Self-stabilizing network orientation algorithms in arbitrary rooted networks

Network orientation is the problem of assigning different labels to the edges at each processor, in a globally consistent manner. A self-stabilizing protocol guarantees that the system will arrive at a legitimate state in finite time, irrespective of the initial state of the system. Two deterministic distributed network orientation protocols on arbitrary rooted, asynchronous networks are proposed in this work. Both protocols set up a chordal sense of direction in the network. The protocols are self-stabilizing, meaning that starting from an arbitrary state, the protocols are guaranteed to reach a state in which every processor has a valid node label and every link has a valid edge label. The first protocol assumes an underlying depth-first token circulation protocol; it orients the network as the token is passed among the nodes and stabilizes in O(n) steps after the token circulation stabilizes, where n is the number of processors in the network. The second protocol is designed on an underlying spanning tree protocol and stabilizes in O(h) time, after the spanning tree is constructed, where h is the height of the spanning tree. Although the second protocol assumes the existence of a spanning tree of the rooted network, it orients all edges--both tree and non-tree edges--of the network

Global Data Computation in a Dedicated Chordal Ring

Existing Global Data Computation (GDC) protocols for asynchronous systems are designed for fully connected networks. In this paper, we discuss GDC in a dedicated asynchronous chordal ring, a type of un-fully connected networks. The virtual links approach, which constructs t+1 (t<n) process-disjoint paths for each pair of processes without direct connection to tolerate failures (where t is the maximum number of processes that may crash and n is the total number of processes), can be applied to solve the GDC problem in the chordal but the virtual links approach incurs high message complexity. To reduce the high communication cost, we propose a non round-based GDC protocol for the asynchronous chordal ring with perfect failure detectors. The main advantage of our approach is that there is no notion of round, processes only send messages via direct connections and the implementation of failure detectors does not require process-disjoint paths. Analysis and comparison with the virtual links approach shows that our protocol reduces the message complexity significantly.Singapore-MIT Alliance (SMA

Symmetries and sense of direction in labeled graphs

AbstractWe consider edge-labeled graphs which model distributed systems, focus on properties of edge-labelings, and study their impact on graph classes. In particular, we investigate the relation between symmetries, topologies and sense of direction. We study symmetries based on the notion of view and of surrounding, and characterize the corresponding graph classes. Among other results, we show that the completely surrounding symmetric labeled graphs coincides with the class of Cayley graphs with Cayley labelings. We then focus on the relationship between symmetries and sense of direction in regular graphs. We characterize the class of regular labeled graphs with minimal symmetric sense of direction, as well as the class of those with group-based sense of direction

Anells cordals:propietats estructurals i models de comunicacions

En els darrers anys hi ha hagut un gran desenvolupament de la recerca en l'àrea de les xarxes informàtiques. En aquest context, la utilització dels grafs com a models per a les xarxes, on els nodes són ordinadors o processadors interconnectats, que s'han de comunicar entre ells de la manera més eficaç possible, ha donat lloc a gran quantitat de treballs. Quan es tracta de xarxes d'interconnexió, en què el nivell d'integració és elevat, es solen considerar models amb bones propietats de simetria, que permeten definir i analitzar els algorismes amb més facilitat. Per exemple, els grafs de Cayley són grafs definits a partir de l'operació d'un grup. Això permet utilitzar l'estructura algèbrica subjacent per a la resolució dels problemes.Aquesta tesi tracta de les propietats d'una família de grafs, els anells cordals de grau 3, que són grafs de Cayley sobre el grup de simetries d'un polígon regular o grup dièdric. Aquest grup no és commutatiu, però els seus elements satisfan bones relacions. A més, està molt relacionat amb el grup cíclic, i això fa que els anells cordals tinguin molt a veure amb els grafs circulants.Una part important del treball és l'estudi de les propietats estructurals dels anells cordals, mentre que en una segona part es donen algorismes de comunicació punt a punt, o encaminaments, amb bones propietats, i d'intercanvi d'informació entre tots els nodes, o gossiping. Aquestes dues parts del treball estan interrelacionades, ja que les propietats estructurals dels grafs s'utilitzen en les definicions i en l'anàlisi dels algorismes que es proposen en la segona part i, a la vegada, l'estudi de problemes de comunicacions ha motivat el plantejament de problemes de caire més teòric, com la classificació per isomorfisme dels anells cordals, la caracterització del seu grup d'automorfismes o el càlcul de l'aresta bisecció. Part de l'interès d'aquest treball és l'ús de les tessel.lacions per a la representació dels grafs. Aquesta eina s'ha revelat molt útil en l'estudi de propietats mètriques i de problemes en què s'han d'establir camins entre els nodes, ja que en facilita la visualització. Les altres famílies de grafs que han estat estudiades per diversos autors mitjançant tessel.lacions del pla són, sobretot, els grafs circulants de grau 4, en què s'utilitzen quadrats per representar els vèrtexs, i de grau 6, en què s'utilitzen hexàgons. Per als anells cordals de grau 3 s'han utilitzat triangles. En particular es veu com la tessel.lació determina totalment el graf, i les propietats del graf es tradueixen en propietats de la tessel.lació. Es poden citar com a problemes oberts la generalització dels resultats a altres famílies de grafs, i l'estudi d'altres problemes de comunicacions. En particular, per al problema del càlcul de l'índex òptic, es tenen alguns resultats en el cas d'anells cordals aresta transitius, que utilitzen la caracterització del grup d'automorfismes i la definició d'encaminaments amb bones propietats presentats en aquesta tesi.Postprint (published version

