MEMORIA PARA LA CREACION DEL I T I S INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIAS E INGENIERIA DEL SOFTWARE

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2 MEMORIA PARA LA CREACION DEL I T I S INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIAS E INGENIERIA DEL SOFTWARE UNIVERSIDAD DE MÁLAGA. Málaga Julio 2014

3 I n d i c e PARTE A. MEMORIA CIENTÍFICA DENOMINACIÓN OBJETIVOS Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Métodos y tecnologías para el desarrollo de software Sistemas distribuidos, empotrados y móviles Seguridad de la información y criptografía aplicada Gestión, integración y análisis de datos y conocimiento Aplicaciones software para los retos de la sociedad Salud, cambio demográfico y bienestar Energía Segura, Sostenible y Limpia Transporte Inteligente, Sostenible e Integrado Acción sobre el cambio climático y eficiencia en la utilización de recursos y materias primas Economía y Sociedad Digital Seguridad, Protección y Defensa TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA E INNOVACIÓN JUSTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES SOCIALES Y CIENTÍFICAS ACTIVIDADES PRECEDENTES QUE PUDIERAN SERVIR DE NÚCLEO AL FUTURO INSTITUTO PROGRAMA CUATRIENAL DE ACTIVIDADES ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN Y TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA ACTIVIDADES DOCENTES RELACIONADAS CON LAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL ITIS ACTIVIDADES DE INTERNACIONALIZACIÓN Y DIFUSIÓN RECURSOS HUMANOS RECURSOS MATERIALES DISPONIBLES ACTIVIDADES DOCENTES PREVISTAS PARTE B. MEMORIA ECONOMICA GASTOS DE FUNCIONAMIENTO INGRESOS PARTE C. PROYECTO DE REGLAMENTO... 28

4 PARTE A. MEMORIA CIENTÍFICA 1. Denominación Entendemos que el nombre del instituto debe reflejar la disciplina, campo de investigación y orientación general que se le pretende dar. En base a ello, hemos elegido el nombre de: INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA DEL SOFTWARE La definición de Instituto Universitario es genérica para los institutos propios de las universidades, pudiendo además ir acompañado de las palabras Investigación, Tecnología, Innovación, que indicaría su principal orientación. Sin embargo, no utilizaremos ninguna de estas palabras porque, como explicaremos en la memoria, pretendemos que en el instituto se realicen todas esas actividades y enumerarlas en el título sería excesivo. Así pues, las tres palabras que definen al Instituto son software, ingeniería y tecnología. Daremos una breve explicación de su sentido. Software define la disciplina objeto del instituto. El software es el elemento básico del equipamiento y tecnología informática, al que no se le ha podido encontrar ninguna palabra equivalente en español, ni en francés, alemán, etc. Es decir, es una palabra inglesa común a todos los lenguajes occidentales, lo que no ocurre con otras palabras del ámbito informático, como sucede con la propia palabra Informática. Ingeniería especifica el ámbito de trabajo y caracteriza la investigación a realizar. La necesidad de convertir al software en un producto de Ingeniería surgió a principio de los años 70 del pasado siglo. Su desarrollo ha sido tan amplio que la Ingeniería el Software es hoy una profesión y un título universitario en todos los países desarrollados. Con la palabra tecnología en el título, pretendemos reforzar la visión del Instituto como un instrumento para generar soluciones informáticas a los problemas reales de la sociedad actual. Como acrónimo utilizaremos ITIS, que son las iniciales de las palabras más significativas del nombre del Instituto. 2. Objetivos y líneas de investigación Desde la aparición de los computadores a mediados del siglo pasado, la Informática ha ido creciendo y utilizándose cada vez más, hasta llegar a convertirse en una tecnología esencial en la sociedad actual. Y junto a ella, el software, el producto que más la caracteriza, no ha dejado de evolucionar y crecer, tanto en número de aplicaciones como en complejidad de las mismas. Las mayores empresas del mundo nacen hoy al amparo del desarrollo de nuevas tecnologías y aplicaciones del software, lo que convierte a esta industria en una de las más importantes y dinámicas del mundo. Y gran parte de la innovación que se produce en los distintos sectores productivos o empresariales, se basan en la introducción de la informática en su entorno y en la creación de un software que permite mejorar los productos existentes o crear otros nuevos.

5 Los cambios que se están produciendo son tantos y tan importantes, que es lógico pensar que la sociedad del futuro será muy distinta a la actual en su organización, formas de relacionarse, tipos de trabajos e incluso en las formas de gobernarse. Y gran parte de esos cambios serán soportados por una compleja red computadores y elementos computarizados gobernados por el software. Es la inteligencia y el conocimiento depositados en los sistemas mediante un producto, el software, distinto a las demás, que no tiene ligaduras físicas y es, en principio, fácil de crear, de modificar y de destruir. En la construcción del software confluyen una serie de conocimientos, herramientas y prácticas que confieren unas características especiales a los procesos que lo soportan. La construcción de herramientas más precisas y eficientes (tecnología) y la utilización de mejores procesos de desarrollo (ingeniería) permitirán producir software más fiable y de mayor calidad. Junto a ello, hay que considerar las particularidades de los diferentes campos de aplicación y la complejidad de los sistemas a construir. El objetivo del Instituto de Tecnologías e Ingeniería del Software (ITIS) es contribuir al desarrollo y aplicación de las tecnologías del software mediante la investigación, la innovación, la formación y la transferencia tecnológica. Por las propias características transversales del software, el Instituto será un espacio interdisciplinar en el que especialistas en diferentes áreas tecnológicas y en diferentes dominios de aplicación trabajen conjuntamente en el avance de estas tecnologías. En línea con los objetivos del Campus de Excelencia Andalucía Tech, el ITIS pretende convertirse en un centro de referencia internacional, que forme parte de las redes internacionales de este campo y sea capaz de atraer a investigadores de otros países. Concretamente, los objetivos serían: 1. Potenciación de la Investigación en Software en la Universidad de Málaga 2. Internacionalización del Instituto a través de proyectos europeos e intercambio de personal investigador con otros centros nacionales y extranjeros. 3. Obtención de proyectos de I+D+i como forma básica de financiación del Instituto. 4. Transferencia tecnológica a los sectores productivos locales y nacionales. 5. Innovación en los procesos propios del software y en las relaciones con los agentes sociales. 6. Atracción de personal investigador de cualquier parte del mundo. 7. Docencia relacionada con los objetivos anteriores, principalmente a través del marco que proporcionan las titulaciones propias de la UMA. 8. Difusión del conocimiento y particularidades del software. 9. Llegar a ser una referencia internacional en Tecnologías de la Información. El enfoque global de investigación será la de estudiar y proponer soluciones genéricas al área del software, desarrollar herramientas que las soporten y seleccionar campos de aplicación de las mismas. Las actividades a realizar serán las típicas de la investigación tecnológica: 1. Generar nuevos conocimientos y herramientas

