Quiescence of Self-stabilizing Gossiping among Mobile Agents in Graphs

This paper considers gossiping among mobile agents in graphs: agents move on the graph and have to disseminate their initial information to every other agent. We focus on self-stabilizing solutions for the gossip problem, where agents may start from arbitrary locations in arbitrary states. Self-stabilization requires (some of the) participating agents to keep moving forever, hinting at maximizing the number of agents that could be allowed to stop moving eventually. This paper formalizes the self-stabilizing agent gossip problem, introduces the quiescence number (i.e., the maximum number of eventually stopping agents) of self-stabilizing solutions and investigates the quiescence number with respect to several assumptions related to agent anonymity, synchrony, link duplex capacity, and whiteboard capacity

Robust distributed data aggregation

Tese de doutoramento Programa Doutoral em Informática MAP-iDistributed aggregation algorithms are an important building block of modern large scale systems, as it allows the determination of meaningful system-wide properties (e.g., network size, total storage capacity, average load, or majorities) which are required to direct the execution of distributed applications. In the last decade, several algorithms have been proposed to address the distributed computation of aggregation functions (e.g., COUNT, SUM, AVERAGE, and MAX/MIN), exhibiting different properties in terms of accuracy, speed and communication tradeoffs. However, existing approaches exhibit many issues when challenged in faulty and dynamic environments, lacking in terms of fault-tolerance and support to churn. This study details a novel distributed aggregation approach, named Flow Updating, which is fault-tolerant and able to operate on dynamics networks. The algorithm is based on manipulating flows (inspired by the concept from graph theory), that are updated using idempotent messages, providing it with unique robustness capabilities. Experimental results showed that Flow Updating outperforms previous averaging algorithms in terms of time and message complexity, and unlike them it self adapts to churn and changes of the initial input values without requiring any periodic restart, supporting node crashes and high levels of message loss. In addition to this main contribution, others can also be found in this research work, namely: a definition of the aggregation problem is proposed; existing distributed aggregation algorithm are surveyed and classified into a comprehensive taxonomy; a novel algorithm is introduced, based on Flow Updating, to estimate the Cumulative Distribution Function (CDF) of a global system attribute. It is expected that this work will constitute a relevant contribution to the area of distributed computing, in particular to the robust distributed computation of aggregation functions in dynamic networks.Os algoritmos de agregação distribuídos têm um papel importante no desenho dos sistemas de larga escala modernos, uma vez que permitem determinar o valor de propriedades globais do sistema (e.g., tamanho da rede, capacidade total de armazenamento, carga média, ou maiorias) que são fundamentais para a execução de outras aplicações distribuídas. Ao longo da última década, diversos algoritmos têm sido propostos para calcular funções de agregação (e.g., CONTAGEM, SOMA, M´E DIA, ou MIN/MAX), possuindo diferentes características em termos de precisão, velocidade e comunicação. No entanto, as técnicas existentes exibem vários problemas quando executadas em ambientes com faltas e dinâmicos, deixando a desejar em termos de tolerância a faltas e não suportando a entrada/saída de nós. Este estudo descreve detalhadamente uma nova abordagem para calcular funções de agregação de forma distribuída, denominada Flow Updating, que é tolerante a faltas e capaz de operar em redes dinámicas. O algoritmo é baseada na manipulacão de fluxos (inspirado no conceito da teoria de grafos), que são atualizados por mensagens idempotentes, conferindo-lhe capacidades unicas em termos de robustez. Os resultados experimentais demonstram que o Flow Updating supera os anteriores algoritmos baseados em técnicas de averaging em termos de complexidade de tempo e mensagens, e, ao contrário destes, auto adapta-se a mudanc¸as da rede (i.e., entrada/saída de nós e alteraçãoo dos valores iniciais) sem necessitar de reiniciar periodicamente a sua execuçãoo, suportando falhas de nos e elevados níveis de perdas de mensagens. Para além desta contribuição principal, outras são também encontradas neste trabalho, nomeadamente: é proposta uma definição do problema da agregação; é descrito o estado da arte em termos dos algoritmos de agregação distribuídos, e estes são classificados numa taxonomia abrangente; é apresentado um novo algoritmo baseado no Flow Updating para estimar a Funcão de Distribuição Cumulativa (CDF) de um atributo global do sistema

