• 제목/요약/키워드: Quorum Based Systems

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A Survey on Asynchronous Quorum-Based Power Saving Protocols in Multi-Hop Networks

  • Imani, Mehdi;Joudaki, Majid;Arabnia, Hamid R.;Mazhari, Niloofar
    • Journal of Information Processing Systems
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    • 제13권6호
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    • pp.1436-1458
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    • 2017
  • Quorum-based algorithms are widely used for solving several problems in mobile ad hoc networks (MANET) and wireless sensor networks (WSN). Several quorum-based protocols are proposed for multi-hop ad hoc networks that each one has its pros and cons. Quorum-based protocol (QEC or QPS) is the first study in the asynchronous sleep scheduling protocols. At the time, most of the proposed protocols were non-adaptive ones. But nowadays, adaptive quorum-based protocols have gained increasing attention, because we need protocols which can change their quorum size adaptively with network conditions. In this paper, we first introduce the most popular quorum systems and explain quorum system properties and its performance criteria. Then, we present a comparative and comprehensive survey of the non-adaptive and adaptive quorum-based protocols which are subsequently discussed in depth. We also present the comparison of different quorum systems in terms of the expected quorum overlap size (EQOS) and active ratio. Finally, we summarize the pros and cons of current adaptive and non-adaptive quorum-based protocols.

Quorum based Peer to Peer Key Sharing Protocol over Wireless Sensor Networks

  • Yang, Soong-Yeal;Won, Nam-Sik;Kim, Hyun-Sung;Lee, Sung-Woon
    • 한국산업정보학회:학술대회논문집
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    • 한국산업정보학회 2008년도 추계 공동 국제학술대회
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    • pp.445-448
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    • 2008
  • The key establishment between nodes is one of the most important issues to secure the communication in wireless sensor networks. Some researcher used the probabilistic key sharing scheme with a pre-shared key pool to reduce the number of keys and the key disclosure possibility. However, there is a potential possibility that some nodes do not have a common share in the key pool. The purpose of this paper is to devise a peer to peer key sharing protocol (PPKP) based on Quorum system and Diffie-Hellman key exchange scheme (DHS). The PPKP establishes a session key by creating a shared key using the DHS and then scrambles it based on Quorum system to secure that. The protocol reduces the number of necessary keys than the previous schemes and could solve the non-common key sharing possibility problem in the probabilistic schemes.

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Energy-Efficient Quorum-Based MAC Protocol for Wireless Sensor Networks

  • Annabel, L. Sherly Puspha;Murugan, K.
    • ETRI Journal
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    • 제37권3호
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    • pp.480-490
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    • 2015
  • The reliability of sensor networks is generally dependent on the battery power of the sensor nodes that it employs; hence it is crucial for the sensor nodes to efficiently use their battery resources. This research paper presents a method to increase the reliability of sensor nodes by constructing a connected dominating tree (CDT), which is a subnetwork of wireless sensor networks. It detects the minimum number of dominatees, dominators, forwarder sensor nodes, and aggregates, as well as transmitting data to the sink. A new medium access control (MAC) protocol, called Homogenous Quorum-Based Medium Access Control (HQMAC), is also introduced, which is an adaptive, homogenous, asynchronous quorum-based MAC protocol. In this protocol, certain sensor nodes belonging to a network will be allowed to tune their wake-up and sleep intervals, based on their own traffic load. A new quorum system, named BiQuorum, is used by HQMAC to provide a low duty cycle, low network sensibility, and a high number of rendezvous points when compared with other quorum systems such as grid and dygrid. Both the theoretical results and the simulation results proved that the proposed HQMAC (when applied to a CDT) facilitates low transmission latency, high delivery ratio, and low energy consumption, thus extending the lifetime of the network it serves.

이동 컴퓨팅 시스템을 위한 Quorum 기반 동적 위치 관리 기법 (A Quorum-Based Dynamic Location Management Method for Mobile Computing Systems)

  • 배인한;김윤정;김윤정
    • 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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    • 제26권10호
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    • pp.1217-1224
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    • 1999
  • 이동 호스트들의 위치 정보를 관리하는 것은 이동 컴퓨터 시스템에서 중요한 문제이다. 이동 호스트가 이동할 때 위치 수정과 위치 탐색간에는 상반관계가 존재한다. 본 논문에서는 위치 서버를 이용한 간단한 quorum 기반 분산 동적 위치 관리 방법을 제안한다. 이 방법에서는 이동 호스트들의 위치 정보가 모든 위치 레지스터가 아닌 위치 레지스터들의 부분집합에서 효율적으로 관리되기 때문에 위치 수정 비용과 위치 탐색 비용이 감소된다. 그리고 위치 레지스터들의 부분집합은 동적으로 변하고, 각 위치 서버의 부하는 이동 호스트에 대한 질의율을 고려하므로 균등해진다. 제안된 알고리즘의 성능은 위치 수정비용과 위치 탐색비용의 전체비용으로 평가되었고, Prakash의 알고리즘과 비교되었다.Abstract Managing location information of mobile hosts is an important issue in mobile computing systems. There is a trade-off between location update and search, when a mobile host moves. This paper proposes a simple quorum-based distributed dynamic location management method using location registers. The cost of location updates and searches is reduced by our method because the location information of mobile hosts is managed efficiently in a subset of location registers instead of in all location registers. In our method, the subset of location registers is dynamically changed, and the load of each location register is balanced by considering query rate for mobile hosts. The performance of proposed algorithm is evaluated in terms of the total cost of a location update and a location search, and is compared with Prakash's algorithm.

