APPLIED RESEARCH

Methods for optimizing data storage and transmission in distributed information systems, taking into account the bandwidth limitations of communication channels

Authors

  • Zhongyuan Zhang South Ural State University, 454080, Chelyabinsk, Lenin Avenue, 76

How to cite

GOST Zhang Z. Methods for optimizing data storage and transmission in distributed information systems, taking into account the bandwidth limitations of communication channels // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2026. Vol. 70. No. 4. P. 121-131.
APA Zhang, Z. (2026). Methods for optimizing data storage and transmission in distributed information systems, taking into account the bandwidth limitations of communication channels. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 70(4), 121-131.

Abstract

Distributed information systems used in the construction industry and architectural design are experiencing an exponential increase in the volume of data related to building information modeling, including BIM models in IFC and RVT formats, geospatial information, point clouds, executive documentation, and engineering calculations. However, limited communication bandwidth, particularly in remote construction sites using satellite and mobile connections, can lead to significant synchronization delays, version conflicts, excessive network traffic, and data loss risks. Analysis of the structural and semantic organization of such data reveals their high hierarchical structure, the repeatability of typical elements, and the presence of spatial relationships, which creates the preconditions for the development of specialized compression methods that significantly outperform universal compression algorithms such as GZIP, LZ4, or Zstandard, especially for point clouds and IFC models, where compression ratios can increase by 3 or more times due to the consideration of entropy characteristics and structural patterns. The integration of delta encoding, incremental replication, and content-addressable storage methods minimizes the amount of information transmitted by focusing on changes relative to base versions, while the use of machine learning algorithms to predict user access patterns enables proactive caching, intelligent data distribution across nodes, and dynamic adaptation of replication strategies. Comparative modeling demonstrates that adaptive hybrid replication strategies that switch between synchronous and asynchronous modes based on the channel status and the semantic significance of updates reduce network load by up to 9 times, reduce synchronization delays by up to 4,8 times, and increase resilience to connection failures while simultaneously reducing the likelihood of version conflicts. Similarly, the transition to an adaptive distributed storage architecture using machine learning-based forecasting and traffic prioritization based on the impact on design elements results in a 85,7% reduction in traffic compared to fully replicated solutions, maintaining data availability above 99,7% and optimizing response times within acceptable limits for collaboration. The cumulative application of these approaches in a single platform that takes into account mathematical models of information theory, queuing theory, and the correlation between channel characteristics and optimization effects, provides a comprehensive increase in the efficiency of system operation, even in the context of extremely limited bandwidth, opening up opportunities for the full-fledged deployment of BIM technologies on remote infrastructure facilities, accelerating the coordination processes, and significantly reducing the costs of telecommunications infrastructure in the construction industry.

Keywords

distributed systems BIM models transmission optimization adaptive replication semantic compression

References

Бирюкова Т.К., Гершкович М.М., Синицин В.И. Алгоритм назначения приоритетов элементам данных с учетом их ценности с целью оптимизации информационного обмена в территориально-распределенных информационных системах // Системы компьютерной математики и их приложения. 2025. № 26. С. 3-10.

Додонов А.Ю., Попов Г.В. Системы оптимизации использования существующих линий связи с интеграцией сети передачи данных // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2011. Т. 1. С. 177-180.

Захаров Г.П., Ревельс В.П., Симонов М.В. Оптимизация распределения ресурсов сети связи между центрами коммутации пакетов // Средства связи. 1990. № 4. С. 51-54.

Золотухин М.А., Гарнаев А.Ю., Захаров В.В. Передача данных при утечке информации // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2011. № 2. С. 40-54.

Иванов И.П., Гантимуров А.П., Босов А.В., Виниченко А.Д. Способ снижения времени обработки данных в подсистеме кодирования информации распределенной системы хранения данных // Промышленные АСУ и kontrollery. 2019. № 12. С. 38-41.

Илюхин А.А., Зайцев Д.Ю. Оптимизация доступа пользовательских приложений к ресурсам спутникового радиоинтерфейса с динамическим резервированием // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 10. С. 49-54.

Климов Р.В., Пчелин Н.А., Тамразян Г.М. Применение дополненого аппарата регенерационного кодирования для оптимизации внутрисетевого трафика // REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. 2015. Т. 5. № 1. С. 115-118.

Косарев И.М. Распределённые каналы приёма-передачи данных в сетевых архитектурах многопроцессорных систем // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2016. № 2. С. 170-177.

Минаков В.А., Сигитов В.Н., Шаров И.А. Защита информации в сетях хранения данных с использованием кодирования на основе хаотических числовых последовательностей // REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. 2015. Т. 5. № 4. С. 425-428.

Михеев Н.А. Об оптимизации относительной скорости передачи данных в сетях АПСД ПД-441 // Естественные и технические науки. 2009. № 4(42). С. 328-333.

Сонькин М.А., Шамин А.А. Оптимизация функционирования многоканальных распределённых информационно-телекоммуникационных систем для труднодоступных объектов // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 313. № 5. С. 51-54.

Тавалинский Д.А., Шишкин Н.В., Красиков Д.А. Оптимизация данных в системах передачи информации // Динамика сложных систем – XXI век. 2022. Т. 16. № 4. С. 17-25.

Тимошина М.М. Исследование и оптимизация настройки протокола TCP/IP в сетях передачи данных // Инфокоммуникационные технологии. 2013. Т. 11. № 2. С. 39-42.

Цветков О.В. Теоретико-информационные пределы пропускной способности сетей передачи данных с динамической архитектурой и множественной ретрансляцией // Прикладные проблемы безопасности технических и биотехнических систем. 2017. № 1. С. 2-6.

Шатов Л.Г. Исследование пропускной способности каналов связи в цифровых сетях // Инфокоммуникационные технологии. 2019. Т. 17. № 3. С. 303-307.

Metrics

48 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 6 7 8 9 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.