Découverte et allocation des ressources pour le traitement de requêtes dans les systèmes grilles

De nos jours, les systèmes Grille, grâce à leur importante capacité de calcul et de stockage ainsi que leur disponibilité, constituent l'un des plus intéressants environnements informatiques. Dans beaucoup de différents domaines, on constate l'utilisation fréquente des facilités que les environnements Grille procurent. Le traitement des requêtes distribuées est l'un de ces domaines où il existe de grandes activités de recherche en cours, pour transférer l'environnement sous-jacent des systèmes distribués et parallèles à l'environnement Grille. Dans le cadre de cette thèse, nous nous concentrons sur la découverte des ressources et des algorithmes d'allocation de ressources pour le traitement des requêtes dans les environnements Grille. Pour ce faire, nous proposons un algorithme de découverte des ressources pour le traitement des requêtes dans les systèmes Grille en introduisant le contrôle de topologie auto-stabilisant et l'algorithme de découverte des ressources dirigé par l'élection convergente. Ensuite, nous présentons un algorithme d'allocation des ressources, qui réalise l'allocation des ressources pour les requêtes d'opérateur de jointure simple par la génération d'un espace de recherche réduit pour les nœuds candidats et en tenant compte des proximités des candidats aux sources de données. Nous présentons également un autre algorithme d'allocation des ressources pour les requêtes d'opérateurs de jointure multiple. Enfin, on propose un algorithme d'allocation de ressources, qui apporte une tolérance aux pannes lors de l'exécution de la requête par l'utilisation de la réplication passive d'opérateurs à état. La contribution générale de cette thèse est double. Premièrement, nous proposons un nouvel algorithme de découverte de ressource en tenant compte des caractéristiques des environnements Grille. Nous nous adressons également aux problèmes d'extensibilité et de dynamicité en construisant une topologie efficace sur l'environnement Grille et en utilisant le concept d'auto-stabilisation, et par la suite nous adressons le problème de l'hétérogénéité en proposant l'algorithme de découverte de ressources dirigé par l'élection convergente. La deuxième contribution de cette thèse est la proposition d'un nouvel algorithme d'allocation des ressources en tenant compte des caractéristiques de l'environnement Grille. Nous abordons les problèmes causés par la grande échelle caractéristique en réduisant l'espace de recherche pour les ressources candidats. De ce fait nous réduisons les coûts de communication au cours de l'exécution de la requête en allouant des nœuds au plus près des sources de données. Et enfin nous traitons la dynamicité des nœuds, du point de vue de leur existence dans le système, en proposant un algorithme d'affectation des ressources avec une tolérance aux pannes.Grid systems are today's one of the most interesting computing environments because of their large computing and storage capabilities and their availability. Many different domains profit the facilities of grid environments. Distributed query processing is one of these domains in which there exists large amounts of ongoing research to port the underlying environment from distributed and parallel systems to the grid environment. In this thesis, we focus on resource discovery and resource allocation algorithms for query processing in grid environments. For this, we propose resource discovery algorithm for query processing in grid systems by introducing self-stabilizing topology control and converge-cast based resource discovery algorithms. Then, we propose a resource allocation algorithm, which realizes allocation of resources for single join operator queries by generating a reduced search space for the candidate nodes and by considering proximities of candidates to the data sources. We also propose another resource allocation algorithm for queries with multiple join operators. Lastly, we propose a fault-tolerant resource allocation algorithm, which provides fault-tolerance during the execution of the query by the use of passive replication of stateful operators. The general contribution of this thesis is twofold. First, we propose a new resource discovery algorithm by considering the characteristics of the grid environments. We address scalability and dynamicity problems by constructing an efficient topology over the grid environment using the self-stabilization concept; and we deal with the heterogeneity problem by proposing the converge-cast based resource discovery algorithm. The second main contribution of this thesis is the proposition of a new resource allocation algorithm considering the characteristics of the grid environment. We tackle the scalability problem by reducing the search space for candidate resources. We decrease the communication costs during the query execution by allocating nodes closer to the data sources. And finally we deal with the dynamicity of nodes, in terms of their existence in the system, by proposing the fault-tolerant resource allocation algorithm

On exploiting social relationship and personal background for content discovery in P2P networks

