Forschungsbericht 2011



TSSSA - Zeit- und speichereffiziente selbststabilisierende Algorithmen

Institut: E-17
Projektleitung: Volker Turau
Stellvertretende Projektleitung: Volker Turau
Mitarbeiter/innen: Bernd Hauck
Laufzeit: 16.06.2007 — 15.06.2011
Finanzierung:Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)

Selbststabilisierung ist eine Technik, die einem verteilten System die Toleranz beliebiger transienter Fehler ermöglicht. Ein Verfahren ist selbststabilisierend, wenn es aus sich heraus, also ohne äußeres Zutun, nach transienten Fehlern selbsttätig in einen korrekten Zustand zurückkehrt und dann in einem solchen verbleibt.


In der Entwicklung selbststabilisierender Algorithmen steht das Ziel im Vordergrund, die Zeitspanne von einem beliebigen Startzustand bis zur Erlangung eines korrekten Systemzustandes zu minimieren. Dabei wird in Kauf genommen, dass während der Übergangsphase ein beträchtlicher Teil des Netzes seinen Dienst nicht erbringen kann. Zur optimalen Ressourcenausnutzung wird neben der Minimierung des Zeitaufwands bis zur Stabilisierung eines Verfahrens zudem ein möglichst geringer Speicherbedarf angestrebt.

Die Abschätzung der Komplexität selbststabilisierender Algorithmen ist im Allgemeinen nicht trivial. Für viele Verfahren existieren daher nur obere Schranken, die weit von den schlimmsten bekannten Beispielen entfernt sind. Die Analyse von existierenden Algorithmen, um diese Lücken zu schließen, ist neben der Entwicklung eigener Verfahren ein zweiter Schwerpunkt dieses Projekts.

Selbststabilisierung ist eine Technik, die einem verteilten System die Toleranz beliebiger transienter Fehler ermöglicht. Ein Verfahren ist selbststabilisierend, wenn es aus sich heraus, also ohne äußeres Zutun, nach transienten Fehlern selbsttätig in einen korrekten Zustand zurückkehrt und dann in einem solchen verbleibt.


In der Entwicklung selbststabilisierender Algorithmen steht das Ziel im Vordergrund, die Zeitspanne von einem beliebigen Startzustand bis zur Erlangung eines korrekten Systemzustandes zu minimieren. Dabei wird in Kauf genommen, dass während der Übergangsphase ein beträchtlicher Teil des Netzes seinen Dienst nicht erbringen kann. Zur optimalen Ressourcenausnutzung wird neben der Minimierung des Zeitaufwands bis zur Stabilisierung eines Verfahrens zudem ein möglichst geringer Speicherbedarf angestrebt.

Die Abschätzung der Komplexität selbststabilisierender Algorithmen ist im Allgemeinen nicht trivial. Für viele Verfahren existieren daher nur obere Schranken, die weit von den schlimmsten bekannten Beispielen entfernt sind. Die Analyse von existierenden Algorithmen, um diese Lücken zu schließen, ist neben der Entwicklung eigener Verfahren ein zweiter Schwerpunkt dieses Projekts.

Stichworte

  • Fehlertoleranz
  • Graphenalgorithmen
  • Selbststabilisierung
  • Verteilte Algorithmen

Publikationen

  • Turau, Volker; Hauck, Bernd: A fault-containing self-stabilizing (3 - 2/(Delta+1))-approximation algorithm for vertex cover in anonymous networks Theoretical Computer Science, 412(33): S. 4361-4371, 4361-4371.
  • Turau, Volker; Hauck, Bernd: A new Analysis of a Self-Stabilizing Maximum Weight Matching Algorithm with Approximation Ratio 2 Theoretical Computer Science, 412(40): S. 5527-5540, 9 2011.
  • Hauck, Bernd: Worst-Case Analysis of a Self-Stabilizing Algorithm Computing a Weakly Connected Minimal Dominating Set. Report , Telematik, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg, Germany, Oktober 2008.urn:nbn:de:gbv:830-tubdok-5126.
  • Turau, Volker: Self-Stabilizing Vertex Cover in Anonymous Networks with Optimal Approximation Ratio Parallel Processing Letters, 20(2): S. 173–186, 2010.
  • Turau, Volker; Hauck, Bernd: A Self-Stabilizing Algorithm for Constructing Weakly Connected Minimal Dominating Sets Information Processing Letters, 109(14): S. 763-767, 2009.
  • Turau, Volker; Hauck, Bernd: A Self-Stabilizing Approximation Algorithm for Vertex Cover in Anonymous Networks. In Proceedings of the 11th International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS'09), November 2009.
  • Turau, Volker: Linear self-stabilizing algorithms for the independent and dominating set problems using an unfair distributed scheduler Information Processing Letters, 103(3): S. 88-93, Juli 2007.