Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.24
no.11
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pp.1558-1561
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2020
In this paper, we propose a blockchain scheme to enhance fault tolerance in distributed storage blockchain systems. Traditional blockchain systems suffer from ever-increasing storage cost. To overcome this problem, distributed storage blockchain techniques have been proposed. Distributed storage blockchain schemes effectively reduce the storage cost, but there are still limitations in reducing recovery cost and fault tolerance. The proposed approach recovers multiple errors within a group by utilizing locally repairable codes with availability. This improves the fault tolerance of the blockchain systems. Simulation results show that the proposed scheme enhances the fault tolerance while minimizing storage cost and recovery cost compared to other state-of-art schemes.
Tiantian Wang;Jing Wang;Haipeng Wang;Jie Meng;Chunlei Yu;Shuxia Wang
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.4
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pp.1182-1199
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2023
Fractional repetition (FR) codes can achieve exact uncoded repair for multiple failed nodes, with lower computational complexity and bandwidth overhead, and effectively improve repair performance in distributed storage systems (DSS). The actual distributed storage system is dynamic, that is, the parameters such as node storage overhead and number of storage nodes will change randomly and dynamically. Considering that traditional FR codes cannot be flexibly applied to dynamic distributed storage systems, a new construction scheme of adaptive-and-resolvable FR codes based on hypergraph coloring is proposed in this paper. Specifically, the linear uniform regular hypergraph can be constructed based on the heuristic algorithm of hypergraph coloring proposed in this paper. Then edges and vertices in hypergraph correspond to nodes and coded packets of FR codes respectively, further, FR codes is constructed. According to hypergraph coloring, the FR codes can achieve rapid repair for multiple failed nodes. Further, FR codes based on hypergraph coloring can be generalized to heterogeneous distributed storage systems. Compared with Reed-Solomon (RS) codes, simple regenerating codes (SRC) and locally repairable codes (LRC), adaptive-and-resolvable FR codes have significant advantages over repair locality, repair bandwidth overhead, computational complexity and time overhead during repairing failed nodes.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.9
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pp.2134-2153
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2013
A network-coding-based scheme is proposed to improve the energy efficiency of distributed storage systems in WSNs (Wireless Sensor Networks). We mainly focus on two problems: firstly, consideration is given to effective distributed storage technology; secondly, we address how to effectively repair the data in failed storage nodes. For the first problem, we propose a method to obtain a sparse generator matrix to construct network codes, and this sparse generator matrix is proven to be the sparsest. Benefiting from this matrix, the energy consumption required to implement distributed storage is reduced. For the second problem, we designed a network-coding-based iterative repair method, which adequately utilizes the idea of re-encoding at intermediate nodes from network coding theory. Benefiting from the re-encoding, the energy consumption required by data repair is significantly reduced. Moreover, we provide an explicit lower bound of field size required by this scheme, which implies that it can work over a small field and the required computation overhead is very low. The simulation result verifies that the proposed scheme not only reduces the total energy consumption required to implement distributed storage system in WSNs, but also balances energy consumption of the networks.
A massive distributed storage system is the foundation for big data operations. Access latency performance is a key metric in distributed storage systems since it greatly impacts user experience while existing codes mainly focus on improving performance such as storage overhead and repair cost. By generating parity nodes from parity nodes, in this paper we design new XOR-based erasure codes hierarchical tree structure code (HTSC) and high failure tolerant HTSC (FH HTSC) to reduce access latency in distributed storage systems. By comparing with other popular and representative codes, we show that, under the same repair cost, HTSC and FH HTSC codes can reduce access latency while maintaining favorable performance in other metrics. In particular, under the same repair cost, FH HTSC can achieve lower access latency, higher or equal failure tolerance and lower computation cost compared with the representative codes while enjoying similar storage overhead. Accordingly, FH HTSC is a superior choice for applications requiring low access latency and outstanding failure tolerance capability at the same time.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.7
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pp.3583-3598
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2019
In order to improve the reliability and repair efficiency of distributed storage systems, minimum bandwidth regenerating (MBR) codes based on cyclic variable fractional repetition (VFR) codes are constructed in this thesis, which can repair failed nodes accurately. Specifically, in order to consider the imbalance of data accessed by the users, cyclic VFR codes are constructed according to that data with different heat degrees are copied in different repetition degrees. Moreover, we divide the storage nodes into groups, and construct MBR codes based on cyclic VFR codes to improve the file download speed. Performance analysis and simulation results show that, the repair locality of a single node failure is always 2 when MBR codes based on cyclic VFR codes are adopted in distributed storage systems, which is obviously superior to the traditional MBR codes. Compared with RS codes and simple regenerating codes, the proposed MBR codes based on cyclic VFR codes have lower repair locality, repair complexity and bandwidth overhead, as well as higher repair efficiency. Moreover, relative to FR codes, the MBR codes based on cyclic VFR codes can be applicable to more storage systems.
