De maneira geral, nosso trabalho de pesquisa está dirigido ao planejamento e à operação econômica de redes de comunicação [1, 2, 3, 4, 15, 21]. O objetivo é propiciar o cerne conceitual de ferramentas matemático­computacionais de apoio à decisão e à compreensão dos fenômenos técnicos, econômicos e de regulamentação que envolvem hoje o setor de informática e telecomunicações, mas procuramos pontos de apoio na comparação com outros grandes serviços públicos articulados em torno de uma rede, como, por exemplo, o fornecimento de energia elétrica ou o transporte urbano ou aéreo. Mesmo se essas outras redes possuem diferenças notáveis, uma análise comum permite realçar as invariantes econômicas e estratégicas que enriquecem o estudo de modelos no setor de telecomunicações.

Ao reconhecer uma forte tendência à descentralização, nosso trabalho de pesquisa busca ferramental de apoio ao planejamento estratégico na realidade atual de informatização e automação das redes. Essa realidade moderna apresenta três grandes tendências.

Em primeiro lugar, no seio de numerosas atividades em rede, uma separação cada vez mais clara se estabelece entre, de uma parte, uma rede de infraestrutura que transmite os sinais, a energia ou a matéria e, de outra parte, uma rede tele­informática, cujo papel é de controlar a infraestrutura, otimizando sua utilização e a empregando de forma a servir aos clientes uma vasta gama de serviços.

Em segundo lugar, a dualidade entre infraestrutura e controle é atualmente a causa de uma abertura de diversas redes. Essa abertura acontece sob a pressão de fornecedores de serviços inteligentes, e ameaça a estabilidade da organização tecno­econômica em funcionamento.

Finalmente, a organização industrial de muitas atividades em rede parece guiada por um duplo princípio:

­ de uma parte, a inteligência de controle tende a ser oferecida por um mercado de diversas empresas, de forma a facilitar a adaptação às necessidades dos clientes, mas esse mercado deve estar sujeito a regras de planejamento que garantam a segurança da infraestrutura e a compatibilidade de uso dos diferentes serviços.

­ de outra parte, a gerência da infraestrutura decorre de uma situação de monopólio natural, justificado por enormes economias de escala, mas que deve ser dirigido para a eficiência por mecanismos quase­competitivos.

É nesse quadro estratégico que se insere esse ramo de aplicações de nosso projeto de pesquisa. Os modelos de nosso interesse devem refletir as possibilidades tecnológicas e as disponibilidades de recursos, e é ainda desejável que venham acompanhados de algoritmos distribuídos que viabilizem a otimalidade global em situações de tomada de decisão descentralizada. Os modelos levam em conta que as infraestruturas de redes tendem a ser melhor utilizadas quando geridas por uma rede de controle, ou rede dual. A rede dual é uma rede inteligente que recolhe, trata e transmite todos os dados úteis ao controle da rede primal sobre a qual ela opera.

O desenvolvimento das funções duais de controle tende a modificar a arquitetura das infraestruturas primais. Cabe­nos acompanhar a diferença que se acentua entre dois tipos de redes:

1. as redes de troncos metropolitanas e de longa distância, onde a otimização dos fluxos e a pesquisa de itinerários são essenciais [6, 14, 16, 30];

2. as redes arborescentes de distribuição local, que estabelecem o contato com os clientes e lhes dá acesso aos nós das infraestruturas de transporte [40, 50, 51].

Os modelos de otimização podem cobrir os problemas de planejamento de redes ou os problemas de gerência de rede. Nos primeiros se enfatiza os aspectos de topologia e de dimensionamento da infraestrutura de rede a ser expandida. Nos problemas de simulação e gerência de rede se calcula tipicamente o roteamento, expresso pelo nível de tráfego em cada rota alternativa de cada tipo de serviço associado a cada par de origem e destino. Os aspectos de planejamento e de gerência de rede se entrelaçam, havendo com o avanço tecnológico uma possível migração de funções de planejamento para gerência e vice­versa. Fica porém para as funções de planejamento a tomada de decisões sobre localização.

No âmbito das redes arborescentes de distribuição local (rede externa) adotamos o problema da árvore de Steiner como estrutura combinatória básica para a representação da topologia da rede. Estamos atualmente estudando a recente literatura envolvento importantes resultados teóricos sobre esse problema básico de topologia [19]. As conhecidas propriedades do caso particular do problema da árvore geradora mínima, assim como resultados teóricos obtidos para problemas correlatos, nos incitam a pesquisar uma pertinente literatura conexa [22].

Partindo de uma análise crítica das atuais formulações de planejamento de redes, advogamos a necessidade de se explicitar variáveis de fluxo com os custos variáveis correspondentes, tanto a nível da rede de troncos como da rede externa. Procurando tirar proveito de nossa considerável experiência em heurísticas primais e Lagrangeanas, nossa estratégia de pesquisa se calcará no uso de formulações multi­fluxo redundantes, na inclusão de desigualdades válidas, na geração de planos de corte, na relaxação para uso de programação linear contínua e no uso de decomposição e computação paralela.

No âmbito da rede de troncos retomamos um dos mais importantes problemas no projeto de redes de computadores por comutação de pacotes [14], que consiste em determinar um conjunto de rotas por onde os pacotes devem ser transmitidos e que seja ótimo de acordo com algum critério de custo. O atraso médio das mensagens, que são por nós extendidos para considerar diferentes medidas de desempenho para diferentes classes de serviços e também para considerar demandas variáveis [44].

Nessa classe de modelos de roteamento as demandas são sensíveis a preços que podem variar continuamente de forma a manter a demanda de tráfego próxima a um uso eficiente da rede de telecomunicações. A idéia é otimizar o uso da rede disponível, sempre colocando a vontade de pagar dos consumidores face aos custos de operação e de congestionamento. A relevância de nosso trabalho é de prover um ferramental de modelagem e de algoritmos que avança a tendência de se trabalhar com mudanças nos preços, conforme se ofereça diferentes serviços, para usuários com diferentes prioridades e durante diferentes períodos do tempo [27]. A matéria serve também ao estudo do impacto de diferentes políticas de tarifação no desempenho da rede de telecomunicações e no benefício dos consumidores, e o impacto da introdução de competição com a quebra de monopólio, em companhias públicas ou privadas [8]. A aplicação pode também se referir ao papel do governo para regulamentar o mercado, com taxas, subsídios e mínimas e máximas tarifas recomendadas para os serviços requeridos.