6 2. Establecer colaboraciones multidisciplinares para el desarrollo de aplicaciones en campos concretos. 3. Colaborar en la formación de personal investigador. Para realizar estas actividades, el ITIS promoverá la realización de proyectos de investigación a nivel local, nacional y europeo, con especial énfasis en las colaboraciones multidisciplinares e internacionales. Se hará también un esfuerzo significativo en las labores de difusión de las actividades de investigación realizadas Líneas de Investigación La investigación relativa al software tiene su principal reto en conseguir una construcción de software fiable y segura, que permita prever el comportamiento del mismo y evitar errores. Dada la amplia implantación de los sistemas informáticos, los errores software pueden afectar significativamente a la seguridad, la salud y la economía de las personas y las organizaciones. El ITIS tiene como objetivo básico de investigación el estudio de métodos y herramientas que permitan avanzar en las tecnologías de desarrollo del software, especialmente en aquellas aplicaciones más sensibles a la problemática mencionada y que, en muchos casos, forman parte de los retos tecnológicos establecidos en las Acciones Estratégica de I+D+i para la sociedad del futuro. Concretamente, las líneas de trabajo en las que inicialmente se trabajará pueden condensarse en las siguientes: Métodos y tecnologías para el desarrollo de software Sistemas distribuidos, empotrados y móviles Seguridad de la información y criptografía aplicada Gestión, integración y análisis de datos y conocimiento Aplicaciones software para los retos de la sociedad La Figura 1 muestra una representación gráfica de estas líneas que se describen a continuación. Para cada una de ellas se especificarán los objetivos básicos de investigación y se presentaran de forma resumida los temas de trabajo actuales y de interés futuro de los profesores solicitantes.

7 Salud, demografía y bienestar Seguridad, protección y defensa Energía sostenible, segura y limpia Transporte inteligente, sostenible e integrado Sostenibilidad del medioambiente Economía y sociedad digital Figura 1. Líneas y ámbitos de investigación Métodos y tecnologías para el desarrollo de software Los procesos de desarrollo de software son cada vez más complejos, por lo que es necesario dedicar un gran esfuerzo a la automatización de los métodos de producción de software. En este sentido, el objetivo principal de esta línea de investigación es proponer nuevos métodos y procesos que faciliten y acorten los tiempos de desarrollo y que ayuden a gestionar la evolución de productos software, garantizando la corrección y calidad final. Abordar este objetivo no es trivial ya que las tecnologías avanzadas de desarrollo de software son cada vez más complejas y aparecen continuamente nuevos dominios de aplicación como, por ejemplo, la Internet del Futuro (Future Internet). Uno de los pilares para conseguir este objetivo es la generación automática de productos software a partir de diseños especificados en modelos más o menos formales. El desarrollo dirigido por modelos (Model Driven Development) procura aliviar la tarea del implementador y reducir el salto entre diseño e implementación mediante la transformación automática de modelos, incluyendo su implementación para plataformas concretas. Esta tecnología es la base para la automatización de procesos de desarrollo software y plantea retos aún abiertos como la definición de Lenguajes específicos de dominio, o la verificación de las transformaciones de modelos. Para facilitar la automatización del desarrollo de productos software en primer lugar es necesaria una buena modularización de la funcionalidad del sistema, y para ello las tecnologías de separación de aspectos (Aspect-Oriented Development) nos permiten modelar de forma independiente aquellas propiedades (ej: usabilidad) que están dispersas y entremezcladas en los módulos del sistema, facilitando la gestión de la evolución de los productos resultantes. Por otro lado, algunos dominios de aplicación requieren gestionar una colección de productos (definido como familia de productos) por lo que se requiere la creación de herramientas de generación de productos configurables y adaptados a las demandas de los usuarios finales. La tecnología software que aborda la construcción de líneas de producto (Software Product Lines) se

