Informáticos de la UIB investigan cómo mejorar el rendimiento de los sistemas computacionales

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1 Informáticos de la UIB investigan cómo mejorar el rendimiento de los sistemas computacionales El grupo que dirige el doctor Ramon Puigjaner centra su labor en el campo de la Inteligencia Ambiental, un escenario computacional del futuro en el que el entorno podrá captar nuestra presencia y responder a nuestras necesidades Introducción Qué tiempo de respuesta debe tener un cajero automático de una entidad bancaria para que no consiga ponernos nerviosos? A medida que se desarrollan aplicaciones con un tiempo de respuesta cada vez menor, nos acostumbramos a la nueva situación, de manera que hoy por hoy, el hecho de que un cajero automático se tomé más de cinco segundos en aceptar nuestro número personal ya nos pone nerviosos. Establecer la metodología necesaria para que en el momento de diseñar una determinada aplicación se tenga en cuenta el tiempo de respuesta es, precisamente, el objetivo principal de la línea de investigación del grupo dirigido por el doctor Ramon Puigjaner, catedrático de Arquitectura y Tecnología de Computadores de la UIB. Se trata, dicho llanamente, de desarrollar los instrumentos matemáticos necesarios para que a la hora de diseñar esas aplicaciones ya se pueda prever su factor de respuesta y poder modificarlo si resulta necesario. PALABRAS CLAVE: inteligencia ambiental, evaluación del comportamiento de sistemas informáticos y de comunicaciones, redes sensoriales y de actuadores, ingeniería del rendimiento del software, comportamiento de servidores web KEYWORDS: ambient intelligence; performance evaluation of computer systems and networks; wireless sensor and actor networks; software performance engineering; web performance. Durante los últimos años, el grupo de investigación ha estado elaborando un conjunto de herramientas informáticas con el objeto de ayudar a la predicción del rendimiento de los sistemas informáticos ya durante las primeras fases de su diseño. Un buen ejemplo de ello ha sido el desarrollo de un prototipo de simulador asociado al método de diseño de sistemas que utilizan las empresas subsidiarias del Ministerio de Defensa del Reino Unido para construir el software de los radares.

2 Inteligencia Ambiental el camino para llegar al hotel en una ciudad desconocida. Todo parece indicar que en un futuro no muy lejano nuestro entorno computacional podrá ser consciente de nuestra presencia. Aún más, ese entorno podrá adaptarse a nuestras necesidades. En un escenario como éste, en el que el ambiente fuera inteligente, podríamos, por ejemplo, llegar a un aeropuerto cualquiera y, sólo con poner pie en tierra, ser captada nuestra presencia a través de un DNI activo (o tarjeta inteligente). Entonces se pondrían en funcionamiento toda una serie de aplicaciones: la compañía de alquiler de vehículos quedaría avisada de nuestra llegada y nos brindaría el coche a la puerta de la terminal sin necesidad de esperas; el hotel donde reservamos habitación iniciaría los preparativos para nuestra recepción, etc. Incluso, si dispusieramos de un equipo adecuado asociado a nuestro teléfono móvil o al PDA, ese "ambiente inteligente" nos podria dar instrucciones: nos podría informar de la ubicación del vehículo alquilado en el recinto aeroportuario; o nos indicaría Los ejemplos pueden ser múltiples: en el ámbito laboral o en el ámbito personal y doméstico. Hoy dia, por ejemplo, la regulación del entorno de una casa es todavía sinónimo de simple regulación térmica. En el futuro, la adecuación de las condiciones del entorno del domicilio a sus habitantes se llevará a cabo en múltiples y diversas direcciones. Cuando cada habitación de la casa pueda detectar la presencia de sus moradores adecuará las condiciones, no sólo de temperatura, sino también de humedad, de intensidad lumínica, de la música ambiental, las condiciones de seguridad, etc., a los gustos y preferencias de aquellos reaccionando automáticamente según el contexto. Un ejemplo sencillo pero a la vez muy ilustrativo de lo que podrá suponer esta interacción entre entorno y usuario nos lo da una visita a un museo. En la actualidad algunos museos disponen ya de dispositivos electrónicos de guía con los que el visitante, siempre que se ajuste a una ruta establecida, es informado sobre las obras artísticas que se va encontrando a lo largo del itinerario. El paso definitivo que supone el concepto de ambiente inteligente consiste en prescindir de ese itinerario previamente establecido. El museo será inteligente cuando sea capaz de detectar en cada momento la posición del visitante a través de un dispositivo electrónico. Entonces podrá adecuar la información a ese visitante respecto de esa posición. Para poder calificar de inteligente a un ambiente, los sistemas deben ser capaces de "razonar" y de proporcionar servicios dirigidos a un determinado contexto. Sin abandonar el ejemplo del museo, si el sistema detecta que un usuario realiza un itinerario característico asociado a un estilo artístico podrá recomendarle otras salas o la compra de un determinado recuerdo en la tienda del museo. De la misma manera, el sistema de seguridad puede reaccionar ante la situación de un número excesivamente elevado de visitantes en una misma sala. En definitiva, el concepto de inteligencia ambiental (Ambient Intelligence, AmI) supone una sociedad de la

