Proyectos de investigación – Maestría

Análisis de rendimiento de protocolos para la descarga de contenido en redes MANET bajo un modelo de movilidad peatonal

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Profesores: Dra. Elizabeth Pérez Cortés y Dr. Miguel López Guerrero

Resumen: Cerca de 25% del tráfico actual en Internet es causado por usuarios particulares que comparten contenidos digitales y se espera que el volumen de datos transferido por esta razón crezca a un ritmo del 26% anual durante los próximos cinco años, Este nivel de actividad ha sido posible gracias a la utilización del modelo par a par (P2P) en los sistemas que le dan soporte.El modelo P2P estipula que los participantes de un sistema no asumen roles particulares sino que son equivalentes en funcionalidad. Todo par que puede descargar contenidos también los puede proveer. Cuando un usuario desea obtener un contenido, primero utiliza un servicio de localización que le proporciona el identificador de al menos un proveedor capaz de enviarle lo que desea. Con esta información, la descarga puede darse involucrando sólo al solicitante y al proveedor. Una red MANET (del inglés mobile ad hoc network) puede definirse como una colección de dispositivos de comunicaciones inalámbricas personales capaz de establecer comunicaciones entre sus miembros sin el uso de infraestructura adicional. Una red MANET puede crearse a la demanda y desaparecer en cuanto ha cumplido su propósito. Los usuarios de una red MANET también pueden presentar características de movilidad peatonal. Se espera que en el futuro cercano las redes MANET tengan una mayor presencia en la vida diaria. Si bien la construcción de aplicaciones P2P para compartir contenido ha sido ampliamente explorada en redes con infraestructura, en redes MANET aún no se cuenta con mecanismos de probada efectividad. Los primeros esfuerzos en este sentido consisten en adaptar el protocolo de descarga de BitTorrent para este tipo de redes.

Objetivo general

• Identificar estrategias exitosas para la construcción de protocolos de descarga de contenido en MANET

Objetivos específicos

• Identificar las variantes del protocolo de descarga de BitTorrent para MANET
• Conocer el rendimiento relativo de los protocolos de descarga de BitTorrent para MANET bajo un modelo de movilidad peatonal

Optimización multiobjetivo de portafolios de inversión

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Profesores: Dr. Miguel Ángel Gutiérrez Andrade y Dr. Abel García Nájera (UAM Cuajimalpa)

Resumen: Los portafolios de inversión son muy comunes hoy en día y pueden variar de portafolios simples en posesión de particulares, Los portafolios de inversión se proyectan para proporcionar un cierto retorno pero también tienen un riesgo asociado. Normalmente, un riesgo elevado corresponde a un retorno esperado alto y viceversa. Lo ideal es que a uno le gustar´ıa minimizar el riesgo y al mismo tiempo maximizar el retorno. El problema de optimización de portafolios de inversión se podría resolver de forma exacta, siempre y cuando el número de variables y de restricciones sea práctico. Sin embargo, en un problema es imposible aplicar un método exacto. La inteligencia computacional utiliza técnicas que están inspiradas en procesos naturales para intentar resolver problemas de optimización. Aun cuando no hay garantía de encontrar soluciones óptimas, estos métodos generalmente encuentran soluciones que cumplen con criterios de calidad.

Objetivo general

• Desarrollar un sistema basado en inteligencia computacional que sea capaz de proveer opciones para una amplia variedad de casos de prueba del problema multiobjetivo de portafolios de inversión

Objetivos específicos

• Conocer el estado del arte y determinar las desventajas de trabajos previos
• Identificar al menos dos técnicas de inteligencia computacional que potencialmente puedan resolver el problema
• Diseñar e implementar algoritmos basados en las técnicas identificadas para resolver el problema
• Analizar el desempeño de los algoritmos propuestos

Diseño de una algoritmo multiobjetivo bioinspirado para generar zonas electorales

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Profesores: Dr. Miguel Ángel Gutiérrez Andrade y Dr. Eric Alfredo Rincón García (UAM Azcapotzalco)

Resumen: El diseño de zonas es un problema que consiste en agrupar unidades geográficas en un número predeterminado de zonas que minimizan una función objetivo, al tiempo que se satisfacen ciertas restricciones, principalmente relacionadas con su topografía. Dentro de sus aplicaciones más frecuentes se encuentran el diseño de distritos electorales, diseño de zonas de ventas, diseño de zonas escolares y el uso de tierras. Además, se pueden promover ciertas características en las zonas generadas, por ejemplo el equilibrio poblacional, la compacidad geométrica, igualdad en tiempos de traslado, etc. Estas propiedades hacen que el diseño de zonas sea un problema muy complicado de resolver. Con este planteamiento, el diseño de zonas puede presentar objetivos múltiples, posiblemente en competencia entre sí, lo cual hace necesario llegar a una solución en la que todos los objetivos sean satisfechos en un grado aceptable.

