Architecture independent parallel selection with applications to parallel priority queues

AbstractWe present a randomized selection algorithm whose performance is analyzed in an architecture independent way on the bulk-synchronous parallel (BSP) model of computation along with an application of this algorithm to dynamic data structures, namely parallel priority queues. We show that our algorithms improve previous results upon both the communication requirements and the amount of parallel slack required to achieve optimal performance. We also establish that optimality to within small multiplicative constant factors can be achieved for a wide range of parallel machines. While these algorithms are fairly simple themselves, descriptions of their performance in terms of the BSP parameters is somewhat involved; the main reward of quantifying these complications is that it allows transportable software to be written for parallel machines that fit the model

Randomized priority queues for fast parallel access

Applications like parallel search or discrete event simulation often assign priority or importance to pieces of work. An effective way to exploit this for parallelization is to use a priority queue data structure for scheduling the work; but a bottleneck free implementation of parallel priority queue access by many processors is required to make this approach scalable. We present simple and portable randomized algorithms for parallel priority queues on distributed memory machines with fully distributed storage. Accessing O(n) out of m elements on an n-processor network with diameter d requires amortized time O(d + log m/n) with high probability for many network types. On logarithmic diameter networks, the algorithms are as fast as the best previously known EREW-PRAM methods. Implementations demonstrate that the approach is already useful for medium scale parallelism

Спосіб балансування навантаження в масштабних програмноконфігурованих мережах

Робота складається із вступу, трьох розділів та одного додатку. Загальний обсяг роботи: 69 аркуші основного тексту, 41 ілюстрація, 6 таблиць. При підготовці використовувалася література з 38 різних джерел. Актуальність. Дедалі більшу популярність набуває стрімінгові сервіси, зростає кількість мережевих сервісів та абонентів мережі, що потребують забезпечення якості обслуговування. Традиційні мережі наближаються до своєї межі ефективності. Альтернативою традиційним мережам є централізована архітектура SDN. Ідея технології SDN не є новою, проте активне впровадження технології припадає лише на останні 15 років. Однією із важливих задач при організації мережі є задача балансування трафіку, що включає в собі маршрутизацію та забезпечення якості обслуговування. Використання нової технології вимагає розробки нових алгоритмів та протоколів, або адаптації традиційних, задача балансування трафіку є актуальною. Мета і завдання дослідження. Метою магістерської роботи є розроблення методу, що дозволить маршрутизувати трафік по оптимальним шляхам, уникаючи високої затримки та забезпечення більш рівномірного завантаження мережі шляхом балансування трафіку, з використанням можливостей програмно-конфігурованих мереж. Для досягнення мети дослідження поставлено і вирішено такі завдання: • дослідження структури та принципів побудови програмноконфігурованих мереж; • дослідження методів масштабування програмно-конфігурованих мереж; • дослідження методів забезпечення якості обслуговування в класичних та програмно-конфігурованих мережах; • Дослідження методів маршрутизації в програмно-конфігурованих мережах; • Дослідження методів рішення задач багатокритеріальної оптимізації; • Pозробка методу балансування трафіку в програмно-конфігурованих мережах; • Розробка програмного модулю на основі розробленого методу; • Ілюстрація роботи моделі та аналіз отриманих результатів. Об’єкт дослідження – процес пошуку оптимального шляху між вузлами в програмно-конфігурованих мережах. Предмет дослідження – методи маршрутизації та визначення оптимальності маршруту в програмно-конфігурованих мережах. Методи досліджень. Для досягнення поставлених в магістерській роботі задач, використано методи теорії графів, методи моделювання, методи вирішення задач багатокритеріальної організації. Проведене дослідження дає можливість використання розробленої моделі в SDN мережах в якості застосунку контролера та виконувати емуляцію роботи мережі для прогнозування трафіку та завантаженості компонентів мережі. Особистий внесок здобувача. Магістерське дослідження є самостійно виконаною роботою, в якій відображено особистий авторський підхід та особисто отримані теоретичні та прикладні результати, що відносяться до вирішення задачі маршрутизації та контролю трафіку в SDN мережах. Формулювання мети та завдань дослідження проводилось спільно з науковим керівником. Практична цінність. Отримані результати можуть використовуватися у майбутніх дослідженнях за напрямками: • вдосконалення методів маршрутизації; • аналіз та прогнозування трафіку в SDN; • балансування навантаження в SDN мережах.Current work consists of receipt, three sections and one application. Total amount of work: 69 pages of the main text, 41 illustrations, 6 tables. By preparation a literature from 38 different sources was used. Topic Relevance. The increasing popularity acquires streaming services, the number of network services and subscribers of network grows that need ensuring quality of service. Traditional networks come nearer to the limit of efficiency. An alternative to traditional networks is the centralized architecture of SDN. The idea of SDN technology is not new, however active implementation of technology falls only on the last 15 years. The problem of balancing of traffic is one of important tasks at the organization of network that includes in itself routing and ensuring quality of service. Use of new technology demands development of new algorithms and protocols, or adaptation traditional, the problem of balancing of traffic is relevant. Research goal. The research goal of the master's thesis is development of a method that will allow to route traffic on optimal ways, avoiding a high delay and ensuring more uniform loading of network by balancing of traffic, with use of opportunities of software defined networks. For achievement of the goal of a research it is put and solved the following tasks: • Research of structure and the principles of construction software defined networks; • Researches of methods scaling software defined networks; • Researches of methods of ensuring quality of service in classical and software defined networks; • Researches of methods of routing in software defined networks; • Researches of methods of solving problems of multicriterial optimization; • Development of a method of balancing of traffic in software defined networks; • Development of the program module on the basis of the developed method; • Illustration of work of model and the analysis of the received results. Object of research – Process of search of an optimal way between nodes in software defined networks. Subject of research – Methods of routing and determination of optimality of a route in software defined networks. Methods of research. For achievement of the tasks set in the master's thesis, it is used methods of the theory of graphs, modeling methods, methods of the solution of tasks of the multicriteria organization. The conducted research gives the chance of use of the developed model in SDN networks as an application of the controller and to carry out emulation of network functioning for forecasting of traffic and load of components of network. Scientific contribution. The master research is independently done work in which it is reflected personal author's approach and personally received theoretical and applied results relating to the solution of a problem of routing and control of traffic in SDN networks. A formulation of the purpose and tasks the research was conducted together with the research supervisor. Practical value of obtained results. The received results can be used in future researches on the directions: • to improvement of methods of routing; • the analysis and forecasting of traffic in SDN; • balancing of loading in SDN networks

