一种新的3容错扩展RAID码

随着存储系统规模的扩大,如何提高存储系统可靠性成为一个必须解决的问题. 目前的双容错独立冗余磁盘阵列(RAID)码已经无法满足存储系统可靠性要求. 在双容错行对角奇偶校验(RDP)码的基础上,提出了一种编码冗余率和纠错能力达到编码最优的新的扩展RDP-RAID码,可以允许任意3磁盘同时故障,并给出了一种基于二元矩阵变换的简单和直观的译码算法. 与STAT码和EEOD码相比,扩展RDP-RAID码的编译码复杂度、更新复杂度、存储效率的综合性能可达到最优,存储可靠性高.     

基于双容错编码的DP-RAID数据布局研究

基于单容错编码的数据布局已经不能满足存储系统对可靠性越来越高的要求,而现有的基于多容错编码的数据布局普遍存在编码解码复杂,计算负载大等缺点。文中设计了一种基于双奇偶校验的双容错数据布局DP-RA ID。该布局只需要在磁盘数量为素数的RA ID 5阵列系统中增加1个校验磁盘,通过水平和对角方向的双重奇偶校验实现双容错。该布局的双重校验条纹长度相同,结构简单,易于实现。而且该布局的编码解码算法简单,计算负载小。研究表明该布局与RA ID 5相比,写操作性能会有少许的下降,读操作性能不变,而可靠性大幅度提高。     

最优冗余双容错数据布局

在磁盘阵列双容错编码简单图表示法和双容错数据布局判定定理的基础上,提出了最优冗余布局定理,证明了full-2码(对应完全图)的双容错数据布局的磁盘数下界及最优冗余布局的构型。并给出了一种基于完全图的完全1-因子分解的full-2码最优冗余双容错数据布局构造方法。与其他双容错编码/布局相比,该方法生成的布局具有可靠性高、更新代价最优、冗余率最优、编码/解码复杂度低等优点,且构造方法适应性更强。     

基于EEOD码的一种有效的数据分布策略

在EVENODD码的基础上,提出一种新的基于EEOD码的数据布局分布策略。该策略只需要三个额外的存储设备保存校验信息,能容许任意三个存储设备同时故障。策略中的校验方程组用图的回路表示,可将其顶点逐步消除,把译码过程归结为图回路的叠加。讨论了基于EEOD码数据分布策略的性能,与其他策略相比,其容灾能力大幅度提高,编码和译码过程只需要简单的异或运算,但空间利用率和系统吞吐量的影响非常小。     

非均匀故障保护的分组修复码构造

考虑到实际分布式存储系统中存在热度不同的文件,构造了一种基于非均匀故障保护的分组修复码（GRC-NFP）,可对热文件和高故障概率节点提供更高等级保护,并降低多故障节点修复的磁盘读取开销.在文件冷热分组后,用所存目标节点故障概率表征数据块故障概率,并排序,存入长度依次递增的多个数据分组,并生成组编码块.性能分析和实际系统部署结果表明,与里德-所罗门码和分组修复码相比,GRC-NFP可在存储开销较小的条件下拥有较高的容错能力和较低的修复局部性,并且使热文件能够受到更有效地保护.系统部署下较少的编码和故障修复时间进一步证明了GRC-NFP的可行性.     

基于水平纠删码的云存储数据布局方法

针对云存储系统的扩展性和数据容错问题,设计了一种基于水平阵列纠删码的通用云存储系统方案,系统可按存储节点子集进行规模扩展;给出了一种可容3列随机删除错的数据布局方法,并利用校验数据位与信息数据位之间的对应关系,寻找到一种具有低计算复杂度的数据重构算法,提高了丢失数据的恢复性能.理论分析和原型系统测试表明,本布局方法与存储方案适合于构建对数据编译码复杂度、系统扩展性都具有较高要求的云存储系统.     