Objetivo general

• Diseñar un algoritmo para construir zonas que promuevan el equilibrio poblacional y la compacidad geométrica

Objetivos específicos

• Realizar el estado del arte de las diferentes técnicas multi-objetivo bio-inspiradas
• Diseñar un algoritmo multi-objetivo basado en técnicas bio-inspiradas para construir zonas que promuevan el equilibrio poblacional y la compacidad geométrica
• Aplicar el algoritmo diseñado en instancias reales
• Comparar los resultados obtenidos con los reportados en la literatura especializada

Un sistema clasificador no supervisado utilizando coloración de gráficas suaves

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Profesores: Dr. Pedro Lara Velázquez y Dr. Miguel Ángel Gutiérrez Andrade

Resumen: Un sistema clasificador no supervisado es un tipo especial de reconocimiento de patrones, significa poner una etiqueta a un objeto de acuerdo a sus características, Los seres humanos hacemos reconocimiento de patrones cotidianamente, aunque lo hacemos de forma inconsciente. El reto de un modelo de reconocimiento de patrones es enseñarle a una computadora a hacer esta actividad de una forma eficiente. En un sistema clasificador, la etiqueta puede ser determinada previamente, y se debe decidir poner un objeto en una clase particular o no. Dado un conjunto de objetos no clasificados, podemos crear una medida de la distancia entre ellos, por ejemplo, si ponemos una medida de la cantidad de luz que refleja un paño podemos decidir si pertenece a la pila de “blancos” u “obscuros”. El Problema de Coloración de Gráficas Suaves (PCGS) es un caso especial del problema de coloración donde se busca una coloración que minimiza la tensión en la gráfica, es decir, se minimiza la suma total de las tensiones entre los vértices que tienen el mismo color.

Objetivo general

• Construir un algoritmo para un sistema clasificador de uso general con el modelo de coloración de gráficas suaves

Objetivos específicos

• Diseñar e implementar un algoritmo de reconocimiento de patrones, ya sea en lenguaje C o FreeBasic bajo el esquema de coloración de gráficas suaves
• Aplicar el aloritmo para clasificación de varias instancias benchmark

Modelo filológico para lenguas romances y germánicas utilizando coloración de gráficas suaves

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Profesores: Dr. Pedro Lara Velázquez y Dr. Sergio Gerardo de los Cobos Silva

Resumen: El problema de coloración de gráficas suaves busca encontrar una coloración que minimiza la “tensión” en la gráfica, es decir, minimizar la suma de distancias entre vértices con colores idénticos. Este modelo se utiliza en la programación de eventos susceptibles de cambios, asignación estable de frecuencias del espectro electromagnético entre otros. Se ha demostrado que es un problema NP-difícil aunque para instancias pequeñas, máximo de 20 vértices, se utiliza un modelo de programación lineal entera mixto. Para instancias con más de 20 vértices es necesario el uso de técnicas heurísticas que resuelven el problema de forma aproximada. El modelo de este proyecto está basado en el Problema de Coloración de Gráficas Suaves (PCGS) el cual es un caso especial del problema de coloración donde se busca una coloración que minimiza la tensión en la gráfica, es decir, se minimiza la suma total de las tensiones entre los vértices que tienen el mismo color.

Objetivo general

• Crear un modelo filológico para lenguajes romances y germánicos utilizando coloración de gráficas suaves

Objetivos específicos

• Construcción formal del modelo filológico utilizando coloración de gráficas suaves
• Seleccionar la mejor métrica al modelo
• Validar el modelo en un conjunto representativo de lenguas romances
• Validar el modelo en un conjunto representativo de lenguas germánicas

Uso de herramienta borrosa para el estudio de índices económicos

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Profesores: Dr. Sergio Gerardo de los Cobos Silva y Dr. Eric Alfredo Rincón García (UAM Azcapotzalco)

Resumen: La utilización de algunos instrumentos de programación matemática que proporciona la teoría de los subconjuntos borrosos estaría motivado por la gran utilización de la programación matemática en problemas económicos. En concreto, se proponen dos instrumentos de programación matemática que utilizan instrumentos de la teoría de los subconjuntos borrosos: Programación Borrosa. En este caso, y al contrario de lo que ocurre con un programa matemático convencional, el decisor no pretende “optimizar” de forma estricta un objetivo, sino que únicamente pretende obtener un valor para que éste sea “satisfactorio”. Programación Posibilística. Se trata de programación convencional donde los coeficientes del programa (beneficios unitarios, costes unitarios, etc.) son conocidos de forma imprecisa, y, su valor es representado, por números borrosos.