Byzantine fault-tolerant agreement protocols for wireless Ad hoc networks

Tese de doutoramento, Informática (Ciências da Computação), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010.The thesis investigates the problem of fault- and intrusion-tolerant consensus in resource-constrained wireless ad hoc networks. This is a fundamental problem in distributed computing because it abstracts the need to coordinate activities among various nodes. It has been shown to be a building block for several other important distributed computing problems like state-machine replication and atomic broadcast. The thesis begins by making a thorough performance assessment of existing intrusion-tolerant consensus protocols, which shows that the performance bottlenecks of current solutions are in part related to their system modeling assumptions. Based on these results, the communication failure model is identified as a model that simultaneously captures the reality of wireless ad hoc networks and allows the design of efficient protocols. Unfortunately, the model is subject to an impossibility result stating that there is no deterministic algorithm that allows n nodes to reach agreement if more than n2 omission transmission failures can occur in a communication step. This result is valid even under strict timing assumptions (i.e., a synchronous system). The thesis applies randomization techniques in increasingly weaker variants of this model, until an efficient intrusion-tolerant consensus protocol is achieved. The first variant simplifies the problem by restricting the number of nodes that may be at the source of a transmission failure at each communication step. An algorithm is designed that tolerates f dynamic nodes at the source of faulty transmissions in a system with a total of n 3f + 1 nodes. The second variant imposes no restrictions on the pattern of transmission failures. The proposed algorithm effectively circumvents the Santoro- Widmayer impossibility result for the first time. It allows k out of n nodes to decide despite dn 2 e(nk)+k2 omission failures per communication step. This algorithm also has the interesting property of guaranteeing safety during arbitrary periods of unrestricted message loss. The final variant shares the same properties of the previous one, but relaxes the model in the sense that the system is asynchronous and that a static subset of nodes may be malicious. The obtained algorithm, called Turquois, admits f < n 3 malicious nodes, and ensures progress in communication steps where dnf 2 e(n k f) + k 2. The algorithm is subject to a comparative performance evaluation against other intrusiontolerant protocols. The results show that, as the system scales, Turquois outperforms the other protocols by more than an order of magnitude.Esta tese investiga o problema do consenso tolerante a faltas acidentais e maliciosas em redes ad hoc sem fios. Trata-se de um problema fundamental que captura a essência da coordenação em actividades envolvendo vários nós de um sistema, sendo um bloco construtor de outros importantes problemas dos sistemas distribuídos como a replicação de máquina de estados ou a difusão atómica. A tese começa por efectuar uma avaliação de desempenho a protocolos tolerantes a intrusões já existentes na literatura. Os resultados mostram que as limitações de desempenho das soluções existentes estão em parte relacionadas com o seu modelo de sistema. Baseado nestes resultados, é identificado o modelo de falhas de comunicação como um modelo que simultaneamente permite capturar o ambiente das redes ad hoc sem fios e projectar protocolos eficientes. Todavia, o modelo é restrito por um resultado de impossibilidade que afirma não existir algoritmo algum que permita a n nós chegaram a acordo num sistema que admita mais do que n2 transmissões omissas num dado passo de comunicação. Este resultado é válido mesmo sob fortes hipóteses temporais (i.e., em sistemas síncronos) A tese aplica técnicas de aleatoriedade em variantes progressivamente mais fracas do modelo até ser alcançado um protocolo eficiente e tolerante a intrusões. A primeira variante do modelo, de forma a simplificar o problema, restringe o número de nós que estão na origem de transmissões faltosas. É apresentado um algoritmo que tolera f nós dinâmicos na origem de transmissões faltosas em sistemas com um total de n 3f + 1 nós. A segunda variante do modelo não impõe quaisquer restrições no padrão de transmissões faltosas. É apresentado um algoritmo que contorna efectivamente o resultado de impossibilidade Santoro-Widmayer pela primeira vez e que permite a k de n nós efectuarem progresso nos passos de comunicação em que o número de transmissões omissas seja dn 2 e(n k) + k 2. O algoritmo possui ainda a interessante propriedade de tolerar períodos arbitrários em que o número de transmissões omissas seja superior a . A última variante do modelo partilha das mesmas características da variante anterior, mas com pressupostos mais fracos sobre o sistema. Em particular, assume-se que o sistema é assíncrono e que um subconjunto estático dos nós pode ser malicioso. O algoritmo apresentado, denominado Turquois, admite f < n 3 nós maliciosos e assegura progresso nos passos de comunicação em que dnf 2 e(n k f) + k 2. O algoritmo é sujeito a uma análise de desempenho comparativa com outros protocolos na literatura. Os resultados demonstram que, à medida que o número de nós no sistema aumenta, o desempenho do protocolo Turquois ultrapassa os restantes em mais do que uma ordem de magnitude.FC

