Modelo de fusión holónica de información para la mejora de la calidad de la información en redes peer-to-peer con recursos limitados

Paggi Straneo, Horacio (2018). Modelo de fusión holónica de información para la mejora de la calidad de la información en redes peer-to-peer con recursos limitados. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.54198.

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Title: Modelo de fusión holónica de información para la mejora de la calidad de la información en redes peer-to-peer con recursos limitados
Author/s:
  • Paggi Straneo, Horacio
Contributor/s:
  • Soriano Camino, Francisco Javier
  • Lara Torralbo, Juan Alfonso
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2018
Subjects:
Freetext Keywords: modelo de calidad de la información; sistemas P2P adaptativos; formación de los holones; redes con recursos limitados; manejo de información incierta; fusión holónica de información; soft sensors = information quality model; adaptive P2P systems; holon formation; limited resources networks; uncertain information handling; holonic information fusion; soft sensors
Faculty: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Department: Lenguajes y Sistemas Informáticos e Ingeniería del Software
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las redes de pares (peer-to-peer) formadas por elementos heterogéneos a menudo dependen de recursos que son limitados (en términos de energía, ancho de banda, tiempo de comunicación, etc.). Debido a esto, y con el objetivo de cuidar esos recursos, los componentes de la red tienen que comportarse necesariamente en forma inteligente para hacer un uso eficiente, si no óptimo, de los mismos. Además, dichos componentes deben ser capaces de coordinar sus acciones con el objetivo de alcanzar sus metas en presencia de datos que pueden ser vagos (por ejemplo, por estar expresados con expresiones ambiguas o imprecisas, por ejemplo “temperatura alta”) o inciertos (datos con cierto error: como en el caso de error de medición), respetando su autonomía. En la investigación en el campo de las redes peer-to-peer poco se han estudiado los efectos de la mejora de la calidad de la información en el funcionamiento de la red, en especial si los recursos son limitados. En este trabajo se describe un modelo de sistema multi-agente que realiza fusión de la información y que se basa en pares (peers) colaborativos para mejorar la calidad de la información manejada por los agentes. El modelo se basa en una estrategia consistente en: a) consultar a los peers que han tenido históricamente mejor comportamiento para un agente consultante y un tipo de información dados; y b) si la calidad de la información a responder es menor que la del consultante, contestar sólo algunas veces, con una probabilidad que va decreciendo en el tiempo, en un efecto similar al del recocido simulado donde el sistema puede pasar a un estado de mayor energía con una probabilidad no nula que va decreciendo. El modelo propuesto se apoya además en una métrica definida ad hoc para la calidad de la información. Dicha métrica incorpora varias dimensiones que generalmente son ignoradas en la literatura, tales como la cantidad de respuestas recibidas a una consulta, la vaguedad de la información devuelta, la cantidad de peers consultados, etc. Se demuestra que el sistema resultante posee características de autoorganización que permiten que se formen estructuras holónicas de manera efectiva (esto es, que la probabilidad de que no se formen dichas estructuras tiende a cero al crecer el número de agentes). Se presentan además tres casos de estudio: uno asociado a la tipificación de sitios web como de phishing a partir de sus características, otro relativo a la determinación del nivel diario de ozono presente en la atmósfera y el tercero sobre la se lección de un automóvil en base a sus características (precio, confort, etc.). Los tres casos de estudio, dadas sus características, son de alguna forma complementarios. Se reportan los experimentos realizados sobre una implementación simulada del modelo, habiéndose realizado las pruebas suficientes como para que las conclusiones sean estadísticamente válidas. Los resultados muestran que el modelo propuesto permite tener mejor rendimiento (medido como cantidad de time-outs, cantidad de mensajes necesarios para obtener una respuesta de cierta calidad, etc.) que si se usara una red peer-to-peer plana (es decir, sin la inteligencia propia del modelo propuesto) cuando los recursos (mensajes, energía, etc.) son limitados. Finalmente, se presenta un ejemplo en el que se muestran paso a paso las estructuras holónicas que se forman al aplicar el modelo propuesto a la toma de decisiones asociada a la compra de un vehículo. Un sistema de este tipo tiene un amplio espectro de dominios de aplicación, desde sistemas de recomendación móviles a aplicaciones para la toma de decisiones donde se busca alcanzar una meta común en entornos críticos con escasez de recursos o peers que pueden dejar de contestar en cualquier momento. ----------ABSTRACT---------- Peer-based networks (peer-to-peer) formed by heterogeneous elements often depend on limited resources (power, communication bands, communications time, etc.). Due to this the networks components have to behave in an intelligent way in order to use efficiently these resources. Also the aforementioned components have to be able of to coordinate their actions to reach their individual goals in the presence of data which can be vague (for example, due to being expressed as ambiguous or imprecise expressions, for example “high temperature”) or uncertain (data with a certain error, as in the case of a measurement error) while respecting their existing autonomies. In the research field of the peer-to-peer networks the effects of the improvement of the information quality in the network working has been scarcely studied, especially when the resources are limited. In this work a model of multi-agent is described which performs information fusion and which is collaborative peers-based to improve the quality of the information processed by the agents. The model is based in a strategy consisting of a) consulting the peers which had the better behavior for a querying agent and an information type (e.g. a certain data field) and b) if the quality of the information to be answered is lesser than the consultant, there is a probability, which decreases through time, that it is answered anyway. This imitates the effect of the simulated annealing where the system can pass to a state of higher energy with a non-null probability which decreases through time. The proposed model is based also in an information quality metric defined ad hoc which incorporates several dimensions that generally are ignored in the literature such as the number of received answers for a given query, the vagueness of the replied information, the number of consulted peers, etc.. It is proofed that the system has auto-organization characteristics which enables the formation of holonic structures and that they are effectively formed (or, equivalently, that the probability that they are not obtained tends to 0 when the number of agents grows). Three study cases are presented: one related to the classification of websites as phising or safe sites using their characteristics, another one associated to the measurement of the daily ozone level in the atmosphere and a third one about the selection of a car based on its properties (price, comfort, etc.). Because of their characteristics the three cases are somehow complementary. The performed experiments used a simulated implementation of the model. The number of tests was enough as to ensure the statistical validity of the conclusions. The results are reported and are positive as they show that the proposed model allows having better performance (measured as number of time-outs, number of messages needed to get an answer of a minimum, preset quality, etc.) respect to a flat peerto- peer network (v.g. a network without the intelligence of the proposed model here) when the resources (messages, energy, etc.) are limited. Finally, is presented an example showing step-by-step the formation of holonic structures when applying the model to the decision making – to decide if a vehicle is purchased. A system of this kind has an ample spectrum of application domains ranging from mobile recommending systems to applications for the decision making where a common goal is pursued in critical environments with scarce resources or with peers that can stop answering at any moment, as it happens in many critical environments.

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Item ID: 54198
DC Identifier: http://oa.upm.es/54198/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:54198
DOI: 10.20868/UPM.thesis.54198
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 07 Mar 2019 08:42
Last Modified: 16 Sep 2019 22:30
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