The Multi-connection Tactile Internet Protocol

Resum

Internet Táctil se refiere a la transmisión del tacto (fuerzas, vibraciones o movimientos) y el control en tiempo real de aplicaciones como el control remoto de máquinas industriales, drones o vehículos. Estas aplicaciones requieren bajos niveles de latencia combinados con fiabilidad, ya que cualquier desviación podría provocar consecuencias sumamente perjudiciales. Con la llegada de las redes 5G, se han desarrollado múltiples soluciones para soportar este tipo de comunicaciones avanzadas. Ejemplos de ello son el uso de la multiconectividad, la virtualización o las redes programables. Las comunicaciones del Internet Táctil requieren protocolos que puedan explotar las ventajas de estas nuevas redes y, al mismo tiempo, adaptarse a los requisitos específicos de cada caso de uso. En este contexto, esta tesis presenta el Protocolo de Multiconectividad para el Internet Táctil (MTIP), un protocolo de transporte para el Internet Táctil que utiliza información de contexto y múltiples caminos para mejorar de forma flexible la comunicación. MTIP crea un enlace entre un controlador remoto y un dispositivo utilizando múltiples conexiones extremo a extremo llamadas subenlaces. MTIP utiliza las preferencias de las aplicaciones y mediciones sobre el estado de la red para realizar una selección inteligente y dinámica de los subenlaces utilizados para enviar datos. La tesis sigue un enfoque incremental en el desarrollo de MTIP, comenzando con el modelado del protocolo para verificar su funcionamiento. Se desarrollan dos modelos Promela iniciales que abstraen el funcionamiento de MTIP y permiten la validación de la corrección del intercambio de datos utilizando la herramienta Spin. A continuación, la validación se complementa utilizando la herramienta de modelado Uppaal para analizar el impacto del uso de múltiples subenlaces en MTIP. Tras la verificación formal, se ha desarrollado una primera implementación de MTIP en C/C++ y el sistema operativo Linux para examinar el comportamiento del protocolo en diferentes topologías de red. La primera evaluación consiste en un entorno de multiconectividad simulado entre dos puntos finales. En esta evaluación, se estudia el impacto de diferentes configuraciones de MTIP en la selección de subenlaces y, en última instancia, en el rendimiento del protocolo. A continuación, se realizó una segunda evaluación en un testbed 5G real en la Universidad de Málaga (UMA). En este escenario, un robot industrial real se controla mediante MTIP a través de múltiples conexiones 4G y 5G. Las evaluaciones confirman la capacidad de MTIP para seleccionar de manera inteligente diferentes subenlaces en diversos escenarios, mostrando cómo MTIP puede configurarse para ofrecer servicios de transporte fiables y de baja latencia al coste de enviar paquetes redundantes.