8 inspira en los procesos de producción en masa que intentan mejorar la eficiencia y productividad mediante la personalización de productos. Los retos aún sin resolver en el área de las líneas de producto son entre otros, la escalabilidad de los procesos, la modularización de los modelos de variabilidad, la especificación de arquitecturas con variabilidad, la incorporación de atributos de calidad variables y la verificación de que los productos generados cumplen con las propiedades requeridas. Sin embargo la personalización de productos no solamente es útil durante el diseño y generación de un producto en concreto sino también durante la ejecución del sistema. Los dominios de aplicación emergentes cada vez requieren más que las aplicaciones y servicios sean sensibles al contexto y se auto-adapten (self-adaptation) a los cambios que se van produciendo en el entorno, con el objetivo de mejorar la experiencia de los usuarios para optimizar cualquier atributo de calidad del sistema o para garantizar la interoperabilidad entre componentes distintas. Este tópico se encuentra entre las líneas prioritarias a largo plazo de los principales programas de investigación nacionales y europeos, donde se indica que la personalización, auto-adaptación y también evolución de los sistemas debe abordarse utilizando enfoques de alto nivel basados en modelos. Por otro lado, dentro del dominio de aplicación de la Internet del Futuro, el desarrollo de aplicaciones en la Nube (Cloud Computing) ha proporcionado una nueva perspectiva a la automatización del desarrollo de aplicaciones. La Ingeniería del Software aplicada al desarrollo de aplicaciones en la Nube requiere del desarrollo de nuevas metodologías que tengan en cuenta la especificidad de los proveedores cloud. Problemas como la interoperabilidad y la portabilidad adquieren una nueva dimensión en el escenario que proporcionan los entornos multi-cloud. La experiencia de los investigadores que solicitan el instituto incluye trabajos previos en el despliegue de aplicaciones multi-cloud y propuestas encaminadas a resolver los problemas que se presentan cuando se desean migrar componentes de una aplicación de un proveedor cloud a otro. Sin embargo, todos estos esfuerzos dedicados a la automatización del desarrollo de software para la Internet del Futuro, no resultan del todo efectivos si no se comprueba la corrección del código generado. En general las técnicas formales son muy útiles para la verificación de sistemas (model checking) con la ayuda de algoritmos y herramientas para la descripción y simulación de sistemas complejos, como los sistemas empotrados y los protocolos de comunicación dentro de la IoT. En esta línea, los promotores del instituto han contribuido con soluciones al problema de la explosión de estados para la validación automática de protocolos y del software por exploración exhaustiva. La verificación efectiva de sistemas no es una tarea fácil, entre otras cosas porque los sistemas software reales contienen miles y millones de líneas de código haciendo muy difícil la localización de estados erróneos del software. Una de las formas de abordar este problema es usar metaheurísticas y algoritmos bio-inspirados propuestos por la disciplina emergente Search Based Software Engineering (SBSE). El personal del instituto detenta una posición de liderazgo internacional para usar técnicas de búsqueda de soluciones en espacios complejos, aprendizaje

9 máquina y sistemas inteligentes en general en relación a todos los dominios de la ingeniería del software. Dado que SBSE permea todo el campo de la ingeniería del software, es posible encontrar aplicaciones que serán seguramente impulsadas por el funcionamiento del instituto en varios dominios más, como el análisis de requisitos (next release problem, por ejemplo), la gestión de recursos en las factorías de software (e.g., optimización de proyectos software) y las mejoras en las líneas de productos (software product lines). Por último, el dominio de las pruebas software es muy importante en la empresa actual, llegando a superar el 50% de los recursos y gastos de las empresas de este sector. En este dominio (testing) se pueden encontrar notables avances en la creación, optimización y uso de conjuntos de prueba. Este tipo de aplicaciones producirá importantes reducciones en el esfuerzo y en el gasto de las empresas que lo usen, proporcionando casos de prueba, localizando módulos software donde la probabilidad de error sea mayor, apoyando a los programadores y mejorando la fiabilidad del software final resultante en general Sistemas distribuidos, empotrados y móviles El software para sistemas distribuidos, empotrados y móviles presenta una problemática específica que viene dada, entre otros factores, por características como: a) su ejecución en hardware con recursos limitados; b) la ejecución de manera permanente, a diferencia de las aplicaciones usuales; c) el gran número de dispositivos interconectados; d) la presencia de comportamientos discretos con otros continuos; e) la importancia del tiempo en su ejecución; e) la necesidad de ahorrar energía; o f) el empleo se entornos de ejecución (sistemas operativos) muy específicos. Dado que el teléfono móvil y los dispositivos de monitorización y control conectados a la red se están extendiendo mucho más que el ordenador como plataforma para ejecutar el software, es obligado abordar sus técnicas de desarrollo en el programa de investigación del ITIS. Los grupos que constituirán el ITIS tienen gran experiencia en la adaptación y uso de las técnicas y métodos descritos en la línea principal del instituto para el ámbito de los sistemas críticos, empotrados y móviles. Entre ellas, hay que destacar el trabajo en modelado y verificación, y la generación de código eficiente con el enfoque de desarrollo dirigido por modelos. Los ámbitos de aplicación principales han sido el análisis de propiedades de tiempo real y la generación y verificación de software de comunicaciones para redes móviles. Junto a la adaptación de esas tecnologías trasversales, los solicitantes del ITIS trabajan en líneas específicas para estos sistemas. Por una parte, trabajan en el campo del middleware para sistemas empotrados distribuidos, orientándose recientemente hacía los sistemas P2P y aplicaciones reales en Sistemas de Información Crítica (nuclear, smartgrid, monitorización de infraestructuras de transporte, etc.) y en el campo de la integración de redes de sensores inalámbricos dentro de este tipo de sistemas. Por otra parte, los grupos que formarán el ITIS tienen una importante actividad en mejorar la calidad de servicio de las aplicaciones que usan Internet desde dispositivos móviles, analizando la correlación entre el comportamiento interno de la red y la calidad de experiencia (QoE) percibida por de usuario; y en la construcción de

