Browsing by Author "Haytaoğlu, Elif"

Now showing 1 - 6 of 6

Minimum Repair Bandwidth Ldpc Codes for Distributed Storage Systems
(IEEE, 2023) Pourmandi, Massoud; Pusane, Ali Emre; Arslan , Şuayb Şefik; Haytaoğlu, Elif
In distributed storage systems (DSS), an optimal code design must meet the requirements of efficient local data regeneration in addition to reliable data retention. Recently, lowdensity parity-check (LDPC) codes have been proposed as a promising candidate that can secure high data rates as well as low repair bandwidth while maintaining low complexity in data reconstruction. The main objective of this study is to optimize the repair bandwidth characteristics of LDPC code families for a DSS application while meeting the data reliability requirements. First, a data access scenario in which nodes contact other available nodes randomly to download data is examined. Later, a minimum-bandwidth protocol is considered in which nodes make their selections based on the degree numbers of check nodes. Through formulating optimization problems for both protocols, a fundamental trade-off between the decoding threshold and the repair bandwidth is established for a given code rate. Finally, conclusions are confirmed by numerical results showing that irregular constructions have a large potential for establishing optimized LDPC code families for DSS applications.
İmece-depo: İşbirlikçi Hücresel Ağlarda Veri Önbellekleme için Cihazdan Cihaza Iletişim ile Dağıtık Depolama, Optimale Yakın Kodlama ve Protokol Tasarımı.
(2023) Haytaoğlu, Elif; Pourmandı, Massoud; Kaya, Erdi; Arslan, Şefik Şuayb
Hücresel ağlarda popüler dosyaların cihazlarda önbelleklenmesi ile, cihazlar arası etkileşim baz istasyonu (Bİ) üzerine düşen iletişim yükünü oldukça azaltmaktadır. Dağıtık veri önbellekleme işlemi popüler bir dosyanın parçalarının kodlanmamış orijinal haliyle ya da herhangi bir silinti kodu kullanılarak kodlanmış halinin mobil cihazlar içerisinde dağıtık bir şekilde depolanması yardımıyla gerçekleştirilir. Dosyanın herhangi bir parçası, komşu mobil cihazlardan ya da mümkün değilse, doğrudan Bİ?lerden, yüksek bir iletişim maliyeti pahasına indirilebilir. Bir hücresel ağda, rastgele zamanlarda bazı düğümlerin hücreye katıldığı ve bazılarının ayrıldığı göz önüne alındığında, performans için Bİ ile iletişimin minimum düzeyde olmasını sağlayacak akıllı veri onarım yöntemlerine ihtiyaç duyulacaktır. Tek bir veya birden fazla Bİ?nin sisteme katılımı, önceki onarım paradigmalarına, özellikle de işbirlikçi düğüm onarım süreçlerine farklı bir boyut eklemektedir. Bunun nedeni, çalışma protokolü kurallarının yanı sıra iletişim kısıtlamalarının da değişmesidir. Literatür, bu durum için temel bant genişliği/depolama ödünleşim uzayını inceleyen bir çalışma içermemektedir. Yeni hücre mimarileri buna göre, yeni silinti kod yapılarını, verimli protokol tasarımlarını, veri erişim gecikmesi, gerçekçi kuyruk modelleri ve gerçekçi benzetim platformları dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere farklı tasarım değerlendirmelerini gerektirmektedir. Bu projede ilk olarak, daha önceki hiçbir çalışmada düşünülmemiş işbirliği yapan Bİ?lerin cihaz ayrılışlarında yaşanan kayıp verinin onarımı için bant genişliği ve depolama kapasitesinin iyileştirilmiş teorik sınırlarının veri akış diyagramları kullanılarak elde edilmesi amaçlanmıştır. Bununla beraber, bant genişliği ve depolama alanını en iyi kullanan kod yapılarından esinlenerek, veri önbellekleme işlemini optimale yakın bir maliyetle gerçekleştirecek tamamen özgün çizge tabanlı kod yapıları ve bu yeni kodlar için daha önce düğüm onarım problemine uygulanmamış genetik algoritma, optimize edilmiş artık veri dağıtımı gibi yeni yaklaşımlar kullanılarak önceden düşünülmemiş düğüm onarım algoritmaları önerilecektir. Ayrıca, düğümlerin hücreye katılma ve ayrılma süreçleri için, bant genişliği ve veri depolaması gereksinimlerini en aza indirmeye yardımcı olacak enerji tüketimi odaklı son derece özgün protokoller önerilecektir. Bu protokoller, düğümlerin bir hücreden diğerine geçiş yapabileceği ve hücre içi kaynakların etkin kullanılmasına yardımcı olmak için Bİ?lerin işbirliği yapmasını sağlayan geçiş senaryoları ile güçlendirilecektir. Bu durum, iki onarım işlemi arasındaki sürenin ayarlanması, veri erişim maliyetlerinin azaltılması, hücreye katılan düğüm içeriğinin kullanımı, artık veri kullanımı v.s. gibi yenilikleri içerecektir. Son olarak, önerilen kod yapıları ve protokol mimarisinin performansını analitik olarak türetmek için bilinen çeşitli ve daha gerçekçi kuyruklama modelleri değerlendirilecektir. Analitik sonuçlarımızı doğrulamak için daha sonra hücresel ağ tabanlı büyük ölçekli benzetimler yapılıp sayısal yöntemler ile toplam iletişim ve dosya onarım işlemlerinin maliyet hesaplamaları ve karşılaştırmaları yapılacaktır. MEF Üniversitesi öğretim üyesi Dr. Şuayb Arslan?ın yürütücüsü olduğu ve 36 ay sürecek projede, Pamukkale üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Dr. Elif Haytaoğlu araştırmacı olarak görev alacaktır. Projede, iki doktora, iki yüksek lisans ve son iki senemizde iki lisans öğrencisi bursiyer olarak görev alacaktır.
