Earticle

With the advent of the 5G era, the rapid growth in demand for mobile content services has increased the need for additional backhaul investment. To meet this demand, employing a content delivery network (CDN) and optical access solution near the last mile has become essential for the configuration of 5G networks. In this paper, a cache-enabled architecture using the passive optical network (PON) is presented to serve video on demand (VoD) for users. For efficient use of mobile backhaul, I propose a request deduplication scheme (RDS) that can provide all the requested services missed in cache with minimum bandwidth by eliminating duplicate requests for movies within tolerable range of the quality of service (QoS). The performance of the proposed architecture is compared with and without RDS in terms of the number of requests arriving at the origin server (OS), hit ratio, and improvement ratio according to user requests and cache sizes.

모바일 P2P 네트워크에서 사용자 요청을 효과적으로 처리하기 위해 캐시 공유 기법들이 연구되고 있다. 본 논문에서는 모바일 P2P 네트워크에서 피어의 연결성에 기반을 둔 클러스터를 구축하여 캐시를 공유하는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 연결성이 오랫동안 유지될 수 있는 피어들을 하나의 클러스터로 구성하여 캐시를 공유한다. 클러스터 내부에 있는 피어들의 캐시를 하나로 사용함으로써 데이터의 중복을 감소시키고 캐시 공간을 효율적으로 사용한다. 또한, 캐시 공간을 데이터 캐시와 임시 캐시 두 부분으로 분할하여 사용한다. 임시 캐시를 활용하여 클러스터의 토폴로지가 변경되거나 캐시 데이터 교체 시, 지연시간을 감소시킬 수 있다. 일반적인 기법은 협력적 캐시 처리 절차를 통해 질의가 전달되지만 통신비용을 줄이기 위해 1-홉 피어 캐시확인과 클러스터 헤더로 가는 경로에 있는 피어의 캐시를 확인한다. 성능 평가 결과 제안하는 기법이 기존 기법에 비해 캐시 적중률도 높고 지연시간을 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.

Recently, cache sharing methods have been studied in order to effectively reply to user requests in mobile P2P networks. In this paper, we propose a cache sharing scheme based on a cluster considering the peer connectivity in mobile P2P networks. The proposed scheme shares caches by making a cluster that consists of peers preserving the connectivity among them for a long time. The proposed scheme reduces data duplication to efficiently use the cache space in a cluster. The cache space is divided into two parts with a data cache and a temporary cache for a cache space. It is possible to reduce the delay time when the cluster topology is changed or the cache data is replaced utilizing a temporary cache. The proposed scheme checks the caches of peers in a route to a cluster header and the caches of one-hop peers in order to reduce the communication cost. It is shown through performance evaluation that the proposed scheme outperforms the existing schemes.

본 논문에서는 소형 파일을 효율적으로 접근하기 위한 분산 캐시 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 다수의 소형 파일을 병합하여 청크에 저장함으로써, 네임 노드에서 관리해야 할 메타데이터 수를 감소시킨다. 또한, 클라이언트와 데이터 노드의 캐시를 사용하여 요청된 파일들의 정보를 유지함으로써 소형 파일 접근 비용을 줄인다. 이때, 클라이언트의 캐시에는 사용자가 요청한 소형 파일과 메타데이터가 유지되며, 각 데이터 노드의 캐시에는 여러 사용자들이 빈번하게 요청했던 소형 파일을 유지한다. 성능 평가를 통해 제안하는 분산 캐시 관리 기법이 기존 기법에 비해 소형 파일 접근 비용을 크게 감소시킴을 보인다.

In this paper, we propose the distributed cache management scheme to efficiently access small files in Hadoop Distributed File Systems(HDFS). The proposed scheme can reduce the number of metadata managed by a name node since many small files are merged and stored in a chunk. It is also possible to reduce the file access costs, by keeping the information of requested files using the client cache and data node caches. The client cache keeps small files that a user requests and metadata. Each data node cache keeps the small files that are frequently requested by users. It is shown through performance evaluation that the proposed scheme significantly reduces the processing time over the existing scheme.