逆码：一种可容3错的低密度MDS横式阵列码方法

磁盘阵列存储可采用阵列码技术提高系统的容错能力。随着对阵列存储系统的深入认识,阵列码的更新效率也逐步成为一项重要的性能指标。针对当前可容3错横式阵列码更新效率低的问题,提出了一种具有低密度特性的横式阵列码构造方法,称为逆码。不同于传统阵列码是利用特殊几何方法确定编码过程,逆码是从生成矩阵角度出发,通过构造编码分布矩阵确定编码过程。首先,基于域GF(2^w)给出了一种具有超正规性质但只有3行元素的矩阵结构,称为逆结构矩阵;然后,利用w×w大小的比特方阵表示域GF(2^w)中元素;最后,通过提出的优化算法得到具有低密度性质的编码分布矩阵,进而确定逆码的编码过程。理论分析表明：逆码满足最大距离可分性质,可取得最优的存储效率;与STAR码、RTP码等容3错的阵列码相比,逆码的参数取值范围将不受素数的限制,参数设置更加连续。实验分析表明：相比于同样从生成矩阵确定编码过程的CRS码,逆码的稀疏度、更新效率以及编译码效率均有明显优势;相比于STAR码、RTP码,逆码的更新效率平均可提高20 %;为了提高逆码的译码效率,文中也尝试了不同的异或序列技术。     

基于二元Golay隐写码的快速隐写算法

文章首先研究了基于二元Golay码的隐写编码的性能,然后研究了基于二元Golay隐写码的快速实现问题,提出了一种快速隐写算法。该算法在不提高载体数据修改率的前提下,有效降低了编码的计算复杂度,提高了隐写算法的实现效率。     

随机阵列码:一种高容灾易扩展的RAID存储容灾方法

针对大数据存储容灾系统中数据存储的可靠性和扩展性等问题,提出一种具有较高容灾能力且高效易扩展的存储容灾方法,称之为随机阵列码。通过研究 上随机矩阵列满秩的性质,并将其应用在RAID阵列存储容灾方案中。首先,依据RAID存储系统环境配置和容灾需求设置条带参数,构建相应规模且满足特定性质的随机矩阵作为编码矩阵,并利用它将数据分块编码存储到不同磁盘上。当发生磁盘损毁、扇区失效等原因造成数据丢失时,可依据相应的校验矩阵及剩余的编码分块进行失效数据的高概率译码恢复。从而,实现了数据高效、可靠地容灾存储。实验及理论表明,① 上的随机矩阵,在随机概率p=0.5,矩阵行列差 时,即具有高概率列满秩的性质。②随机阵列码在编码参数上,不再受到素数或有限域规模的限制,具有灵活的设置方式,同时其容灾能力也可根据容灾需求灵活扩展。③随机阵列码基于XOR运算,与相关文献提出的RS码,CRS码方法相比,具有较高的编译码速率,特别是在较大规模存储容灾系统中表现良好。④在存储空间利用率上,与相关文献提出的Tornado码和LT码相比,随机阵列码随着规模的增长,趋于近似MDS码,具有较高的存储空间利用率。随机阵列码为大数据存储容灾技术的概率性存储容灾方案提供了一种新的解决思路,具有高效,可靠,易扩展等特点,可实现一般化存储容灾方案的订制,此外,也可与其它的存储容灾技术结合使用,共同构建特定需求下的存储容灾系统。     

面向光传输网的Polar-LDGM码方案

针对光传输网（OTN）对纠错码低实现复杂度、逼近香农限性能和无错误平层的要求,提出了一种基于Polar码和低密度生成矩阵（LDGM）码的低复杂度高速级联码方案。首先针对级联模型阐述了Polar-LDGM码的编码设计方案,并分析了编码复杂度。然后基于两种码的结构特点,给出了基于置信传播（BP）算法的级联解码算法。通过合理利用高斯逼近（GA）法推导解码算法中传递消息的均值,能够准确地预测出Polar-LDGM码的理论错误概率。仿真结果表明,Polar-LDGM码满足在OTN中应用的要求。     

准循环码和双环循环码的研究

文章首先简述了准循环码的概念,然后较为深入地研究了准循环码生成方法,最后讨论了双环循环码与准循环码的关系及其编码的电路实现。     

OFDM系统的非二进制级联码性能分析

提出了一种新的级联码结构,将基于有限扩域的非二进制LDPC码和空时码级联,这种结构使得非二进制LDPC码不需要串并变换直接进行高阶调制,简化了系统结构,克服了串并变换所带来的误差．分析比较了不同域值的LDPC级联码系统在不同调制模式下基于高斯白噪声信道和多径衰落信道的误码性能和译码复杂度,结果显示,新的级联编码的OFDM系统的性能优于二进制级联编码的OFDM系统,在高斯信道,误码率为10^-6时,GF(4)和GF(16)分别提高0.2dB和0.3dB,在多径信道,误码率为10^-6时,GF(4)和GF(16)分别提高1dB和2dB增益,级联的非二进制LDPC码的域值越大,系统的性能越好,译码复杂度也相应提高,GF(4)域上的加法计算次数比GF(2)域上多了2倍, 比GF(16)域多了10倍．     