Objetivo general

• Proponer y diseñar diferentes algoritmos de tipo borroso

Objetivos específicos

• Realizar el estado del arte de diferentes técnicas borrosas
• Aplicar los algoritmos diseñados en instancias reales
• Comparar los resultados obtenidos con los reportados en la literatura especializada

Distribución de contenidos P2P en redes MANET utilizando conocimiento de redes sociales

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Profesores: Dra. Elizabeth Pérez Cortés y Dr. Miguel López Guerrero

Resumen: Cerca de 25% del tráfico actual en Internet es causado por usuarios particulares que comparten contenidos digitales (fotografías, videos, música, textos, etc.) y se espera que el volumen de datos transferido por esta razón crezca a un ritmo del 26% anual durante los próximos cinco años. El soporte de tal nivel de actividad es la red par a par (P2P) en donde no hay estaciones con tareas especializadas como sucedería en un esquema cliente-servidor. En un sistema P2P todos los miembros de la red tienen una funcionalidad equivalente y cada uno de ellos puede proveer y descargar contenidos. Como consecuencia, los sistemas diseñados bajo este paradigma son naturalmente escalables y tolerantes a fallas. La manera usual en la que opera la distribución de contenidos en redes P2P es la siguiente. Cuando un usuario desea obtener un contenido, primero utiliza un servicio de localización el cual le indica qué proveedor es capaz de enviárselo. Con esta información, la descarga puede darse involucrando sólo al solicitante y al proveedor. Ésta usualmente se efectúa dividiendo el contenido original en fragmentos y enviando cada uno de éstos al receptor. La eficiencia de este esquema básico de distribución puede mejorarse de diversas maneras. Por ejemplo, posiblemente existan otros nodos interesados en un mismo archivo y en cuanto uno de ellos recibe el primer fragmento, puede comenzar a distribuirlo. De esta forma, un nuevo solicitante podría tener más opciones para descargar al menos parte del archivo y, a su vez, poder distribuirlo. Esto origina la creación de una red de descarga P2P cuyo propósito es que todos los interesados obtengan el contenido completo en el menor tiempo posible. Esquemas de distribución, tal como el descrito anteriormente, se han propuesto considerando que las comunicaciones ocurren sobre redes cableadas. Esto ha dado lugar a un conjunto de condiciones que usualmente se asumen durante el diseño, evaluación e implementación de tales sistemas. Entre algunas de estas suposiciones se puede mencionar que los enlaces se asumen confiables y de alta velocidad. Se considera además que la población de usuarios es de gran tamaño (en el orden de los miles de usuarios) y que durante el tiempo de vida de la sesión de un usuario, éste permanecerá con movilidad limitada o nula. Sin embargo, la popularidad de los dispositivos móviles de comunicación, como el medio preferido de conexión de los usuarios, hace que la mayor parte de las suposiciones anteriores sean inválidas y tenga que replantearse el escenario anteriormente descrito.

El presente proyecto de investigación se enfoca en el estudio de protocolos de descarga que operen eficientemente en redes conformadas únicamente por dispositivos personales de comunicaciones inalámbricas. Estas redes se denominan MANET (del inglés mobile ad hoc network) y pueden definirse como una colección de dispositivos de comunicaciones inalámbricas personales capaz de establecer comunicaciones entre sus miembros sin el uso de infraestructura adicional. En este nuevo contexto las condiciones podrían impedir la descarga completa de un contenido o incrementar considerablemente el tiempo necesario para lograrlo. Para contender con este reto, se propone incorporar en la solución conocimiento sobre la(s) red(es) social(es) de los individuos que portan los dispositivos. Un ejemplo del tipo de conocimiento que se quiere aprovechar se publicó recientemente sobre la red social Facebook, y reveló que:

1. Algunos intereses de los individuos están altamente correlacionados, esto es, dado un par de intereses correlacionados A y B, si una persona tiene el interés A, es muy probable que se interese también en B.
2. Un usuario de una red social no tiene la misma frecuencia de interacción con todos sus contactos (amigos).
3. Los amigos en una red social usualmente tienen relaciones sociales cercanas en la vida real.

Como parte de este proyecto se estudiarán las adaptaciones del protocolo BitTorrent (el protocolo más exitoso para descargar contenido en redes cableadas) para MANET y, se buscará incorporar conocimiento de las redes sociales, como el mencionado anteriormente, para mejorar el porcentaje de descargas exitosas y el tiempo promedio de descarga. La propuesta se evaluará considerando un modelo de movilidad peatonal.