10 entornos realistas de laboratorio para la validación de propuestas en redes móviles. En relación con los dispositivos móviles, también se ha planteado su utilización para crear redes entre dispositivos (ad-hoc) que viajan con sus usuarios no sólo como peatones sino también como pasajeros o conductores de vehículos (V2V) en el entorno urbano. La evolución de los sistemas empotrados distribuidos en los últimos años, desde aplicaciones monolíticas, específicas del dominio a sistemas donde distintos sistemas interactúan entre ellos y con el mundo físico ha dado lugar a un nuevo paradigma, que es el de los sistemas ciber-físicos. Como evolución natural de la trayectoria investigadora de los promotores del ITIS, se espera que en los próximos años el instituto tenga una actividad importante en desarrollar técnicas de modelado, simulación y verificación de estos sistemas, y su aplicación en el campo la monitorización de infraestructuras críticas. La evolución futura del software para comunicaciones móviles pasa por la definición y validación de nuevas tecnologías que combinen y extiendan las existentes (sobre todo 4G y WIFI) para dar lugar a las redes 5G que ofrezcan nuevos servicios, como las comunicaciones máquinamáquina o comunicaciones para servicios críticos de emergencias. Los solicitantes del instituto ya participan activamente en la iniciativa 5G-PPP promocionada por la Comisión Europea en el programa marco H2020 y alinearán sus actividades con sus objetivos Seguridad de la información y criptografía aplicada La seguridad es un aspecto transversal a todo el campo de las TIC. Del mismo modo, conseguir que un sistema de computación sea seguro es un objetivo que requiere la aplicación de campos de conocimiento, no sólo en el ámbito de la computación, sino que se extienden a otras disciplinas como las matemáticas o la física. Esta naturaleza pervasiva y multidisciplinar de la seguridad hace que sólo pueda aplicarse con éxito cuando se aborda con una visión global y un enfoque de ingeniería robusta. Junto con los avances de las tecnologías de la información y la comunicación y su penetración en todos los ámbitos de la sociedad, la seguridad TIC se integra más y más en la vida cotidiana de los ciudadanos y las organizaciones, llegando a afectar a aspectos económicos, políticos, e incluso a la seguridad de las personas. Por ejemplo, el campo de la protección de infraestructuras críticas, en el que miembros del ITIS han sido pioneros, ha ido extendiéndose desde la protección de un conjunto pequeño de sistemas, hasta cubrir infinidad de sistemas que en el pasado no necesitaban tal protección por no depender de componentes TIC. Del mismo modo, la proliferación de sistemas abiertos y conectados ha incrementado de forma notable la necesidad de tratar la seguridad desde el principio del diseño de tales sistemas. Si junto con lo expuesto anteriormente consideramos una serie de factores, entre los que destacamos la aparición de nuevos paradigmas de computación como la computación basada en servicios, la computación en la nube, etc.; el incremento de las necesidades de seguridad en campos como los sistemas embebidos, la Internet de las cosas, o los sistemas ciber-físicos; y finalmente la constante aparición de nuevos campos de aplicación de las tecnologías TIC como las redes de energía inteligentes, las ciudades inteligentes, etc. es fácil llegar a la conclusión de

11 que la investigación y desarrollo en seguridad TIC es un campo que está llamado a tomar un importante protagonismo en el futuro. Para hacer frente a estos retos, el ITIS contará con una sólida trayectoria que podríamos agrupar en las siguientes líneas. La investigación en mecanismos de seguridad va desde el desarrollo de herramientas básicas de protección (sistemas criptográficos, protocolos de seguridad), pasando por herramientas de mayor nivel (sistemas de identidad digital, certificación, autorización, control de acceso o sistemas de administración de confianza y reputación), hasta sistemas de seguridad complejos (infraestructuras de clave pública, autorización, monitorización o no repudio). Por otra parte, la investigación en ingeniería de seguridad abarca todo lo relacionado con la inclusión de seguridad durante el ciclo de vida usual del desarrollo de servicios y sistemas software. En este ámbito, en el que también los miembros del ITIS han sido pioneros, se desarrollan mecanismos que permitan incluir aspectos de seguridad desde el inicio del desarrollo (requisitos) hasta el proceso de validación, pasando por el desarrollo de arquitecturas de servicios. También se incluyen aspectos de modelado de sistemas, técnicas de diseño, representación de soluciones (por ejemplo mediante componentes o patrones), verificación y validación de modelos, tanto por métodos formales como por otros medios, y el desarrollo de procesos de desarrollo que garanticen que la seguridad recibe una adecuada atención durante el desarrollo de cualquier sistema TIC. Por último, la investigación en seguridad aplicada se centra en desarrollar soluciones de seguridad para objetivos concretos en campos de aplicación y tecnologías específicas como pueden ser la computación en la nube. En este sentido los miembros de ITIS centran su actividad en el desarrollo de mecanismos de seguridad que incluyen sistemas de identidad y privacidad, basados en algoritmos criptográficos o el problema de la rendición de cuentas desde el punto de vista de cómo los datos de los usuarios son tratados. La, comunicación segura en pequeños dispositivos como RFID, redes de sensores inalámbricas, incluyendo la privacidad en la localización son también aplicaciones que se consideran dentro de ITIS. De hecho, los solicitantes del ITIS han estado implicados también desde hace algunos años en la incorporación de seguridad en el llamado Internet de los objetos e Internet del futuro. Privacidad en videovigilancia o certificación de servicios web son otras de las aplicaciones en las que se trabaja. Otro aspecto a destacar dentro de la experiencia que atesorará ITIS es su participación en proyectos de ciberdefensa nacional junto a empresas líderes en el sector. Destaca principalmente los trabajos que se están realizando en la construcción de un sistema virtualizado para la creación de escenarios de ciberguerra que permita la formación de personal especializado en la respuesta ante ciberataques de sistemas críticos o de interés nacional. En nuestro interés por dotar de mecanismos de protección a la Infraestructuras Críticas modernas, hemos estado trabajando en el desarrollo, dentro del ámbito de los proyectos de investigación nacionales y europeos y en la creación de nuevos modelos de detección de intrusiones especializados en este tipo de entornos.