Quorum-based Key Management Scheme in Wireless Sensor Networks

  • Wuu, Lih-Chyau;Hung, Chi-Hsiang;Chang, Chia-Ming
    • KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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    • 제6권9호
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    • pp.2442-2454
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    • 2012
  • To ensure the security of wireless sensor networks, it is important to have a robust key management scheme. In this paper, we propose a Quorum-based key management scheme. A specific sensor, called as key distribution server (KDS), generates a key matrix and establishes a quorum system from the key matrix. The quorum system is a set system of subsets that the intersection of any two subsets is non-empty. In our scheme, each sensor is assigned a subset of the quorum system as its pre-distributed keys. Whenever any two sensors need a shared key, they exchange their IDs, and then each sensor by itself finds a common key from its assigned subset. A shared key is then generated by the two sensors individually based on the common key. By our scheme, no key is needed to be refreshed as a sensor leaves the network. Upon a sensor joining the network, the KDS broadcasts a message containing the joining sensor ID. After receiving the broadcast message, each sensor updates the key which is in common with the new joining one. Only XOR and hash operations are required to be executed during key update process, and each sensor needs to update one key only. Furthermore, if multiple sensors would like to have a secure group communication, the KDS broadcasts a message containing the partial information of a group key, and then each sensor in the group by itself is able to restore the group key by using the secret sharing technique without cooperating with other sensors in the group.

지능형 홈네트워크에서 퍼지 논리 기반의 쿼럼 시스템을 적용한 P2P-SIP 구조의 설계 및 분석 (Design and Performance Analysis of P2P-SIP Structure Applied of Quorum System based on Fuzzy Logic in an Intelligent Home Network)

  • 김승원;김문현
    • 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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    • 제3권4호
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    • pp.115-124
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    • 2014
  • 신규 사업자의 홈네트워크 시스템 구축은 많은 비용이 필요하기 때문에 진입 장벽이 높다. 만약 낮은 구축비용으로 고성능의 홈네트워크 시스템 구축이 가능하다면 매우 매력적일 것이다. 홈네트워크를 P2P-SIP(Peer to peer - Session Initiation Protocol) 구조로 구성한다면 서버로 집중되는 트래픽을 분산시켜 서버의 유지 보수 비용을 줄이고, 높은 가용성을 유지할 수 있다. 또한, 퍼지 논리 기반의 쿼럼 시스템을 적용한다면 단말의 위치 정보를 효율적으로 관리할 수 있다. 본 논문에서는 다음과 같이 낮은 비용으로 홈네트워크 시스템을 구축할 수 있는 퍼지(Fuzzy)논리 기반의 쿼럼(Quorum) 시스템을 적용한 P2P-SIP 구조를 제안하며 기존 구조와의 비교를 통해 매우 우수한 성능의 구조임을 알 수 있었다.

사물인터넷에서 분산 발행/구독 구조를 위한 하이퍼큐브 격자 쿼럼의 설계 및 응용 (Design and Its Applications of a Hypercube Grid Quorum for Distributed Pub/Sub Architectures in IoTs)

  • 배인한
    • 한국멀티미디어학회논문지
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    • 제25권8호
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    • pp.1075-1084
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    • 2022
  • Internet of Things(IoT) has become a key available technology for efficiently implementing device to device(D2D) services in various domains such as smart home, healthcare, smart city, agriculture, energy, logistics, and transportation. A lightweight publish/subscribe(Pub/Sub) messaging protocol not only establishes data dissemination pattern but also supports connectivity between IoT devices and their applications. Also, a Pub/Sub broker is deployed to facilitate data exchange among IoT devices. A scalable edge-based publish/subscribe (Pub/Sub) broker overlay networks support latency-sensitive IoT applications. In this paper, we design a hypercube grid quorum(HGQ) for distributed Pub/Sub systems based IoT applications. In designing HGQ, the network of hypercube structures suitable for the publish/subscribe model is built in the edge layer, and the proposed HGQ is designed by embedding a mesh overlay network in the hypercube. As their applications, we propose an HGQ-based mechansim for dissemination of the data of sensors or the message/event of IoT devices in IoT environments. The performance of HGQ is evaluated by analytical models. As the results, the latency and load balancing of applications based on the distributed Pub/Sub system using HGQ are improved.