비휘발성, 저전력 소모, 안정성 등의 장점을 가진 NAND 플래시 메모리는 고집적화, 대용량화, 저가격화를 통하여 다양한 디지털시스템의 데이터 저장장치로 사용되고 있다. 플래시 메모리의 다양한 분야에서의 응용 확대와 동시에 플래시 메모리의 대용량화는 플래시 메모리의 주소 변환 테이블의 전체 크기를 증가시켜 SRAM에 저장하기에 용량이 부족한 문제점을 발생시킨다. 본 논문에서는 하이브리드 변환 기법 기반의 플래시 메모리 파일 시스템에서 페이지 주소 캐시를 이용한 효율적인 주소 테이블 관리 정책을 제안한다. 제안하는 기법은 다양한 메타 데이터 기반의 전체 테이블의 정보를 맵블록을 이용하여 효율적으로 통합 관리함으로써 높은 성능을 유지할 수 있다. PC 환경에서의 다양한 응용프로그램을 실험한 결과 제안하는 페이지 주소 캐시는 2.5% 이하의 낮은 미스율로 높은 효율성을 유지하며 전체 쓰기 연산 요청에서 평균 33%의 실제 쓰기 연산의 실행으로 전체 쓰기 연산에서 발생하는 오버헤드를 줄여 주었다.

Flash memory has been used by many digital devices for data storage, exploiting the advantages of non-volatility, low power, stability, and so on, with the help of high integrity, large capacity, and low price. As the fast growing popularity of flash memory, the density of it increases so significantly that its entire address mapping table becomes too big to be stored in SRAM. This paper proposes the associated page address cache with an efficient table management scheme for hybrid flash translation layer mapping. For this purpose, all tables are integrated into a map block containing entire physical page tables. Simulation results show that the proposed scheme can save the extra memory areas and decrease the searching time with less 2.5% of miss ratio on PC workload and can decrease the write overhead by performing write operation 33% out of total writes requested.

Because of the fast growing volume of web documents during the past decades, the efficiency of the web search engine has become more crucial than ever. Such efficiency can be estimated with both factors of the query relevance of search results answered and the financial cost for query processing. Between them, the ways for improving query relevance of web searches have been intensively studied in the research topics like hyperlink-based ranking, topic-sensitive document classifications, and semantic-awareness in rank evaluations. However, there have been not studies that provide an efficient solution to cut the financial cost of query processing, while retaining high query relevance. In this light, we propose a distributed cache scheme and a server-clustering technique that can be used to reduce the query processing cost. With the help of such techniques for accelerating the web query processing, we saved around 70% of the server cost of a commercial web search engine implemented in South Korea. We believe that our experiences can give a valuable insight to anyone who wants to develop a large-scale search engine.

This paper proposes a novel cross layer collaborating cache scheme for HTTP clients. It is designed to accelerate the process that an HTTP client retrieves Web content in mobile ad hoc network environment. Unlike other techniques to exploit Web proxy caching or to build P2P protocol overlay to improve HTTP, our scheme incorporates collaboratively working capability into the HTTP client response cache, and thus there is no impact on the compatibility of upper level applications. In addition, as the sharing file information is diffused with routing information, there is no redundant traffic to maintain the cooperating cache mechanism. Using this scheme, cacheable Web content can be distributed among local peers and retrieved later by a client if needed. In our simulation results, this novel cache scheme significantly decreases the latency experienced by a client to download Web content.

Nowadays, large size flash memory drives with more than a couple of hundreds of gigabytes are common. This paper presents an efficient cache management scheme of flash translation layer, called TPC-FTL, for large size flash memory drives. Since flash drives of large size usually contain large size RAM, we can enhance the performance of page mapping cache by using more RAM for the cache. But if the size exceeds a threshold, the existing schemes are impractical for real devices, because the time for cache manipulation becomes too long. TPC-FTL manages the cache in translation page unit, not in logical page number unit used in existing schemes. Since a translation page covers a large number of logical page numbers (for example, 512 for 2KB size page), the number of cache elements can be reduced up to a practical level. A performance evaluation shows that average response time, an important performance measure, is better than existing schemes via the effect of utilizing spacial locality in addition to temporal locality.

