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정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 update

KIPS Transactions on Computer and Communication Systems

  • : 한국정보처리학회
  • : 공학분야  >  전자공학
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
  • : 월간
  • : 2287-5891
  • : 2734-049X
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수록정보
수록범위 : 1권1호(2012)~11권12호(2022) |수록논문 수 : 531
정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템
11권12호(2022년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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저자 : 안효준 ( Hyojun An ) , 이상원 ( Sangwon Lee )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 419-428 (10 pages)

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플래시 메모리는 in-place 수정이 불가능한 특성을 가지기 때문에 out-of-place 방식으로 쓰기 작업을 수행한다. 덮어쓰기가 발생한 오래된 페이지는 유효하지 않은 페이지로 전환된다. 유효하지 않은 페이지들은 높은 오버헤드를 가진 가비지 컬렉션 과정을 유발한다. 가비지 컬렉션은 많은 읽기, 쓰기 작업을 유발하기 때문에 플래시 메모리의 주요 성능 이슈 중 하나이다. 2R에서는 OLTP(On-Line Transaction Process) 워크로드의 I/O 특성을 가비지 컬렉션 알고리즘에 적용하여 WAF(Write Amplification Factor)를 개선하였다. 본 논문에서는 접근 간격이 긴 페이지들을 추가로 분리하는 2R++를 통해 2R에서 발생하는 지역 오염 문제를 해결했다. 2R++는 블록 당 추가 bit를 도입해 second chance mechanism 기반으로 warm 페이지를 분리해서 warm 페이지가 cold 페이지로 오인 식별되는 것을 방지한다. TPC-C와 Linkbench에 대해 알고리즘 별 성능 비교 실험을 진행하였고, 그 결과 2R++의 WAF는 2R대비 각각 57.8%, 13.8%의 개선을 이루어냈음을 확인했다.


Since in-place updates for pages are not allowed in flash memory, all new page writes should be written in an out-of-place manner. The old overwritten pages are invalidated. Such invalidated pages eventually trigger the costly garbage collection process. Since the garbage collection causes numerous read and write operations, it is one of the flash memory's major performance issues. In 2R, it modified the garbage collection algorithm, which applies the I/O characteristics of the On-Line Transaction Process workload to improve the Write Amplification Factor. However, this algorithm has a region pollution problem. Therefore, in this paper, we developed 2R++ that additionally separates pages with long access intervals to solve the region pollution problem. 2R++ introduces an extra bit per block to separate warm pages based on a second chance mechanism. Prevents warm pages from being misidentified as cold pages to solve region pollution problem. We conducted the experiments on TPC-C and Linkbench to make the performance comparison. The experiment showed that 2R++ achieved a Write Amplification Factor improvement of 57.8% and 13.8% compared to 2R, respectively.

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저자 : 김준태 ( Joontae Kim ) , 이상원 ( Sangwon Lee )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 429-436 (8 pages)

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메모리보다 큰 대용량 테이블들에 대해 해시조인(Hash Join) 수행 시 임시 파일들을 생성해서 조인 과정에서 발생하는 임시 데이터 I/O를 수행하고 조인 종료 시에 그 파일들을 삭제한다. 본 논문에서는 해시조인용 임시 파일들을 하드디스크가 아닌 SSD상에서 관리할 때, 파일 생성 시 fallocate 시스템 콜 및 파일 삭제 관련 trim 옵션이 해시조인 성능에 큰 영향을 미치는 점을 밝힌다. 구체적으로 대표적인 오픈소스 데이터베이스인 PostgreSQL을 이용해서 다양한 상용 및 연구용 SSD 상에서 해시조인 수행 시, 임시 파일들에 대한 fallocate 및 trim 옵션 사용 여부에 따라 디폴트 조합에 비해 최대 약 3~5배 조인 성능 향상이 가능함을 보인다. 그리고, 임시 파일들에 대한 두 옵션의 조합여부에 따른 SSD내의 쓰기 증폭(Write Amplification)과 Trim 명령어 오버헤드가 조인 성능에 큰 영향을 미치는 점을 자세히 분석한다.


Temporary files are generated when the Hash Join is performed on tables larger than the memory. During the join process, each temporary file is deleted sequentially after it completes the I/O operations. This paper reveals for that the fallocate system call and file deletion-related trim options significantly impact the hash join performance when temporary files are managed on SSDs rather than hard disks. The experiment was conducted on various commercial and research SSDs using PostgreSQL, a representative open-source database. We find that it is possible to improve the join performance up to 3 to 5 times compared to the default combination depending on whether fallocate and trim options are used for temporary files. In addition, we investigate the write amplification and trim command overhead in the SSD according to the combination of the two options for temporary files.