12 Gestión, integración y análisis de datos y conocimiento La gestión, integración y análisis de datos y conocimiento será uno de los principales temas de investigación del Instituto. Nuestra experiencia va desde el razonamiento escalable sobre ontologías muy grandes (incluyendo dos razonadores propios con tecnologías de BD Relacional y tecnología NoSQL) hasta el desarrollo de algoritmos metaheurísticos altamente escalables, desarrollados sobre el modelo de programación mapreduce y utilizados para la clasificación de usuarios de la Web a partir de su huella digital, pasando por la publicación, integración y análisis de datos en el contexto de la Web de los Datos y las tecnologías de Linked Open Data y la Web Semántica. Poseemos también una amplia experiencia en el desarrollo de middleware semántico (basado en ontologías), descubrimiento de relaciones entre ontologías, servicios web semánticos, recomendación de contenidos basada en la semántica, algoritmos de optimización, extensión semántica de las bases de datos y uso de tecnologías semánticas en e- Ciencia y e-salud. En estos dos últimos dominios de aplicación la experiencia acumulada incluye la integración semántica de bases de datos en el contexto de la Biología de Sistemas y la Medicina, el procesamiento automático y la interpretación de bibliografía científica a gran escala, la anotación semántica de genomas y de historias clínicas y el desarrollo de herramientas colaborativas para e-ciencia en el contexto de la Web de los Datos. La Figura 2 muestra gráficamente el conjunto de temas y tecnologías implicadas en esta línea, como se explica brevemente a continuación.. Figura 2. Temas y tecnologías en la gestión, integración y análisis de datos y conocimiento

13 La línea de investigación en Gestión, Integración y Análisis de Datos y Conocimiento se desarrolla en relación con las siguientes tecnologías: Gestión de Datos (Bases de Datos Relacionales, Bases de Datos NoSQL, Datos Vinculados, Open Data, Web of Data) Aplicación práctica de la Gestión de Conocimiento y Razonamiento Escalable (Tecnologías Semánticas) Integración (Semántica) de Datos y Linked Data Análisis de Datos (Análisis del Big Data, Minería de Datos, Minería de Textos, Recuperación de Información, Razonamiento y Algoritmos de Optimización y Clasificación) Smart Data (Big Data, Tecnologías Semánticas) El término Big Data hace referencia a aquella información que no puede ser procesada o analizada usando tecnologías y herramientas tradicionales porque la cantidad de datos es desproporcionadamente grande y porque el origen y la naturaleza de la información es muy variado, ya que puede proceder de fuentes tan distintas como páginas Web, aplicaciones de video y de audio, dispositivos móviles, redes sociales, redes de sensores, etc. Este nuevo foco en el análisis del Big Data centra una parte importante de los trabajos más recientes. Se están aplicando los resultados de investigación para combinar la gestión, integración y análisis del Big Data con las técnicas de Análisis de Datos e Inteligencia de Negocio más tradicionales. La idea es conectar las técnicas y algoritmos de análisis del Big Data con los sistemas de Inteligencia de Negocio, salvando el hueco existente entre ambos sistemas y definiendo metodologías y herramientas para obtener desde el Big Data información útil para la toma de decisiones. Además se desarrollan actualmente proyectos de análisis del Big Data para e-ciencia, mejora de la producción de proteínas, y para la detección en tiempo real de fraude en transacciones de tarjeta de crédito Aplicaciones software para los retos de la sociedad El fomento de la I+D+i a nivel español supone dar un soporte futuro a la investigación fundamental científica y técnica hacia los ocho grandes retos identificados en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación, alineados con los establecidos en la Estrategia de Investigación e Innovación de Europa 2020: 1. Salud, cambio demográfico y bienestar. 2. Seguridad, calidad alimentaria; actividad agraria productiva y sostenible; sostenibilidad de recursos naturales, investigación marina y marítima. 4. Energía segura, sostenible y limpia. 5. Transporte inteligente, sostenible e integrado.

14 6. Acción sobre el cambio climático y eficiencia en la utilización de recursos y materias primas. 7. Cambios e innovaciones sociales. 8. Economía y sociedad digital. 9. Seguridad, protección y defensa. Estos retos están en línea con los establecidos en el programa Horizonte 2020 y determinarán en gran medida las posibilidades de financiación en los próximos años. Los grupos involucrados en ITIS tienen una amplia trayectoria en investigación aplicada en muchos de estos campos, tanto a través de proyectos europeos, como mediante contratos de transferencia tecnológica con empresas privadas. Siguiendo en esta misma línea, y con un especial enfoque a los aspectos transversales relacionados con la ingeniería del software y las tecnologías de la información, y también partiendo de la experiencia ya existente en algunos de estos campos, destacamos brevemente algunos de los campos de aplicación en los que en la actualidad estamos trabajando y la previsible evolución futura en los mismos Salud, cambio demográfico y bienestar Los retos relacionados con la e-salud se encuentran dentro de los ámbitos de experiencia e interés del instituto. La experiencia acumulada incluye la integración semántica de bases de datos en el contexto de la Biología de Sistemas y la Medicina, el procesamiento automático y la interpretación de bibliografía científica a gran escala, la anotación semántica de genomas y de historias clínicas y el desarrollo de herramientas colaborativas para e-ciencia en el contexto de la Web de los Datos. Este reto está alineado con las líneas de actuación del programa de trabajo H2020-PHC (PERSONALISING HEALTH AND CARE) en el que se abren líneas de financiación en las que las TIC en general y desarrollo software toman especial relevancia. Algunos de los temas de esta línea en los que las TIC tienen especial interés son: PHC : Understanding disease: systems medicine. Se busca el desarrollo de nuevas herramientas para la integración de datos biomédicos y clínicos para mejorar el tratamiento integral de los pacientes. PHC : Development of new diagnostic tools and technologies: in vivo medical imaging technologies. Se busca el desarrollo de nuevas tecnologías para la obtención y tratamiento de imágenes. PHC : Advancing active and healthy ageing with ICT: Early risk detection and intervention. Se busca el desarrollo de soluciones TIC para el envejecimiento activo y saludable. PHC : Piloting personalised medicine in health and care systems. Se busca la mejora de los procesos de tratamiento de la información clínica para acercarnos a una medicina personalizada y el uso de tratamientos específicos según el perfil del paciente.