International audienceContent discovery is a critical issue in unstructured Peer-to-Peer (P2P) networks as nodes maintain only local network information. However, similarly without global information about human networks, one still can find specific persons via his/her friends by using social information. Therefore, in this paper, we investigate the problem of how social information (i.e., friends and background information) could benefit content discovery in P2P networks. We collect social information of 384, 494 user profiles from Facebook, and build a social P2P network model based on the empirical analysis. In this model, we enrich nodes in P2P networks with social information and link nodes via their friendships. Each node extracts two types of social features-Knowledge and Similarity-and assigns more weight to the friends that have higher similarity and more knowledge. Furthermore, we present a novel content discovery algorithm which can explore the latent relationships among a node's friends. A node computes stable scores for all its friends regarding their weight and the latent relationships. It then selects the top friends with higher scores to query content. Extensive experiments validate performance of the proposed mechanism. In particular, for personal interests searching, the proposed mechanism can achieve 100% of Search Success Rate by selecting the top 20 friends within two-hop. It also achieves 6.5 Hits on average, which improves 8x the performance of the compared methods

Location based services in wireless ad hoc networks

In this dissertation, we investigate location based services in wireless ad hoc networks from four different aspects - i) location privacy in wireless sensor networks (privacy), ii) end-to-end secure communication in randomly deployed wireless sensor networks (security), iii) quality versus latency trade-off in content retrieval under ad hoc node mobility (performance) and iv) location clustering based Sybil attack detection in vehicular ad hoc networks (trust). The first contribution of this dissertation is in addressing location privacy in wireless sensor networks. We propose a non-cooperative sensor localization algorithm showing how an external entity can stealthily invade into the location privacy of sensors in a network. We then design a location privacy preserving tracking algorithm for defending against such adversarial localization attacks. Next we investigate secure end-to-end communication in randomly deployed wireless sensor networks. Here, due to lack of control on sensors\u27 locations post deployment, pre-fixing pairwise keys between sensors is not feasible especially under larger scale random deployments. Towards this premise, we propose differentiated key pre-distribution for secure end-to-end secure communication, and show how it improves existing routing algorithms. Our next contribution is in addressing quality versus latency trade-off in content retrieval under ad hoc node mobility. We propose a two-tiered architecture for efficient content retrieval in such environment. Finally we investigate Sybil attack detection in vehicular ad hoc networks. A Sybil attacker can create and use multiple counterfeit identities risking trust of a vehicular ad hoc network, and then easily escape the location of the attack avoiding detection. We propose a location based clustering of nodes leveraging vehicle platoon dispersion for detection of Sybil attacks in vehicular ad hoc networks --Abstract, page iii

Trade-off among timeliness, messages and accuracy for large-Ssale information management