3 información en la que el individuo estará rodeado de sensores de reconocimiento a partir de cuyos datos recogidos se pondrá en funcionamiento toda una serie de aplicaciones para responder a las necesidades de ese individuo. En todos los ejemplos anteriores, la reacción del sistema depende la acción sinérgica de una gran cantidad de sensores, una cooperación que supone el primer problema en su desarrollo. Además, una vez detectada la señal de presencia de un usuario, el sistema inteligente deberá ser capaz de responder a tiempo para dar un servicio adecuado. El grupo que dirige el doctor Ramon Puigjaner en la UIB trabaja precisamente en la incorporación de ese factor de temporalidad en todos esos sistemas inteligentes cuyo desarrollo es todavía incipiente. El doctor Carlos Juiz, miembro del equipo de investigadores, advierte de la dificultad en el desarrollo de ese nuevo concepto llamado Inteligencia Ambiental. Para el doctor Juiz, esa dificultad reside en los factores que intervienen: "por una parte, la movilidad de los sistemas y de los usuarios; por otra la naturaleza de los servicios que se ofrecen y, por último, la necesidad de precisión de cada actor en el contexto del ambiente. Cabe pensar que en un escenario como éste no pueden tolerarse situaciones en que el sistema capte algo que realmente no esté ocurriendo. En un sistema o grupo de sistemas capaces de detectar la presencia de usuarios en movimiento se da una dimensión espacial pero también temporal. Y ambas dimensiones pueden intervenir en el razonamiento del sistema inteligente". Por ejemplo, si una aplicación de AmI ha detectado durante dos minutos a un mismo usuario sentado en un sofá y, de pronto, ahora lo detecta en el garaje, podría deducir que ese usuario acaba de abandonar el domicilio a pesar de que ella misma no ha sido capaz de detectar el momento en que salía de la casa. Dicho de otra manera, el sistema debe ser capaz de resolver una posible contradicción. De otra parte, enfatiza el doctor Juiz, "el factor seguridad es esencial. No sólo la seguridad de la persona que interacciona con el sistema, sino también del sistema mismo, que debe ser capaz de vigilar ante cualquier fraude o violación. Por ejemplo ante la suplantación de un usuario. Continuando con el ejemplo anterior, podría pasar que al usuario del sofá, alguien le estuviera robando el coche en el garaje". El doctor Ramon Puigjaner indica que "el concepto de Inteligencia Ambiental se fundamenta en la tarea sinérgica de un conjunto de captores. De lo que se trata entonces es de reunir toda la información captada y hacerla coherente. Cabe tener en cuenta que cada captor registra una realidad distinta y lo que cabe hacer es integrar todas esas informaciones o, digamos, visiones de la realidad". Como afirma el doctor Juiz, "el rendimiento y la respuesta en tiempo adecuado, por tanto, son conceptos capitales para el buen funcionamiento de este tipo de sistemas. Ésta es nuestra línea de investigación: incorporar los métodos que posibilitan introducir, en el momento del diseño de las aplicaciones, ese factor de rendimiento y temporalidad que puede influir definitivamente en el funcionamiento correcto de un sistema futuro". Desde esta perspectiva, la labor del grupo de Arquitectura y Comportamiento de Sistemas Informáticos y de Comunicaciones (ACSIC). de la UIB se centra en el desarrollo de técnicas y