15 PHC : Advanced ICT systems and services for integrated care. Se pretende avanzar más allá de los sistemas actuales de telemedicina para un tratamiento integral de los pacientes. PHC : Self-management of health and disease and patient empowerment supported by ICT. Se pretende el desarrollo de soluciones TIC que permitan a los pacientes gestionar de forma autónoma su estado de salud. PHC : Self management of health and disease and decision support systems based on predictive computer modelling used by the patient him or herself. Se busca el desarrollo de sistemas para la toma de decisiones de forma autónoma por parte del paciente. PHC : Digital representation of health data to improve disease diagnosis and treatment. Se busca mejorar los sistemas de diagnóstico haciendo uso de las TIC para el soporte a este proceso. Estas líneas de actuación están en correspondencia con las líneas de investigación presentadas previamente. Se ha participado en la solicitud de propuestas en esta línea en la convocatoria de 2014 (MARCO POLO: La aplicación de las TIC en el ámbito de las Ciencias de la Vida en el contexto de dichas líneas en el 7º Programa Marco. Concretamente en el proyecto FP7, BIOLEDGE (BIO knowledge Extractor and Modeller for Protein Production), se han aplicado técnicas de minería de datos y textos para la mejora de los procesos de producción de proteínas Energía Segura, Sostenible y Limpia Dentro del campo de la gestión de la energía, también aparecen numerosas aplicaciones en las que el software y las comunicaciones juegan un papel especialmente relevante. Quizás el ejemplo más representativo, por su complejidad e importancia económica, sea el de las redes de distribución de energía inteligentes (smartgrid). Para la utilización efectiva de las energías renovables, las actuales redes de distribución eléctricas, diseñadas con una visión centralizada de la distribución energética, tienen que dar paso a redes de generación distribuidas, que integren la energía que ahora se genera en los bordes de la red y no solo en las grandes centrales hidráulicas, nucleares o de ciclo combinado. Este cambio supone un reto importante en el ámbito de las tecnologías software, ya que la gestión de este tipo de red requiere conocer el estado de la misma en tiempo real y la red de generación y distribución pasa a ser un sistema distribuido con generadores, sensores y actores, con restricciones de fiabilidad y tiempo real muy importantes. La experiencia de los miembros del grupo en este ámbito les ha permitido participar en varios proyectos europeos directamente relacionados con este campo, como el proyecto WSAN4CIP o e-balance, permitiendo aplicar resultados obtenidos en los últimos años y conocer de primera mano los requisitos de este tipo de sistemas. Por otro lado, el apartado de gestión de energía da lugar a otras muchas aplicaciones de interés, relacionadas con el concepto de ciudad inteligente. En particular, son de interés las aplicaciones para desagregación del consumo eléctrico o sistemas de gestión eficiente de la energía en edificios y distritos, lo que permitirá nuevos servicios a los ciudadanos y supondrá un

16 área de expansión del Instituto en relación con la creación de software avanzado para los usuarios finales Transporte Inteligente, Sostenible e Integrado Al igual que en el anterior reto, existen muchas aspectos relacionados con el software y las tecnologías de la información y comunicaciones que tienen un papel significativo en este dominio. La investigación en redes móviles ha permitido a los miembros del instituto la participación en el consorcio español TCRAIL (programa INNPACTO). Este proyecto representa una de las primeras iniciativas a nivel mundial para la evaluación de la tecnología LTE como alternativa al actual sistema GSM-R para el control automático del tráfico ferroviario. Asimismo, se han realizado proyectos europeos como CARLINK y nacionales como roadme en relación a la caracterización de las comunicaciones móviles entre vehículos en ciudad y autopista, la creación de nuevas aplicaciones software para eco-driving y la definición de nuevos sistemas de almacenamiento de información distribuida entre vehículos en movimiento. La gestión de flotillas de vehículos ha dado lugar a colaboraciones con empresas como Skybus que se esperan concretar con el respaldo del Instituto en el futuro próximo. Dentro de este apartado, otros miembros están trabajando en la actualidad en propuestas para la gestión inteligente del tráfico en las ciudades. En este dominio se han realizado avances en el estudio de toda la ciudad con propuestas para tráfico urbano inteligente y protocolos de comunicación vehiculares. Estos trabajos se pueden también enmarcar dentro de las líneas de las Ciudades Inteligentes, que involucran a otros aspectos como la gestión eficiente de la energía en la ciudad y, en general, con todos los aspectos relacionados con la sostenibilidad de la misma. Otro aspecto de especial importancia en el ámbito del transporte es la monitorización de infraestructuras, que ayuda a prevenir posibles defectos en las mismas, reduciendo costes de mantenimiento, y a evitar accidentes. En este campo los miembros del instituto tienen experiencia principalmente en ámbito ferroviario, a través de la monitorización de vías, viaductos y túneles en trenes de alta velocidad (proyectos FASTRACK y MISTICA). En este campo son de aplicación los resultados de investigación obtenidos en los últimos años en el campo de sensores inalámbricos y sistemas de información críticos Acción sobre el cambio climático y eficiencia en la utilización de recursos y materias primas Dentro de este reto, la gestión integral del ciclo del agua es una de las líneas prioritarias en el programa H2020, como lo demuestran el gran número de convocatorias llevadas a cabo por la comisión europea en los últimos años en el contexto del VII programa marco y la creación de la Plataforma Europea de Innovación (EIP) específica sobre este tema. Es importante destacar el papel relevante de muchas empresas españolas en este dominio, con una importante representación en la EIP. Nuestro grupo lleva trabajando en este campo desde el 2008, a partir

