On Underlay-Aware Self-Stabilizing Overlay Networks
我们提出了一种用于覆盖网络的自稳定协议，该协议为由加权树建模的底层构建最小生成树（MST）。两个节点之间的重叠边的权重是它们在树中的最短路径的加权长度。我们严格证明了我们的协议在异步和非FIFO消息传递下正确工作。此外，协议在$\mathcal{O}(N^2)$异步轮之后稳定，其中$N$是覆盖中的节点的数量。
2018-09-07 cs.DC
Towards Establishing Monotonic Searchability in Self-Stabilizing Data Structures (full version)
分布式应用程序通常基于互连其站点的覆盖网络，以便它们可以交换信息。对于这些覆盖网络，为了保持其功能，它们应该能够从各种问题中恢复，如成员资格更改或故障。近年来已经提出了各种自稳定的覆盖网络，其优点是能够从任何非法状态中恢复，但这些网络都不能保证其功能，而恢复过程正在进行中。我们开始研究覆盖网络，不仅是自稳定的，但也确保可搜索性是保持，而恢复过程正在进行中，只要系统中没有损坏的消息。更准确地说，一旦从节点$u$到另一节点$v$的搜索消息被成功递送，则从$u$到$v$的所有未来搜索消息也成功。我们称之为单调可搜索性。我们表明，在一般情况下，它是不可能提供单调的可搜索性，如果损坏的消息存在于系统中，这证明了限制系统状态没有损坏的消息。此外，我们提供了一个自稳定的协议，我们也可以表现出单调的可搜索性。事实证明，即使对于直线，实现此属性也是不平凡的。此外，我们扩展我们的协议，以处理节点的Foreback等有限离开问题。al（SSS 2014）。这使得我们的协议甚至能够处理节点动态。这是在OPODIS'15上发表的通讯论文的完整版本。
2015-12-21 cs.DC
A DeterministicWorst-Case Message Complexity Optimal Solution for Resource Discovery
我们考虑分布式系统中的资源发现问题。特别是，我们给出了一个算法，使得网络中的每个节点发现网络中任何其他节点的地址。我们将节点的知识建模为由有向图给出的虚拟覆盖网络，使得所有节点的完整知识对应于覆盖网络中的完整图。虽然有几个解决方案的资源发现，我们的解决方案是第一个实现最坏情况下的最佳工作为每个节点，即地址的数量（O（n））或位（O（n log n））节点接收或发送符合下限，同时确保只有一个线性运行时间（O（n））轮数。
2013-06-07 cs.DC
Time-Optimal Construction of Overlay Networks
我们展示了如何从一个任意的弱连通图出发，构造一个在时间上具有常数度和直径的覆盖网络$O(\log n)$ $O(\log n)$。我们假设一个同步通信网络，其中节点可以发送消息到节点，他们知道的标识符，新的连接可以通过发送节点标识符建立。如果初始网络的图是弱连通的并且具有常数度，那么我们的算法构造期望的拓扑，其中每个节点在时间$O(\log n)$的每一轮中仅发送和接收$O(\log n)$消息，其击败了[Götte等人，SIROCCO'19]。由于该问题不能比使用指针跳转$O(\log n)$轮（这甚至需要每个节点通信$Ω(n)$位）更快地解决，我们的算法是渐近最优的。我们通过使用短随机游走来重复建立节点之间的随机连接来实现这种加速，这些节点使用[Kwok和Lau，APPROX'14]的观察来快速降低图的电导。此外，我们还展示了我们的算法如何用于有效地解决\emph{hybrid networks}中的图形问题[Augustine et al.，SODA'20]。出于这样的想法，节点拥有两种不同的通信模式，我们假设的\emph{initial}边缘的通信是不受限制的，而只有多通道的许多消息可以在边缘已建立在整个算法的执行进行通信。对于任意度的无向图$G$，我们展示了如何计算时间$O(\log n)$，w.h.p.中的连通分量，生成树和双连通分量。此外，我们展示了如何计算时间$O(…
