Álgebra: Un gran avance en ancho de banda

David Talbot 
MIT Technology Review

Un equipo de investigadores ha conseguido mejorar considerablemente el ancho de banda inalámbrico, y no lo ha hecho añadiendo estaciones, ni ocupando una porción mayor del espectro, ni aumentando los vatios del transmisor, sino usando álgebra para eliminar la tarea de reenviar paquetes perdidos de datos, una labor que suele atascar la red.

Al proporcionar a los aparatos móviles nuevas formas de enfrentarse a la falta de datos, la tecnología no solo elimina un proceso ineficaz, sino que también es capaz de combinar impecablemente flujos de datos que provienen de redes wifi y LTE, un salto adelante respecto a otros métodos que pasan de una a otra. “Cualquier red IP se beneficiará de esta tecnología”, afirma Sheau Ng, vicepresidente de investigación y desarrollo de NBC Universal.

Varias empresas han adquirido la licencia para usar la tecnología en los últimos meses, pero los detalles están sujetos a acuerdos de confidencialidad, afirma Muriel Medard, profesora del Laboratorio de Investigación en electrónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU., MIT por  sus siglas en inglés) y directora del proyecto. La tecnología la han desarrollado investigadores del MIT, de la Universidad  de Oporto (Portugal), de la Universidad de Harvard (EE.UU.), del Instituto de Tecnología de California, Caltech (EE.UU.) y de la Universidad Politécnica de Múnich (Alemania). Las licencias se comercializan a través de una start-up del MIT y Caltech llamada Code-On Technologies.

El problema subyacente es inmenso y no para de crecer. En un día cualquiera en Boston, por ejemplo, el 3 por ciento de los paquetes de datos se pierden debido a interferencias o congestión. Los paquetes perdidos provocan retrasos por sí mismos y a continuación generan nuevo tráfico de ida y vuelta en la red para sustituirlos, amplificando el problema original.

Los beneficios prácticos de la tecnología, que se denomina TCP codificado, se han podido experimentar en una prueba llevada a cabo recientemente en un tren Acela que hace el recorrido de Nueva York a Boston, y que es famoso por su mala conectividad. Al aumentar el ancho de anda disponible –la cantidad de datos que se pueden transmitir en un periodo determinado- Medard y sus alumnos pudieron ver vídeos de YouTube sin interferencias en el tren, mientras que otros pasajeros tenían problemas simplemente para conectarse a la red. “Nos preguntaban: ¿Cómo lo hacéis? Y les dijimos: ¡Somos ingenieros!”, bromea.

Estudios más rigurosos llevados a cabo en el laboratorio han demostrado importantes beneficios. Al probar el sistema en redes wifi del MIT, donde se suele perder un 2 por ciento de los paquetes, el grupo de Medard descubrió que un ancho de banda normal de un megabit por segundo se disparaba a dieciséis megabits por segundo. En una circunstancia en que las pérdidas eran del 5 por ciento –algo normal en un tren en rápido movimiento- el sistema aumentó el ancho de banda de 0,5 megabits por segundo a 13,5 megabits por segundo. En situaciones sin pérdidas había poco o ningún beneficio, pero este tipo de casos en una red inalámbrica son muy raros.

El trabajo de Medard “es un avance importante que promete mejorar significativamente el ancho de banda y la calidad de la experiencia para los usuarios de móviles que experimentan una mala cobertura”, afirma Dipankar “Ray” Raychaudri, director del laboratorio Winlab en la Universidad de Rutgers (EE.UU.). Él espera que el uso de la tecnología se haya generalizado dentro de dos o tres años.

Mientras tanto, para probarla, el grupo de Medard colocó servidores de proximidad en la nube de Amazon. El tráfico IP se envió a Amazon, codificado, y después se descodificaba como una aplicación en teléfonos. Los beneficios podrían ser aún mayores si la tecnología se incorporara directamente en los transmisores y routers, afirma Medard. También podría usarse para fusionar tráfico procedente de redes wifi y móviles en vez de obligar a los aparatos a pasar de una frecuencia a otra.

La tecnología transforma la forma en que se envían los paquetes de datos. En vez de mandar paquetes, envía ecuaciones algebraicas que describen series de paquetes. Así que si desaparece un paquete, en vez de pedirle a la red que lo reenvíe, el aparato receptor puede descubrir por sí mismo cuál es el que falta. Como las ecuaciones involucradas son sencillas y lineares, la carga de procesado para el teléfono, router o estación es imperceptible, sostiene Medard.

Aún está por ver que los beneficios experimentados en el laboratorio se puedan lograr en una instalación a escala completa. Pero el hecho de que las mejoras sean tan grandes sugiere que es un avance importante, afirma Ng, el ejecutivo de la NBC, que no tiene relación con la investigación. “En el laboratorio, si solo encuentras un pequeño margen de mejora, los ingenieros son escépticos. Pero viendo lo que han logrado en el laboratorio, desde luego es una mejora considerable y eso es muy esperanzador”, añade Ng.

Si la tecnología funciona como se espera en aplicaciones a gran escala, podría servir para retrasar el inminente problema de la falta de espectro. Cisco Systems afirma que para 2016 el tráfico de datos móviles se habrá multiplicado por 18. Y Bell Labs va aún más lejos y predice un factor de crecimiento de 25. La Comisión Federal de las Comunicaciones de Estados Unidos ha afirmado que el espectro de frecuencias inalámbricas disponibles puede agotarse en un par de años.

Medard no llega a afirmar que esta tecnología vaya a impedir que se agote el espectro, pero sí señala que el sistema actual es tremendamente ineficaz. “Existen ineficiencias graves que deberían remediarse antes de pensar en adquirir más recursos”, afirma.

Explica que cuando su grupo se conectó en el Acela, el vídeo que vieron fue de estudiantes universitarios jugando a una versión real del videojuego Angry Birds. “La calidad del vídeo era buena. La del contenido aún no la hemos resuelto”, afirma Medard.