Vertex decomposition to calculate the network probabilistic connectivity

Рассматривается задача расчёта такого показателя надёжности сети, как вероятность связности соответствующего случайного графа. Предполагается, что рёбра сети подвержены отказам, которые происходят независимо друг от друга с заданными вероятностями. Узлы сети полагаются абсолютно надёжными. Приводится общая методика получения формул, выражающих надёжность сети с сечением (вершинным разрезом) через надёжности её подсетей, получаемых при декомпозиции по сечению, а также через надёжности всевозможных вариантов стягивания таких подсетей по разрезающим вершинам. На её основе выводятся такие формулы для сечений из двух, трёх и четырёх вершин. Для двусвязных структур описаны математический аппарат и алгоритм, позволяющие при расчёте их надёжности эффективно учитывать все двухвершинные сечения. Приводятся результаты численных экспериментов, демонстрирующие применимость предлагаемых методов

Exact solutions for the two- and all-terminal reliabilities of the Brecht-Colbourn ladder and the generalized fan

The two- and all-terminal reliabilities of the Brecht-Colbourn ladder and the generalized fan have been calculated exactly for arbitrary size as well as arbitrary individual edge and node reliabilities, using transfer matrices of dimension four at most. While the all-terminal reliabilities of these graphs are identical, the special case of identical edge ($p$) and node ($\rho$) reliabilities shows that their two-terminal reliabilities are quite distinct, as demonstrated by their generating functions and the locations of the zeros of the reliability polynomials, which undergo structural transitions at $\rho = \displaystyle {1/2}$

A contribution to the evaluation and optimization of networks reliability

L’évaluation de la fiabilité des réseaux est un problème combinatoire très complexe qui nécessite des moyens de calcul très puissants. Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature pour apporter des solutions. Certaines ont été programmées dont notamment les méthodes d’énumération des ensembles minimaux et la factorisation, et d’autres sont restées à l’état de simples théories. Cette thèse traite le cas de l’évaluation et l’optimisation de la fiabilité des réseaux. Plusieurs problèmes ont été abordés dont notamment la mise au point d’une méthodologie pour la modélisation des réseaux en vue de l’évaluation de leur fiabilités. Cette méthodologie a été validée dans le cadre d’un réseau de radio communication étendu implanté récemment pour couvrir les besoins de toute la province québécoise. Plusieurs algorithmes ont aussi été établis pour générer les chemins et les coupes minimales pour un réseau donné. La génération des chemins et des coupes constitue une contribution importante dans le processus d’évaluation et d’optimisation de la fiabilité. Ces algorithmes ont permis de traiter de manière rapide et efficace plusieurs réseaux tests ainsi que le réseau de radio communication provincial. Ils ont été par la suite exploités pour évaluer la fiabilité grâce à une méthode basée sur les diagrammes de décision binaire. Plusieurs contributions théoriques ont aussi permis de mettre en place une solution exacte de la fiabilité des réseaux stochastiques imparfaits dans le cadre des méthodes de factorisation. A partir de cette recherche plusieurs outils ont été programmés pour évaluer et optimiser la fiabilité des réseaux. Les résultats obtenus montrent clairement un gain significatif en temps d’exécution et en espace de mémoire utilisé par rapport à beaucoup d’autres implémentations. Mots-clés: Fiabilité, réseaux, optimisation, diagrammes de décision binaire, ensembles des chemins et coupes minimales, algorithmes, indicateur de Birnbaum, systèmes de radio télécommunication, programmes.Efficient computation of systems reliability is required in many sensitive networks. Despite the increased efficiency of computers and the proliferation of algorithms, the problem of finding good and quickly solutions in the case of large systems remains open. Recently, efficient computation techniques have been recognized as significant advances to solve the problem during a reasonable period of time. However, they are applicable to a special category of networks and more efforts still necessary to generalize a unified method giving exact solution. Assessing the reliability of networks is a very complex combinatorial problem which requires powerful computing resources. Several methods have been proposed in the literature. Some have been implemented including minimal sets enumeration and factoring methods, and others remained as simple theories. This thesis treats the case of networks reliability evaluation and optimization. Several issues were discussed including the development of a methodology for modeling networks and evaluating their reliabilities. This methodology was validated as part of a radio communication network project. In this work, some algorithms have been developed to generate minimal paths and cuts for a given network. The generation of paths and cuts is an important contribution in the process of networks reliability and optimization. These algorithms have been subsequently used to assess reliability by a method based on binary decision diagrams. Several theoretical contributions have been proposed and helped to establish an exact solution of the stochastic networks reliability in which edges and nodes are subject to failure using factoring decomposition theorem. From this research activity, several tools have been implemented and results clearly show a significant gain in time execution and memory space used by comparison to many other implementations. Key-words: Reliability, Networks, optimization, binary decision diagrams, minimal paths set and cuts set, algorithms, Birnbaum performance index, Networks, radio-telecommunication systems, programs

Combinatorial and graph theoretical aspects of two-edge connected reliability

Die Untersuchung von Zuverlässigkeitsnetzwerken geht bis zum frühen 20. Jahrhundert zurück. Diese Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit der Zweifach-Kantenzusammenhangswahrscheinlichkeit. Zuerst werden einfache Algorithmen, die aber für allgemeine Graphen nicht effizient sind, gezeigt, zusammen mit Reduktionen. Weiterhin werden Charakterisierungen von Kanten bezogen auf Wegemengen gezeigt. Neue strukturelle Bedingungen für diese werden vorgestellt. Neue Ergebnisse liegen ebenfalls für Graphen hoher Dichte und Symmetrie vor, genauer für vollständige und vollständig bipartite Graphen. Naturgemäß sind Graphen von geringer Dichte hier einfacher in der Untersuchung. Die Arbeit zeigt Ergebnisse für Kreise, Räder und Leiterstrukturen. Graphen mit beschränkter Weg- beziehungsweise Baumweite haben polynomiale Algorithmen und in Spezialfällen einfache Formeln, die ebenfalls vorgestellt werden. Der abschließende Teil beschäftigt sich mit Schranken und Approximationen