2021-07-27 cs.DC
HSkip+: A Self-Stabilizing Overlay Network for Nodes with Heterogeneous Bandwidths
在本文中，我们提出并分析HSkip+，一个自稳定的覆盖网络的节点与任意异构带宽。HSkip+与Jacob等人[PODC 2009]提出的Skip+图具有相同的拓扑结构，但其自稳定机制明显优于Skip+提出的自稳定机制。此外，节点现在根据其带宽而不是根据其标识符来排序。已经针对具有异构带宽的覆盖网络提出了各种其他解决方案，但是它们不是自稳定的。除了HSkip+是自稳定的，它的性能与加入或离开对数直径和度以及任意带宽的对等体网络的时间和工作的最佳先前界限相当。此外，路由消息的膨胀和拥塞与此类网络的最佳先前边界相当，因此HSkip+结合了这两个世界的优势。我们的理论研究得到了模拟的支持，证明HSkip+确实比Skip+表现得更好，并且在高流失率下正确工作。
2014-11-27 cs.DC cs.DS cs.NI
Snap-Stabilizing Linear Message Forwarding
在本文中，我们提出了第一个快照稳定的消息转发协议，每个节点使用的缓冲区的数量是独立于任何全局参数，即4个缓冲区，每个链接。该协议在节点的线性链上工作，其可能是大规模和动态系统上的覆盖，例如，点对点系统，网格。. .假设拓扑结构保持线性链，并且节点“整齐地”加入和离开，则该协议容忍拓扑结构的变化。我们希望这个协议将是基础上得到类似的结果更一般的拓扑结构。
2010-06-17 cs.DC
Content-based Dynaic Routing in Structured Overlays Networks
用于基于代理的发布/订阅系统的非循环覆盖为从发布者到感兴趣的订阅者的基于内容的路由提供唯一路径。循环覆盖可以提供多个路径，然而，订阅广播过程为每个订阅生成一个基于内容的路由路径。这对在检测到拥塞时提供通知的动态路由提出了严峻的挑战，因为需要即时更新路由表以生成替代路由路径。本文介绍了第一个基于订阅的发布/订阅系统，OctopiS，它提供集群间的动态路由时，在输出队列中的拥塞被检测到。OctopiS基于正式定义的结构化循环覆盖拓扑（SCOT）。SCOT被划分为同质集群，其中每个集群具有相同数量的代理，并通过多个集群间覆盖链路连接到其他集群。这些链接用于在连接到不同集群中的代理的发布者和订阅者之间提供并行路由路径。针对数据中心网络的部署，OctopiS生成静态通知路由（SNR）算法所使用的最短长度的订阅树。动态通知路由（DNR）算法利用分簇SCOT的结构性，在不更新路由表的情况下，通过位向量机制提供簇间的动态路由，并最大限度地减少代理和拥塞链路的负载。在集群测试平台上进行的实验表明，OctopiS具有良好的可扩展性，在订阅传递过程中代理间消息数量减少了89%，订阅延迟减少了77%，静态路由和动态路由的端到端通知延迟分别减少了47%和58%，动态路由路径中代理的输出队列长度减少了59%.
