Efficient Self-Stabilizing Algorithm for Independent Strong Dominating Sets in Arbitrary Graphs

2015 ◽  
Vol 26 (06) ◽  
pp. 751-768 ◽  
Author(s):  
Brahim Neggazi ◽  
Nabil Guellati ◽  
Mohammed Haddad ◽  
Hamamache Kheddouci

In computer networks area, the minimal dominating sets (MDS) and maximal independent sets (MIS) structures are very useful for creating virtual network overlays. Often, these set structures are used for designing efficient protocols in wireless sensor and ad-hoc networks. In this paper, we give a particular interest to one kind of these sets, called Independent Strong Dominating Set (ISD-set). In addition to its domination and independence properties, the ISD-set considers also node’s degrees that make it very useful in practical applications where nodes with larger degrees play important role in the networks. For example, some network clustering protocols chose nodes with large degrees to be cluster-heads, which is exactly the result obtained by an ISD-set algorithm. Thence, we propose the first distributed self-stabilizing algorithm for computing an ISD-set of an arbitrary graph (called ISDS). Then, we prove that ISDS algorithm operates under the unfair distributed scheduler and converges after at most [Formula: see text] rounds requiring only [Formula: see text] space memory per node where Δ is the maximum node degree. The complexity of ISDS algorithm in rounds has the same order as the best known self-stabilizing algorithms for finding MDS and MIS. Moreover, performed simulations and comparisons with well-known self-stabilizing algorithms for MDS and MIS problems showed the efficiency of ISDS, especially for reducing the cardinality of dominating sets founded by the algorithms.

2018 ◽  
Author(s):  
Δημήτριος Παπακώστας

Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής εστιάζουμε στα στρατιωτικά πολυεπίπεδα ασύρματα δίκτυα και επενδύουμε στην τεχνολογία των ad hoc δικτύων προκειμένου να βελτιώσουμε την απόδοση τους. Οραματιζόμαστε τα Τακτικά ασύρματα δίκτυα να απαρτίζονται από στρώματα ad hoc δικτύων με κινούμενους κόμβους, τα οποία είναι αδιαφανώς συνδεδεμένα μεταξύ τους ως μέρος ενός απρόσκοπτου υπερδικτύου το οποίο επιτρέπει την άμεση ροή πληροφοριών μεταξύ των κόμβων του.Για την υλοποίηση αυτού του οράματος αρχικά βασιζόμαστε στη θεωρία των Connected node Dominating Sets (CDS) και προτείνουμε καινοτόμους αλγόριθμους οι οποίοι επιτυγχάνουν κατανεμημένα αποτελεσματική σύνδεση των ανωτέρω πολυεπίπεδων ad hoc δικτύων ώστε να μειωθεί η καθυστέρηση τους (latency), να βελτιωθεί η επεκτασιμότητά τους (scalability) και να αυξηθεί η διάρκεια της ζωής τους. Στη συνέχεια εξετάζουμε το πρόβλημα της αποτελεσματικής και ταυτόχρονα κατανεμημένης παρακολούθησης της διακίνησης δεδομένων εντός του πολυεπίπεδου ad hoc δικτύου. Ένα δύσκολο πρόβλημα, ιδιαίτερα αν αυτό πρόκειται να επιλυθεί μέσω της χρήσης κατανεμημένων αλγορίθμων, λόγω των προβλημάτων συντονισμού που έχουν να κάνουν με το πολυεπίπεδο περιβάλλον καθώς δύνανται να οδηγήσουν είτε σε απώλεια επικοινωνίας μεταξύ των επιπέδων του δικτύου είτε σε υπερβολική εξάρτηση αυτού από ένα συγκεκριμένο επίπεδό του. Για την επίλυση του συγκεκριμένου προβλήματος επενδύουμε στη θεωρία των Connected edge Dominating Sets (CEDS) και προτείνουμε νέους κατανεμημένους αλγορίθμους οι οποίοι υπολογίζουν για σκοπούς διαχείρισης ή/και παρακολούθησης του πολυεπίπεδου δικτύου μία επικάλυψη (overlay) αυτού η οποία εμπεριέχει μεγάλο αριθμό από διασυνδέσεις μεταξύ των επιπέδων του δικτύου έτσι ώστε η επικοινωνία μεταξύ αυτών να μη διακόπτεται εύκολα (είτε κατά λάθος είτε λόγω κακόβουλων επιθέσεων).Οι κύριες συνεισφορές της παρούσας διατριβής είναι: Παρουσιάζεται το πρόβλημα του υπολογισμού του (Minimum) Connected node Dominating Set (MCDS) σε πολυεπίπεδα δίκτυα το οποίο δεν έχει εξεταστεί μέχρι στιγμής στη βιβλιογραφία. Αποδεικνύουμε ότι, οι προσεγγίσεις είτε για επίλυση του συγκεκριμένου προβλήματος με βάση την αποσύνθεση του πολυεπίπεδου δικτύου στα επιμέρους επίπεδά του είτε για συσσωμάτωση των επιπέδων του ώστε αυτά επί της ουσίας να μην υφίστανται δε θα φέρουν το επιθυμητό αποτέλεσμα και τονίζουμε την ανάγκη για αξιολόγηση αλλά και περαιτέρω εκμετάλλευση των διασυνδέσεων που διαθέτουν οι κόμβοι του δικτύου ώστε αυτοί να θεωρηθούν ως υποψήφια μέλη του DS. Στο πλαίσιο αυτό, προτείνουμε μία ομάδα από μέτρα για τη μέτρηση της σημαντικότητας του κάθε κόμβου εντός του πολυεπίπεδου δικτύου ώστε να προσδιοριστεί η στρατηγική θέση καθενός από αυτούς. Επίσης, προτείνουμε αλγόριθμους οι οποίοι υπολογίζουν κατανεμημένα το επιζητούμενο MCDS και παρουσιάζουν ανώτερη απόδοση σε σύγκριση με άλλους ευρέως χρησιμοποιούμενους αλγόριθμους.Παρουσιάζεται επίσης, το πρόβλημα της εύρεσης (Minimum) Connected Edge Dominating Set (MCEDS) σε πολυεπίπεδα δίκτυα. Αποδεικνύουμε ότι, το συγκεκριμένο πρόβλημα είναι NP-hard και προτείνουμε μία τεχνική η οποία προσδίδει στους κόμβους του πολυεπίπεδου δικτύου αντίληψη αναφορικά με τη σπουδαιότητα των ακμών που ακουμπούν σε πάνω σε αυτούς. Επιπρόσθετα, προτείνουμε νέους ευριστικούς αλγόριθμους οι οποίοι υπολογίζουν κατανεμημένα το MCEDS. Προτείνεται επίσης, ένας καινοτόμος αλγόριθμος πρόβλεψης για χρήση στο περιβάλλον των Vehicle Ad hoc Networks (VANETs) ο οποίος με καθαρά κατανεμημένο τρόπο και λαμβάνοντας υπόψη του την ιστορία κίνησης ενός οχήματος πραγματοποιεί online ακριβείς προβλέψεις αναφορικά με τη μελλοντική τροχιά του. Η προτεινόμενη μέθοδος συγκρίνεται με αντίστοιχους, υψηλής ακρίβειας, αλγόριθμους πρόβλεψης και τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την ανωτερότητα της.


