Decentralized Federated Learning: Fundamentals, State-of-the-art, Frameworks, Trends, and Challenges

In the last decade, Federated Learning (FL) has gained relevance in training collaborative models without sharing sensitive data. Since its birth, Centralized FL (CFL) has been the most common approach in the literature, where a central entity creates a global model. However, a centralized approach leads to increased latency due to bottlenecks, heightened vulnerability to system failures, and trustworthiness concerns affecting the entity responsible for the global model creation. Decentralized Federated Learning (DFL) emerged to address these concerns by promoting decentralized model aggregation and minimizing reliance on centralized architectures. However, despite the work done in DFL, the literature has not (i) studied the main aspects differentiating DFL and CFL; (ii) analyzed DFL frameworks to create and evaluate new solutions; and (iii) reviewed application scenarios using DFL. Thus, this article identifies and analyzes the main fundamentals of DFL in terms of federation architectures, topologies, communication mechanisms, security approaches, and key performance indicators. Additionally, the paper at hand explores existing mechanisms to optimize critical DFL fundamentals. Then, the most relevant features of the current DFL frameworks are reviewed and compared. After that, it analyzes the most used DFL application scenarios, identifying solutions based on the fundamentals and frameworks previously defined. Finally, the evolution of existing DFL solutions is studied to provide a list of trends, lessons learned, and open challenges

Le rôle des réseaux sociaux dans la diffusion d'innovations préventives complexes dans le cadre d'une recherche participative pour réduire l'exposition au mercure en Amazonie