The increasing amount of data and the number of nodes in large-scale environments require new techniques for information management. Examples of such environments are the decentralized infrastructures of Computational Grid and Computational Cloud applications. These large-scale applications need different kinds of aggregated information such as resource monitoring, resource discovery or economic information. The challenge of providing timely and accurate information in large scale environments arise from the distribution of the information. Reasons for delays in distributed information system are a long information transmission time due to the distribution, churn and failures. A problem of large applications such as peer-to-peer (P2P) systems is the increasing retrieval time of the information due to the decentralization of the data and the failure proneness. However, many applications need a timely information provision. Another problem is an increasing network consumption when the application scales to millions of users and data. Using approximation techniques allows reducing the retrieval time and the network consumption. However, the usage of approximation techniques decreases the accuracy of the results. Thus, the remaining problem is to offer a trade-off in order to solve the conflicting requirements of fast information retrieval, accurate results and low messaging cost. Our goal is to reach a self-adaptive decision mechanism to offer a trade-off among the retrieval time, the network consumption and the accuracy of the result. Self-adaption enables distributed software to modify its behavior based on changes in the operating environment. In large-scale information systems that use hierarchical data aggregation, we apply self-adaptation to control the approximation used for the information retrieval and reduces the network consumption and the retrieval time. The hypothesis of the thesis is that approximation techniquescan reduce the retrieval time and the network consumption while guaranteeing an accuracy of the results, while considering user’s defined priorities. First, this presented research addresses the problem of a trade-off among a timely information retrieval, accurate results and low messaging cost by proposing a summarization algorithm for resource discovery in P2P-content networks. After identifying how summarization can improve the discovery process, we propose an algorithm which uses a precision-recall metric to compare the accuracy and to offer a user-driven trade-off. Second, we propose an algorithm that applies a self-adaptive decision making on each node. The decision is about the pruning of the query and returning the result instead of continuing the query. The pruning reduces the retrieval time and the network consumption at the cost of a lower accuracy in contrast to continuing the query. The algorithm uses an analytic hierarchy process to assess the user’s priorities and to propose a trade-off in order to satisfy the accuracy requirements with a low message cost and a short delay. A quantitative analysis evaluates our presented algorithms with a simulator, which is fed with real data of a network topology and the nodes’ attributes. The usage of a simulator instead of the prototype allows the evaluation in a large scale of several thousands of nodes. The algorithm for content summarization is evaluated with half a million of resources and with different query types. The selfadaptive algorithm is evaluated with a simulator of several thousands of nodes that are created from real data. A qualitative analysis addresses the integration of the simulator’s components in existing market frameworks for Computational Grid and Cloud applications. The proposed content summarization algorithm reduces the information retrieval time from a logarithmic increase to a constant factor. Furthermore, the message size is reduced significantly by applying the summarization technique. For the user, a precision-recall metric allows defining the relation between the retrieval time and the accuracy. The self-adaptive algorithm reduces the number of messages needed from an exponential increase to a constant factor. At the same time, the retrieval time is reduced to a constant factor under an increasing number of nodes. Finally, the algorithm delivers the data with the required accuracy adjusting the depth of the query according to the network conditions.La gestió de la informació exigeix noves tècniques que tractin amb la creixent quantitat de dades i nodes en entorns a gran escala. Alguns exemples d’aquests entorns són les infraestructures descentralitzades de Computacional Grid i Cloud. Les aplicacions a gran escala necessiten diferents classes d’informació agregada com monitorització de recursos i informació econòmica. El desafiament de proporcionar una provisió ràpida i acurada d’informació en ambients de grans escala sorgeix de la distribució de la informació. Una raó és que el sistema d’informació ha de tractar amb l’adaptabilitat i fracassos d’aquests ambients. Un problema amb aplicacions molt grans com en sistemes peer-to-peer (P2P) és el creixent temps de recuperació de l’informació a causa de la descentralització de les dades i la facilitat al fracàs. No obstant això, moltes aplicacions necessiten una provisió d’informació puntual. A més, alguns usuaris i aplicacions accepten inexactituds dels resultats si la informació es reparteix a temps. A més i més, el consum de xarxa creixent fa que sorgeixi un altre problema per l’escalabilitat del sistema. La utilització de tècniques d’aproximació permet reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa. No obstant això, l’ús de tècniques d’aproximació disminueix la precisió dels resultats. Així, el problema restant és oferir un compromís per resoldre els requisits en conflicte d’extracció de la informació ràpida, resultats acurats i cost d’enviament baix. El nostre objectiu és obtenir un mecanisme de decisió completament autoadaptatiu per tal d’oferir el compromís entre temps de recuperació, consum de xarxa i precisió del resultat. Autoadaptacío permet al programari distribuït modificar el seu comportament en funció dels canvis a l’entorn d’operació. En sistemes d’informació de gran escala que utilitzen agregació de dades jeràrquica, l’auto-adaptació permet controlar l’aproximació utilitzada per a l’extracció de la informació i redueixen el consum de xarxa i el temps de recuperació. La hipòtesi principal d’aquesta tesi és que els tècniques d’aproximació permeten reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa mentre es garanteix una precisió adequada definida per l’usari. La recerca que es presenta, introdueix un algoritme de sumarització de continguts per a la descoberta de recursos a xarxes de contingut P2P. Després d’identificar com sumarització pot millorar el procés de descoberta, proposem una mètrica que s’utilitza per comparar la precisió i oferir un compromís definit per l’usuari. Després, introduïm un algoritme nou que aplica l’auto-adaptació a un ordre per satisfer els requisits de precisió amb un cost de missatge baix i un retard curt. Basat en les prioritats d’usuari, l’algoritme troba automàticament un compromís. L’anàlisi quantitativa avalua els algoritmes presentats amb un simulador per permetre l’evacuació d’uns quants milers de nodes. El simulador s’alimenta amb dades d’una topologia de xarxa i uns atributs dels nodes reals. L’algoritme de sumarització de contingut s’avalua amb mig milió de recursos i amb diferents tipus de sol·licituds. L’anàlisi qualitativa avalua la integració del components del simulador en estructures de mercat existents per a aplicacions de Computacional Grid i Cloud. Així, la funcionalitat implementada del simulador (com el procés d’agregació i la query language) és comprovada per la integració de prototips. L’algoritme de sumarització de contingut proposat redueix el temps d’extracció de l’informació d’un augment logarítmic a un factor constant. A més, també permet que la mida del missatge es redueix significativament. Per a l’usuari, una precision-recall mètric permet definir la relació entre el nivell de precisió i el temps d’extracció de la informació. Alhora, el temps de recuperació es redueix a un factor constant sota un nombre creixent de nodes. Finalment, l’algoritme reparteix les dades amb la precisió exigida i ajusta la profunditat de la sol·licitud segons les condicions de xarxa. Els algoritmes introduïts són prometedors per ser utilitzats per l’agregació d’informació en nous sistemes de gestió de la informació de gran escala en el futur.Postprint (published version