Notes on Theory of Distributed Systems

Notes for the Yale course CPSC 465/565 Theory of Distributed Systems

Quiescence of Self-stabilizing Gossiping among Mobile Agents in Graphs

International audienceThis paper considers gossiping among mobile agents in graphs: agents move on the graph and have to disseminate their initial information to every other agent. We focus on self-stabilizing solutions for the gossip problem, where agents may start from arbitrary locations in arbitrary states. Self-stabilization requires (some of the) participating agents to keep moving forever, hinting at maximizing the number of agents that could be allowed to stop moving eventually. This paper formalizes the self-stabilizing agent gossip problem, introduces the quiescence number (i.e., the maximum number of eventually stopping agents) of self-stabilizing solutions and investigates the quiescence number with respect to several assumptions related to agent anonymity, synchrony, link duplex capacity, and whiteboard capacity

Manipulation du métabolisme énergétique dans les leucémies aiguës myéloïdes : mitochondrie, apoptose et mécanisme d'action de la metformine

La metformine, utilisée pour le traitement du diabète de type 2, a été décrite comme pouvant réduire le risque de cancer. Cependant, les mécanismes responsables de cette activité n'ont pas encore été élucidés. Nous avons ici décidé d'étudier les effets de la metformine dans les cellules de leucémie aiguë myéloïde (LAM). La metformine bloque la progression dans le cycle cellulaire, inhibe la prolifération et la formation de colonies in vitro. In vivo, un traitement quotidien à la metformine induit l'apoptose et réduit la progression tumorale. Toutefois, cette induction d'apoptose est variable en fonction des cellules leucémiques. La metformine induit une inhibition de mTORC1 indépendante de l'AMPK, qui peut être responsable des effets anti-tumoraux observés. Par ailleurs, la metformine réduit fortement l'activité du complexe I de la chaîne respiratoire, la consommation d'oxygène et la production d'ATP par la mitochondrie alors qu'elle stimule la glycolyse pour la production d'ATP et de lactate (effet Pasteur). Les cellules leucémiques avec une forte glycolyse ou activation d'AKT montrent une réduction significative de l'induction de l'effet Pasteur et de l'apoptose en réponse à la metformine. Ainsi, la déprivation en glucose ou un inhibiteur de la glycolyse ou d'AKT sensibilisent ces cellules à la metformine. Nous proposons que le mécanisme d'apoptose est bloqué par la phosphorylation et la translocation au pore mitochondrial VDAC1 de l'hexokinase-II en aval d'AKT. En conclusion, ces travaux ont permis de mieux caractériser la signalisation et le métabolisme impliqués dans la réponse anti-tumorale induite par la metformine dans des lignées cellulaires de LAM.Normoglycemic agent, metformin, decreases the risk of cancer in type 2 diabetics and inhibits cell growth in various cancers. Metformin activates AMPK and inhibits electron transport chain complex I (ETCI), but its mechanism of action in cancer cells is unknown. Thus, we investigated metformin's activity in human acute myeloid leukemia (AML) cells. Metformin significantly blocks cell cycle progression and inhibits cell proliferation and colony formation. However, the apoptotic response to metformin varies among AML cell types. Furthermore, daily treatment with metformin induces apoptosis and reduces tumor growth in vivo. Metformin induces an AMPK-independent inhibition of mTORC1, which could be responsible for metformin's anti-tumoral activities. Additionally, metformin decreases ETCI activity, oxygen consumption and mitochondrial ATP synthesis, while stimulating glycolysis for ATP and lactate production (so-called Pasteur Effect). AML cells with high basal AKT phosphorylation or glycolysis exhibit a markedly reduced induction of the Pasteur effect in response to metformin and are resistant to metformin-induced apoptosis. Accordingly, glucose starvation or treatment with deoxyglucose or an AKT inhibitor induces sensitivity to metformin. Thus, we propose that activation of AKT, which can phosphorylate hexokinase-II to induce its translocation to the mitochondrial outer membrane pore, VDAC1, blocks cytochrome c release and mitochondrial-induced apoptosis. Overall, this work has allowed us to decipher the role of certain signaling and metabolic pathways in the anti-tumoral response to metformin in AML