Universal Loop-Free Super-Stabilization

We propose an univesal scheme to design loop-free and super-stabilizing protocols for constructing spanning trees optimizing any tree metrics (not only those that are isomorphic to a shortest path tree). Our scheme combines a novel super-stabilizing loop-free BFS with an existing self-stabilizing spanning tree that optimizes a given metric. The composition result preserves the best properties of both worlds: super-stabilization, loop-freedom, and optimization of the original metric without any stabilization time penalty. As case study we apply our composition mechanism to two well known metric-dependent spanning trees: the maximum-flow tree and the minimum degree spanning tree

Mobile Service for Adaptive Museum Visits in Wireless-Optical Networks

International audienc

log(n)-approximation d'un arbre de Steiner auto-stabilisant et dynamique

National audienceCe travail est motivé entre autre, par le maintient distribué d'infrastructures optimisées pour la communication d'un groupe d'utilisateurs dispersé sur un réseau dynamique. Les domaines d'application typiques de telles structures sont les systèmes de publish/subscribe, bases de données distribuées, systèmes multicasts. Dans ce papier nous décrivons un algorithme distribué qui construit et maintient un arbre de Steiner approché connectant un groupe dynamique de membres dispersé sur un réseau dynamique. Le coût de la solution retournée par notre algorithme est au plus $\log |S|$ fois le coût de la solution optimale, $S$ étant le groupe de membres à interconnecter. Notre algorithme améliore les solutions existantes de plusieurs façons. Premièrement, il tolère le dynamisme des membres et du réseau, autrement dit les membres peuvent rejoindre ou quitter le groupe et les noeuds ou liens du réseau peuvent apparaître ou disparaître du réseau. Deuxièmement notre algorithme est auto-stabilisant, en d'autres termes il tolère les fautes transitoires. Enfin, notre algorithme est super-stabilisant, ce qui signifie que l'on garantie des propriétés sur la structure construite durant la convergence de l'algorithme et malgré le dynamisme du réseau

Self-stabilizing minimum-degree spanning tree within one from the optimal degree

International audienceWe propose a self-stabilizing algorithm for constructing a Minimum-Degree Spanning Tree (MDST) in undirected networks. Starting from an arbitrary state, our algorithm is guaranteed to converge to a legitimate state describing a spanning tree whose maximum node degree is at most ∆∗ + 1, where ∆∗ is the minimum possible maximum degree of a spanning tree of the network. To the best of our knowledge our algorithm is the first self stabilizing solution for the construction of a minimum-degree spanning tree in undirected graphs. The algorithm uses only local communications (nodes interact only with the neighbors at one hop distance). Moreover, the algorithm is designed to work in any asynchronous message passing network with reliable FIFO channels. Additionally, we use a fine grained atomicity model (i.e. the send/receive atomicity). The time complexity of our solution is O(mn2 log n) where m is the number of edges and n is the number of nodes. The memory complexity is O(δ log n) in the send-receive atomicity model (δ is the maximal degree of the network)

Construction auto-stabilisante d'un arbre couvrant de poids minimum

International audienceL'arbre couvrant de poids minimum offre une solution de routage ayant le double avantage de donner une structure de communication simple et économique. Dans ce papier, nous présentons un nouvel algorithme auto-stabilisant pour la construction d'un arbre couvrant de poids minimum dans un système distribué et asynchrone. Notre solution améliore l'existant en permettant d'atteindre un meilleur compromis entre le temps de convergence, $O(n^2)$, et la complexité en mémoire nécessaire sur chaque noeud du réseau, $O(\log^2 n)$. Le temps de convergence est amélioré d'un facteur multiplicatif $\Theta(n)$ au prix d'un facteur multiplicatif de $O(\log n)$ sur la mémoire. La clé de voûte de ce travail est l'utilisation d'une méthode de nommage auto-stabilisante permettant d'identifier pour toute paire de noeuds le plus proche ancêtre commun dans l'arbre

Construction auto-stabilisante d'un arbre couvrant maximisant le nombre de feuilles

National audiencePour router les messages dans des réseaux auto-organisés, comme les réseaux sans fil ad-hoc ou de senseurs, un ensemble dominant connexe (CDS) est souvent utilisé. La construction d'un arbre couvrant maximisant le nombre de feuilles (MLST) permet d'obtenir un CDS de petite taille pour router les messages dans ce type de réseaux tout en économisant l'énergie. Le paradigme de l'auto-stabilisation est une technique générale et flexible permettant de traiter les fautes transitoires qui peuvent survenir sur les éléments constituant un réseau auto-organisé. Le problème de la construction d'un MLST est un problème NP-difficile à résoudre, ainsi une solution approchée est recherchée. Nous proposons un algorithme distribué et auto-stabilisant pour la construction d'un MLST considérant une topologie arbitraire, sans aucune connaissance sur le réseau et ayant un meilleur rapport d'approximation que les travaux existants. Cet algorithme permet de construire une 1/2-approximation par rapport à une solution optimale, c'est-à-dire que l'arbre couvrant construit possède un nombre de feuilles au moins égal à la moitié des feuilles d'une solution optimale