Kim, Cheiyol;Kim, Dongoh;Kim, Hongyeon;Kim, Youngkyun;Seo, Daewha
Journal of Korea Multimedia Society
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v.19
no.8
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pp.1487-1497
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2016
Explosively growing service of digital multimedia data increases the need for highly scalable low-cost storage. This paper proposes the new storage architecture based on torus network which does not need network switch and erasure coding for efficient storage usage for high scalability and efficient disk utilization. The proposed model has to compensate for the disadvantage of long network latency and network processing overhead of torus network. The proposed storage model was compared to two most popular distributed file system, GlusterFS and Ceph distributed file systems through a prototype implementation. The performance of prototype system shows outstanding results than erasure coding policy of two file systems and mostly even better results than replication policy of them.
Recently, a product-matrix (PM) framework was proposed to construct optimal regenerating codes for homogeneous distributed storage systems (DSSs). In this paper, we propose an extended PM (EPM) framework for coding of heterogeneous DSSs having different repair bandwidths but identical storage capacities. Based on the EPM framework, an explicit construction of minimum remote-repair bandwidth regenerating (MRBR) codes is presented for a specific heterogeneous DSS, where two geographically different datacenters with associated storage nodes are deployed. The data reconstruction and regeneration properties of the MRBR code are proved strictly. For the purpose of demonstration, an example implementation of MRBR code is provided. The presented MRBR code is the first optimal strict-regenerating code for heterogeneous DSSs. In addition, our proposed EPM framework can be applied to homogeneous systems also.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.6
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pp.2606-2626
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2016
This article investigates the distributed data storage problem in the space information network (SIN) using distributed fountain codes. Since space nodes in the SIN are resource-limited, in order to reduce energy consumption while improving the storage reliability, an efficient distributed storage based on fountain codes and probabilistic broadcasting (DSFPB) strategy is proposed. In the proposed strategy, source packets are disseminated among the entire network according to probabilistic broadcasting (PBcast), and the final degree distribution is close to the desired robust soliton distribution (RSD), this is benefited from the appropriate packets encoding procedure of the proposed strategy. As presented by the analysis and simulations, the total cost of data dissemination is greatly reduced compared with existing representative strategies, while improving the decoding performance.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37
no.8C
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pp.670-679
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2012
The recent dissemination of cloud computing makes the amount of data storage to be increased and the cost of storing the data grow rapidly. Accordingly, data and service requests from users also increases the load on the cloud storage. There have been many works that tries to provide low-cost and high-performance schemes on distributed file systems. However, most of them have some weaknesses on performing parallel and random data accesses as well as data accesses of frequent small workloads. Recently, improving the performance of distributed file system based on caching technology is getting much attention. In this paper, we propose a CHPC(Cloud storage High-Performance Caching) framework, providing parallel caching, distributed caching, and proxy caching in distributed file systems. This study compares the proposed framework with existing cloud systems in regard to the reduction of the server's disk I/O, prevention of the server-side bottleneck, deduplication of the page caches in each client, and improvement of overall IOPS. As a results, we show some optimization possibilities on the cloud storage systems based on some evaluations and comparisons with other conventional methods.
Optimal operation of a combined sewer network with distributed storage facilities aims to use the whole retention capacity of all reservoirs efficiently before overflows take place somewhere in the considered network system. An efficient real-time network control (RTNC) strategy has been emerging as an attractive approach for reducing substantially the overflows from a sewer network compared to the conventional fixed or manually adjusted gate setting method, but the related concrete framework for RTC development has not been throughly introduced so far. The main goal of this study is to give a detailed description of the RTNC systems via reviewing several guidelines published abroad, and finally to suggest methods for the proper application of RTNC on distributed storage facilities. Especially, this study is focused on emphasizing the importance of hierarchical structure of RTNC system that consists of three control layers (management, global control and local control). Further, with regard to the global control layer which is responsible for the central overall network control, the wide-ranging details of two components (adaption and optimization layers) are also presented. This study can provide the valuable basis for the RTNC implementation in the particular sewer network with distributed multiple storage facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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