2017-03-02 cs.DC
Self-stabilizing Overlays for high-dimensional Monotonic Searchability
我们将自稳定系统的单调可搜索性的概念从一维扩展到多维。如果一个系统能够从任何初始的非法状态恢复到合法状态，那么它就是自稳定的。这类系统最常用于分布式应用程序。单调可搜索性在恢复过程进行时搜索节点时提供保证。更准确地说，如果在某个节点$u$上启动的搜索请求成功到达其目的地$v$，则从$u$到$v$的所有未来搜索请求也会成功。虽然已经存在一个自稳定协议的二维拓扑结构和单调搜索的通用方法，目前还不清楚这两个概念如何有效地配合在一起。后一个概念甚至带有一些对消息的限制性假设，而我们的协议并非如此。我们提出了一个简单的新协议的自稳定二维四叉树，满足单调搜索。我们的协议可以很容易地扩展到更高的维度，并提供路由在$\mathcal O(\log n)$跳的任何搜索请求。
2018-08-30 cs.DC
Always be Two Steps Ahead of Your Enemy
我们调查的覆盖网络下的大规模流失，即节点加入和离开网络的维护。我们假设一个对手，可能会在$\mathcal{O}(\log n)$轮的过程中搅动一个恒定比例的$αn$节点。特别地，对手具有网络拓扑的几乎最新的信息，因为它可以观察到至少$2$轮旧的仅稍微过时的拓扑。除此之外，我们只有一个可证明的最小限制，即新节点只能通过至少参加过一轮网络的节点加入网络。我们的贡献如下：首先，我们表明，它是不可能的，如果对手有最新的信息，节点的连接，以保持一个连接的拓扑结构。此外，我们表明，我们的限制有关的连接也是必要的。作为我们的主要结果，提出了一种算法，构造一个新的覆盖-完全独立于所有以前的覆盖-每$2$轮。此外，每个节点每轮仅发送和接收$\mathcal{O}(\log^3 n)$消息。作为我们解决方案的一部分，我们提出了线性化DeBruijn Swarm（LDS），这是一种高度抗流失的覆盖，将由算法维护。然而，我们的方法可以被转移到各种经典的P2P拓扑节点映射到$[0,1)$ -间隔。
2021-02-06 cs.DC
Spartan: Sparse Robust Addressable Networks
对等（P2P）网络是通过建立在底层网络（通常是互联网）上的虚拟覆盖链路彼此连接的节点的动态集合。P2P网络是高度动态的，并且可能经历非常严重的扰动，即，大量节点连续地加入/离开网络。因此，建立和维护一个稳定的覆盖网络是一个重要的问题，已经被广泛研究了二十年。在本文中，我们提出了我们的\Pe覆盖网络称为稀疏鲁棒可寻址网络（斯巴达）。Spartan可以在$O(\log n)$回合内以完全分布式的方式快速有效地构建。此外，斯巴达覆盖结构可以再次以完全分布式的方式被维持，而不管对抗控制的搅动（即，节点加入和离开）以及节点数量的显著变化。此外，新节点可以在$O(1)$轮内加入委员会，并且离开节点可以在没有任何通知的情况下离开。对于任何固定的$f\ge 1$，网络中的节点数位于$[n, fn]$中。对于某些$P \in O(\log \log n)$，在$P$轮的{ \em any}周期内，最多可添加/删除$εn$节点（对于某些小但固定的$ε> 0$）。尽管网络中存在这种不确定性，但Spartan维护$Θ(n/\log n)$委员会，这些委员会是$Θ(\log n)$节点的稳定且可寻址的集合，每个$Θ(n/\log n)$委员会都以高概率用于$O(polylog(n))$轮。斯巴达的委员会也能够进行持续的计算和相互传递信息。因此，任何为静态网络设计的协议都可以在Spartan上以最小的开销进行…
2020-12-18 cs.DC cs.DS
DistHash: A robust P2P DHT-based system for replicated objects
在今天的互联网上，计算和通信环境比传统的分布式系统更加复杂和混乱，缺乏任何集中式组织或分层控制。由于P2P网络为大规模的数据共享、内容分发和应用层组播提供了良好的基础，因此P2P网络的研究受到了广泛的关注。在本文中，我们提出了DistHash，一个P2P覆盖网络，旨在共享大规模的高度动态的基础设施的背景下复制的分布式对象的大集合。我们提出了原始的解决方案，以实现最佳的消息路由的跳数和吞吐量，副本之间提供了足够的一致性方法，以及提供一个容错基板。
2011-06-27 cs.DC
Scaling atomic ordering in shared memory
本文提出TRAM，一种基于覆盖树架构的共享内存原子多播协议，相比现有共享内存协议吞吐量提升3倍以上、延迟降低2.3倍以上，并大幅优于消息传递协议。
2025-09-09 cs.DC
Fault-Tolerant Graph Realizations in the Congested Clique