단순화된 메타데이타를 이용한 고스트 기반 정족수 동의 기법의 개선 (Quorum Consensus Method based on Ghost using Simplified Metadata)

  • 조성연;김태윤
    • 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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    • 제27권1호
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    • pp.34-43
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    • 2000
  • 중복 데이타는 분산 시스템에서 결함을 포용하는 방법 중 하나로 여러 복사본들의 일관성을 유지하기 위하여 복제 제어 프로토콜(replica control protocol)을 필요로 한다. 복제 제어 프로토콜 중 정 족수 동의 기법(quorum consensus method)은 정족수 이상의 동의를 얻어서 데이타에 접근하는 방법이다. 그런데 사이트나 통신 링크의 실패로 인하여 정족수 이상의 동의를 얻을 수 없으면 데이타 접근이 불가능하게 되므로 부족한 정족수를 고스트(ghost)로 대치하는 방법이 필요하다. 고스트는 메타 데이타(meta data)에 상태 정보만을 저장한 프로세스이기 때문에 생성과 관리의 비용을 줄이려면 메타 데이타를 간략화 시키는 것이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 동료 집합을 이용하여 메타 데이타를 구성하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 2N+logN 비트만으로 메타 데이타를 구성할 수 있게 하고 동료 집합만을 이용하는 프로토콜이나 동적 선형 보우팅 프로토콜보다 향상된 가용성을 나타낸다. 제안된 방법의 가용성은 마코브 모델(Markov model)을 이용하여 측정하고 그 결과를 다른 프로토콜들과 비교 분석한다.

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IoT 응용을 위한 결함 포용 발행/구독 시스템의 설계 및 평가 (Design and Evaluation of a Fault-tolerant Publish/Subscribe System for IoT Applications)

  • 배인한
    • 한국멀티미디어학회논문지
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    • 제24권8호
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    • pp.1101-1113
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    • 2021
  • The rapid growth of sense-and-respond applications and the emerging cloud computing model present a new challenge: providing publish/subscribe middleware as a scalable and elastic cloud service. The publish/subscribe interaction model is a promising solution for scalable data dissemination over wide-area networks. In addition, there have been some work on the publish/subscribe messaging paradigm that guarantees reliability and availability in the face of node and link failures. These publish/subscribe systems are commonly used in information-centric networks and edge-fog-cloud infrastructures for IoT. The IoT has an edge-fog cloud infrastructure to efficiently process massive amounts of sensing data collected from the surrounding environment. In this paper. we propose a quorum-based hierarchical fault-tolerant publish/subscribe systems (QHFPS) to enable reliable delivery of messages in the presence of link and node failures. The QHFPS efficiently distributes IoT messages to the publish/subscribe brokers in fog overlay layers on the basis of proposing extended stepped grid (xS-grid) quorum for providing tolerance when faced with node failures and network partitions. We evaluate the performance of QHFPS in three aspects: number of transmitted Pub/Sub messages, average subscription delay, and subscritpion delivery rate with an analytical model.

계산 그리드에서의 시변 쿼럼 상태 예측을 기반으로 한 QoS 제약 자원 재구성 방법 (QoS-Constrained Resource Reconfiguration Scheme based on Temporal Quorum Status Estimation in Computational Grids)

  • Byungsang, Kim;Dong Su, Nam;Bong Hwan, Lee
    • 한국정보과학회논문지:정보통신
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    • 제31권5호
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    • pp.460-468
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    • 2004
  • Quality of Service (QoS) 제약을 통한 자원관리 정책은 사용자에 의해 요구되는 서비스를 보장해줄 수 있는 장점을 가지고 있다. 쿼럼 시스템은 중복되어 저장되어 있는 데이타의 무결성과 가용성을 보장해 줄 수 있는 특성을 의미한다. 이 논문에서 우리는 사용자의 응용프로그램이 요구하는 시스템 자원 및 네트워크 자원의 QoS를 만족시킬 수 있는 쿼럼 기반의 자원관리방법을 제안한다. 또한 우리는 쿼럼 시스템내의 자원에서 실행되고 있는 응용프로그램의 실행시간을 통하여 자원의 상태예측을 하고 기대되는 자원의 서비스 수준을 유지하기 위한 자원의 재구성기법을 제안하고 있다. 자원의 재구성은 현재의 가용한 쿼럼내의 자원의 집합을 요구되는 서비스 수준으로 새롭게 재구성하는 것을 의미한다. 자원 재구성 정책의 효율성을 평가하기 위해서 우리는 인공심장혈류해석 병렬 프로그램을 사용하였다. 실험결과는 자원의 재구성 방식이 자원의 재구성 방식을 채택하지 않은 경우와 비교해서 응용프로그램의 실행완료시간을 감소시킬 뿐 아니라 실행환경의 안정성을 증가시키고 있다.