We consider basic communication tasks in arbitrary radio networks: $k$-broadcasting and $k$-gathering. In the case of $k$-broadcasting messages from $k$ sources have to get to all nodes in the network. The goal of $k$-gathering is to collect messages from $k$ source nodes in a designated sink node. We consider these problems in the framework of distributed algorithms with advice. risko and Miller showed in 2021 that the optimal size of advice for $k$-broadcasting is $Θ(\min(\log Δ,$ $ \log k))$, where $Δ$ is equal to the maximum degree of a vertex of the input communication graph. We show that the same bound $Θ(\min(\log Δ, \log k))$ on the size of optimal labeling scheme holds also for the $k$-gathering problems. Moreover, we design fast algorithms for both problems with asymptotically optimal size of advice. For $k$-gathering our algorithm works in at most $D+k$ rounds, where $D$ is the diameter of the communication graph. This time bound is optimal even for centralized algorithms. We apply the $k$-gathering algorithm for $k$-broadcasting to achieve an algorithm working in time $O(D+\log^2 n+k)$ rounds. We also exhibit a logarithmic time complexity gap between distributed algorithms with advice of optimal size and distributed algorithms with distinct arbitrary labels.


翻译:本文研究任意无线电网络中的基本通信任务:$k$-广播与$k$-聚集。在$k$-广播场景中,来自$k$个源节点的消息需传递至网络所有节点;$k$-聚集的目标则是将$k$个源节点的消息汇集至指定汇聚节点。我们在带建议的分布式算法框架下探讨这些问题。Risko与Miller于2021年证明$k$-广播的最优建议规模为$Θ(\min(\log Δ, \log k))$,其中$Δ$为输入通信图的顶点最大度数。本文证明该边界$Θ(\min(\log Δ, \log k))$同样适用于$k$-聚集问题的最优标记方案规模。进一步地,我们为两个问题设计了具有渐近最优建议规模的快速算法:针对$k$-聚集的算法至多在$D+k$轮内完成($D$为通信图直径),该时间边界即使对集中式算法亦为最优。通过将$k$-聚集算法应用于$k$-广播,我们实现了$O(D+\log^2 n+k)$轮时间复杂度的算法。此外,本文揭示了具有最优规模建议的分布式算法与使用任意不同标签的分布式算法之间存在对数级时间复杂度差距。

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