Distributed Storage Allocations for Optimal Service Rates
冗余存储在各种形式的不确定性下维持分布式系统的性能。本文考虑了节点访问和下载服务的不确定性。我们考虑两种下载服务模型下的两种访问模型。在一种访问模型中，用户可以以固定的概率访问每个节点，而在另一种访问模型中，用户可以访问随机的固定大小的节点子集。我们考虑两个下载服务模型。在第一个（小文件）模型中，与文件大小相关的随机性可以忽略不计。在第二种（大文件）模型中，随机性与文件大小和系统操作都相关。我们关注系统的服务率。对于固定的冗余级别，系统的服务速率由存储节点上的编码块的分配来确定。我们考虑准均匀分配，其中编码内容均匀分布在节点的子集之间。我们要解决的问题是这个子集（扩展）的大小应该是多少。我们表明，在小文件模型中，集中的编码内容的最小尺寸的子集是普遍最优的。对于大文件模型，最佳散布取决于系统参数。这些结论适用于两种访问模式。
2021-08-06 cs.DC cs.IT math.IT
Two-Server Private Information Retrieval with Optimized Download Rate and Result Verification
针对不诚实服务器可能返回错误结果的问题，提出多种双服务器场景下兼具信息论隐私与结果验证的PIR方案，支持不同安全级别与密钥类型，以优化下载速率为核心性能目标。
2023-06-08 cs.CR cs.IT math.IT
Multi-Server Weakly-Private Information Retrieval
私有信息检索（PIR）协议确保用户可以从数据库下载文件，而不会向存储数据库的服务器泄露关于所请求文件的身份的任何信息。虽然现有的协议严格规定，没有信息泄露的文件的身份，这项工作开始研究的权衡，可以通过放松完美的隐私要求。我们将这样的协议称为弱私有信息检索（WPIR）协议。特别是，对于多个noncoluding复制服务器的情况下，我们研究了如何下载速率，上传成本，和访问的复杂性，可以改善时，放松充分的隐私约束。为了量化关于所请求文件的身份的信息泄漏，我们考虑互信息（MI）、最坏情况信息泄漏和最大泄漏（MaxL）。我们提出了两个WPIR计划，表示为方案A和方案B，基于最近的两个PIR协议，并表明前者的下载速率可以通过求解凸优化问题进行优化。我们还表明，方案A实现了改进的下载速率相比，最近提出的方案由Samy等人。根据所谓的$ε$隐私度量。此外，一个家庭的计划的基础上划分。此外，我们提供了一个信息理论上的逆界的最大可能的下载速率的MI和MaxL隐私指标的查询和答案的字母表大小的实际限制下。对于两个服务器和两个文件，在MaxL度量下，边界是紧的，这在此特定情况下确定了WPIR容量。最后，我们比较了所提出的方案的性能和他们的差距的逆界。
2021-11-02 cs.IT math.IT
Cache-Aided Multi-User Private Information Retrieval using PDAs
研究了基于缓存的多用户私有信息检索（MuPIR）问题。在此问题中，$N$独立文件跨$S \geq 2$非串通服务器复制。有$K$用户，每个用户都配备有可以存储$M$文件的高速缓冲存储器。每个用户都想从服务器上检索一个文件，但用户不想让任何服务器获得有关其需求的任何信息。在用户决定他们的需求之前，用户缓存被填充了文件的一些任意函数，这被称为放置阶段。在决定他们的需求后，用户合作发送查询到服务器，以私下检索他们想要的文件。在接收到查询后，服务器广播编码传输，这是它们接收到的查询和文件的函数，称为交付阶段。将查询传送到服务器会导致用户的上传成本，并且下载由服务器广播的答案会导致下载成本。为了实现缓存辅助的MuPIR方案，每个文件必须被分割成$F$数据包。在本文中，我们提出了MuPIR计划，利用放置交付阵列（PDA）的特点放置和交付。建议MuPIR计划显着降低子分组化水平，同时略有增加下载成本。该方案还大大降低了用户的上传成本。对于基于{ \it Ali-Niesen}方案的集中式编码缓存的PDA，我们证明了我们的方案在下载成本方面是顺序最优的。我们恢复了{ \it Tian et al.}作为特例我们的方案也达到了最佳速率的单用户缓存辅助PIR设置报告R。唐登
2022-12-26 cs.CR cs.IR cs.IT
Cache Updating Strategy Minimizing the Age of Information with Time-Varying Files' Popularities