Objetivo general

• Construir estrategias exitosas para la construcción de protocolos de descarga de contenido en MANET

Objetivos específicos

• Identificar las variantes del protocolo de descarga de BitTorrent para MANET
• Identificar el conocimiento sobre el comportamiento de los individuos en redes sociales que sea de utilidad para la descarga de contenidos sobre una MANET
• Construir un protocolo de descarga de contenidos para MANET que incorpore el conocimiento de redes sociales
• Evaluar el protocolo de descarga bajo un modelo de movilidad peatonal

Solución a problemas de coloración clásicos utilizando Coloración de Gráficas Suaves

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Profesores: Dr. Pedro Lara Velázquez y Dr. Miguel Ángel Gutiérrez Andrade

Resumen: La coloración de grafos es omnipresente en el modelado de aplicaciones del mundo real; por ejemplo, para mostrar asignación de frecuencias en problemas de telecomunicación; asignación de registros en un sistema operativo, programación de tareas; entre otras. La coloración de grafos se presenta en una gran variedad de formas de las cuales, la Coloración de Gráficas Suaves (CGS) es considerada una generalización del problema de coloración de gráficas.  El problema de Coloración de Gráficas Suaves se ha utilizado recientemente en problemas de clasificación y de reconocimiento de patrones en general. En este problema tenemos que, dada una gráfica con ponderaciones en las aristas, el objetivo es encontrar una coloración que minimice la suma de las aristas con el mismo color en ambos extremos; es decir, la suma de las penalizaciones denominada dureza. Asimismo, existen otros parámetros importantes en la Coloración de Gráficas Suaves como lo son la solidez, la cual proporciona un valor promedio de las penalizaciones de la gráfica y resilencia que permite encontrar una cantidad adecuada de colores. Es sabido que este problema es del tipo NP-duro y es necesario el uso de metaheurísticas en instancias mayores a 20 vértices.

Objetivo general

• Desarrollar un algoritmo que resuelva varios problemas clásicos de coloración utilizando el enfoque de coloración de gráficas suaves

Objetivos específicos

• Realizar un estudio del estado del arte de los problemas de coloración clásicos, así como su representación como gráfica suave
• Compilación de instancias benchmark clásicas de cada uno de los problemas que se estudiarán
• Desarrollo de los algoritmos de solución
• Análisis de resultados y conclusiones

Búsqueda dispersa para el problema de coloración de gráficas suaves

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Profesores: Dr. Pedro Lara Velázquez y Dr. Sergio Gerardo de los Cobos Silva

Resumen: El problema de coloración de gráficas suaves es una generalización del problema de coloración, en donde un grafo completo, las aristas tienen penalizaciones. Este problema se ha demostrado que puede resolver otros problemas tales como coloración mínima, coloración equitativa, entre otros; y en tiempos recientes, como parte de un trabajo de tesis de maestría, se ha demostrado su utilidad como clasificador no supervisado. Debido a que este modelo es del tipo NP-difícil, se requiere el uso de metaheurísticas para problemas con mas de 20 vértices. En este proyecto se propone realizar un algoritmo de solución utilizando la metaheurística de búsqueda dispersa.

Objetivo general

• Desarrollar un algoritmo de solución para el problema de coloración de gráficas suaves utilizando la técnica metaheurística de búsqueda dispersa

Objetivos específicos

• Revisión del estado del arte de problema a resolver y la técnica de solución
• Planteamiento de instancias apropiadas para verificar la calidad del algoritmo
• Propuesta de un algoritmo de solución
• Implementación del algoritmo en C, FreeBASIC o Python, y su validación en las instancias de prueba seleccionadas anteriormente
• Redacción de la idónea comunicación de resultados

Modelo adaptable de protocolos de comunicación y encaminamiento para el intercambio de información médica mediante dispositivos móviles inteligentes

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Profesores: Dr. Michael Pascoe Chalke y Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: Actualmente ha proliferado el uso de la telefonía móvil en el entorno social. Con el surgimiento de teléfonos inteligentes, se ha observado el advenimiento de múltiples aplicaciones móviles. Como consecuencia de los cambios en el ritmo de vida y la actividad de las personas, también se ha observado un incremento en los padecimientos cardiacos y metabólicos. Con la presencia ubicua de este tipo de equipos electrónicos, los cuales cuentan con una mayor cantidad de sensores y dispositivos, han surgido propuestas para aprovecharlos para realizar actividades de adquisición, monitorización y reporte de información médica prioritaria. En este proyecto de investigación se explorarán estrategias de comunicación y encaminamiento de información que puedan ser aplicadas para el envío de información médica con el propósito de reportar alguna condición crítica de salud y poder solicitar el envío de unidades de emergencia médica al lugar donde se encuentre el usuario afectado.

Objetivo general

• Diseñar un modelo adaptable de protocolos de comunicación y encaminamiento de información que operen en dispositivos móviles inteligentes con el propósito de enviar información médica que haya sido adquirida y monitorizada mediante este tipo de equipo electrónico. Esto con el fin de reportar la ocurrencia de un evento que pone en riesgo la vida del usuario y así pueda ser atendido a la brevedad por las unidades de emergencia.