A graph is a mathematical structure for modelling the pairwise relations between objects. This thesis studies two types of graphs, namely, similarity-based graphs and evolving graphs. We look at ways to traverse an evolving graph. In particular, we examine the influence of temporal information on node centrality. In the process, we develop EvolvingGraphs.jl, a software package for analyzing time-dependent networks. We develop Etymo, a search system for discovering interesting research papers. Etymo utilizes both similarity-based graphs and evolving graphs to build a knowledge graph of research articles in order to help users to track the development of ideas. We construct content similarity-based graphs using the full text of research papers. And we extract key concepts from research papers and exploit the temporal information in research papers to construct a concepts evolving graph.

O comportamento dinâmico das redes sem fio as torna muito peculiares e de difícil análise. No entanto, algumas destas redes, como as de sensores com funcionamento intermitente, redes periódicas ou cíclicas e as do sistema de satélites de órbita baixa têm um comportamento dinâmico relativamente previsível, pois as variações da topologia da rede no tempo são quase que determinísticas. Recentemente, um modelo teórico -- grafos evolutivos -- foi proposto com o intuito de capturar o comportamento dinâmico destas redes e formalizar algoritmos de roteamento de custo mínimo, além de outros. Os algoritmos e idéias obtidos com este modelo são teoricamente muito eficientes, mas, no entanto, antes deste trabalho não existiam estudos do uso destes modelos em situações práticas. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar a aplicabilidade da teoria de grafos evolutivos na construção de protocolos de roteamento eficientes em cenários realistas. Foram implementados dois protocolos de roteamento para redes móveis ad hoc baseados nos algoritmos de grafos evolutivos, são eles: Jornada que Chega Mais Cedo e Jornada Mais Curta. Extensivas simulações foram realizadas utilizando o simulador de redes NS2 e os resultados foram comparados com outros quatro protocolos clássicos para este tipo de rede: AODV, DSR, OLSR e DSDV. Os resultados preliminares mostram que este recente modelo tem muito potencial para ser uma ferramenta poderosa no desenvolvimento e análise de algoritmos para redes dinâmicas com comportamento previsível. No entanto, foram apontados alguns aspectos que precisam ser melhores estudados para que estes algoritmos possam ser utilizados em situações reais. / The assessment of routing protocols for wireless networks is a difficult task, because of the networks\' highly dynamic behavior and the absence of benchmarks. However, some of these networks, such as intermittent wireless sensors networks, periodic or cyclic networks, and low earth orbit satellites systems, have more predictable dynamics, as the temporal variations in the network topology are somehow deterministic, which may make them easier to study. Recently, a graph theoretic model -- the evolving graphs -- was proposed to help to capture the dynamic behavior of these networks, in view of the construction of least cost routing and other algorithms. The algorithms and insights obtained through this model are theoretically very efficient and intriguing. However, before this work there was no study on the use of such theoretical results into practical situations. Therefore, the objective of our work is to analyze the applicability of the evolving graph theory in the construction of efficient routing protocols in realistic scenarios. We use the NS2 network simulator to first implement two evolving graph based routing protocols: Foremost Journey and Shortest Journey, They are evaluated and compared to four major ad-hoc protocols: AODV, DSR, OLSR and DSDV. Interestingly, our experiments show that evolving graphs have all the potentials to be an effective and powerful tool in the development and analysis of algorithms for dynamic networks, with predictable dynamics at least. In order to make this model widely applicable, however, some practical issues still have to be addressed and incorporated into the model.