我们考虑更新策略的本地缓存下载时间敏感的文件从远程服务器通过带宽受限的链接。本地用户根据流行度分布从缓存中随机请求文件，该流行度分布根据马尔可夫链结构随时间变化。我们通过其信息年龄（AoI）来衡量所请求的时间敏感文件的新鲜度。然后，目标是通过适当地设计本地缓存的下载策略来最小化所有请求文件的平均AoI。为了实现这一目标，原来的问题是放松和铸造成一个约束马尔可夫决策问题（CMDP），我们使用拉格朗日方法和线性规划来解决。受放松问题的解决方案的启发，我们提出了一个实用的缓存更新策略，满足原问题的所有约束。在一定的假设下，实际的更新策略被证明是最佳的原问题中的渐近制度的大量文件。对于有限数量的文件，我们通过数值模拟显示了我们的实际更新策略比传统的平方根律策略（这是最佳的固定非时变文件流行度）的收益。
2021-01-21 cs.IT math.IT
Capacity of Quantum Private Information Retrieval with Colluding Servers
量子私有信息检索（QPIR）是一种协议，其中用户通过下载量子系统从$\mathsf{n}$非通信服务器检索多个文件中的一个，而不透露检索的是哪个文件。作为具有更强安全性要求的QPIR的变体，对称QPIR是其中除了目标文件之外没有其他文件被泄露给用户的协议，并且$\mathsf{t}$ -私有QPIR是其中即使至多$\mathsf{t}$服务器可能合谋泄露身份，目标文件的身份也被保密的协议。QPIR容量是文件大小与下载的量子系统大小的最大比值，我们证明了对于任何$1\leq \mathsf{t}< \mathsf{n}$，对称的$\mathsf{t}$ -私有QPIR容量都是$\min\{1,2(\mathsf{n}-\mathsf{t})/\mathsf{n}\}$.我们构造了一个容量实现QPIR协议的稳定器形式主义，并证明了我们的协议的最优性。建议的能力是大于经典的对应。
2021-04-22 cs.IT math.IT quant-ph
Private Information Retrieval Schemes for Coded Data with Arbitrary Collusion Patterns
在私有信息检索（PIR）中，人们希望从数据库下载文件，而不向数据库透露正在下载的文件。很多注意力都集中在跨多个服务器编码数据库的情况下，这些服务器的子集可以合谋尝试推断所请求的文件。随着研究的目标，可实现的PIR率在现实的情况下，我们概括的情况下，所有子集的大小$t$串通的服务器的编码数据的结果，任意子集的服务器。我们调查以前的策略在这个新的情况下的有效性，并提出新的结果的情况下，服务器被划分为不相交的勾结组。
2017-06-22 cs.IT math.IT
Novel Delivery Schemes for Decentralized Coded Caching in the Finite File Size Regime
本文分析了分散式缓存系统中缓存大小和下载速率之间的可实现的权衡与未编码的缓存放置最初由Maddah-Ali和Niesen提出。它提出了两个新的交付计划，利用多播的机会，出现时，一个文件是由多个用户的需求。这些交付方案是已知方案对文件大小有限的制度的扩展。数值评估的情况下，文件的均匀流行度表明，所提出的计划优于以前的所有值的缓存大小。
2017-05-24 cs.IT math.IT
Network Coding for Distributed Storage Systems
分布式存储系统通过分散在各个不可靠节点上的冗余来提供对数据的可靠访问。应用场景包括数据中心、对等存储系统和无线网络中的存储。使用擦除码将数据存储在跨节点分布的片段中，对于相同的可靠性级别，需要比简单复制更少的冗余。然而，由于片段必须随着节点故障而定期更换，因此一个关键问题是如何以分布式方式生成编码片段，同时在网络上传输尽可能少的数据。对于纠删编码系统，从节点故障修复的常见实践是新节点下载存储在多个幸存节点处的数据子集，使用下载的数据重构丢失的编码块，并将其存储在新节点处。我们表明，这个过程是次优的。我们引入了再生代码的概念，它允许一个新的节点下载\emph{functions}的存储数据从幸存的节点。我们表明，再生代码可以显着降低修复带宽。此外，我们表明，有一个基本的存储和修复带宽之间的权衡，我们理论上使用流参数上适当构造的图。通过调用网络编码中的建设性结果，我们引入了再生码，可以实现这个最佳权衡中的任何一点。
2008-03-05 cs.IT cs.NI math.IT
Optimizing MDS Coded Caching in Wireless Networks with Device-to-Device Communication