In recent computing systems, LRU replacement policy has been widely used because it can be simply implemented and applicable to most programs. However, if the working set size of the program is bigger than the actual cache size, LRU replacement policy may occur thrashing problem. Thrashing problem means that cache blocks are consistently replaced without re-referencing in the cache. This paper proposes a new cache management scheme to solve the thrashing problem in the second-level cache. The proposed scheme measures per set reuse frequency using EAF structure to find thrashing sets. When the cache miss occurs, it tests whether the address of the missed block is stored or not. If the address of the missed block is stored, it means that the recently evicted block is re-requested, so the reuse frequency is predicted high. In this case, the corresponding counter of the set is increased. When the counter value is bigger than the threshold value, we assume that the corresponding set shows high reuse frequency. The proposed scheme assigns the set with high reuse frequency to the additional small size cache to keep the blocks in the cache for a long time. Our experimental results show that the proposed scheme improves the IPC by 3.81% on average.

주기억 색인 기법인 Tmr-트리가 R-트리에 비해서 삽입시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 본 논문은 L2 캐시를 최대한 활용하여 기존 Tmr-트리의 장점을 가지는 새로운 CSTmr-트리(Cache Sensitive Tmr-트리)구조를 제안하고, 이 구조에 삽입, 삭제 등의 알고리즘을 제안하였다. 제안한 구조와 알고리즘을 다른 인덱스 구조와 비교하여 CSTmr-트리의 우수성을 보인다.

인터넷과 같은 WAN환경에서 멀티미디어 전송품질을 향상시키기 위해서 Proxy Cache가 많이 이용되고 있으며, 이에 기반하여 클라이언트에게 실시간으로 연속미디어를 서비스하기 위한 여러 가지 전송기법들이 요구되어지고 있다. 본 논문에서는 Proxy Cache안에 일정양의 메모리를 Relay Buffer로 할당하고 이를 이용한 흐름제어기법을 구현하며, RTSP서버의 전송스케쥴러의 idle time을 이용하는 재전송기법을 제안하고 구현한다. 실험 결과, 제안된 기법은 WAN상에서의 RTSP서버와 Proxy Cache사이 패킷손실량 현저하게 줄일 수 있음을 확인하였다.

Memcached, commonly used to speed up the data access in big-data and Internet-web applications, is a system software of the distributed-cache mechanism. But it is subject to the severe challenge of the loss of recently uncommitted updates in the case where the Memcached servers crash due to some reason. Although the replica scheme and the disk-log-based replay mechanism have been proposed to overcome this problem, they generate either the overhead of the replica synchronization or the persistent-storage overhead that is caused by flushing related logs. This paper proposes a scheme of backing up the write requests (i.e., set and add) on the Memcached client side, to reduce the overhead resulting from the making of disk-log records or performing the replica consistency. If the Memcached server fails, a timestamp-based recovery mechanism is then introduced to replay the write requests (buffered by relevant clients), for regaining the lost-data updates on the rebooted Memcached server, thereby meeting the data-consistency requirement. More importantly, compared with the mechanism of logging the write requests to the persistent storage of the master server and the server-replication scheme, the newly proposed approach of backing up the logs on the client side can greatly decrease the time overhead by up to 116.8% when processing the write workloads.

Cache bypassing schemes have been studied to remove unnecessary updating the data in cache blocks. Among them, a statistics-based cache bypassing method for asymmetric-access caches is one of the most efficient approach for non-voliatile memories and shows the lowest cache access latency. However, it is proposed under the condition of the normal cache system, so further study is required for the hybrid cache architecture. This paper proposes a novel cache bypassing scheme, called hybrid bypassing block selector. In the proposal, the new model is established considering the SRAM region and the non-volatile memory region separately. Based on the model, hybrid bypassing decision block is implemented. Experiments show that the hybrid bypassing decision block saves overall energy consumption by 21.5%.

프로세스와 디스크 입출력 속도를 비교해보면, 디스크 입출력의 속도가 휠씬 더 느리다. 따라서 디스크 입출력은 현재의 컴퓨팅 환경에서 병목현상이 되고있다. PFSL(Parallel File System for Linux)은 이런 문제를 해결하기 위한 클러스터링 환경의 병렬 파일 시스템이다. PFSL은 리눅스 머신 상에서 POSIX 스레드 라이브러리를 이용하여 멀티 스레드로 수행된다. 이 논문에서는 PFSL의 성능을 개선하기 위해 클러스터 환경의 작업 부하에 적합하도록 설계한 이중 캐쉬 구조를 소개하고자 한다.