本文研究了分布式计算中拥塞团模型在崩溃故障下的图实现问题。我们考虑{ \em度序列实现}，其中每个节点$v$与度值$d(v)$相关联，并且如果可以构建具有给定度的覆盖网络，则所得度序列是可实现的。我们的主要结果是一个$O(f)$轮确定性算法的度序列实现问题的$n$节点拥塞集团，其中$f$节点可能是错误的（$f<n$）。该算法使用$O(n^2)$消息。我们补充的结果与下界表明，该算法是紧的w.r.t轮数和消息的同时。我们还将我们的结果扩展到节点容量限制集团（NCC）模型，其中每个节点被限制为发送和接收最多$O(\log n)$消息每轮。在NCC模型中，我们的算法解决了度序列实现的$O(nf/\log n)$轮和$O(n^2)$消息。对于这两种设置，我们的算法的工作没有知识的$f$，故障的数量。据我们所知，这些是第一个结果的图实现问题的崩溃故障分布式网络。
2022-08-22 cs.DC
Super-fast MST Algorithms in the Congested Clique using $o(m)$ Messages
在最近的一系列结果（PODC 2015和PODC 2016）中，\emph{Congested Clique}模型中\emph{minimum spanning tree (MST)}问题的最快算法的运行时间首先从$O(\log \log n)$改进为$O(\log \log \log n)$（Hegeman等人，PODC 2015），然后是$O(\log^* n)$（Ghaffari和Parter，PODC 2016）。所有这些算法都使用$Θ(n^2)$消息，与输入图中的边数无关。本文肯定地回答了Hegeman等人提出的一个问题，并提出了第一个"超快速"的MST算法与$o(m)$消息复杂度的输入图与$m$边。具体来说，我们提出了一个算法运行在$O(\log^* n)$轮，消息复杂性$\tilde{O}(\sqrt{m \cdot n})$，然后建立在这个算法上，以获得一个家庭的算法，包含任何$\varepsilon$，$0 < \varepsilon \le 1$，一个算法运行在$O(\log^* n/\varepsilon)$轮，使用$\tilde{O}(n^{1 + \varepsilon}/\varepsilon)$消息。设置$\varepsilon = \log\log n/\log n$会导致第一个仅使用$\tilde{O}(n)$消息的亚对数轮拥塞集团MST算法。我们…
2016-10-17 cs.DC
Duet: Co-Optimizing P2P Message Propagation and Rotating-Leader Consensus
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Shanghai Academy of Future Internet Technology（上海未来互联网技术研究院）；Beijing Academy of Blockchain and Edge Computing（北京区块链与边缘计算研究院）；Fudan University（复旦大学）
该研究针对区块链中P2P网络与共识层相互不透明问题，利用区块链可抽象为状态机的特点，提出加速领导者轮转、引入可靠广播范式和构建延迟感知传播树三项改进，集成到相关系统并评估，使峰值吞吐量提升7.26倍。
2026-07-27 cs.DC
A Bounding Box Overlay for Competitive Routing in Hybrid Communication Networks
在这项工作中，我们提出了一种新的方法，在无线Ad Hoc网络的竞争几何路由。一般来说，众所周知，任何在线路由策略在最坏的情况下都表现得很差。主要的困难是无线自组织网络中的未覆盖区域，我们将其表示为无线电空穴。无线电孔的复杂形状（例如之字形形状）使得局部几何布线甚至更加困难，即，当不知道自组织网络时，在去往目的地的方向上转发的消息可能陷入死胡同或者沿着很长的迂回路线被路由。为了获得有关无线电洞的位置和形状的知识，我们使用混合网络的方法。这种方法假设我们不仅可以利用ad hoc网络，还可以利用一些蜂窝基础设施，这些基础设施用于收集有关底层ad hoc网络的知识。通过蜂窝基础设施进行通信会产生费用，因为涉及到手机供应商。因此，我们使用的蜂窝基础设施只计算路由路径的ad hoc网络。实际的数据传输发生在ad hoc网络中。为了找到好的路由路径，我们的目标是计算一个抽象的ad hoc网络中的无线电洞抽象的边界框。边界框作为孔抽象的优点是，我们只需要考虑每个孔的恒定数量的节点。我们证明了边界框是一个合适的孔抽象，使我们能够找到$c$竞争路径的情况下，在ad hoc网络的不相交的边界框。在相交的边界框的情况下，我们通过模拟表明，我们的路由策略显着优于迄今为止最好的无线自组织网络的在线路由策略。最后，我们还提出了一个路由策略，是$c$竞争的情况下，成对相交的边界框。