Citation - WoS: 2
Citation - Scopus: 3
Data Repair in Bs-Assisted Distributed Data Caching
(IEEE, 2020) Kaya, Erdi; Haytaoğlu, Elif; Arslan, Şuayb Şefik
In this paper, centralized and independent repair approaches based on device-to-device communication for the repair of the lost nodes have been investigated in a cellular network where distributed caching is applied whose fault tolerance is provided by erasure codes. The caching mechanisms based on Reed-Solomon codes and minimum bandwidth regenerating codes are adopted. The proposed approaches are analyzed in a simulation environment in terms of base station utilization load during the repair process. Based on the intuitive assumption that the base station is usually more costly than device-to-device communication, the centralized repair approach demonstrates a better performance than the independent repair approaches on the number of symbols retrieved from the base station. On the other hand, the centralized approach has not achieved a dramatic reduction in the number of symbols downloaded from the other devices.
Citation - WoS: 4
Citation - Scopus: 4
Cost of Guessing: Applications To Data Repair
(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2020) Arslan, Şuayb Şefik; Haytaoğlu, Elif
In this paper, we introduce the notion of cost of guessing and provide an optimal strategy for guessing a random variable taking values on a finite set whereby each choice may be associated with a positive finite cost value. Moreover, we drive asymptotically tight upper and lower bounds on the moments of cost of guessing problem. Similar to previous studies on the standard guesswork, established bounds on moments quantify the accumulated cost of guesses required for correctly identifying the unknown choice and are expressed in terms of the Rényi's entropy. A new random variable is introduced to bridge between cost of guessing and the standard guesswork and establish the guessing cost exponent on the moments of the optimal guessing. Furthermore, these bounds are shown to serve quite useful for finding repair latency cost for distributed data storage in which sparse graph codes may be utilized.
Citation - WoS: 2
Citation - Scopus: 1
Average Bandwidth-Cost Vs. Storage Trade-Off for Bs-Assisted Distributed Storage Networks
(IEEE, 2021) Tengiz, Ayse Ceyda; Haytaoğlu, Elif; Pusane, Ali Emre; Arslan, Şuayb Şefik; Pourmandi, Massoud
In this study, we consider a hierarchically structured base station (BS)-assisted cellular system equipped with a backend distributed data storage in which nodes randomly arrive and depart the cell. We numerically motivate and characterize the fundamental trade-off between the average repair bandwidth cost versus storage space where BS communication cost (higher than that of local) and link capacity constraints exist while the number of failed nodes can vary dynamically. We establish the capacity region that is most relevant to 5G and beyond networks, which are layered by design. We hope that this study shall motivate novel regeneration code constructions that will be able to achieve the presented limits.
Cooperative Network Coding for Distributed Storage Using Base Stations With Link Constraints
(arXiv, 2021) Arslan, Şuayb Şefik; Pourmandi, Massoud; Haytaoğlu, Elif
In this work, we consider a novel distributed data storage/caching scenario in a cellular setting where multiple nodes may fail/depart at the same time. In order to maintain the target reliability, we allow cooperative regeneration of lost nodes with the help of base stations allocated in a set of hierarchical layers. Due to this layered structure, a symbol download from each base station has a different cost, while the link capacities connecting the nodes of the cellular system and the base stations are also limited. In this more practical and general scenario, we present the fundamental trade-off between repair bandwidth cost and the storage space per node. Particularly interesting operating points are the minimum storage as well as bandwidth cost points in this trade-off curve. We provide closed-form expressions for the corresponding bandwidth (cost) and storage space per node for these operating points. Finally, we provide an explicit optimal code construction for the minimum storage regeneration point for a given set of system parameters.