Author(s):  
Mullai Murugappan

The aim of this chapter is to impart the importance of domination in various real-life situations when indeterminacy occurs. Domination in graph theory plays an important role in modeling and optimization of computer and telecommunication networks, transportation networks, ad hoc networks and scheduling problems, molecular physics, etc. Also, there are many applications of domination in fuzzy and intuitionistic fuzzy sets for solving problems in vague situations. Domination in neutrosophic graph is introduced in this chapter for handling the situations in case of indeterminacy. Dominating set, minimal dominating set, independent dominating set, and domination number in neutrosophic graph are determined. Some definitions, characterization of independent dominating sets, and theorems of neutrosophic graph are also developed in this chapter.


Sensors ◽  
2020 ◽  
Vol 20 (12) ◽  
pp. 3509
Author(s):  
Abdel-Rahman Hedar ◽  
Shada N. Abdulaziz ◽  
Emad Mabrouk ◽  
Gamal A. El-Sayed

In wireless sensor/ad hoc networks, all wireless nodes frequently flood the network channel by transmitting control messages causing “broadcast storm problem”. Thus, inspired by the physical backbone in wired networks, a Virtual Backbone (VB) in wireless sensor/ad hoc networks can help achieve efficient broadcasting. A well-known and well-researched approach for constructing virtual backbone is solving the Connected Dominating Set (CDS) problem. Furthermore, minimizing the size of the CDS is a significant research issue. We propose a new parallel scatter search algorithm with elite and featured cores for constructing a wireless sensor/ad hoc network virtual backbones based on finding minimum connected dominating sets of wireless nodes. Also, we addressed the problem of VB node/nodes failure by either deploying a previously computed VBs provided by the main pSSEF algorithm that does not contain the failed node/nodes, or by using our proposed FT-pSSEF algorithm repairing the broken VBs. Finally, as nodes in a VB incur extra load of communication and computation, this leads to faster power consumption compared to other nodes in the network. Consequently, we propose the virtual backbone scheduling algorithm SC-pSSEF which aims to find multiple VBs using the VBs provided by the pSSEF algorithm and switch between them periodically to prolong the network life time.


2003 ◽  
Vol 14 (02) ◽  
pp. 305-322 ◽  
Author(s):  
YUANZHU PETER CHEN ◽  
ARTHUR L. LIESTMAN

A Mobile Ad Hoc Network (MANET) is an infrastructureless wireless network that can support highly dynamic mobile units. The multi-hop feature of a MANET suggests the use of clustering to simplify routing. Graph domination can be used in defining clusters in MANETs. A variant of dominating set which is more suitable for clustering MANETs is the weakly-connected dominating set. A cluster is defined to be the set of vertices dominated by a particular vertex in the dominating set. As it is NP-complete to determine whether a given graph has a weakly-connected dominating set of a particular size, we present a zonal distributed algorithm for finding small weakly-connected dominating sets. In this new approach, we divide the graph into regions, construct a weakly-connected dominating set for each region, and make adjustments along the borders of the regions to produce a weakly-connected dominating set of the entire graph. We present experimental evidence that this zonal algorithm has similar performance to and provides better cluster connectivity than previous algorithms.


2014 ◽  
Vol 7 (2) ◽  
pp. 131-146
Author(s):  
Bassam M.S. Waheed ◽  
Borhanuddin B. Mohd. A ◽  
Sabira Khatun ◽  
Roslina bt. Mohd. Side

Author(s):  
Fabián García-Nocetti ◽  
Francisco Javier Ovalle-Martínez ◽  
Julio Solano-González ◽  
Ivan Stojmenović

Author(s):  
Evangelos Kranakis ◽  
Jorge Urrutia

In this chapter, we present a survey of recent techniques for local topology control in location aware Unit Disk Graphs including local algorithms for Routing, Traversal, Planar Spanners, Dominating and Connected Dominating Sets, and Vertex and Edge Coloring. In addition to investigating trade-offs for these problems, we discuss open problems that will play an important role in the future development of the subject.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document