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Title: Um algoritmo de aprendizagem federada para aplicações com mobilidade e não-estacionárias
Other Titles: A federated learning algorithm for applications mobile and non-stationary
???metadata.dc.creator???: MACEDO, Daniel Enos Cavalcanti Rodrigues de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: PERKUSICH, Angelo
???metadata.dc.contributor.advisor2???: SANTOS, Danilo Freire de Souza.
???metadata.dc.contributor.referee1???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SERRES, Alexandre Jean René.
???metadata.dc.contributor.referee3???: Doria Neto., Adriao Duarte.
???metadata.dc.contributor.referee4???: BRITO, Alisson Vasconcelos de.
???metadata.dc.contributor.referee5???: SILVA, Jaidilson jó da.
Keywords: Desvio de Aprendizagem;Mobilidade;Não-estacionariedade;Aprendizagem Federada;Learning depreciation;Mobility;Non-stationarity;Federated Learning
Issue Date: 30-Aug-2024
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: TOMKELSKI, Anderson Altair. Identidades seguras para o núcleo 5G: uma abordagem não intrusiva 2024. 70 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
???metadata.dc.description.resumo???: A Aprendizagem Federada é uma técnica de treinamento de modelos de Aprendizagem de Máquina que garante a privacidade dos dados dos dispositivos que os detêm. A privacidade dos dados é assegurada ao atribuir a responsabilidade do treinamento dos modelos aos dispositivos, que usam exclusivamente suas respectivas bases de dados para treinar modelos locais. Essa técnica tem ganhado atenção da ciência e da indústria em contextos onde as aplicações são cada vez mais rigorosas em que termos de requisitos de segurança e privacidade. Todavia, ao atribuir o treinamento aos dispositivos, a eficiência do treinamento fica sujeita às características desses dispositivos e do contexto em que estão inseridos. Assim, é fundamental analisar essas características e implementar técnicas para garantir a eficiência do treinamento. Entre essas características, destacam-se a mobilidade dos dispositivos e a não-estacionariedade do sistema. A mobilidade dos dispositivos interfere no treinamento ao impedir sua conclusão, devido a consequente perda de conexão com a rede. Por sua vez, a não-estacionariedade do sistema está diretamente relacionada com o desvio e a consequente depreciação da eficiência de aprendizagem do modelo. Dessa maneira, apresenta-se o MoSimFeL, um algoritmo de coordenação de Aprendizagem Federada específico para garantir a eficiência do treinamento em cenários com mobilidade e sistemas não-estacionários. Para analisar a eficiência do MoSimFeL, desenvolveu-se um simulador denominado FLSimulator. Esse simulador avalia aplicações de Aprendizagem Federada sob o contexto descrito e é usado para analisar experimentalmente o comportamento do MoSimFeL a partir de uma aplicação de classificação de imagens, comparando o algoritmo proposto com suas variações e com um algoritmo mais tradicional. Por fim, os resultados das simulações mostram que o MoSimFeL é capaz de realizar o treinamento federado mesmo em cenários com intensa mobilidade dos usuários e sob sistemas com nãoestacionariedade, enquanto outros algoritmos tradicionais são incapazes de fazê-lo.
Abstract: Federated Learning is a training technique for Machine Learning models that guarantees the privacy of the data of the devices that hold it. Data privacy is ensured by assigning responsibility for model training to devices that exclusively use their respective databases to train local models. This technique has gained attention from science and industry in contexts where applications are increasingly stringent in terms of security and privacy requirements. However, when assigning training to devices, training efficiency is subject to the characteristics of these devices and the context in which they are inserted. Therefore, analyzing these characteristics and implementing techniques is essential to ensure training efficiency. Among these characteristics, the devices’ mobility and the system’s non-stationarity stand out. The mobility of devices interferes with training to prevent completion due to the consequent loss of connection to the network. In turn, the non-stationarity of the system is directly related to the deviation and the consequent depreciation of the model’s learning efficiency. MoSimFeL, a specific Federated Learning coordination algorithm, is introduced as a solution to ensure training efficiency in scenarios with mobility and non-stationary systems. To validate its effectiveness, a simulator called FLSimulator was developed. This simulator evaluates Federated Learning applications in the described context and is used to experimentally analyze the behavior of MoSimFeL in an image classification application. The results of these simulations demonstrate that MoSimFeL is capable of performing federated training even in scenarios with intense user mobility and under non-stationarity systems, a feat that traditional algorithms struggle to achieve.
Keywords: Desvio de Aprendizagem
Mobilidade
Não-estacionariedade
Aprendizagem Federada
Learning depreciation
Mobility
Non-stationarity
Federated Learning
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/40446
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

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