移动计算环境下数据复制一致性研究

通过对移动计算环境下已复制数据一致性的研究,提出了一种新的数据复制控制协议。该协议对已复制数据库对象的读操作或写操作等临时信息进行探索,使单副本可串行化和最终一致性两个标准可以同时得到保证。文章最后还对协议的正确性进行了分析。     

面向海量数据的数据一致性研究

复制是实现海量数据管理的关键技术之一,多副本之间的数据一致性维护是提高分布式系统的容错能力与性能的重要保证。强一致性确保并发的修改操作不会发生冲突,但是限制了系统的可用性、连通性以及副本数量;弱一致性确保副本的最终一致,提高了系统的容错能力。本文从已有的一致性维护方法出发,结合海量数据的特点,对一致性维护过程中所涉及的更新发布、更新传播方式、更新传播内容以及更新冲突解决等几个方面进行了分析,提出了相应的解决方法。     

分布式系统中异地数据库的数据一致性维护

大型分布式系统通常需要在异地的数据库中存储同一数据的不同副本,不同副本之间需要维护数据的一致性。文章讨论了维护数据一致性的两种方法:消息队列法和复制控制法,并分别介绍了使用IBMMQSeries消息队列和MicrosoftSQLServer复制机制来维护数据一致的实现过程,对比分析了二者在实际应用中各自的特点,以及在理论上的技术差异。     

一种多副本一致性控制方法

在分布式存储系统中,复制是为提供高的数据可用性而采用的一种方法。它增加了整个系统的错误忍受能力,但也带来了数据一致性问题。复制的系统需要实现一个副本控制协议使客户端以一个特定的语义访问数据,从而保持多个副本的数据一致性。该文提出了一种新的一致性控制方法。它与标准的一致性协议相比,可以支持失败恢复,并降低了正常情况下的读带宽消耗而不需要在所有设备中引入逻辑时钟同步。     

对等网络中一种优化的副本分布方法

数据复制技术是一种提高P2P系统中数据可靠性和可用性的常用策略.现有复制方法大多只考虑副本数量,副本数量越多就越能提高资源访问效率,但采用这样的数据复制方法将会带来高昂的副本一致性维护代价.为平衡副本一致性维护的开销和多副本带来的访问性能提升之间的关系,该文提出了动态副本分布方法.文中首先给出了副本目录的设计和副本信息的获取方法,能够获得某一逻辑资源的所有副本信息.然后,根据逻辑资源的全局副本信息,对访问频率高且平均响应时间长的数据资源进行复制,并给出副本数量的计算方法.最后,根据用户访问特征和节点实时带宽等信息计算放置副本的最佳地点,使副本分布能够适应数据访问请求和网络带宽的动态变化.模拟实验结果显示,该方法能够实现全局优化的副本分布,以少量数据副本提升资源访问的性能.     

采用动态投票机制的数据网格副本一致性维护

针对网格动态性引起副本数据一致性维护困难的问题,根据网格的动态特性建立了网格系统模型和副本一致性维护模型;提出了适用于低在线率情况的动态投票机制,并在此基础上给出了一种副本数据一致性维护算法,从全局有序性和读一致性等方面证明了该算法的正确性.最后通过模拟实验对副本数取值及可扩展性等方面进行分析,探讨了网格动态性对数据一致性维护的影响.     

数据网格中的数据复制技术研究

数据复制技术是数据网格系统中广泛采用的改善网格系统性能的关键技术之一。与传统分布式系统应用领域中的复制相比，数据网格中的复制技术在复制目标、复制粒度、复制关键技术等方面表现出独特性质。本文将数据复制技术概括为副本创建、数据传输、副本删除、副本选择、副本一致性管理、安全管理等环节，深入分析、探讨了数据网格系统中数据复制的各项关键技术，为建立综合的数据网格复制策略和技术框架提供了全面的技术分析。最后，对数据复制技术下一步的研究方向作了分析和预测。     

基于HBase的地理分布副本管理机制

针对分布式存储系统中数据通常在多个数据中心有冗余的副本进行备份,需要健壮的机制维护各个副本的一致性,对分布式系统的副本复制理论作了深入研究后,提出了一套管理地理分布副本的算法.微软研究院提出服务等级协议,把用户对一致性的要求分成若干级别,每个级别与用户可容忍的延迟有关.系统保证在可容忍的延迟范围内,用户能拥有较高的服务等级.Tuba系统拓展了Pileus,允许系统根据所有用户发送的统计信息动态地改变主从副本存放的位置,以提高系统的平均性能,但Tuba系统的复制只是基于单个目标单位进行.对Tuba系统中的方法作出改进,提出了一套改变主从副本存放位置的算法,并在HBase分布式系统的副本复制中实现了该机制.系统完成后,通过实验验证了在改变主从副本存放位置时综合考虑两个region的相关性可以提高系统整体的效用.     