4 métodos para establecer ya en fase de diseño el factor temporalidad en la respuesta. Desde el planteamiento original de la línea de investigación, el interés del equipo ha tenido una lógica evolución. Tal como afirma el doctor Puigjaner, "la incursión en el campo, prácticamente nuevo para la investigación, de la Inteligencia Ambiental, fue consecuencia de una acción integrada con un grupo de investigadores de la Universidad de Viena". El factor tiempo en el entorno web La misma reflexión que hemos hecho al principio sobre nuestros requerimientos respecto a la rapidez de respuesta de un cajero automático, podríamos hacerla como usuarios de entornos web. Cuando un usuario se conecta a un determinado servidor quiere obtener respuesta rápidamente, quiere navegar por la red de manera fluida. Para conseguir esta eficiencia en la respuesta la solución no pasa únicamente por disponer de hardware cada vez más potente y más caro. Muy al contrario, existen técnicas que permiten velocidades de navegación altas sin necesidad de aumentar la potencia del hardware. Un ejemplo puede ser la instalación de un proxy, un servidor auxiliar en el que es guardada la información que los usuarios solicitan con mayor frecuencia. Mejorar la gestión de la información que más habitualmente es requerida por los usuarios de un determinado conjunto de servidores es uno de los objetivos de la investigación del grupo ACSIC, investigación que lleva a cabo conjuntamente con informáticos de la Universidad Miguel Hernández. En este caso, para estudiar el comportamiento de un servidor web de características muy concretas (por ejemplo, de comercio electrónico) debe primero conocerse el perfil cuantitativo del usuario: páginas que visita, horas de visita, etc. Este es el primer trabajo de los investigadores: localizar cuáles son las estructuras típicas de los clientes que se conectan a estos servidores web de diferentes perfiles. Los investigadores de la UIB siguen las recomendaciones del Transaction Processing Performance Council (TPC), que ha propuesto un conjunto de programas orientados a la evaluación de entornos web (servidores) simulando actividades de comercio electrónico. Gestionar, por tanto, los esfuerzos de las partes que forman un sistema computacional, y desarrollar protocolos que permitan mejorar su rendimiento, introduciendo ya en la fase de diseño el factor temporal de respuesta, constituye el grueso de la labor de investigación del grupo que dirige el doctor Puigjaner. Esta labor, como hemos visto, es aplicada a diversos ámbitos, sean los entornos web, o sea en el campo de la Inteligencia Ambiental, siempre en lo que constituye la infraestructura de ambos, las redes de computadoras.

5 Proyectos financiados Título: Análisis de las prestaciones de los entornos web Referencia: TIC C03-01 Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia y Tecnología. Programa nacional de tecnologías de la información y las comunicaciones Clasificación UNESCO: Inicio: Final: Título: Modelado de prestaciones de sistemas de tiempo real. Acrónimo: MOPRESIT. Referencia: TIC Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia y Tecnología. Programa nacional de tecnologías de la información y las comunicaciones Inicio: Final: Título: Benchmarking pour commerce electronique Referencia: AECI (24P/02), AECI (89/03/R), AECI (89/04/R2/T). Entidad financiadora: Agencia Española de Cooperación Internacional (AECI) Centro de aplicación: Université de la Manouba-Tunis. Tunísia. Inicio: Final: Título: Performance Engineering for Applications with Ambient Intelligence Referencia: HU Entidad financiadora: Ministerio de Educación y Ciencia Entidades participantes: UIB-Universität Wien Inicio: Final: 2005 Investigador responsable Doctor Ramon Puigjaner Trepat, catedrático de Arquitectura y Tecnología de Computadoras Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática. Edificio Anselm Turmeda. Tel.:

