemos interés en otros ámbitos, como las redes sociales, las redes energéticas y las redes de transporte.

Nuestra investigación se basa en un planteamiento multidisciplinario en lo que respecta al diseño y conocimiento de los protocolos y las arquitecturas de red. Por ese motivo, intentamos superar las limitaciones que nos imponen las tecnologías y tenemos en cuenta los factores económicos y sociales. Por ejemplo, nuestras investigaciones en el área del encaminamiento y de la transmisión a través de la red toman en consideración la diversidad de proveedores de servicios de internet y sus distintos intereses económicos. Cuando trabajamos en la búsqueda de soluciones centralizadas o descentralizadas, asumimos que nunca existe información “perfecta”. Para poder hacer frente a dicha incertidumbre, así como a los intereses particulares de las entidades individuales, nuestro análisis adopta métodos basados en la teoría de juegos y en los algoritmos en red. Además, en nuestro diseño de protocolos también hacemos el supuesto de que las conductas de las demás partes implicadas son, hasta cierto punto, siempre imprevisibles. Por consiguiente, el diseño de protocolos se basa en el aprendizaje y la adaptación permanentes como principales modos operativos.

Otro de los elementos distintivos de nuestras actividades de investigación es su sentido práctico. Los datos reales sirven de punto de partida de nuestras labores analíticas, así como de fundamento para la validación de nuestras conclusiones analíticas. Por ejemplo, nuestros estudios de simulación a gran escala del encaminamiento a través de internet se basan en topologías reales de la red. Además, llevamos a la práctica nuestras ideas teóricas y hacemos que los prototipos estén a disposición del público, directamente o bien a través de nuestros socios comerciales.

Un importante enfoque de nuestro trabajo es en el área de los sistemas dentro de las redes. Por ejemplo, exploramos las ventajas y desventajas de la simplicidad y la expresividad de los motores de procesamiento de paquetes, de las nuevas abstracciones para planos de control heterogéneos y de las técnicas de virtualización de red. También trabajamos en los aspectos de red que se relacionan con la computación en la nube.

Esta área de investigación pretende alcanzar los siguientes objetivos:

  • Arquitecturas y protocolos innovadores para redes basadas en comportamiento.
    • Internet es modelado como una asociación de entidades independientes.
    • El comportamiento de homólogos no se da por supuesto.
    • El aprendizaje y la adaptación continua son los principales modos operativos.
  • Reducción de la distancia (o franqueo de diferencias) entre la economía de red y las redes.
    • El despliegue de diseños innovadores se convierte en el problema principal.
    • Los entornos políticos y económicos de Internet son analizados con mayor fidelidad.
    • El conocimiento político-económico guía el diseño técnico.
  • Facilitación del desarrollo y el despliegue de sistemas en red fiables y de alto rendimiento:
    • El correcto funcionamiento de las redes es fundamental.
    • Las Redes Definidas por Software (SDN - Software Defined Networking) revolucionan la red y plantean riesgos considerables.
    • Se desarrollan nuevas abstracciones para simplificar la administración de la red y utilizar la infraestructura de red subyacente con mayor eficacia.

Wireless Networking – Redes inalámbricas

Director Científico de "Wireless Networking": Joerg Widmer.

Debido a la escasez de recursos en cuanto al espectro inalámbrico y a la creciente demanda de aplicaciones móviles, en la actualidad la optimización de las comunicaciones inalámbricas y la mejora de las arquitecturas de las redes inalámbricas constituyen una de las áreas de investigación más importantes y problemáticas en el ámbito de la interconexión de redes. La proliferación y la elevada penetración en el mercado de aparatos móviles de bajo coste, así como el hecho de que la conectividad sea algo omnipresente, abren la posibilidad de que surjan muchos nuevos servicios, aunque a la vez plantean retos específicos en relación con la escalabilidad, las interferencias y la imprevisibilidad del entorno inalámbrico.

IMDEA Networks lleva a cabo actividades en varias áreas de investigación sobre comunicaciones inalámbricas. Investigamos tecnologías inalámbricas emergentes tales como las comunicaciones de frecuencia extremadamente alta para 5G y LANs inalámbricas y la comunicación por luz visible, las cuales prometen incrementar la tasa de datos inalámbricos en un orden de magnitud o más. Nuestro trabajo para el logro de mejoras en la capacidad también se centra en materias como las redes ultra-densas, la gestión inteligente de interferencias, la codificación cooperativa y la codificación de redes, la mejora de los mecanismos de control de acceso al medio que requieren tecnologías avanzadas sobre capas físicas como MIMO, la cancelación sucesiva de interferencias, etc.