Anells cordals:propietats estructurals i models de comunicacions

En els darrers anys hi ha hagut un gran desenvolupament de la recerca en l'àrea de les xarxes informàtiques. En aquest context, la utilització dels grafs com a models per a les xarxes, on els nodes són ordinadors o processadors interconnectats, que s'han de comunicar entre ells de la manera més eficaç possible, ha donat lloc a gran quantitat de treballs. Quan es tracta de xarxes d'interconnexió, en què el nivell d'integració és elevat, es solen considerar models amb bones propietats de simetria, que permeten definir i analitzar els algorismes amb més facilitat. Per exemple, els grafs de Cayley són grafs definits a partir de l'operació d'un grup. Això permet utilitzar l'estructura algèbrica subjacent per a la resolució dels problemes.Aquesta tesi tracta de les propietats d'una família de grafs, els anells cordals de grau 3, que són grafs de Cayley sobre el grup de simetries d'un polígon regular o grup dièdric. Aquest grup no és commutatiu, però els seus elements satisfan bones relacions. A més, està molt relacionat amb el grup cíclic, i això fa que els anells cordals tinguin molt a veure amb els grafs circulants.Una part important del treball és l'estudi de les propietats estructurals dels anells cordals, mentre que en una segona part es donen algorismes de comunicació punt a punt, o encaminaments, amb bones propietats, i d'intercanvi d'informació entre tots els nodes, o gossiping. Aquestes dues parts del treball estan interrelacionades, ja que les propietats estructurals dels grafs s'utilitzen en les definicions i en l'anàlisi dels algorismes que es proposen en la segona part i, a la vegada, l'estudi de problemes de comunicacions ha motivat el plantejament de problemes de caire més teòric, com la classificació per isomorfisme dels anells cordals, la caracterització del seu grup d'automorfismes o el càlcul de l'aresta bisecció. Part de l'interès d'aquest treball és l'ús de les tessel.lacions per a la representació dels grafs. Aquesta eina s'ha revelat molt útil en l'estudi de propietats mètriques i de problemes en què s'han d'establir camins entre els nodes, ja que en facilita la visualització. Les altres famílies de grafs que han estat estudiades per diversos autors mitjançant tessel.lacions del pla són, sobretot, els grafs circulants de grau 4, en què s'utilitzen quadrats per representar els vèrtexs, i de grau 6, en què s'utilitzen hexàgons. Per als anells cordals de grau 3 s'han utilitzat triangles. En particular es veu com la tessel.lació determina totalment el graf, i les propietats del graf es tradueixen en propietats de la tessel.lació. Es poden citar com a problemes oberts la generalització dels resultats a altres famílies de grafs, i l'estudi d'altres problemes de comunicacions. En particular, per al problema del càlcul de l'índex òptic, es tenen alguns resultats en el cas d'anells cordals aresta transitius, que utilitzen la caracterització del grup d'automorfismes i la definició d'encaminaments amb bones propietats presentats en aquesta tesi

Optimal broadcasting in treelike graphs

Broadcasting is an information dissemination problem in a connected network, in which one node, called the originator , disseminates a message to all other nodes by placing a series of calls along the communication lines of the network. Once informed, the nodes aid the originator in distributing the message. Finding the broadcast time of a vertex in an arbitrary graph is NP-complete. The problem is solved polynomially only for a few classes of graphs. In this thesis we study the broadcast problem in different classes of graphs which have various similarities to trees. The unicyclic graph is the simplest graph family after trees, it is a connected graph with only one cycle in it. We provide a linear time solution for the broadcast problem in unicyclic graphs. We also studied graphs with increasing number of cycles and complexity and provide again polynomial time solutions. These graph families are: tree of cycles, necklace graphs, and 2-restricted cactus graphs. We also define the fully connected tree graphs and provide a polynomial solution and use these results to obtain polynomial solution for the broadcast problem in tree of cliques and a constant approximation algorithm for the hierarchical tree cluster networks