混合云环境下利用世系保障数据一致性的研究

混合云环境下,公有云与私有云共同为用户提供服务,公有云中的应用可能需要频繁读取私有云中的数据,通过复制私有云中的副本到公有云中可降低网络开销,但不同云中文件副本的动态更新会导致云中各个副本的不一致性。提出了一致性服务,该服务由一致性维护模块和一致性检测与恢复模块两个部分组成。一致性维护模块通过发送文件的更新消息的方法维护副本的一致,降低了系统的响应时间;一致性检测与恢复模块利用世系的思想,通过对比副本的世系记录来检测副本的一致性,可将副本不一致状态恢复成一致状态。实验证明混合云下利用世系一致性服务是可行的,由此带来的通信和存储开销在可接受范围内。     

数据网格中服务质量感知的副本放置方法

可靠的服务质量是数据网格应用的关键因素之一.服务质量感知的副本放置问题在传统模型中加入个体服务质量约束,可满足QoS严格的数据网格应用需求.针对现有副本放置算法不支持多属性约束、可扩展性不高等缺点,提出一种基于矩阵操作加速的3阶段副本放置算法TP-GABMAC算法,并引入副本环处理副本更新和一致性维护问题.分析和实验表明,TP-GABMAC算法具有稳定性好和可扩展性强的特点,在多种网络拓扑、访问模式和负载条件下均能获得合理的副本策略.     

基于关系模型的UML类图一致性检验

UML类图是UML建模语言的核心元素之一,类图模型的正确性和一致性对于保证需求分析的正确性至关重要。论文研究了UML类图模型的语义一致性问题,提出了一种自动检验类图一致性的方法。该方法以扩展的关系逻辑为语义基础,把一致性问题归结为关系逻辑公式的可满足性问题。实践表明,该方法能够有效的检查UML类图模型的一致性,发现需求分析中的错误和漏洞,在一定程度上保证了类图模型的正确性。     

一个可视化的用例描述层次模型

用例可采用可视化建模语言UML的用例图、活动图和顺序图来描述,规范且直观,但难于保证图形间的一致性,且在活动图和顺序图中难以体现用例的包含、扩展和泛化关系。文章在深入研究已有的用例描述方法的基础上,提出了一种可视化的用例描述层次模型。该模型将用例分为服务层、结构层和事件层三个抽象层次来描述,容易保证图形间的一致性,且在结构层可以灵活地描述用例间的三个关系。     

一个可视化的用例描述层次模型

用例可采用可视化建模语言UML的用例图、活动图和顺序图来描述，规范且直观，但难于保证图形间的一致性，且在活动图和顺序图中难以体现用例的包含、扩展和泛化关系。文章在深入研究已有的用例描述方法的基础上，提出了一种可视化的用例描述层次模型。该模型将用例分为服务层、结构层和事件层三个抽象层次采描述，容易保证图形间稍一致性，且在结构层可以灵活地描述用例间的三个关系。     

交叉树:一种用于安全协议分析的数据结构

提出用一种特殊的数据结构交叉树来描述安全协议中的消息。交叉树有一些交叉结点，拥有交叉结点的几棵交叉树形成交叉森林。一棵交叉树唯一对应于一个消息，一个交叉森林表示那些在协议执行过程中采用相同机制发送或接收的消息。一个或几个消息中相同的原子消息在交叉树或交叉森林中用交叉结点来表示，这样易于保证原子消息的一致性，以及公钥和它所有者之间的一致性。另外，交叉树还可用于为消息模板建立可接受消息，这时于建立在模型检验基础上的安全协议分析是非常必要的。     

基于变化的服务演化一致性判定

由于Web服务处在开放、动态、多变的网络环境下,为了有效响应用户需求、运行平台及外部环境的变化,服务必须具备演化的能力。演化后的服务应维持与原伙伴服务或服务用户之间的正常交互,这种性质称为演化一致性。由于Web环境的多样性,服务开发者对演化一致性的判定的标准并不统一。对于服务演化一致性判定问题,现有方法大多基于固定的判定标准,缺乏可调节、细粒度的定量分析且不能显式地反映服务版本之间的变化。针对上述不足,面向服务演化导致的变化,从服务的结构层和非功能层两个角度建立基于变化的服务描述模型,并在该模型的基础上引入演化一致度对演化一致性进行度量。基于所提出的方法,设计并实现了一个服务演化一致性判定工具,验证了所提出方法的可行性与有效性。     

Digital twin driven production progress prediction for discrete manufacturing workshop