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저자 : 신아영 ( A Young Shin ) , 임유진 ( Yujin Lim )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 437-444 (8 pages)

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최근 무선 네트워크에서 발생하는 계산 집약적이고 지연시간에 민감한 태스크를 처리하기 위해 모바일 엣지 서비스에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 지상에 고정되어 있는 MEC는 출퇴근 시간과 같이 태스크 처리 요청이 일시적으로 급증하는 상황에 대해 유연하게 대처할 수 없다. 이를 해결하기 위해 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)를 추가로 이용해 모바일 엣지 서비스를 제공하는 기술이 등장하였다. UAV는 지상 MEC 서버와 달리 배터리 용량이 제한되어 있어 UAV MEC 서버 간 로드 밸런싱을 통해 에너지 효율성을 최적화 하는 것이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 UAV의 에너지 상태와 차량의 이동성을 고려하며 유전 알고리즘 기반의 태스크 오프로딩과 Q-learning 기반의 태스크 마이그레이션을 통한 로드 밸런싱 기법을 제안한다. 제안 시스템의 성능을 평가하기 위해 차량 속도와 수에 따른 실험을 진행하고, 로드 분산, 에너지 사용량, 통신 오버헤드, 지연 시간 만족도 측면에서 성능을 분석하였다.


Recently, research on mobile edge services has been conducted to handle computationally intensive and latency-sensitive tasks occurring in wireless networks. However, MEC, which is fixed on the ground, cannot flexibly cope with situations where task processing requests increase sharply, such as commuting time. To solve this problem, a technology that provides edge services using UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) has emerged. Unlike ground MEC servers, UAVs have limited battery capacity, so it is necessary to optimize energy efficiency through load balancing between UAV MEC servers. Therefore, in this paper, we propose a load balancing technique with consideration of the energy state of UAVs and the mobility of vehicles. The proposed technique is composed of task offloading scheme using genetic algorithm and task migration scheme using Q-learning. To evaluate the performance of the proposed technique, experiments were conducted with varying mobility speed and number of vehicles, and performance was analyzed in terms of load variance, energy consumption, communication overhead, and delay constraint satisfaction rate.

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저자 : 한영진 ( Young-jin Han ) , 조인휘 ( In-whee Joe )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 445-452 (8 pages)

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디지털 세상에서 불균형 데이터에 대한 클래스 분포는 중요한 부분이며 사이버 보안에 큰 의미를 차지한다. 불균형 데이터의 비정상적인 활동을 찾고 문제를 해결해야 한다. 모든 트랜잭션의 패턴을 추적할 수 있는 시스템이 필요하지만, 일반적으로 패턴이 비정상인 불균형 데이터로 기계학습을 하면 소수 계층에 대한 성능은 무시되고 저하되며 예측 모델은 부정확하게 편향될 수 있다. 본 논문에서는 불균형 데이터 세트를 해결하기 위한 접근 방식으로 Synthetic Minority Oversampling Technique(SMOTE)와 Light GBM 알고리즘을 이용하여 추정치를 결합하여 대상 변수를 예측하고 정확도를 향상시켰다. 실험 결과는 Logistic Regression, Decision Tree, KNN, Random Forest, XGBoost 알고리즘과 비교하였다. 정확도, 재현율에 서는 성능이 모두 비슷했으나 정밀도에서는 2개의 알고리즘 Random Forest 80.76%, Light GBM 97.16% 성능이 나왔고, F1-score에서는 Random Forest 84.67%,, Light GBM 91.96% 성능이 나왔다. 이 실험 결과로 Light GBM은 성능이 5개의 알고리즘과 비교하여 편차없이 비슷하거나 최대 16% 향상됨을 접근 방식으로 확인할 수 있었다.


Class distribution of unbalanced data is an important part of the digital world and is a significant part of cybersecurity. Abnormal activity of unbalanced data should be found and problems solved. Although a system capable of tracking patterns in all transactions is needed, machine learning with disproportionate data, which typically has abnormal patterns, can ignore and degrade performance for minority layers, and predictive models can be inaccurately biased. In this paper, we predict target variables and improve accuracy by combining estimates using Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE) and Light GBM algorithms as an approach to address unbalanced datasets. Experimental results were compared with logistic regression, decision tree, KNN, Random Forest, and XGBoost algorithms. The performance was similar in accuracy and reproduction rate, but in precision, two algorithms performed at Random Forest 80.76% and Light GBM 97.16%, and in F1-score, Random Forest 84.67% and Light GBM 91.96%. As a result of this experiment, it was confirmed that Light GBM's performance was similar without deviation or improved by up to 16% compared to five algorithms.