我们认为在密集的无线网络中的移动设备中的内容缓存使用最大距离可分离（MDS）码。我们专注于一个区域，由一个基站（BS），移动设备根据随机移动模型移动。请求特定文件的用户使用设备到设备通信从通信范围内的缓存设备下载编码分组。如果需要额外的分组来解码文件，则从BS下载这些分组。我们分析了设备的移动性，并得出一个很好的近似的分布范围内的移动设备的通信在任何给定的时间缓存设备。然后，我们优化的MDS代码，以最大限度地减少网络负载下的缓存大小的限制，并表明，使用优化的MDS代码的结果在显着降低网络负载时，缓存最流行的文件。我们进一步用数字表明，在所有移动设备上缓存每个文件的编码数据包，即，最大的扩展是最优的。
2018-10-30 cs.IT math.IT
Capacity of Quantum Private Information Retrieval with Collusion of All But One of Servers
量子私有信息检索（QPIR）是一种协议，其中用户通过从非通信的$\mathsf{n}$服务器下载量子系统来检索多个经典文件中的一个，其中每个服务器包含所有文件的副本，而检索到的文件的身份对于每个服务器是未知的。对称QPIR（QSPIR）是指用户只获取被查询文件而不获取其他文件的其他信息的QPIR。在本文中，我们考虑了$(\mathsf{n} - 1)$ -私有QSPIR中，即使任何$\mathsf{n} - 1$服务器串通，检索文件的身份是秘密的，并推导出QSPIR容量为这个问题，它被定义为检索文件的大小与下载的量子系统的总大小的最大比率。对于偶数n的服务器，我们表明，容量的$(\mathsf{n}-1)$ -私有QSPIR是$2/\mathsf{n}$，当我们假设有服务器之间的先前纠缠。我们构造了一个速率为$\lceil\mathsf{n}/2\rceil^{-1}$的$(\mathsf{n} - 1)$ -私有QSPIR协议，并证明了在允许任何错误概率的情况下，协议的容量是由$2/\mathsf{n}$决定的. $(\mathsf{n} - 1)$ -私有QSPIR容量严格大于经典对应物。
2021-02-01 cs.IT math.IT quant-ph
Private Information Retrieval From a Cellular Network With Caching at the Edge
我们考虑从蜂窝网络下载内容的问题，其中内容被缓存在无线边缘，同时实现隐私。特别地，我们考虑从文件库中进行内容的私有信息检索（PIR），即，用户希望下载文件并且不希望网络了解关于她感兴趣的文件的任何信息。为了减少回程的使用，内容被缓存在无线边缘的一些小小区基站（SBS）使用最大距离可分离的代码。我们提出了一个PIR计划，这种情况下，实现对一些间谍SBS（可能）合作的隐私。所提出的PIR方案是Kumar等人最近引入的方案的扩展。多码率的情况下，适合于文件具有不同流行度的场景。然后，我们推导出回程速率并优化内容放置以使其最小化。我们证明了均匀的内容放置是最佳的，即，所有被高速缓存的文件都应该使用相同的码率来存储。这与不需要PIR的情况相反。此外，我们用数字表明，流行的内容放置在某些情况下是最佳的。
2018-09-04 cs.IT math.IT
On the Delay-Storage Trade-off in Content Download from Coded Distributed Storage Systems
在本文中，我们研究如何在分布式存储编码减少预期的下载时间，除了提供可靠性对磁盘故障。预期的下载时间减少了，因为当内容文件被编码以增加冗余并分布在多个磁盘上时，仅读取磁盘的子集就足以重建内容。对于相同的总存储量，编码比简单的复制更好地利用了存储的多样性，因此提供了更快的下载。我们使用一种新的fork-join排队框架来模拟多个用户同时请求内容，并推导出预期下载时间的界限。我们的系统模型和结果是一个新的一般化的fork-join系统，研究排队论文献。我们的研究结果表明，预期的下载时间和存储空间的量之间的基本权衡。这种权衡可以用于设计满足内容传递的延迟约束所需的冗余量。
2013-12-18 cs.DC cs.IT cs.PF
Optimal Throughput-Outage Trade-off in Wireless One-Hop Caching Networks
我们考虑无线设备到设备（D2 D）网络，其中节点已经从可能文件的库中缓存了信息。受第四代无线网络D2 D模式标准化的当前趋势的启发，我们限制为单跳通信：每个节点向库中的文件发出请求，并通过直接通信链路从其缓存中具有所请求文件的其他节点下载，而无需经过基站。我们通过一个简单的“协议模型”，基于干扰避免（独立集调度）的物理层通信。对于这个网络，我们定义的停电吞吐量权衡问题和表征的最佳缩放定律的各种制度，其中的节点和库中的文件的数量增长到无穷大。