Atualmente, muitas redes com características dinâmicas estão em funcionamento (por exemplo MANETs, DTNs, redes oportunistas, etc). Neste trabalho, estudamos um modelo para estas redes chamado de Grafos Evolutivos, que permite expressar a dinamicidade das conexões entre nós por meio de uma simples extensão da estrutura comum de grafos. Esta modelagem é utilizada no arcabouço proposto por Casteigts et al. para definir algoritmos distribuídos em redes dinâmicas, que utiliza grafos evolutivos para representar a topologia da rede e renomeação de rótulos para expressar a comunicação entre os nós. Utilizamos esta abordagem para estudar o problema da exclusão mútua distribuída em redes dinâmicas e diversos algoritmos propostos para ele, a fim de definir e validar suas condições necessárias e suficientes de conectividade em redes dinâmicas. Além da formalização de algoritmos, o modelo de grafos evolutivos também pode ser utilizado para analisar redes dinâmicas. Rastros de redes dinâmicas reais são amplamente utilizados na literatura para estudos de algoritmos pois estes geram resultados mais realísticos do que redes simuladas com padrões de movimento. A partir dos detalhes de cada conexão entre nós de um destes rastros, é possível construir um grafo evolutivo, do qual se pode extrair dados como jornadas ótimas entre nós, variação da conectividade no tempo, estabilidade, e periodicidade. Com as informações mencionadas, um pesquisador pode observar com maior precisão as características do rastro, o que facilita na escolha da rede mais apropriada para sua necessidade. Além disso, o conhecimento prévio de tais características de uma rede auxilia no estudo do comportamento de algoritmos executados sobre ela e provém uma validação para suposições geralmente feitas pelos pesquisadores. Para fornecer estas informações, desenvolvemos uma ferramenta Web que analisa rastros de redes dinâmicas e agrega os dados em um formato de fácil visualização. Descrevemos, neste trabalho, a implementação e a utilidade de todos os serviços da ferramenta. / Lately, several networks with dynamic properties (for instance MANETs, DTNs, opportunistic networks, etc) are functioning. In this work, we studied a model for these networks called Evolving Graphs, which allows the expression of the dynamicity of the conections between nodes through a simple extension of the common graph structure. This model is used by the framework proposed by Casteigts et al. to define distributed algorithms in dynamic networks, which uses evolving graphs to represent the network topology and graph relabelling to express the communication between nodes. Using this approach, we study the distributed mutual exclusion problem in dynamic networks and several algorithms proposed to solve it, in order to define and validate their necessary and sufficient connectivity conditions. Apart from the formalization of algorithms, the evolving graphs model can also be used to analyze dynamic networks. Dynamic network traces are widely used in the literature in order to study algorithms, as they generate better results than simulated networks with movement patterns. From the details of every connection between nodes in a trace, it is possible to build an evolving graph, from which a large amount of information can be extracted, such as optimal journeys between nodes, variation of the conectivity over time, stability and periodicity. With the aforementioned information, a researcher might observe the characteristics of a trace more precisely, which facilitates the process of choosing the most appropriate trace for his needs. Furthermore, the early knowledge of such characteristics of a network helps in the study of the behavior of the algorithms exected over it and provides a validation for the assumptions usually made by the researchers. In order to provide this information, we developed a web tool which analyzes dynamic network traces and aggregates the data in an easily readable format. In this work, we describe the implementation and usefulness of every service in the tool.

Atualmente, muitas redes com características dinâmicas estão em funcionamento (por exemplo MANETs, DTNs, redes oportunistas, etc). Neste trabalho, estudamos um modelo para estas redes chamado de Grafos Evolutivos, que permite expressar a dinamicidade das conexões entre nós por meio de uma simples extensão da estrutura comum de grafos. Esta modelagem é utilizada no arcabouço proposto por Casteigts et al. para definir algoritmos distribuídos em redes dinâmicas, que utiliza grafos evolutivos para representar a topologia da rede e renomeação de rótulos para expressar a comunicação entre os nós. Utilizamos esta abordagem para estudar o problema da exclusão mútua distribuída em redes dinâmicas e diversos algoritmos propostos para ele, a fim de definir e validar suas condições necessárias e suficientes de conectividade em redes dinâmicas. Além da formalização de algoritmos, o modelo de grafos evolutivos também pode ser utilizado para analisar redes dinâmicas. Rastros de redes dinâmicas reais são amplamente utilizados na literatura para estudos de algoritmos pois estes geram resultados mais realísticos do que redes simuladas com padrões de movimento. A partir dos detalhes de cada conexão entre nós de um destes rastros, é possível construir um grafo evolutivo, do qual se pode extrair dados como jornadas ótimas entre nós, variação da conectividade no tempo, estabilidade, e periodicidade. Com as informações mencionadas, um pesquisador pode observar com maior precisão as características do rastro, o que facilita na escolha da rede mais apropriada para sua necessidade. Além disso, o conhecimento prévio de tais características de uma rede auxilia no estudo do comportamento de algoritmos executados sobre ela e provém uma validação para suposições geralmente feitas pelos pesquisadores. Para fornecer estas informações, desenvolvemos uma ferramenta Web que analisa rastros de redes dinâmicas e agrega os dados em um formato de fácil visualização. Descrevemos, neste trabalho, a implementação e a utilidade de todos os serviços da ferramenta. / Lately, several networks with dynamic properties (for instance MANETs, DTNs, opportunistic networks, etc) are functioning. In this work, we studied a model for these networks called Evolving Graphs, which allows the expression of the dynamicity of the conections between nodes through a simple extension of the common graph structure. This model is used by the framework proposed by Casteigts et al. to define distributed algorithms in dynamic networks, which uses evolving graphs to represent the network topology and graph relabelling to express the communication between nodes. Using this approach, we study the distributed mutual exclusion problem in dynamic networks and several algorithms proposed to solve it, in order to define and validate their necessary and sufficient connectivity conditions. Apart from the formalization of algorithms, the evolving graphs model can also be used to analyze dynamic networks. Dynamic network traces are widely used in the literature in order to study algorithms, as they generate better results than simulated networks with movement patterns. From the details of every connection between nodes in a trace, it is possible to build an evolving graph, from which a large amount of information can be extracted, such as optimal journeys between nodes, variation of the conectivity over time, stability and periodicity. With the aforementioned information, a researcher might observe the characteristics of a trace more precisely, which facilitates the process of choosing the most appropriate trace for his needs. Furthermore, the early knowledge of such characteristics of a network helps in the study of the behavior of the algorithms exected over it and provides a validation for the assumptions usually made by the researchers. In order to provide this information, we developed a web tool which analyzes dynamic network traces and aggregates the data in an easily readable format. In this work, we describe the implementation and usefulness of every service in the tool.