6 Otros miembros del equipo Sebastià Galmés Obrador, profesor titular de universidad del Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática Carlos Juiz García, profesor titular de escuela universitaria del Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática Catalina M. Lladó Matas, profesora titular de escuela universitaria del Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática Carlos Guerrero Tomé, profesor colaborador del Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática Pere Pau Sancho de la Jordana Llabrés, técnico (doctorando) Carlos Germán García Pita, técnico Isaac Lera Castro, técnico Investigadores de otras instituciones Salvador Alcaraz Carrasco, titular de escuela universitaria de la Universidad Miguel Hernández de Elche Katja Gilly de la Sierra Llamazares, profesora colaboradora de la Universidad Miguel Hernández de Elche Publicaciones recientes S. Galmés, & R. Puigjaner. Correlation Analysis of a Discrete-time Flexible Arrival Process. Journal on Computer Networks. ISSN: Vol. 41, pp P. P. Sancho, C. Juiz and R. Puigjaner. Evaluating the performance of architectures in MASCOT. Science of Computer Programming, ISSN Vol pp Comunicaciones a congresos C. Juiz & R. Puigjaner. Performance Modelling of Interaction Protocols for Component-based System Design using Object-Oriented Simulation. Conference on Engineering of Computer based Systems ECBS'2003. Huntsville (AR, USA). Publicat per la IEEE-CS Press ISBN: pp J.L. Anciano & R. Puigjaner. Extending UML Deployment Diagrams from a Performance Engineering Perspective. International Conference on Software Engineering Research and Practice CSREP'2003. Las Vegas (NV, USA). Editat per H. R. Arabnia, Ban Al-Ani and Youngsong Mun i publicat per la CSREA Press ISBN: X. pp S. Galmés & R. Puigjaner. An Algorithm for Computing the Mean Response Time of a Single Server Queue with Generalized On/Off Traffic Arrivals. ACM Sigmetrics'2003. San Diego (CA, USA). Publicat per ACM Press ISBN: pp M. Font, S. Galmés & R. Puigjaner. ATM Cell Discarding Probability over a Rayleigh Fading Channel. Ninth International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems, SPECTS'2003. Montreal (Canadà). Publicat per Simulation Council ISBN pp C. Juiz & R. Puigjaner. Approaches for Evaluating the Performance of MASCOT Designs. Interantional Symposium on Performance Evaluation Stories and Perspectives. Viena (Àustria). Editat per Gabrielle Kotsis i publicat per la Österrichische Computer Gesellschaft, ISBN pp S. Galmés & R. Puigjaner. Computing Call Dropping and Waiting Probabilities in LEO Satellite Systems for Voice communications. Third IFIP Conference on Networking, Networking Atenes (Grècia). Editat per N. Mitrou,

7 K. Kontovasilis, G. N. Rouskas, I. Iliadis and L. Merakos i publicat per Lecture Notes on Computer Science, vol amb el títol Netwroking Technologies, Services and Protocols; Performance of computer and communication Networks; Mobile and wireless Communications, ISBN ISSN pp P. P. Sancho, C. Juiz & R. Puigjaner. Evaluating the Performance of Architectures in MASCOT. SERP'04. Las Vegas (NV, USA). Publicat per CSREA Press ISBN pp P. P. Sancho, C. Juiz & R. Puigjaner. Integrating System Performance Engineering into MASCOT Methodology through Discrete-event Simulation. EPEW'2004, Toledo (Espanya). Editat per N. Núñez, Z. Maamar, F. L. Pelayo, K. Pouttschi, F. Rubio i publicat per Lecture Notes on Computer Science, vol amb el títol Applying Formal Methods: Testing, Performance, and M/E-Commerce. ISBN , ISSN pp C. U. Smith, C. M. Lladó. Performance Model Interchange Format (PMIF 2.0): XML Definition and Implementation. First International Conference on the Quantitative Evaluation of Systems, QEST'2004. Twente (Paísos Baixos). Publicat per la IEEE CS Press. ISBN pp M. Khouja, F. Kamoun, C. M. Lladó & R. Puigjaner. Experimenting with the TPC-W E-commerce Benchmark. 30ª Conferencia Latinoamericana de Informática, CLEI2004, Arequipa (Perú). Editat per M. Solar, D. Fernández-Baca and E. Cuadros-Vargas i publicat per la Sociedad Peruana de Computación (publicació multimedia), ISBN pp K. Gilly, C. Juiz & R. Puigjaner. Comparison of Predictive Techniques in Cluster-based Network Servers with Resource Allocation. 12th Annual International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems, MASCOTS'2004. Volendam (Paísos Baixos). Editat per P. Harrison, D. de Groot i publicat per la IEEE-CS Press ISBN pp K. Gilly, C. Juiz, R. Puigjaner & S. Alcaraz. Performance Analysis of a Predictive and Adaptive Algorithm in Cluster-Based Network Servers with Resource Allocation. 19th Interantional Symposium on Computer and Information Systems, ISCIS'2004. Antalya (Turquia). Publicat per Lecture Notes on Computer Science, vol amb el títol de Computer and Information Sciences. ISBN , ISSN pp D. Gaïti, S. Galmés & R. Puigjaner (editors). Network Control and Engineering for QoS, Security and Mobility, III. Net-Con' Palma (Espanya). Springer Science+Business Media. ISBN pp S. Galmés & R. Puigjaner. Performance Evaluation of Multichannel Slotted-ALOHA Networks with Buffering. Networking ICN'2005. Ile de la Réunion (França). Editat per P. Lorenz, P. Dini i publicat per Lecture Notes on Computer Science, vol ISBN ISSN pp I. Lera, C. Juiz & R. Puigjaner. Web Operational Analysis Through Performance-Related Ontologies in OWL for Intelligent Applications. 5th International Conference on Web Engineering, ICWE'2005. Sydney (Austràlia). Editat per D. Lowe, M. Gaedke i publicat per Lecture Notes on Computer Science, vol ISBN ISSN pp C. Kurz, C. Guerrero, R. Puigjaner & G. Haring. Extending TPC-W to Allow for Fine Grained Workload Specification. 5th International Workshop on Software and Performance, WOSP Palma (Espanya). Publicat per ACM Press ISBN: pp J. Rosselló, C. M. Lladó, R. Puigjaner & C. Smith. A Web Service for solving Queuing Network Models using