2013-05-22 cs.IT cs.NI math.IT
Private Multi-File Retrieval From Distributed Databases
假设存在$N$分布式数据库，每个分布式数据库存储$M$独立文件的完整集合。用户想要从$M$文件中检索$r$，而不暴露$r$文件的身份。当$r=1$是私人信息检索（PIR）的经典问题。本文研究了一般$r$的私有多文件检索问题。首先，我们证明了PMFR计划的能力，这表明每单位检索到的文件的最小可能的下载大小的上限。然后设计了一种通用的PMFR方案，使其在$r\geq\frac{M}{2}$时恰好达到上界，从而达到最优的通信开销。随着$r$的下降，我们展示了执行$r$独立PIR实例的简单方法，该方法实现了接近最优的通信成本。与实现容量的PIR方案相比，我们的PMFR方案减少了每个文件所需的子包的数量从$N^M$到$N^2$，这意味着实现复杂度大大降低。
2017-04-11 cs.IT math.IT
Exploiting User Mobility for Wireless Content Delivery
我们考虑的问题，存储段的编码版本的内容文件中的一组位于一个通信小区的基站。这些基站与小区的主基站协同工作。用户随机移动的空间的基础上的离散时间马尔可夫链模型。在每个时隙，每个用户基于其当前位置访问单个基站，并且根据时隙持续时间，其只能下载存储在其中的内容的一部分。我们假设文件请求必须在给定的时间期限内得到满足才能成功。如果在时间期限到期时由接入的基站下载（编码）的数据量不足以恢复所请求的文件，则小区的主基站服务于该请求。我们的目标是找到存储分配，最大限度地减少使用主基站的文件传输的概率。这个问题一般来说是难以解决的。然而，我们表明，问题的最优解可以有效地达到的情况下，时间期限是小的。为了解决一般情况下，我们提出了一个分布式的近似算法的基础上大偏差不等式。在真实数据集上的系统实验证明了本文算法的有效性。索引术语：移动性感知缓存，马尔可夫链，MDS编码，小蜂窝网络
2014-05-24 cs.IT math.IT
Mobility-Aware Coded Storage and Delivery
在小小区基站（SBS）处的内容缓存是一种有前途的方法，以减轻过度的回程负载和延迟，特别是对于点播视频流应用。本文考虑了一种支持缓存的异构蜂窝网络架构，移动用户在视频下载会话期间连接到多个SBS，SBS根据收到的用户请求向宏小区基站（MBS）请求文件或文件片段。一种新的编码存储和交付方案，以减少从MBS到SBS的回程链路上的负载。可实现的回程传输速率以及子文件的数量，以实现这一速率进行了研究，建议的编码交付计划，它表明，该计划提供了显着减少所需的子文件的数量，使其更可行的实际应用。
2019-07-09 cs.IT math.IT
Single-Server Multi-Message Private Information Retrieval with Side Information
研究了带边信息的单服务器多消息私有信息检索问题。一个用户想要从存储在单个服务器上的$K$独立消息中恢复$N$。用户最初拥有$M$消息的子集作为辅助信息。用户的目标是下载$N$请求消息，同时不向服务器泄漏关于这些消息的索引的任何信息。在本文中，我们的特点所需的传输的最小数量。我们还提出了最佳的线性编码方案，使用户能够下载的需求消息，并保留其索引的隐私。此外，我们表明，平凡MDS编码方案与$K-M$传输是最佳的，如果$N>M$或$N^2+N \ge K-M$。这意味着，如果希望私下下载多于数据库中文件数量的平方根，则必须有效地下载整个数据库（减去辅助信息），而不管可用的辅助信息的量如何。
2018-08-17 cs.IT math.IT
Private Information Retrieval Schemes with Regenerating Codes
私有信息检索（PIR）方案允许用户从数据库中检索文件，而不泄露关于所请求的文件的任何信息。到目前为止，PIR方案已经提出了几种类型的存储系统，包括复制和MDS编码的数据。本文研究了再生码的PIR格式的构造问题。再生码是其码字分布在$n$节点之间的存储码，从而实现文件的高效存储以及文件的低带宽检索和节点的修复。在这项工作中，再生码的PIR计划的构造，使用的产品矩阵（PM）的框架Rashmi，沙阿和Kumar。同时考虑了最小带宽（MBR）和最小存储（MSR）设置，并使用PM框架给出的结构，以降低我们方案的下载通信复杂性。
2018-12-06 cs.IT math.IT
