Investigador UTEM desarrolla mecanismos de asignación de recursos de transmisión en redes inalámbricas

Autor: Vicerrectoría Académica|
El objetivo general de esta investigación es desarrollar mecanismos de asignación de recursos a usuarios de redes inalámbricas, que permitan el uso eficiente y equitativo del espectro, para brindar servicios de calidad con alta eficiencia energética.

A diario somos testigos del gran número de aplicaciones y de dispositivos móviles que proliferan por doquier en todo el mundo, lo cual sin dudas ha generado un crecimiento exponencial en el tráfico de los datos móviles.

En países como Chile, con una gran diversidad de servicios utilizando el espectro radioeléctrico, incluida la telefonía móvil con casi 28 millones de celulares (según estadísticas del INE a fines de 2017), se genera un problema de escasez espectral; siendo esta carencia espectral aún más severa en los países más desarrollados industrialmente.

Unido a esa problemática, en el mundo de las telecomunicaciones estamos también frente al desafío del uso eficiente de los recursos energéticos, un reto que tiene impacto directo en el medio ambiente y la sociedad.

Motivado por hacer frente a estos desafíos, el Dr. en Ciencias Técnicas (Telecomunicaciones) Samuel Montejo Sánchez, integrante del grupo de investigadores del Programa Institucional de Fomento a la Investigación, Desarrollo e Innovación (PIDi) de la Universidad Tecnológica Metropolitana, desarrolla su línea de investigación “Asignación de Recursos de Transmisión con Equidad en Comunicaciones Inalámbricas Energéticamente Eficientes”.

El Dr. Montejo, quien se incorporó al PIDi en abril de 2018, es graduado de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica en la Universidad Central de las Villas (UCLV), Cuba, e hizo su doctorado como parte de un convenio CAPES-MES entre dicha casa de estudios y la Universidad Tecnológica Federal do Paraná, de Brasil. El profesional resultó Premio Nacional de la Academia de Ciencias de Cuba en el 2016.

¿En qué consiste exactamente su investigación?

El objetivo general de esta investigación es desarrollar mecanismos de asignación de recursos a usuarios de redes inalámbricas, que permitan el uso eficiente y equitativo del espectro, para brindar servicios de calidad con alta eficiencia energética. Para dar cumplimiento al objetivo general, se establecen como objetivos específicos el desarrollar mecanismos que asistidos por codificación de red permitan reducir el consumo energético en redes cooperativas cognitivas;  mecanismos de selección de relay (nodos que asisten la comunicación de otros nodos), de bajo costo computacional, que tomen en consideración el estado de la batería y la ubicación de los relays potenciales, con el fin de extender el tiempo de vida de la red; y mecanismos energéticamente eficientes para el control de la potencia de transmisión, en función de indicadores de QoS (Quality of Service). Asimismo, constituyen también objetivos específicos desarrollar mecanismos de transmisión que mediante el empleo de múltiples radios incrementen la eficiencia espectral y energética del sistema; estrategias para la diseminación de información en redes ad hoc vehiculares y para el control efectivo de los parámetros de transmisión; esquemas de transmisión que incrementen la seguridad de las comunicaciones inalámbricas desde la capa física; y esquemas de comunicación energéticamente eficientes basados en la transferencia de energía inalámbrica “energy harvesting”.

¿De qué antecedentes parte esta investigación?

Los dos primeros objetivos específicos trazados en esta investigación parten de las insatisfacciones propias que me quedaron de la tesis de doctorado, desde el punto de vista de hasta donde hubiese deseado extender mi trabajo. Específicamente, en mi tesis de doctorado fue el desarrollo de estrategias para la asignación de recursos de transmisión basadas en la ubicación de los nodos. A pesar de haber sido un trabajo muy bien evaluado por el tribunal y seleccionado como la mejor tesis de doctorado en telecomunicaciones presentada en ese año en Cuba, continué haciéndome preguntas y trazándome tareas respecto al tema. Creo que esto es propio de la “etapa de desentrenamiento” que uno sufre al terminar un doctorado. Entonces, comencé a hacer otras modelaciones que tomaran en consideración escenarios más desafiantes, en cuanto a la movilidad y severo impacto del multitrayecto. Eso nos hizo pensar entonces en la aplicabilidad de los conceptos de redes cooperativas y codificación de red en los escenarios abordados. Uno de los artículos publicados con el trabajo de doctorado fue muy citado en corto tiempo, y me llamó la atención que lo que le distinguía de otros que abordaban temáticas similares era el impacto de la propuesta en términos de eficiencia energética. En efecto, la eficiencia energética es algo que nos interesa a todos, porque nos afecta desde el punto de vista de la autonomía de nuestro dispositivo propio, pero también nos afecta desde el punto de vista del medio ambiente y la ecología. Por lo que decidí que mis nuevos trabajos deberían tener un impacto positivo en términos del consumo energético. El resto de los objetivos están ligados a las redes de colaboración y a investigaciones a las que he dado continuidad de tesistas de magister y pregrado, de quienes fui tutor en Cuba y hemos seguido colaborando en la extensión de aquel camino trazado, hoy desde sus trabajos de doctorado.

¿En qué medida el hecho de desarrollar mecanismos de transmisión energéticamente eficientes impacta directamente en la autonomía de los dispositivos móviles?