8 PMIF. 5th International Workshop on Software and Performance, WOSP Palma (Espanya). Publicat per ACM Press ISBN: pp P. P. Sancho, C. Juiz & R. Puigjaner. Automatic Performance Evaluation and Feedback for MASCOT Designs. 5th International Workshop on Software and Performance, WOSP Palma (Espanya). Publicat per ACM Press ISBN: pp C. U. Smith, V. Cortellessa, A. Di Marco, C. M. Llado & L. G. Williams. From UML Models to Software Performance Results: An SPE Process Based on XML Interchange Formats. 5th International Workshop on Software and Performance, WOSP Palma (Espanya). Publicat per ACM Press ISBN: pp I. Lera, C. Juiz, C. Kurz, R. Puigjaner, G. Harina & J. Zottl. Performance Assessment on Ambient Intelligent Applications through Ontologies. 5th International Workshop on Software and Performance, WOSP Palma (Espanya). Publicat per ACM Press ISBN: pp K. Gilly, C. Juiz, S. Alcaraz & R. Puigjaner. Prediction Accuracy Study of an Adaptive Algorithm in Cluster-Based Network Servers with Resource Allocation. 20th International Symposium on Computer and Information Systems, ISCIS'2005. Istanbul (Turquia). Editat per T. Tugcu, M. U. Çaglayan, F. Alagöz & E. Gelenbe i publicat per la Imperial Collage Press a Advances in Computer Science and Engineering, Vol. 1. ISBN ; ISSN: pp J. Rosselló, C. M. Lladó, R. Puigjaner & C. U. Smith. A Lexical and Syntactical Analyzer for the Exporting of QNAP to the Performance Model Interchange Format (PMIF). XXXI Conferencia Latinoamericana de Informática CLEI Santiago de Cali (Colòmbia). Publicat en CD-ROM pel CLEI amb ISBN pp S. Galmés, R. Puigjaner. The Response Time Distribution of a Discrete-Time Queue under a Generalized Batch Arrival Process. 3rd IFIP/ACM Latin American Networking Conference LANC Santiago de Cali (Colòmbia). Publicat per ACM Pres Digital Library, ISBN pp M. Font, S. Galmés, R. Puigjaner. Reliability and Maintainability over a Wireless Rayleigh Radio Channel. 3rd IFIP/ACM Latin American Networking Conference LANC Santiago de Cali (Colòmbia). Publicat per ACM Pres Digital Library, ISBN pp

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