Al mismo tiempo, las arquitecturas de las redes móviles deben soportar estas nuevas tecnologías, así como los nuevos casos de uso, y por consiguiente ser más flexibles. Realizamos investigaciones sobre arquitecturas de red para 5G y más allá, centrándonos específicamente en arquitecturas basadas en redes definidas por software (SDN) y en la virtualización de funciones de red (NFV). Además, las redes inalámbricas se están volviendo más heterogéneas, ya que están ganando terreno en casos de uso más diversos como el Internet de Cosas (IoT) y las redes conectadas intermitentemente o tolerantes al retardo, las redes de vehículos aéreos no tripulados y las redes submarinas. Nuestras actividades de investigación abarcan el control de acceso al medio (MAC), el enrutamiento, el control de errores y los protocolos de transporte, considerados tanto como entidades independientes como parte de la infraestructura del diseño de capas cruzadas. Con la finalidad de mejorar la flexibilidad y la posibilidad de programación de las futuras tecnologías inalámbricas, también estudiamos nuevas interfaces programables que ponen al descubierto operaciones de bajo nivel para promover la evolución de la red y facilitar la optimización de los resultados y la personalización de los servicios. Para una serie de los casos de uso anteriores, la localización eficiente y precisa del dispositivo es muy útil.

Somos conscientes de la importancia de reducir la brecha existente entre los resultados teóricos y la investigación inalámbrica aplicada, para lo cual hemos establecido varios bancos de pruebas inalámbricas (para las redes de ondas milimétricas o mm-wave, el 5G, el estándar IEEE 802.1 y otros), por medio de los cuales aplicamos y evaluamos nuestras ideas.

Esta área de investigación pretende alcanzar los siguientes objetivos:

  • Aumento de la capacidad de las redes inalámbricas.
    • Redes de ondas milimétricas y redes de comunicación por luz visible para soportar comunicaciones de banda ancha de velocidad muy alta.
    • Redes extremadamente densas, células pequeñas y backhaul inalámbrico.
    • Gestión de interferencias, programación oportunista, codificación y modulación adaptativas, y descarga de tráfico.
  • Mejora de las arquitecturas de las redes móviles.
    • Redes definidas por software (SDN) para redes móviles; virtualización inalámbrica
    • Virtualización de funciones de red (NFV), arquitecturas en capas NFV, interoperabilidad de soluciones NFV y federación de infraestructura NFV.
    • Protocolos de comunicación eficientes, robustos, justos y de alto rendimiento para redes celulares basadas en SDN/SDR, servicios orientados al contexto y centros de datos en la nube.
    • Conceptos Cloud RAN, con la división flexible del acceso de radio.
  • Apoyo a redes inalámbricas heterogéneas.
    • Localización móvil en interiores para la optimización de redes, así como servicios basados en la localización.
    • Apoyo por parte de redes vehiculares y aéreas, así como de redes conectadas intermitentemente, redes tolerantes a demoras y redes submarinas.
    • Supervisión colaborativa del espectro de banda ancha.

Network Measurements and Analytics – Medición y analítica de red

Director Científico de "Network Measurements and Analytics": Albert Banchs.

La rápida evolución de los sistemas portátiles móviles y del Internet de las Cosas ha dado origen a un rico ecosistema de aplicaciones, personalización y servicios que está mutando el modo en que miles de millones de usuarios se comunican e interactúan con su entorno. Esta digitalización del mundo ha dado lugar a aplicaciones innovadoras con nuevos niveles de personalización y la capacidad de interactuar con el medio. Sin embargo, esta tendencia también genera grandes volúmenes de datos que pueden aumentar los riesgos a la privacidad y la seguridad con respecto a las tecnologías de red preexistentes, al tiempo que generan patrones de tráfico desconocidos y cuellos de botella que pueden tener un impacto negativo en el rendimiento de la red y en la experiencia del usuario.

En IMDEA Networks estamos involucrados en nuevos esfuerzos de investigación para ilustrar empíricamente cómo los usuarios, las redes, los dispositivos y las aplicaciones interactúan, se comportan y se desempeñan fuera del laboratorio.

Nuestra investigación se centra particularmente en la realización de mediciones analíticas de sistemas en red del mundo real, y tenemos gran interés en comprender su uso (y abuso), así como los desafíos al rendimiento, la privacidad y la seguridad que presentan las tecnologías de red emergentes. Nuestra investigación también conduce al desarrollo de soluciones Big Data para analizar y procesar rápida y correctamente los datos a gran escala generados por el tráfico, la red y la propia aplicación.

En IMDEA Networks participamos y colaboramos con usuarios, ciberactivistas, la industria y los reguladores para identificar y abordar importantes problemas de interés social, industrial y académico desde un ángulo práctico. A menudo, nuestros investigadores son responsables del desarrollo de herramientas prácticas que ayudan a las diversas partes interesadas a entender cómo los usuarios, dispositivos, redes, servicios y aplicaciones se interconectan, se comportan y desempeñan su función entre bastidores.

Esta área de investigación pretende alcanzar los siguientes objetivos:

  • Mediciones de red
    • Mediciones activas y pasivas.
    • Caracterización de la red y del tráfico.
    • Solución de problemas y evaluación del rendimiento.
    • Análisis de redes sociales.
    • Integración de la nube y lo móvil.
  • Grandes Datos (Big Data)
    • Aprendizaje de máquinas aplicado y reconocimiento de patrones.
    • Análisis de datos para seguridad cibernética y detección de anomalías.
    • Interacción humano-datos (IDH) y visualización.
  • Privacidad y seguridad
    • IoT, sistemas cibernéticos y computación móvil.
    • Seguimiento en línea, publicidad y bloqueo de anuncios.
    • Prevención del fraude.
    • Malware móvil y detección de amenazas.
    • Transparencia de datos y herramientas de preservación de la privacidad.