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저자 : 양유진 ( Yang Yu Jin ) , 장경배 ( Jang Kyung Bae ) , 김현지 ( Kim Hyun Ji ) , 송경주 ( Song Gyung Ju ) , 임세진 ( Lim Se Jin ) , 서화정 ( Seo Hwa Jeong )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 453-460 (8 pages)

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고성능 양자 컴퓨터의 개발이 기대됨에 따라 잠재적인 양자 컴퓨터의 공격으로부터 안전한 양자 후 보안 시스템 구축을 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 대표적인 양자 알고리즘 중 하나인 Grover 알고리즘이 대칭키 암호의 키 검색에 사용될 경우, 암호의 보안 강도가 제곱근으로 감소되는 안전성의 문제가 발생할 수 있다. NIST는 암호 알고리즘의 공격에 필요로 하는 Grover 알고리즘의 비용을 기준으로 추정한 양자 후 보안 강도를 대칭키 암호에 대한 양자 후 보안 요구사항으로 제시하고 있다. 대칭키 암호의 공격에 대한 Grover 알고리즘의 추정 비용은 해당하는 암호화 알고리즘의 양자 회로 복잡도에 의해 결정된다. 본 논문에서는 NIST의 경량암호 공모전 최종 후보에 오른 SPARKLE의 AEAD군인 SCHWAEMM 알고리즘의 양자 회로를 효율적으로 구현하고, Grover 알고리즘을 적용하기 위한 양자 비용에 대해 분석한다. 이때, 암호화 순열 과정 중에 사용되는 덧셈기와 관련하여 CDKM ripple-carry 덧셈기와 Unbounded Fan-Out 덧셈기에 따른 비용을 같이 비교한다. 마지막으로, 분석한 비용과 NIST의 양자 후 보안 요구사항을 기반으로 경량암호 SPARKLE SCHWAEMM 알고리즘에 대한 양자 후 보안 강도를 평가한다. 양자 회로 구현 및 비용 분석에는 양자 프로그래밍 툴인 ProjectQ가 사용되었다.


As high-performance quantum computers are expected to be developed, studies are being actively conducted to build a post-quantum security system that is safe from potential quantum computer attacks. When the Grover's algorithm, a representative quantum algorithm, is used to search for a secret key in a symmetric key cryptography, there may be a safety problem in that the security strength of the cipher is reduced to the square root. NIST presents the post-quantum security strength estimated based on the cost of the Grover's algorithm required for an attack of the cryptographic algorithm as a post-quantum security requirement for symmetric key cryptography. The estimated cost of Grover's algorithm for the attack of symmetric key cryptography is determined by the quantum circuit complexity of the corresponding encryption algorithm. In this paper, the quantum circuit of the SCHWAEMM algorithm, AEAD family of SPARKLE, which was a finalist in NIST's lightweight cryptography competition, is efficiently implemented, and the quantum cost to apply the Grover's algorithm is analyzed. At this time, the cost according to the CDKM ripple-carry adder and the unbounded Fan-Out adder is compared together. Finally, we evaluate the post-quantum security strength of the lightweight cryptography SPARKLE SCHWAEMM algorithm based on the analyzed cost and NIST's post-quantum security requirements. A quantum programming tool, ProjectQ, is used to implement the quantum circuit and analyze its cost.

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저자 : 박진효 ( Park Jin Hyo ) , 김성희 ( Kim Sung-hee ) , 윤주상 ( Youn Joosang )

발행기관 : 한국정보처리학회 간행물 : 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 11권 12호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 461-468 (8 pages)

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최근 빅데이터 산업의 발전으로 디지털 플랫폼에서 데이터 활용 서비스를 제공하는 사례가 증가하고 있다. 이와 관련해 데이터 관련 분야에서 (메타)데이터 품질, 서비스, 기능 등의 평가에 적용할 수 있는 FAIR 원칙을 데이터 품질 평가에 적용하여 활용하는 연구가 진행되고 있다. 특히, 유럽 오픈 데이터 포털에서는 FAIR 원칙 기반의 평가 모델을 적용하여 이를 기준으로 데이터 성숙도 평가를 시행하고 그 결과를 매년 보고서로 공개하고 있다. 이에 반해 공공데이터 포털에서는 메타데이터를 기반으로 한 데이터 성숙도 평가를 시행하고 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 유럽 오픈 데이터 포털에서 데이터 성숙도 평가를 위해 사용되고 있는 FAIR 원칙을 국내 여러 공공데이터 포털 및 데이터 거래를 위해 구축된 빅데이터 플랫폼에 데이터 성숙도 평가를 위한 새로운 모델 제안하고 평가를 시행한다. 제안한 성숙도 평가 모델은 공공데이터 포털 데이터셋 품질을 평가하는 모델이다.


Development of the big data industry, the cases of providing data utilization services on digital platforms are increasing. In this regard, research in data-related fields is being conducted to apply the FAIR principle that can be applied to the assessment of (meta)data quality, service, and function to data quality evaluation. Especially, the European Open Data Portal applies an assessment model based on FAIR principles. Based on this, a data maturity assessment is conducted and the results are disclosed in reports every year. However, public data portals do not conduct data maturity evaluations based on metadata. In this paper, we propose and evaluate a new model for data maturity evaluation on a big data platform built for multiple domestic public data portals and data transactions, FAIR principles used for data maturity evaluation in Europe's open data portals. The proposed maturity evaluation model is a model that evaluates the quality of public data portal datasets.

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