量子常数循环码

提出了一类新的量子稳定子码的构造方法．寻找量子稳定子码的问题可以转化为寻找GF(4)上迹内积自正交的经典加码的问题．利用这一联系,提出了GF(4)上的经典常数循环码满足迹内积自正交的充要条件,从而构造出了对应的量子常数循环码．最后给出了该类码的一些例子,特别是利用该方法可以构造出量子汉明码．常见的量子循环码实际上是量子常数循环码的一个子类．     

一类基于经典卷积码的量子稳定子码

提出了一类新的量子稳定子码的构造方法．寻找量子稳定子码的问题可以转化为寻找GF(4)上迹内积自正交的经典码问题．根据这一关系,首先证明了GF(4)上经典卷积码迹内积自正交的充要条件,然后寻找满足该条件的经典卷积码,再将找到的经典卷积码通过“咬尾”变换得到具有简单分组结构的tail-biting码,证明了该类tail-biting码是迹内积自正交的,从而构造出对应的量子稳定子码．该类码构造方法简单,码距接近理论上限．     

一种Turbo码编码参数的盲识别方法

针对Turbo码的盲识别问题,提出了一种对非归零Turbo码编码参数进行盲识别的方法.该方法通过分析Turbo码中子编码器的编码组成结构,建立了1/2码率卷积码的分析模型,进而在恢复Turbo码中交织序列的基础上,利用穷举比对的方法来确定交织关系,实现了对非归零Turbo码的盲识别.实验仿真表明,在仅得到Turbo码编码数据序列的情况下,实际数据的编码参数识别分析结果和所设前提完全一致,表明了该识别方法的正确性.     

格及其编码和译码

本文介绍了n维实欧氏空间R~n中格的基本概念、构造与主要的编译码方法,讨论了二元纠错码与格的关系,以及由二元码构造格的方法。格与二元纠错码的软判决译码有着紧密的联系。格的最主要特点是将矢量空间R~n进行划分,在矢量量化和编码理论中具有重要的现实意义。     

基于SPA算法的Turbo码译码

通过把Turbo码当作一种串行级联码进行处理,在改进编码框图和降低奇偶校验矩阵后,得到了一种改进的Turbo码.采用和积算法译码进行仿真,结果显示,该方法降低了译码的复杂度.     

一种对奇偶校验比特按组删余的速率兼容编码

以多维累加交叉并行级联单奇偶校验码为母码,提出了一种具有线性编码复杂度的删余速率兼容编码．将母码的每个编码支路所输出的奇偶校验比特分为一组,利用高斯近似密度进化方法确定各组奇偶校验比特的删余优先级别,通过对奇偶校验比特按组删余,构建了一组速率兼容编码．仿真结果表明,该编码在不同码率的误比特率性能均优于以(3,6)规则LDPC码为母码构建的删余速率兼容编码的性能．     

IRA码结构优化与高斯逼近分析

码结构是决定IRA码性能的重要因素,因此利用高斯逼近对IRA码结构进行了优化。介绍了IRA码的图模型理论,给出了IRA码的Tanner图结构。分析了度为2的变量节点对码结构的影响。在AWGN信道下,基于给定的噪声方差,对IRA码的高斯逼近进行了研究,设计度分布多项式。基于高斯逼近原理设计出IRA码,并进行计算机仿真。仿真结果表明这类码相对于MacKay法构造的LDPC码能带来性能上的提高,并且具有良好的消息收敛特性。     

基于原模图的AR4JA码的优化设计

LDPC码具有接近香农极限的性能和适中的编译码复杂度,在深空通信中具有较大应用前景。该文介绍了空间数据系统咨询委员会标准推荐的累积重复累积码,根据码字的原模图对ARA码进行了设计和分析。经过改进得到AR4JA码性能良好,具有系列性,采用并行结构解码,编解码复杂度较低。相关的仿真结果表明,采用该文所提出的改进原模图构造方法,在4/5码率,3.7 dB信噪比下,可以获得接近10-6的误码性能。