O comportamento dinâmico das redes sem fio as torna muito peculiares e de difícil análise. No entanto, algumas destas redes, como as de sensores com funcionamento intermitente, redes periódicas ou cíclicas e as do sistema de satélites de órbita baixa têm um comportamento dinâmico relativamente previsível, pois as variações da topologia da rede no tempo são quase que determinísticas. Recentemente, um modelo teórico -- grafos evolutivos -- foi proposto com o intuito de capturar o comportamento dinâmico destas redes e formalizar algoritmos de roteamento de custo mínimo, além de outros. Os algoritmos e idéias obtidos com este modelo são teoricamente muito eficientes, mas, no entanto, antes deste trabalho não existiam estudos do uso destes modelos em situações práticas. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar a aplicabilidade da teoria de grafos evolutivos na construção de protocolos de roteamento eficientes em cenários realistas. Foram implementados dois protocolos de roteamento para redes móveis ad hoc baseados nos algoritmos de grafos evolutivos, são eles: Jornada que Chega Mais Cedo e Jornada Mais Curta. Extensivas simulações foram realizadas utilizando o simulador de redes NS2 e os resultados foram comparados com outros quatro protocolos clássicos para este tipo de rede: AODV, DSR, OLSR e DSDV. Os resultados preliminares mostram que este recente modelo tem muito potencial para ser uma ferramenta poderosa no desenvolvimento e análise de algoritmos para redes dinâmicas com comportamento previsível. No entanto, foram apontados alguns aspectos que precisam ser melhores estudados para que estes algoritmos possam ser utilizados em situações reais. / The assessment of routing protocols for wireless networks is a difficult task, because of the networks\' highly dynamic behavior and the absence of benchmarks. However, some of these networks, such as intermittent wireless sensors networks, periodic or cyclic networks, and low earth orbit satellites systems, have more predictable dynamics, as the temporal variations in the network topology are somehow deterministic, which may make them easier to study. Recently, a graph theoretic model -- the evolving graphs -- was proposed to help to capture the dynamic behavior of these networks, in view of the construction of least cost routing and other algorithms. The algorithms and insights obtained through this model are theoretically very efficient and intriguing. However, before this work there was no study on the use of such theoretical results into practical situations. Therefore, the objective of our work is to analyze the applicability of the evolving graph theory in the construction of efficient routing protocols in realistic scenarios. We use the NS2 network simulator to first implement two evolving graph based routing protocols: Foremost Journey and Shortest Journey, They are evaluated and compared to four major ad-hoc protocols: AODV, DSR, OLSR and DSDV. Interestingly, our experiments show that evolving graphs have all the potentials to be an effective and powerful tool in the development and analysis of algorithms for dynamic networks, with predictable dynamics at least. In order to make this model widely applicable, however, some practical issues still have to be addressed and incorporated into the model.

Les réseaux dynamiques sont constitués d’entités établissant des contacts les unes avec les autres dans le temps. Un défi majeur dans les réseaux dynamiques est de prédire les modèles de mobilité et de décider si l’évolution de la topologie satisfait aux exigences du succès d’un algorithme donné. Les types de dynamique résultant de ces réseaux sont variés en échelle et en nature. Par exemple,certains de ces réseaux restent connexes tout le temps; d’autres sont toujours déconnectés mais offrent toujours une sorte de connexité dans le temps et dans l’espace(connexité temporelle); d’autres sont connexes de manière récurrente, périodique,etc. Tous ces contextes peuvent être représentés sous forme de classes de graphes dynamiques correspondant à des conditions nécessaires et/ou suffisantes pour des problèmes ou algorithmes distribués donnés. Étant donné un graphe dynamique,une question naturelle est de savoir à quelles classes appartient ce graphe. Dans ce travail, nous apportons une contribution à l’automatisation de la classification de graphes dynamiques. Nous proposons des stratégies pour tester l’appartenance d’un graphe dynamique à une classe donnée et nous définissons un cadre générique pour le test de propriétés dans les graphes dynamiques. Nous explorons également le cas où aucune propriété sur le graphe n’est garantie, à travers l’étude du problème de maintien d’une forêt d’arbres couvrants dans un graphe dynamique. / Dynamic networks consist of entities making contact over time with one another. A major challenge in dynamic networks is to predict mobility patterns and decide whether the evolution of the topology satisfies requirements for the successof a given algorithm. The types of dynamics resulting from these networks are varied in scale and nature. For instance, some of these networks remain connected at all times; others are always disconnected but still offer some kind of connectivity over time and space (temporal connectivity); others are recurrently connected,periodic, etc. All of these contexts can be represented as dynamic graph classes corresponding to necessary or sufficient conditions for given distributed problems or algorithms. Given a dynamic graph, a natural question to ask is to which of the classes this graph belongs. In this work we provide a contribution to the automation of dynamic graphs classification. We provide strategies for testing membership of a dynamic graph to a given class and a generic framework to test properties in dynamic graphs. We also attempt to understand what can still be done in a context where no property on the graph is guaranteed through the distributed problem of maintaining a spanning forest in highly dynamic graphs.