17 de la colaboración con empresas del grupo ABENGOA en el marco del consorcio CENIT TEcoAgua. Esta colaboración se mantiene actualmente en el proyecto SAID, dentro del programa FP7 INNO-WATER-DEMO. En esta colaboración, el grupo aporta su experiencia en distintas áreas. Por ejemplo, las técnicas formales se están utilizando en colaboración con ABENGOA para construir un novedoso módulo de gestión de embalses basado en un modelo del embalse como un sistema híbrido a partir del comportamiento de sus elementos (curvas de gasto de las compuertas, batimetría de la vasija, estado operativo de los elementos de desembalse, etc.). También se colabora con otras empresas del consorcio SAID, en aspectos relacionados con middleware distribuido para integración de Sistemas de Ayuda a la Decisión y de redes de monitorización inalámbricas para cuencas hidrológicas e infraestructuras de gestión del agua Economía y Sociedad Digital El desarrollo de una economía basada en el conocimiento y la innovación es una de las prioridades de Europa Uno de los pilares de esta economía en la sociedad digital son las TIC, en cuyo marco la UE considera estratégica la atención prioritaria a las necesidades de los usuarios y a las oportunidades del mercado. En este sentido, cabe destacar el rol central que en la sociedad digital conforma la industria del videojuego, liderando en la actualidad el negocio del entretenimiento, en términos económicos de consumo y beneficios (del orden de 50 G ) y en base de usuarios (más de 1200 millones) a escala mundial. Por este motivo, hay numerosas líneas de investigación en el campo, desde áreas centradas en psicología o en mercadotecnia hasta temáticas relativas a inteligencia computacional, a gráficos, e incluso a educación y salud. Unos de los temas candentes en relación con estas áreas es la generación procedural de contenidos (PCG), entendida como la creación de contenidos para juegos incluyendo por ejemplo mapas, terrenos de juego, texturas, caracteres, música, etc. usando métodos algorítmicos (ya sea con colaboración humana o sin ella), lo que permite ahorrar recursos de desarrollo, reducir requisitos de cómputo y proporcionar adaptabilidad a los juegos. Uno de los subcampos de la PCG considera el empleo de algoritmos heurísticos de optimización para generar contenidos, empleando un sistema de prueba y error guiado por métricas y funciones objetivo definidas por el usuario. Empleando este tipo de técnicas programación genética hemos creado generadores programáticos de terrenos para videojuegos que responden a requisitos topológicos y de jugabilidad específicos. También hemos producido mediante algoritmos evolutivos auto-adaptativos mapas de juego para videojuegos de estrategia en tiempo real orientados a dar lugar a partidas equilibradas y repletas de acción, así como de responder a criterios estéticos. La propia inteligencia artificial del videojuego puede ser optimizada mediante este tipo de técnicas. En esta línea, hemos diseñado enfoques co-evolutivos que permiten realizar un aprendizaje autónomo de la estrategia de juego Seguridad, Protección y Defensa En la sociedad actual los ciudadanos, las empresas y las administraciones son cada vez más dependientes de las TIC para sus actividades diarias. Es por esto que la comisión europea,

18 en el programa H2020, identifica este reto como unos los más relevantes, ya que la falta de seguridad en las TIC puede ocasionar riesgos a los ciudadanos y a la economía europea. Dentro de este reto se pueden identificar diferentes áreas más específicas. Una de las áreas es la ciberseguridad, donde el desarrollo seguro de software y servicios resulta crucial. En este ámbito, la red de excelencia europea NESSoS (FP7), en la que han participado miembros de ITIS, ha definido la hoja de ruta de referencia a nivel europeo para la inclusión de la seguridad en el ciclo de vida del software, tratando aspectos tales como Security by Design, Privacy by Design o nuevos modelos de verificación ( Assurance ). Además, en esta sociedad actual hay una gran cantidad y variedad de información que se comparte, siendo deseable que esto se haga de manera segura. La ciberseguridad es también un elemento clave para crear una sociedad segura siendo de especial relevancia la lucha contra el terrorismo o el crimen organizado, e incluso en casos más específicos como escenarios de guerra. Esta investigación se ha llevado a cabo en el proyecto INNPACTO SACO. La protección de infraestructuras críticas es también un eje central en el programa europeo de investigación para sociedades seguras y más concretamente, los aspectos relacionados con la parte software de estos sistemas. Este área es también uno de los principales temas de investigación de los miembros de ITIS a través de proyectos tales como FACIES (FP7) o PISCIS. Por último, los escenarios de aplicación donde la seguridad se aplica son por sí mismos objeto de investigación, como ha señalado recientemente en su hoja de ruta el grupo de trabajo NIS (Network Information Security) de la Comisión europea, del que miembros de ITIS forman parte del comité ejecutivo. Así, podemos destacar como reto actual para alcanzar sociedades seguras la inclusión de aspectos de seguridad y privacidad en entornos de computación en la nube o en el escenario emergente de Internet de los objetos. En esta línea, los miembros de ITIS participan en proyectos como A4Cloud (FP7), FISICCO e IoTSec Transferencia Tecnológica e Innovación Como hemos mencionado anteriormente, el software es el elemento innovador más potente con que se cuenta actualmente para modernizar las empresas y las instituciones. Por ello, uno de los principales objetivos del ITIS es fomentar la transferencia tecnológica de los resultados de su investigación. Varias son las actividades que pueden fomentarse para cumplir con este fin: Establecimiento de colaboraciones con empresas del sector para desarrollar proyectos conjuntamente. Se buscará y fomentará la participación en los programas regionales, nacionales y europeos orientados a facilitar y subvencionar los proyectos. Creación de spin-off para la explotación de los resultados de investigación. Elaboración e impartición de cursos específicos demandados por empresas e instituciones en tecnologías emergentes.