모바일 환경에서 전력 손실이 중요한 문제 중 하나가 됨에 따라, MRAM과 플래시메모리와 같은 비 휘발성 메모리가 차세대 모바일 컴퓨터에 널리 사용될 것이다. 본 논문에서는 DRAM/MRAM 하이브리드 메인 메모리의 제한적인 쓰기 연산 성능을 고려한 효율적인 버퍼 캐시 기법을 연구했다. 제안한 기법은 MRAM 의 제한적인 쓰기 연산 성능을 고려하고 플래시 메모리 저장 장치의 삭제 연산 횟수를 최소화한다.

최근에, 개인 통신 시스템(PCS)에서 증가하는 개인 사용자의 수요에 대처하기 위하여 위치 관리 데이타베이스의 계층적 구조가 제안되어 왔다. 특히, 3-레벨 계층적 데이타베이스 구조는 현재 셀룰러 이동 시스템에 쉽게 적용 가능하며, 이 구조에서는 기존 HLR과 VLR 사이에 새로운 부가적 데이터베이스인 지역 위치 데이타베이스 RLR이 위치한다. 본 논문은 이동단말의 위치 관리를 위한 효과적인 캐시 기법인 이중 T-임계값 위치 캐시 기법을 제안한다. 이 기법은 IS-41과 GS에 적용된 위치 관리 데이타베이스의 2-레벨 구조에 응용할 수 있는 기존 T-임계값 캐시 기법을 확장한 것이다. 제안하는 기법은 2개의 캐시 정보, 즉 현재 피 호출 이동단말을 서비스하고 있는 VLR과 RLR 정보를 함께 이용한다. 이 두개기 캐시 정보를 통하여, 등록 영역(RA)의 지역성과 RLR에 의해 관리되는 영역인 지역 등록 영역(RRA)의 지역성을 동시에 이용할 수 있다. 또한, 제안하는 기법은 두 개의 캐시 정보가 유효한지를 결정하기 위하여 각각에 대응되는 두 개의 임계값을 이용한다. 한편, RRA 상주시간을 모델링하기 위하여, Branching Erlang-$\infty$ 분포를 이용하고, 이것을 이용한 비용 분석은 제안하는 기법이 이동단말의 대부분의 유형에 대하여 네트워크와 데이타베이스 비용을 대폭 감소시킴을 보여준다.

Recently, hierarchical architectures of databases for location management have been proposed in order to accommodate the increase in user population in future personal communication systems. In particular, a 3-level hierarchical database architecture is compatible with current cellular mobile systems. In the architecture, a newly developed additional databases, regional location database(RLR), are positioned between HLR and VLRs. We propose an efficient cache scheme, called the Double T-thresholds Location Cache Scheme. The cache scheme extends the existing T-threshold location cache scheme which is competent only under 2-level architecture of location databases currently adopted by IS-41 and GSM. The idea behind our scheme is to use two pieces of cache information, VLR and RLR serving called portables. The two pieces are required in order to exploit root only locality of registration area(RA) but also locality of regional registration area(RRA) which is the wide area covered by RLR. We also use two threshold values in order to determine whether the two pieces are obsolete. In order to model the RRA residence time, the branching Eralng-$\infty$ distribution is introduced. Our minute cost analysis shows that the double T-threshold location cache scheme yields significant reduction of network and database costs for molt patterns of portables.

큰 데이터 트래픽을 일으키는 I/O 작업을 수행할 경우에 많은 디스크 접근과 데이터 처리가 발생하며 이는 컴퓨팅 성능의 하락을 일으킨다. 이를 위해 메모리와 디스크 사이에 버퍼 역할을 하는 페이지 캐시 기법이 사용된다. 그러나 LRU 를 사용하는 페이지 캐시의 특성상, 많은 양의 데이터가 한번만 접근되고 다시 사용되지 않는다면 성능상의 큰 효과가 없다. 본 논문에서는 집합 연상 페이지 캐시에 오염 버퍼를 둠으로써, 재사용되지 못하고 페이지 캐시의 크기만 커지는 현상을 최소화시켜 I/O 성능을 개선시킬 수 있는 방법을 제안한다.