In make-to-order manufacturing enterprises, accurate production progress (PP) prediction is an important basis for dynamic production process optimization and on-time delivery of orders. Digital twin technology offers an enabling tool for PP analysis. Although the production process can be observed, analyzed, and controlled in real-time by digital twin model (DTM), there exist some uncertain events, degradation of manufacturing elements, and abnormal disturbance in physical workshop (PW), which would cause the deviation between DTM and PW performance and affect the prediction accuracy of PP. Synchronous evolution of DTM for precision holding to ensure the consistency between DTM and the performance of PW, and guarantee the accuracy of DTM is still a challenging issue, especially when dealing with new dynamic samples for complex production environment of discrete manufacturing workshop (DMW). This article focuses on how to effectively construct DTM synchronous update methods based on dynamic sample data for DMW. This study proposes a representation model of performance degradation and an Adaboost-DNN-LSTM based synchronous update model with competitive election mechanism to enhance the accuracy of PP prediction with time in industrial environment. The experiment is conducted in the realistic production dataset, which demonstrates that the proposed synchronous evolution model has good performance for realizing the synchronization of the performance of physical workshop in industrial environment, and can greatly improve the prediction ability for PP.     

以操作系统为中心的存储一致性模型--线程一致性模型

分布共享存储系统为保证程序的正确执行，必须通过存储一致性模型对共享存储访问顺序加以限制，而现有模型在可扩展性和操作系统级实现方面存在不足。结合多线程的特点，提出了一种以操作系统为中心的线程一致性模型，通过并行程序执行过程中线程状态的变化来观察和限制存储访问事件的正确顺序，有利于系统的可扩展性、一致性维护信息获取的方便性和完备性以及操作系统本身的设计和实现。分别从模型的定义、正确性证明、实现方案和性能分析等几个方面展开了论述。     

Adaptive trade‐off between consistency and performance in data replication

Replication is widely adopted in modern Internet applications and distributed systems to improve the reliability and performance. Though maintaining the strong consistency among replicas can guarantee the correctness of application behaviors, however, it will affect the application performance at the same time because there is a well‐known trade‐off between consistency and performance. Many real‐world applications favoring performance often choose to enforce weak consistency. Although there has been some work on flexible configuration of consistency, most focuses on design or deployment time. As the system settings constantly change during runtime, the tuning of the consistency‐performance trade‐off needs to be handled dynamically. Failing to do that will cause either underestimation or overestimation of the consistency and performance that can be achieved. Existing work does not well support the dynamic tuning of the aforementioned trade‐off in runtime, which is mainly because of the lack of an appropriate quantitative model of consistency and performance. In this work, based on our previous effort on the quantitative model of consistency and latency, we design a replication protocol, CC‐Paxos, to achieve an adaptive trade‐off between consistency and performance according to application preferences and runtime information. By design, CC‐Paxos is not bound to any specific underlying data stores. We have implemented CC‐Paxos and applied it to MySQL databases. And real experiments both within a data center and across data centers show that CC‐Paxos not only can dynamically adjust the delivered consistency in return for ensured performance but also outperforms MySQL Cluster in the case of strong consistency guarantee. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于环境建模的物联网系统TAP规则生成方法

用户需求是物联网智能服务的根本驱动力，如IFTTT等很多物联网框架允许用户使用简单的触发-命令编程（TAP）规则进行编程，但它们描述的是设备调度程序，并不是用户服务需求.一些物联网系统提出采用面向目标的需求方法，支持服务目标的分解，但很难保证物联网不同服务间的一致性和服务部署的完整性.为了支持正确的“用户编程”并保证用户服务需求的一致性与完整性，本文提出了基于环境建模的TAP规则自动生成方法，在用户提供的服务需求基础上，根据环境模型自动推导出所需的系统行为，检测系统行为的一致性和完整性，并最终自动生成TAP规则，实现从用户服务需求到物联网设备调度的自动生成.本文构建了物联网应用场景的环境本体以建模环境，并定义了基于环境本体的服务需求的描述方法.另外，论文针对方法的准确性、效率、性能以及构建环境本体的时间开销在智能家居场景上进行了评估.结果表明，本文方法准确性、效率和性能超过可用阈值，且在需求达到一定数量后，构建环境本体花费的时间可忽略不计.     

Spark环境下基于子图的异步迭代更新方法

全局同步计算模型简单易用,但是路障同步导致收敛速度变慢。以顶点为中心的异步迭代虽然提高了收敛速度,但在计算节点之间需要频繁发送信息。在Spark环境下提出一种基于子图的异步迭代更新方法。在子图之间建立异步消息通信连接后,子图能以异步方式发送数据块;通过多线程同步避免数据读写冲突,保证异步更新时顶点状态的一致性。在大规模样本数据集上分别从收敛结果、收敛速度和通信代价验证方法有效性。实验结果表明,与全局同步迭代相比,该方法有效提高了计算收敛速度。与顶点为中心的异步更新方式相比,该方法在收敛时间上略有增长,但是显著降低了通信开销。