Schadek, Robert (2021) Analysis and Development of Quorum Protocols for Real-World Network Topologies. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Highly available services can be implemented by means of so-called quorum protocols. Unfortunately, applying quorum protocols in real-world physical networks turns out to be difficult since efficient quorum protocols often depend on a particular graph structure imposed on the replicas managed by it. In this work, we show that the cost and availability predictions of the operations provided by quorum protocols are often not accurate when they are executed in a real-world physical network. We present the mapping approach, the mapping approach increases the accuracy of the cost and availability predictions of most quorum protocols on real-world networks. The mapping approach is used to analyze multiple existing quorum protocols when applied on real-world networks. As the mapping approach is computational expensive, the k-nearest neighbors algorithm is novelly employed to predict availability of the services facilitated by the quorum protocols when used on a real-world network. As even this technique is infeasible at certain network sizes two new quorum protocol, namely the Circle Protocol and the Crossing Protocol, are presented that directly work on the real-world network of arbitrary size. All these different techniques are extensively analyzed and compared. Concluding, an algorithm is presented that uses all these techniques to find the best quorum protocol for a given real-world network.

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Analyse und Entwicklung von Quorum-Protokollen für reale Netzwerktopologien

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Hochverfügbare Dienste können mit Hilfe von sogenannten Quorum Protokollen realisiert werden. Leider gestaltet sich die Anwendung von Quorum-Protokollen in realen Netzwerken als schwierig, da effiziente Quorum-Protokolle oft von einer bestimmten Graphenstruktur abhängen, die den von ihnen verwalteten Replikaten auferlegt sind. In dieser Arbeit zeigen wir, dass die Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen von Quorum-Protokollen oft ungenau sind, wenn sie in einem realen Netzwerk eingesetzt werden. Wir stellen den Mapping-Ansatz vor. Der Mapping-Ansatz erhöht die Genauigkeit der der Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen der meisten Quorum-Protokolle in realen Netzwerken. Da der Mapping-Ansatz sehr rechenintensiv ist, wird das k-nearest neighbors Verfahren benutzt, um die Verfügbarkeit der durch die Quoren Protokolle erbrachten Dienste vorherzusagen. Da selbst diese Technik bei bestimmten Netzwerkgrößen nicht praktikabel ist, werden zwei neue Quorum-Protokoll, namentlich das Circle-Protokoll und das Crossing-Protokoll, vorgestellt. Diese beiden Protokolle arbeiten direkt auf einem realen Netzwerk. Alle diese verschiedenen Techniken werden ausführlich analysiert und verglichen. Abschließend wird ein Algorithmus vorgestellt, der alle diese Techniken verwendet um das beste Quorum-Protokoll für ein gegebenes reales Netzwerk zu finden.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	Datenreplikation, Quorum-Protokoll, Netzwerktopologie, Graph, Hochverfügbarkeit
Subjects:	Generalities, computers, information > Computer science, internet
Divisions:	School of Computing Science, Business Administration, Economics and Law > Department of Computing Science
Date Deposited:	21 Jun 2021 08:33
Last Modified:	21 Jun 2021 08:33
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/5070
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-51516
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