큰 데이터 트래픽을 일으키는 I/O 작업을 수행할 경우에 많은 디스크 접근과 데이터 처리가 발생하며 이는 컴퓨팅 성능의 하락을 일으킨다. 이를 위해 메모리와 디스크 사이에 버퍼 역할을 하는 페이지 캐시 기법이 사용된다. 그러나 LRU 를 사용하는 페이지 캐시의 특성상, 많은 양의 데이터가 한번만 접근되고 다시 사용되지 않는다면 성능상의 큰 효과가 없다. 본 논문에서는 집합 연상 페이지 캐시에 오염 버퍼를 둠으로써, 재사용되지 못하고 페이지 캐시의 크기만 커지는 현상을 최소화시켜 I/O 성능을 개선시킬 수 있는 방법을 제안한다.

본 논문에서는 공격적인 선인출 및 직접 사상 필터링을 이용한 L1 캐시 선인출 기법을 제안한다. 이를 위하여 캐시 선인출의 역효과에 대한 정량적 분석 방법을 제안하였고 이를 이용하여 다양한 벤치마크에서의 공격적 선인출 효과를 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 최적 선인출 필터 구조 및 알고리즘을 도출하였고 독자적으로 개발된 타이밍 기반 캐시 시뮬레이터를 사용하여 전체 시스템 성능을 추출하였다. 실험 결과는 제안된 L1 선인출 기법을 사용하여 다양한 벤치마크에 대하여 시스템 성능을 평균적으로 18% 향상시킬 수 있음을 보인다.

This paper proposes an L1 cache prefetch scheme using an excessively aggressive hardware prefetcher and a hardware prefetch filter having a small direct-mapped filtering cache. A quantitative analysis method has been introduced and applied to analyze nonideal effects of aggressive cache prefetching. From those analysis results, the structure and algorithm of a prefetch filter has been derived and simulated, and the overall system performance has been measured using a cycle-by-cycle cache simulator. Experimental results show that the proposed scheme improves the overall system performance by 18% on the average over several benchmarks

이동 통신 기술의 급격한 발전으로, 이동 컴퓨팅 환경에서 데이터 서비스에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이동 호스트 내에 캐쉬가 존재하면, 통신 대역폭의 절약 및 질의에 대한 빠른 응답을 가져올 수 있지만, 이동 호스트가 서버 데이터와의 캐쉬 일관성(Consistency)을 유지시켜야 한다는 문제가 생기게 된다. 본 논문에서는 기존의 기법들이 가지는 문제점들을 보완하기 위해 데이터의 주기성을 고려한 캐쉬 일관성 유지 기법을 제안한다. 제안한 기법은 데이터를 주기적, 비주기적 데이터로 분류하고 주기적 데이터에 만료시간을 삽입하고, 또한, 무효화 메시지를 저장해서 단절 후에 선별적으로 캐쉬 데이터가 나누어 질 수 있도록 해서, 캐쉬 내의 데이터가 접속 단절 후에 일방적으로 버려지는 것을 막을 수 있도록 한다.

무선 환경에서 데이터 통신을 원하는 사용자의 요구는 점차 증가하고 있다. 현재까지 셀룰러 환경은 음성통신을 위해 주로 이용되어 왔으나 앞으로 주파수 대역폭을 높여 데이터 통신을 용이하게 할 수 있는 환경이 요구되고 있다. 이러한 환경을 위해 인포스테이션 개념이 도입되었고, 사용자가 필요로 하는 위치종속 데이터는 인포스테이션 환경을 기반으로 관리 할 수 있다. 인포스테이션에서 기존의 프리페칭 기법은 많은 양의 데이터를 이동 클라이언트에게 전송할 수 있었지만, 실제 사용자의 기호에 맞는 질의가 분석되어 제공하는데는 어려움이 있나. 따라서, 본 논문에서는 사용자가 필요로 하는 위치종속 데이터와 세만틱 서술(semantic description)을 인포스테이션을 통해 프리페칭하는 기법으로 세만틱 프리페칭(semantic prefetching)을 제안한다. 또한, 인포스테이션을 통한 위치종속 데이터의 세막틱 프리페칭 기법과 이동 사용자가 필요로 하는 데이터를 관리할 수 있는 새로운 캐쉬 관리 기법을 제시한다. 본 논문은 세만틱 프리페칭 기법과 새로운 캐쉬관리기법을 통해 사용자가 필요로 하는 위치종속 데이터에 대한 캐쉬 적중률을 향상시키고 적절한 캐쉬 교체를 가능하게 한다.