Trade-off among timeliness, messages and accuracy for large-Ssale information management

The increasing amount of data and the number of nodes in large-scale environments require new techniques for information management. Examples of such environments are the decentralized infrastructures of Computational Grid and Computational Cloud applications. These large-scale applications need different kinds of aggregated information such as resource monitoring, resource discovery or economic information. The challenge of providing timely and accurate information in large scale environments arise from the distribution of the information. Reasons for delays in distributed information system are a long information transmission time due to the distribution, churn and failures. A problem of large applications such as peer-to-peer (P2P) systems is the increasing retrieval time of the information due to the decentralization of the data and the failure proneness. However, many applications need a timely information provision. Another problem is an increasing network consumption when the application scales to millions of users and data. Using approximation techniques allows reducing the retrieval time and the network consumption. However, the usage of approximation techniques decreases the accuracy of the results. Thus, the remaining problem is to offer a trade-off in order to solve the conflicting requirements of fast information retrieval, accurate results and low messaging cost. Our goal is to reach a self-adaptive decision mechanism to offer a trade-off among the retrieval time, the network consumption and the accuracy of the result. Self-adaption enables distributed software to modify its behavior based on changes in the operating environment. In large-scale information systems that use hierarchical data aggregation, we apply self-adaptation to control the approximation used for the information retrieval and reduces the network consumption and the retrieval time. The hypothesis of the thesis is that approximation techniquescan reduce the retrieval time and the network consumption while guaranteeing an accuracy of the results, while considering user’s defined priorities. First, this presented research addresses the problem of a trade-off among a timely information retrieval, accurate results and low messaging cost by proposing a summarization algorithm for resource discovery in P2P-content networks. After identifying how summarization can improve the discovery process, we propose an algorithm which uses a precision-recall metric to compare the accuracy and to offer a user-driven trade-off. Second, we propose an algorithm that applies a self-adaptive decision making on each node. The decision is about the pruning of the query and returning the result instead of continuing the query. The pruning reduces the retrieval time and the network consumption at the cost of a lower accuracy in contrast to continuing the query. The algorithm uses an analytic hierarchy process to assess the user’s priorities and to propose a trade-off in order to satisfy the accuracy requirements with a low message cost and a short delay. A quantitative analysis evaluates our presented algorithms with a simulator, which is fed with real data of a network topology and the nodes’ attributes. The usage of a simulator instead of the prototype allows the evaluation in a large scale of several thousands of nodes. The algorithm for content summarization is evaluated with half a million of resources and with different query types. The selfadaptive algorithm is evaluated with a simulator of several thousands of nodes that are created from real data. A qualitative analysis addresses the integration of the simulator’s components in existing market frameworks for Computational Grid and Cloud applications. The proposed content summarization algorithm reduces the information retrieval time from a logarithmic increase to a constant factor. Furthermore, the message size is reduced significantly by applying the summarization technique. For the user, a precision-recall metric allows defining the relation between the retrieval time and the accuracy. The self-adaptive algorithm reduces the number of messages needed from an exponential increase to a constant factor. At the same time, the retrieval time is reduced to a constant factor under an increasing number of nodes. Finally, the algorithm delivers the data with the required accuracy adjusting the depth of the query according to the network conditions.La gestió de la informació exigeix noves tècniques que tractin amb la creixent quantitat de dades i nodes en entorns a gran escala. Alguns exemples d’aquests entorns són les infraestructures descentralitzades de Computacional Grid i Cloud. Les aplicacions a gran escala necessiten diferents classes d’informació agregada com monitorització de recursos i informació econòmica. El desafiament de proporcionar una provisió ràpida i acurada d’informació en ambients de grans escala sorgeix de la distribució de la informació. Una raó és que el sistema d’informació ha de tractar amb l’adaptabilitat i fracassos d’aquests ambients. Un problema amb aplicacions molt grans com en sistemes peer-to-peer (P2P) és el creixent temps de recuperació de l’informació a causa de la descentralització de les dades i la facilitat al fracàs. No obstant això, moltes aplicacions necessiten una provisió d’informació puntual. A més, alguns usuaris i aplicacions accepten inexactituds dels resultats si la informació es reparteix a temps. A més i més, el consum de xarxa creixent fa que sorgeixi un altre problema per l’escalabilitat del sistema. La utilització de tècniques d’aproximació permet reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa. No obstant això, l’ús de tècniques d’aproximació disminueix la precisió dels resultats. Així, el problema restant és oferir un compromís per resoldre els requisits en conflicte d’extracció de la informació ràpida, resultats acurats i cost d’enviament baix. El nostre objectiu és obtenir un mecanisme de decisió completament autoadaptatiu per tal d’oferir el compromís entre temps de recuperació, consum de xarxa i precisió del resultat. Autoadaptacío permet al programari distribuït modificar el seu comportament en funció dels canvis a l’entorn d’operació. En sistemes d’informació de gran escala que utilitzen agregació de dades jeràrquica, l’auto-adaptació permet controlar l’aproximació utilitzada per a l’extracció de la informació i redueixen el consum de xarxa i el temps de recuperació. La hipòtesi principal d’aquesta tesi és que els tècniques d’aproximació permeten reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa mentre es garanteix una precisió adequada definida per l’usari. La recerca que es presenta, introdueix un algoritme de sumarització de continguts per a la descoberta de recursos a xarxes de contingut P2P. Després d’identificar com sumarització pot millorar el procés de descoberta, proposem una mètrica que s’utilitza per comparar la precisió i oferir un compromís definit per l’usuari. Després, introduïm un algoritme nou que aplica l’auto-adaptació a un ordre per satisfer els requisits de precisió amb un cost de missatge baix i un retard curt. Basat en les prioritats d’usuari, l’algoritme troba automàticament un compromís. L’anàlisi quantitativa avalua els algoritmes presentats amb un simulador per permetre l’evacuació d’uns quants milers de nodes. El simulador s’alimenta amb dades d’una topologia de xarxa i uns atributs dels nodes reals. L’algoritme de sumarització de contingut s’avalua amb mig milió de recursos i amb diferents tipus de sol·licituds. L’anàlisi qualitativa avalua la integració del components del simulador en estructures de mercat existents per a aplicacions de Computacional Grid i Cloud. Així, la funcionalitat implementada del simulador (com el procés d’agregació i la query language) és comprovada per la integració de prototips. L’algoritme de sumarització de contingut proposat redueix el temps d’extracció de l’informació d’un augment logarítmic a un factor constant. A més, també permet que la mida del missatge es redueix significativament. Per a l’usuari, una precision-recall mètric permet definir la relació entre el nivell de precisió i el temps d’extracció de la informació. Alhora, el temps de recuperació es redueix a un factor constant sota un nombre creixent de nodes. Finalment, l’algoritme reparteix les dades amb la precisió exigida i ajusta la profunditat de la sol·licitud segons les condicions de xarxa. Els algoritmes introduïts són prometedors per ser utilitzats per l’agregació d’informació en nous sistemes de gestió de la informació de gran escala en el futur