Les approches écosystémiques à la santé humaine ont défini un nouveau paradigme de recherche-action basé sur la reconnaissance des interactions complexes entre la santé des populations humaines et les facteurs sociaux, environnementaux, économiques et politiques. Ces approches se basent sur la recherche scientifique avec l'objectif de promouvoir l'action en développant des solutions intégrées visant à améliorer la santé des populations et la qualité des écosystèmes. Transdisciplinarité, équité entre les groupes sociaux, prise en considération du genre, participation communautaire, traduction des résultats de la recherche en politiques publiques sont parmi les principes, toujours en évolution, qui guident les projets qui s'appuient sur ces approches. L'application de ces principes a suscité un questionnement sur les bases théoriques et méthodologiques sur lesquelles s'appuyer pour que les populations soient en mesure de s'approprier les connaissances générées au cours de la recherche. L'analyse des réseaux sociaux, en tant que paradigme et méthode, a été choisie pour répondre à ce questionnement. Il s'agit d'une perspective de recherche qui met en évidence la structure sociale à partir des liens qui existent entre les entités sociales. Les recherches ont été réalisées dans le cadre d'un projet basé sur les approches écosystémiques de la santé, appelé Caruso. Les recherche menées entre 1994 et 2005 au sein de ce projet ont permis à des chercheurs et chercheuses brésiliens et canadiens de déboucher sur une compréhension nouvelle de la dynamique de la circulation du mercure dans les écosystèmes et des effets du mercure sur la santé humaine, ainsi que de mettre en place une série d'interventions participatives pour réduire l'exposition au mercure et améliorer la qualité de vie des populations riveraines. L'objectif principal de la présente thèse est d'étudier les rôles des réseaux sociaux dans la circulation des informations et dans la mise en place de solutions participatives pour améliorer la santé humaine et la qualité de vie au niveau d'une communauté d'Amazonie brésilienne dont les habitants sont exposés au mercure en conséquence de l'utilisation traditionnelle des sols pour l'agriculture de subsistance. Cinq chapitres contribuent à atteindre cet objectif. Le premier chapitre introduit l'analyse des réseaux sociaux en tant qu'outil et que paradigme innovateur pour étudier, évaluer et promouvoir la prise en compte du genre, de l'équité entre les groupes sociaux et de la participation communautaire au sein des recherches basées sur les approches écosystémiques. Le deuxième chapitre met en évidence l'importance de prendre le genre en considération dans les recherches qui s'appuient sur les approches écosystémiques, afin de comprendre le rôle différencié des hommes et des femmes dans le développement de solutions participatives pour améliorer la santé humaine. Il présente une analyse du rôle de la communication interpersonnelle entre les hommes et les femmes de la communauté de Brasilia Legal au niveau des changements de comportement alimentaire pour diminuer l'exposition au mercure. Cette analyse s'appuie sur la théorie de la diffusion des innovations et considère la consommation préférentielle des poissons les moins contaminés par le mercure comme une innovation préventive de santé. Les résultats montrent qu'une proportion élevée des habitants de la communauté a changé son comportement alimentaire, malgré que les caractéristiques de cette innovation ne soient pas favorables à son adoption. L'étude du réseau de discussion sur le mercure met en évidence l'importance de la discussion sur le mercure entre les hommes et les femmes, ainsi que le rôle des femmes leaders d'opinion au sein de la communauté et des épouses au sein des couples dans la promotion des changements alimentaires pour réduire l'exposition au mercure. Le troisième chapitre met en évidence l'importance d'impliquer l'ensemble des acteurs locaux dans le développement de la recherche et propose une approche basée sur l'analyse des réseaux sociaux pour analyser l'équité entre les divers groupes sociaux en relation avec les processus participatifs. À partir d'une analyse de l'évolution de la participation de la communauté au long des différentes phases du projet Caruso, ce chapitre analyse les facteurs qui favorisent ou sont au contraire une barrière à l'implication des membres de la communauté de Brasilia Legal au sein du processus de recherche. La caractérisation de la participation des divers groupes sociaux au sein du réseau de discussion sur le mercure met en évidence une participation inégale en fonction de l'éducation, de la religion, du genre, du quartier et des activités de subsistance de la population du village. Les résultats de cette recherche permettent de proposer des stratégies participatives pour promouvoir l'équité de participation entre les villageois de Brasilia Legal au sein du projet Caruso. Le quatrième chapitre se tourne vers la question de la durabilité de la mobilisation communautaire lorsque le projet de recherche participative prend fin. Il analyse le potentiel de participation à long terme de la communauté de Brasilia Legal dans les discussions au sujet du mercure et de la santé en relation avec le développement de solutions adaptées à l'évolution des contextes environnementaux et sociaux. L'analyse de la structure et de la robustesse du réseau de discussion sur le mercure dans la communauté permet de mettre en évidence le potentiel de durabilité du processus de communication au sein de la communauté. Cependant, les résultats jettent aussi la lumière sur le rôle clé d'une seule personne qui a collaboré intensément avec les chercheurs et chercheuses dès le début du projet, ce qui laisse entrevoir un risque pour le futur au cas où cette personne viendrait à quitter le village ou à abandonner ses activités dans le domaine de la santé. Une approche en deux étapes, basée sur l'identification des personnes clé et sur l'analyse de la robustesse des réseaux d'échanges d'information, est proposée afin d'augmenter l'efficacité et la durabilité des projets participatifs de promotion de la santé. Le cinquième chapitre se penche sur les relations entre l'organisation sociale et la disponibilité, l'accès et la mobilisation des ressources communautaires pour améliorer la qualité de vie. L'analyse de la structure sociale de la communauté de Brasilia Legal suite à l'intégration des relations formées de liens forts d'amitié, de travail et de parenté a permis de mettre en évidence une nouvelle structure de réseaux: un petit monde de liens forts. Il s'agit d'une structure qui n'avait jamais été révélée jusqu'à ce jour dans les réseaux construits en utilisant une seule dimension sociale, mais qui émerge quand plusieurs relations sociales sont prises en considération simultanément. Les propriétés structurelles et fonctionnelles de ce réseau permettent de mettre en évidence les mécanismes sociaux qui peuvent être associés à la disponibilité, l'accès et la mobilisation d'une série de ressources communautaires qui sont partagées et mises à profit pour améliorer la qualité de vie des villageois. Trois exemples illustrent comment cette organisation sociale en réseau permet d'assurer la sécurité alimentaire en garantissant une ample distribution des ressources de pêche, de promouvoir la santé collective par le biais d'intenses échanges de plantes médicinales et de stimuler la diffusion des comportements alimentaires permettant de diminuer l'exposition au mercure. Cependant, d'autres exemples indiquent que cette structure sociale pourrait également être associée à une fermeture de la communauté sur elle même, limitant l'établissement de relations au delà de ses frontières et la privant ainsi de diverses ressources et opportunités. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseaux sociaux, Amazonie, approches écosystémiques à la santé humaine, mercure, participation sociale

Advancing Economic Research on the Free and Open Source Software Mode of Production

Early contributions to the academic literature on free/libre and open source software (F/LOSS) movements have been directed primarily at identifying the motivations that account for the sustained and often intensive involvement of many people in this non-contractual and unremunerated productive activity. This issue has been particularly prominent in economists’ contributions to the literature, and it reflects a view that widespread voluntary participation in the creation of economically valuable goods that is to be distributed without charge constitutes a significant behavioral anomaly. Undoubtedly, the motivations of F/LOSS developers deserve to be studied more intensively, but not because their behaviors are unique, or historically unprecedented. In this essay we argue that other aspects of the “open source” phenomenon are just as intriguing, if not more so, and possibly are also more consequential topics for economic analysis. We describe the re-focusing and re-direction of empirical and theoretical research in an integrated international project (based at Stanford University/SIEPR) that aims at better understanding a set of less widely discussed topics: the modes of organization, governance and performance of F/LOSS development -- viewed as a collective distributed mode of production.. We discuss of the significance of tackling those questions in order to assess the potentialities of the “open source way of working” as a paradigm for a broader class of knowledge and information- goods production, and conclude with proposals for the trajectory of future research along that line.

