Contribuciones basadas en el análisis biplot al diseño y gestión de redes de telecomunicación

Resumen

La importancia de la redes de telecomunicación en nuestra sociedad es innegable. Desde la telefonía, tanto fija como móvil, hasta la red Internet están presentes en la mayoría de los hogares, empresas y administraciones públicas. Garantizar su correcto funcionamiento es de una importancia clave y la herramienta fundamental para este objetivo es un adecuado diseño y gestión de la red. Los métodos biplot, formulados por Gabriel en 1971, permiten representar una matriz de datos en forma de un gráfico que utiliza marcadores individuales para cada una de las filas y las columnas de la matriz de partida, respetando determinadas propiedades de los datos originales. En el diseño y gestión de redes se pueden utilizar múltiples tipos de matrices conteniendo diversos datos sobre su operación y configuración. Destacan entre ellas las matrices de tráfico, las matrices de topología y combinaciones de ambas. Por otro lado, las representaciones gráficas permiten a los diseñadores y gestores de la red identificar de manera eficiente y eficaz el estado de la red de comunicaciones. Esta tesis doctoral propone la utilización de los métodos biplot, en general, y del HJ-Biplot, propuesto por Galindo en 1986, en particular, en los procesos de diseño y gestión de redes de comunicación, presentando aplicaciones sobre las redes de datos más habituales hoy en día. Las propuestas se centran en tres casuísticas generales que cubren un amplio espectro de posibles aplicaciones: detección de anomalías, análisis de series temporales de tráfico y análisis de la topología de redes. La detección de anomalías se aplica en un primer ejemplo sobre datos de una red Ethernet real. Se demuestra que es posible utilizar la representación HJ-Biplot con dos objetivos: modelar la red con una representación adecuadamente robusta y detectar incidencias con la suficiente sensibilidad. En un segundo supuesto se aplica a la detección de un ataque de negación de servicio, como caso especial de anomalía, para lo que se utiliza un juego de datos publicados para la verificación del funcionamiento de este tipo de sistemas. En este apartado se incluye la aplicación del método STATIS para la detección de la anomalía, y finalmente el HJ-Biplot para la diagnosis concreta de la incidencia ocurrida en la red. El análisis de series temporales utilizando el HJ-Biplot mejora la propuesta realizada por Lakhina et al en 2004 y siguientes, que aplicaba el Análisis de Componentes Principales (ACP) a una matriz de tráfico Origen-Destino. El HJ-Biplot tiene en consideración la existencia simultánea de correlaciones temporales y espaciales en la matriz de tráfico y además permite localizar el punto de ocurrencia de la incidencia. Finalmente, la combinación de la teoría espectral de grafos, aplicada a redes de comunicación, y la metodología biplot en general, y el HJ-Biplot en particular, permite obtener representaciones gráficas de las redes de comunicación con información sobre su topología, incluso incorporando información sobre tráfico cursado, simétrico o asimétrico, entre nodos. La tesis doctoral presenta algunas contribuciones de los métodos biplot al análisis y gestión de las redes de comunicación más utilizadas en nuestros días. La herramienta propuesta permite mejorar los procedimientos de diseño y gestión de redes constituyendo una potente herramienta de visualización del estado de la red de comunicación.