Virtual Reality Games for Motor Rehabilitation

This paper presents a fuzzy logic based method to track user satisfaction without the need for devices to monitor users physiological conditions. User satisfaction is the key to any product’s acceptance; computer applications and video games provide a unique opportunity to provide a tailored environment for each user to better suit their needs. We have implemented a non-adaptive fuzzy logic model of emotion, based on the emotional component of the Fuzzy Logic Adaptive Model of Emotion (FLAME) proposed by El-Nasr, to estimate player emotion in UnrealTournament 2004. In this paper we describe the implementation of this system and present the results of one of several play tests. Our research contradicts the current literature that suggests physiological measurements are needed. We show that it is possible to use a software only method to estimate user emotion

4th. International Conference on Advanced Research Methods and Analytics (CARMA 2022)

Research methods in economics and social sciences are evolving with the increasing availability of Internet and Big Data sources of information. As these sources, methods, and applications become more interdisciplinary, the 4th International Conference on Advanced Research Methods and Analytics (CARMA) is a forum for researchers and practitioners to exchange ideas and advances on how emerging research methods and sources are applied to different fields of social sciences as well as to discuss current and future challenges. Due to the covid pandemic, CARMA 2022 is planned as a virtual and face-to-face conference, simultaneouslyDoménech I De Soria, J.; Vicente Cuervo, MR. (2022). 4th. International Conference on Advanced Research Methods and Analytics (CARMA 2022). Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/CARMA2022.2022.1595