Alternative Route Techniques and their Applications to the Stochastics on-time Arrival Problem

This thesis takes a close look at a wide range of different techniques for the computation of alternative routes on the two most popular speed-up techniques currently in use. From the standpoint of an algorithm engineer, we explore how to exploit the different techniques for their full potential

Priority Queues on Parallel Machines

We present time and work optimal priority queues for the CREW PRAM, supporting FindMin in constant time with one processor and MakeQueue, Insert, Meld, FindMin, ExtractMin, Delete and DecreaseKey in constant time with O(log n) processors. A priority queue can be build in time O(log n) with O(n= log n) processors. A pipelined version of the priority queues adopt to a processor array of size O(log n), supporting the operations MakeQueue, Insert, Meld, FindMin, ExtractMin, Delete and DecreaseKey in constant time. By applying the k-bandwidth technique we get a data structure for the CREW PRAM which supports MultiInsert k operations in O(log k) time and MultiExtractMin k in O(log log k) time. Key words: Parallel priority queues, constant time operations, binomial trees, pipelined operations. 1 Introduction The construction of priority queues is a classical topic in data structures. Some references are [1,3,5,12-16,19,29,31-33]. A historical overview of implementations has been given by M..

Priority Queues on Parallel Machines

. We present time and work optimal priority queues for the CREW PRAM, supporting FindMin in constant time with one processor and MakeQueue, Insert, Meld, FindMin, ExtractMin, Delete and DecreaseKey in constant time with O(log n) processors. A priority queue can be build in time O(log n) with O(n= log n) processors and k elements can be inserted into a priority queue in time O(log k) with O((log n+ k)= log k) processors. With a slowdown of O(log log n) in time the priority queues adopt to the EREW PRAM by only increasing the required work by a constant factor. A pipelined version of the priority queues adopt to a processor array of size O(log n), supporting the operations MakeQueue, Insert, Meld, FindMin, ExtractMin, Delete and DecreaseKey in constant time. 1 Introduction The construction of priority queues is a classical topic in data structures. Some references are [1, 2, 6, 7, 8, 9, 19, 20]. A historical overview of implementations can be found in [13]. Recently several papers ..