Al respecto podemos poner algunos ejemplos: si nosotros imaginamos que el mecanismo de transmisión regula el tiempo en el cual un dispositivo puede estar activo o en modo de bajo consumo, lo cual está estrechamente relacionado con las redes de transmisión a largas distancias y baja potencia, entonces podemos inferir que en la medida en que podamos hacer que sea más efectivo el uso de los períodos de transmisión y más prolongados los tiempos de ensueño, pudieran traducirse en un ahorro energético. Pero si pensamos en otros tipos de redes, en las cuales se pueda incrementar la robustez de la comunicación, usando el mismo tiempo y la misma potencia para transmitir, pudiéramos entonces estar también frente a un ahorro energético significativo, al no precisar de retransmisiones de la información. Recientemente, hemos estado trabajando con una propuesta de un mecanismo de codificación que permite, transmitiendo con la misma potencia, alcanzar distancias mayores, y una probabilidad de interrupción a la comunicación mucho más baja, lo cual hace que consumiendo la misma potencia, podamos tener una cobertura mayor de red, y a su vez garantizar el nivel de calidad de servicio requerido.

¿Cómo se vincula su investigación con la protección y preservación de las vidas humanas?

Por ejemplo, en el desarrollo de estrategias para la diseminación de información en redes ad hoc vehiculares y para el control efectivo de los parámetros de transmisión, podemos asegurar que garantizando que la información de estado del vehículo llegue en tiempo a otros autos con aplicaciones de seguridad, que corren aplicaciones por ejemplo de seguridad vial, pudiera garantizarse una disminución significativa del número de accidentes vehiculares. También, podemos mencionar el hecho de tener una red de sensores inalámbricos en un entorno hospitalario o de cuidado, donde las personas posean múltiples sensores que midan y registren sus signos vitales y generen alarmas que alerten a los médicos que trabajan en el recinto. Si fuésemos a utilizar de ejemplo las redes cooperativas en particular, se han utilizado mucho en las zonas de desastre. En Chile es una temática relevante por el caso de los movimientos telúricos, que pueden afectar sensiblemente redes basadas en infraestructura. La creación de redes ah hoc basadas precisamente en la cooperación, pudiera ser significativa entonces para un rápido restablecimiento de una comunicación alternativa y tributar a grupos de rescate y salvamento.

¿En quiénes se apoya para desarrollar la investigación?

No puedo dejar de mencionar a muchos investigadores, profesores y en algunos casos aspirantes a doctor relacionados con la investigación. En primer lugar menciono al Profesor Richard Demo Souza (UFSC, Brasil), el tutor brasileño de mi tesis de doctorado, quien es un gran amigo y con quien comparto una visión muy cercana a la ciencia, así mismo debo destacar al Profesor Cesar Azurdia Meza (Universidad de Chile) quien es el investigador patrocinante de mi proyecto de posdoctorado y me ha brindado su apoyo incondicional desde mi llegada a Chile. Importante también ha sido el apoyo de los profesores Evelio García Fernández (UFPR, Brasil), Samuel Baraldi Mafra (INATEL, Brasil), Hirley Alves (Universidad de Oulu, Finlandia),  Ismael Soto (USACH), Sandra Céspedes (Universidad de Chile), Fermín Maciel Barboza (UCOL, México) y Carlos Gutiérrez (UASLP, México). También, debo destacar a los estudiantes de doctorado Onel Alcaraz (Universidad de Oulu), Sandy Boluffé (Universidad de Chile) y David Zabala Blanco (Tecnológico de Monterrey, México). Sin lugar a dudas agradezco el soporte de mi proyecto de Postdoctorado FONDECYT 3170021 y de manera muy especial al  Programa de Investigación, Desarrollo e Innovación de la UTEM, al cual le estoy muy agradecido tanto desde el punto de vista de la oportunidad de investigar, como el clima favorable para el trabajo que se establece en el Edificio de Ciencia y Tecnología. Creo que el poder sentirse a gusto, eso hace que uno sea más productivo, y probablemente existan pocos lugares que funcionen con la armonía con la que funciona este grupo al cual me siento honrado de pertenecer.

 ¿Cuáles son sus expectativas con esta línea investigativa, qué resultados espera y en qué plazo? ¿Cuál considera que es la etapa actual de tus investigaciones?

Para responder esta pregunta debo hacerlo desde dos enfoques. El primero, el estado anhelado, y el segundo, el estado estable. Referente al estado anhelado, quisiera que gran parte de estas propuestas que hoy son estrategias, mecanismos y protocolos que he podido simular y mostrar su aplicabilidad a través de los modelos matemáticos que se han validado para este hecho, pudieran ser utilizados en la práctica, y que en efecto, se revirtiera en preservar vidas humanas, y favorecer a la sociedad. En el estado estable, al menos, quisiera consolidar estas líneas de investigación con la participación de otros investigadores y poder tributar entonces en la formación de estudiantes de doctorado propios de la UTEM, y seguir encaminando esta línea de investigación con múltiples brazos. En eso juega un papel decisivo la concreción del postgrado a nivel de doctorado como parte de la UTEM. Yo creo que estamos en una etapa inicial de la investigación, en la cual ya hemos logrado publicar dos artículos. Quisiera al final de los tres años, para marzo de 2020, tener publicados, al menos, un artículo de alto impacto en cada uno de los objetivos que me tracé. Después de este período, me gustaría poder seguir apoyando estas líneas ya con un FONDECYT de Iniciación, que permita implicar a otros investigadores en lo que es mi línea.

 

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