2019-04-10 cs.DC
Local Conditioning: Exact Message Passing for Cyclic Undirected Distributed Networks
本文讨论了无向网络局部条件（LC）中消息的求和、扩展和重排序的实际实现。特别是，传入的消息的条件下，潜在的不同子集的接收节点的相关集必须被扩展为条件下，该相关集，然后重新排序，使相应的列的条件矩阵可以通过元素的乘法融合。然后，通过对输出边上游的循环割集节点求和来减少输出消息。对实现的强调是对Fay等人提出的LC理论的主要贡献。然而，网格网络中局部条件的复杂性仍然不比聚类好。
2018-12-06 cs.DC cs.IT math.IT
RBO Protocol: Broadcasting Huge Databases for Tiny Receivers
我们提出了一个协议（称为RBO）广播长流的单包消息通过无线电信道的微小，电池供电，接收器。消息由来自某个线性有序集合的键标记。发送者重复广播许多（可能是数百万）消息的序列，而每个接收者都对接收该序列中具有指定密钥的消息感兴趣。传输被安排成使得接收器可以在任意时刻醒来并且找到其搜索的消息的最近的传输。即使它不知道消息在序列中的位置，它也只需要接收少量的其他消息（的消息头）就可以正确地定位它。因此，它可以通过保持无线电关闭大部分时间来节省能源。我们表明，位反转置换具有“递归二分法”，因此，RBO可以非常有效地实现只有常数的$\log_2 n$位变量，其中$n$是序列中的消息的总数。在具有完美同步的模型中，所需接收的总数至多为$2\log_2 n +2$。RBO的基本过程（计算下一个所需接收的时隙）只需要$O(\log^3 n)$逐位运算。我们提出了现实的模型（不完美的同步），操作系统（如TinyOS）的实现机制。
2011-08-25 cs.DB cs.DC cs.DM
Two Efficient Message-passing Exclusive Scan Algorithms
TU Wien（维也纳工业大学）
本文提出两种高效的独占扫描算法，通过平衡通信轮次和运算次数，适用于小规模输入向量，而大规模输入则需其他算法。
2026-04-28 cs.DC cs.DS
Random Sampling Applied to the MST Problem in the Node Congested Clique Model
Lotker等人提出的拥塞集团模型。[SICOMP'05]是为了提供一个简单的抽象覆盖网络。拥塞集团是一种分布式（或并行）计算模型，其中存在具有来自集合[n]的唯一标识符的$n$参与者，其在同步轮中执行计算。每一轮由无限本地计算阶段和通信阶段组成。在通信时，允许每对参与者交换大小为$O(\log n)$比特的单个消息。由于在单轮中，每个玩家甚至可以与$Θ(n)$其他玩家进行通信，因此该模型似乎非常强大，可以模拟底层网络中出现的带宽限制。在本文中，我们研究了一个限制版本的拥塞集团模型，节点拥塞集团（NCC）模型，提出了奥古斯丁等人。[arxiv 1805]，其中允许播放器在每个通信阶段仅发送/接收$O(\log n)$消息。更准确地说，我们提供了通信原语，它将Augustine等人[arxiv 1805]的MST算法的轮复杂度提高到$O(\log^3 n)$轮，并给出了解决生成森林（SF）问题的$O(\log^2 n)$轮算法。此外，我们提出了一种基于随机抽样技术的方法，由Karger等人。[JACM'95]给出了用于最小生成森林（MSF）问题的$O(\log^2 n \log Δ/ \log \log n)$轮算法。除了更快的SF/ MSF算法，我们认为关键的贡献是-一个有效的实现NCC模型中的基本协议-一个更严格的分析的特殊情况下的采样方法由Karger等人。[JACM'95]以…
2018-08-27 cs.DC cs.DS
Security Analysis of Bitcoin's V2 Transport Protocol: Exploiting Design Implications for Sustained Eclipse and Downgrade Attacks
Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）
本文分析了比特币V2传输协议的安全性，指出尽管某些攻击已被修复，但存在其他攻击路径。研究展示了网络攻击者如何利用TCP载荷长度识别应用消息，通过加密通信机制实现持续Eclipse攻击，并利用兼容性机制降级节点连接。
2026-05-19 cs.CR cs.DC cs.NI