An improved stabilizing BFS tree construction

The construction of a spanning tree is a fundamental task in distributed systems which allows to resolve other tasks (i.e., routing, mutual exclusion, network reset). In this paper, we are interested in the problem of constructing a \emph{Breadth First Search} (BFS) tree. \emph{Stabilization} is a versatile technique which ensures that the system recover a correct behaviour from an arbitrary global state resulting from transient faults. A \emph{silent} algorithm always reaches a terminal global state in a finite time. We present a first silent stabilizing algorithm to resolve a problem in which each node requests a permission (delivered by a subset of network nodes) in order to perform a defined computation. Using this first algorithm, we present a silent stabilizing algorithm constructing a BFS tree working in $O(D^2)$ rounds ($D$ is the diameter of the network) under a distributed daemon without any fairness assumptions. The complexity in terms of steps is $O(mn^4)$ where $m$ and $n$ are the number of edges and nodes of the network, respectively, so it is polynomial with respect to $n$. To our knowledge, since in general the diameter of a network is much smaller than the number of nodes, this algorithm gets the best compromise of the literature between the complexities in terms of rounds and in terms of steps

The First Fully Polynomial Stabilizing Algorithm for BFS Tree Construction

International audienceThe construction of a spanning tree is a fundamental task in distributed systems which allows to resolve other tasks (i.e., routing, mutual exclusion, network reset). In this paper, we are interested in the problem of constructing a Breadth First Search (BFS) tree. Stabilization is a versatile technique which ensures that the system recovers a correct behavior from an arbitrary global state resulting from transient faults.A fully polynomial algorithm has a round complexity in $O(d^a)$ and a step complexity in $O(n^b)$ where $d$ and $n$ are the diameter and the number of nodes of the network and $a$ and $b$ are constants. We present the first fully polynomial stabilizing algorithm constructing a BFS tree under a distributed daemon. Moreover, as far as we know, it is also the first fully polynomial stabilizing algorithm for spanning tree construction. Its round complexity is in $\Theta(d^2)$ and its step complexity is in $O(n^6)$

Routage dynamique adapté à l?environnement interactif sans fil

Grâce à l?évolution de la micro-électronique et de l?informatique, il est possible d?utiliser des dispositifs captant des données sur leur environnement et capables de s?adapter à un grand nombre d?applications tels que la supervision de sites énergétiques, la santé publique ou encore la surveillance d?environnement. Depuis une dizaine d?années, les réseaux de capteurs sans fil se sont répandus pour répondre à de nouveaux besoins introduisant de nouvelles contraintes à prendre en compte, par exemple le délai d?acheminement, des quantités croissantes de données ou encore la mobilité. C'est contraintes supplémentaires nécessitent d'assurer une connectivité plus efficace et plus fiable dans les réseaux de capteurs. Dans ce contexte, la principale motivation de cette thèse est d?étudier et proposer de nouvelles approches permettant de réduire la consommation énergétique des capteurs tout en ayant des garantis de performances sur un ou plusieurs critères secondaires, important d?un point de vu applicatif. De plus, il faudra prendre en compte la dynamicité du réseau du fait de pannes ou de n?uds mobiles

An improved stabilizing BFS tree construction

The construction of a spanning tree is a fundamental task in distributed systems which allows to resolve other tasks (i.e., routing, mutual exclusion, network reset). In this paper, we are interested in the problem of constructing a \emph{Breadth First Search} (BFS) tree. \emph{Stabilization} is a versatile technique which ensures that the system recover a correct behaviour from an arbitrary global state resulting from transient faults. A \emph{silent} algorithm always reaches a terminal global state in a finite time. We present a first silent stabilizing algorithm to resolve a problem in which each node requests a permission (delivered by a subset of network nodes) in order to perform a defined computation. Using this first algorithm, we present a silent stabilizing algorithm constructing a BFS tree working in $O(D^2)$ rounds ($D$ is the diameter of the network) under a distributed daemon without any fairness assumptions. The complexity in terms of steps is $O(mn^4)$ where $m$ and $n$ are the number of edges and nodes of the network, respectively, so it is polynomial with respect to $n$. To our knowledge, since in general the diameter of a network is much smaller than the number of nodes, this algorithm gets the best compromise of the literature between the complexities in terms of rounds and in terms of steps