Controllability of Social Networks and the Strategic Use of Random Information

This work is aimed at studying realistic social control strategies for social networks based on the introduction of random information into the state of selected driver agents. Deliberately exposing selected agents to random information is a technique already experimented in recommender systems or search engines, and represents one of the few options for influencing the behavior of a social context that could be accepted as ethical, could be fully disclosed to members, and does not involve the use of force or of deception. Our research is based on a model of knowledge diffusion applied to a time-varying adaptive network, and considers two well-known strategies for influencing social contexts. One is the selection of few influencers for manipulating their actions in order to drive the whole network to a certain behavior; the other, instead, drives the network behavior acting on the state of a large subset of ordinary, scarcely influencing users. The two approaches have been studied in terms of network and diffusion effects. The network effect is analyzed through the changes induced on network average degree and clustering coefficient, while the diffusion effect is based on two ad-hoc metrics defined to measure the degree of knowledge diffusion and skill level, as well as the polarization of agent interests. The results, obtained through simulations on synthetic networks, show a rich dynamics and strong effects on the communication structure and on the distribution of knowledge and skills, supporting our hypothesis that the strategic use of random information could represent a realistic approach to social network controllability, and that with both strategies, in principle, the control effect could be remarkable

Beyond Cryptocurrencies - A Taxonomy of Decentralized Consensus Systems

The advent of Bitcoin in 2009 has not only introduced Cryptocurrencies and lead to a new digitization movement in the financial, especially payments industry but also made way for a new breed of innova-tive technologies based on decentralized digital currencies. Generally, decentralized consensus sys-tems could change the very nature of how companies, organizations and individuals are built and in-teract with each other. Decentralized consensus systems, decentralized applications and smart con-tracts provide the conceptual framework as well as the technological basis to establish predefined, incorruptible protocols and contracts to organize human behavior and interconnectedness. However, the technical protocols and implementations are quite complex and practitioners as well as interdisci-plinary researchers not familiar with cryptography, network protocols or decentralized networks are struggling to find access to these concepts and grasp their potential. To fill this gap, we develop a comprehensive taxonomy of decentralized consensus systems in order to provide a tool for researchers and practitioners alike to facilitate classification and analysis of emerging technologies in the field of Crypto 2.0 , the next level of innovation beyond cryptocurrencies

Climbing Atop the Shoulders of Giants: The Impact of Institutions on Cumulative Research

While the cumulative nature of knowledge is recognized as central to economic growth, the microeconomic foundations of cumulativeness are less understood. This paper investigates the impact of a research-enhancing institution on cumulativeness, highlighting two effects. First, a selection effect may result in a high correlation between "high-quality" institutions and knowledge of high intrinsic quality. Second, an institution may have a marginal impact -- an incremental influence on cumulativeness, conditional on the type and quality of knowledge considered. This paper distinguishes these effects in the context of a specific institution, biological resource centers (BRCs). BRCs are "living libraries" that authenticate, preserve, and offer independent access to biological materials, such as cells, cultures, and specimens. BRCs may enhance the cumulativeness of knowledge by reducing the marginal cost to researchers of drawing on prior research efforts. We exploit three key aspects of the environment in which BRCs operate to evaluate how they affect the cumulativeness of knowledge: (a) the impact of scientific knowledge is reflected in future scientific citations, (b) deposit into BRCs often occurs with a substantial lag after initial research is completed and published, and (c) "lagged" deposits often result from shocks unrelated to the characteristics of the materials themselves. Employing a difference-in-differences estimator linking specific materials deposits to journal articles, we find evidence for both selection effects and the marginal impact of BRCs on the cumulativeness of knowledge associated with deposited materials. Moreover, the marginal impact increases with time and varies with the economic and institutional conditions in which deposit occurs.

Social Media for Informal Learning: a Case of #Twitterstorians

Open, online environments like social media are now a mainstay of life-long informal learning. Social media like Twitter help people gather information, share resources, and discuss with other participant-learners with similar interests. This paper seeks to test and validate the ‘learning in the wild’ coding schema in the context of discussions on Twitter, an approach first developed for studying learning communities on Reddit. The schema considers how participant-learners are leveraging social media to facilitate self-directed informal learning practices, exploratory dialogue, and communicative exchanges. We apply the coding schema on a sample of tweets (n=594) from the History Twittersphere community (#Twitterstorians) to provide a more nuanced understanding of the different kinds of discursive practices, resource exchanges, and ideas being shared and communicated outside traditional classroom settings