19 Por otra parte, en la sociedad actual, caracterizada por los fuertes cambios que las nuevas tecnologías están imponiendo, es necesario estudiar, fomentar y desarrollar nuevas formas de relación y colaboración entre los diferentes agentes sociales, con objeto de crear un entorno más dinámico y acorde con la globalización que se está produciendo. Creemos que en el marco de un centro como el que se plantea, pueden y deben surgir iniciativas que ayuden a los objetivos de fomento de la investigación y la transferencia tecnológica que nos planteamos. En esta línea, son objetivos concretos del ITIS: Estudiar y seleccionar sectores específicos, con necesidades concretas en tecnologías del software, con objeto de fomentar la innovación en sus productos o procesos productivos. Aunque la formación y la investigación son pilares básicos de la innovación, la experiencia demuestra que no basta con esto. Es necesario, de alguna forma, cambiar la mentalidad no solo de las empresas, actores principales de la misma, sino también de las instituciones y la sociedad en su conjunto. En este sentido, el ITIS tendrá como uno de sus objetivos principales, hacer del fomento de la innovación una de las ideas conductoras de sus actividades. En general, se pretende que en el ITIS las actividades de investigación, docencia, transferencia tecnológica e innovación estén fuertemente relacionadas. 3. Justificación de las necesidades sociales y científicas El sector de las tecnologías de la información y la comunicación ha estado en el centro del cambio económico a lo largo de los últimos años. Los sectores que producen bienes y servicios TIC juegan un rol importantísimo mediante su contribución al rápido crecimiento tecnológico y al de la productividad. Por un lado, contribuyen por medio del desarrollo e incorporación de las nuevas tecnologías en el conjunto de actividades económicas, lo que ha sido esencial en el proceso de creación de valor, al propiciar cambios importantes en las formas de producción, organización y otras actividades de las empresas. Por otro lado, dado que el desarrollo de este sector depende de los continuos avances en comunicaciones e informática (un campo en el que el conocimiento es una pieza fundamental), su desarrollo fomenta la innovación y la creación de conocimiento, lo que repercute en el proceso de desarrollo tecnológico y en el de creación de valor de la economía mundial. De hecho, numerosos estudios coinciden en señalar el efecto positivo que las tecnologías de la información han ejercido sobre la productividad y el crecimiento durante la década de 1990, especialmente en los sectores de alta tecnología. Estos estudios evidencian el rol clave que en la actualidad desempeñan las tecnologías de la información en la economía de un país. Una de las preguntas que este hecho impone es cómo se debe medir la contribución a la creación de conocimiento y de riqueza por parte de la industria de las TIC. En general, los datos muestran que el tejido industrial español de las TIC es muy débil y poco competitivo, pues aunque el número de empresas del sector es relativamente alto, la mayoría no tiene el tamaño suficiente para competir internacionalmente, especializándose en los

20 segmentos de negocio de menor valor añadido. Esta tendencia viene acentuándose en el siglo actual sin que se hayan tomado medidas significativas para evitarlo. Para que este sector se desarrolle, es necesario incrementar las inversiones en investigación y desarrollo, que son clave para generar ventajas competitivas en el sector de las tecnologías de la información. Los datos reflejan que el grado de innovación de las empresas españolas del sector manufacturero es sensiblemente inferior al de sus competidoras del contexto internacional. En este contexto general, el subsector de la informática y, particularmente, el del software, aparece como el que más oportunidades presenta, ya que por sus características es más independiente de la fabricación de elementos físicos, en los que existe una gran competencia internacional y una reducción de precios espectacular. Pero el software y su comercialización no ha dejado de evolucionar. Siendo todavía un producto identificable, la forma comercial que se está desarrollando más es el denominado Software como Servicio (Software as a Service o SaaS), en la que lo que se vende no es el producto sino los servicios que proporciona. Esta fórmula que se empezó a desarrollar con la generalización en el uso de Internet, va a ser fuertemente reforzada con la aparición del Cloud Computing o Computación en la Nube. La importancia de tener un sector empresarial fuerte en esta nueva infraestructura informática es fundamental. Sin embargo, no parece que pueda ser España y ni siquiera Europa, actores principales de este futuro. Es en Estados Unidos y en algunos países orientales donde se está fraguando esta nueva sociedad. Allí están las mayores empresas informáticas y allí se están generando las nuevas tecnologías y las nuevas aplicaciones que se utilizarán en el futuro. Creemos por ello que disponer de una estructura académica, de investigación y transferencia tecnológica centrada en el software, es de suma importancia para poder participar y contribuir al desarrollo local, regional y nacional. La lista de Institutos de Investigación y Tecnológicos en áreas de la informática es muy amplia, por lo que solo mencionaremos a algunos de los más representativos de estos centros, como el Software Engineering Institute (SEI) de la Carnegie Mellon University en Estados Unidos, que ha tenido una gran influencia en la implantación de los procesos de desarrollo de software en las empresas y el European Software Institute de Bilbao, creado por la Comisión Europea en 1993 para el entorno europeo con la misma idea, pero que no ha tenido un desarrollo similar. Entre los institutos de investigación en España es digno de mencionar el IMDEA Software, creado hace unos años por la Comunidad de Madrid y que se apoya en grupos de investigación de la UPM y la UCM. Otros institutos sobre investigación en software son, por ejemplo, el Max Planck Institute for Software Systems en Alemania, el Institute for Software Research en California o el Institute of Software Chinese Academy of Sciences en China.

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