分布式存储中精确修复最小带宽再生码的性能研究

分布式存储系统为保证数据可靠性,需要对数据进行冗余存储来应对由于节点失效所带来的数据不可靠性.基于矩阵积构造的精确修复最小带宽再生码除了能够显著降低系统的存储冗余,而且编码的构造参数之间没有约束限制,还能够显著降低修复带宽的开销,具有广阔的应用前景.然而,基于此编码方案所设计的分布式存储系统的性能开销并没有得到充分的研究和分析.针对该编码在分布式存储系统中数据上传、修复、下载3个阶段,分别比较CPU使用率、文件大小、缓冲区大小以及有限域大小对上述3个阶段中运算速度的影响,发现通过对相关参数进行合理配置,可以使得基于相应编码方案的分布式存储系统能够获得良好的运行性能.     

嵌入式存储器的多故障自修复方法

使用冗余行覆盖占故障总数70%的单故障,导致冗余资源的浪费.为提高冗余资源的利用率,提出一种高效的修复方案,即冗余行覆盖多故障,纠错码修复单故障.当采用码率大于1/2的纠错码修复单故障时,校验住的长度小于冗余行的长度,节约了面积开销.通过2~4×8比特静态随机存取存储器(SRAM)的自修复实验,验证了新方案的可行性.实验结果表明,与冗余行结构相比,新的修复方案可以减小面积开销,提高芯片的最大工作频率.     

P2P存储网络中的冗余维持

在P2P存储网络中,为保证数据安全可靠,当网络中数据丢失后需生成新的冗余数据.因此,如何快速生成新的冗余数据并保持数据的可靠性就成为评价存储网络性能的关键.网络编码作为一项新兴技术,已被证明可以提高网络吞吐率和鲁棒性.将网络编码思想引入冗余数据维持,可以加快冗余生成速度,从而提高数据可靠性.通过理论分析和仿真给出了快速修复冗余数据的方法、开销和相应的传输策略.仿真结果表明,较传统修复方式所提出的快速修复方法可以节省60%以上的传输时间.     

基于节点兴趣和Q-learning的P2P网络搜索机制

将智能手机设备加入基于非结构化P2P网络的资源共享系统中能够满足人们对资源共享的多样化、便利性、高频性、实时性、高效性等要求,但是该系统网络规模的扩张和网络节点互异性的加大,必将导致系统资源搜索效率的降低、冗余信息的剧增以及网络更加不稳定。为了解决这些问题,文中设计了一种改进的基于节点兴趣和Q-learning的资源搜索机制。首先将节点根据兴趣相似度进行兴趣聚类,划分兴趣集,然后根据兴趣集中节点的能力值构建兴趣树,该结构避免了消息环路的产生,极大地降低了冗余信息;在资源搜索中,兴趣树内采用洪泛算法转发消息,兴趣树之间采用基于Q-learning的消息转发机制,不断强化最可能获取目标资源的路径,查询消息优先在这些路径上传播。另外,针对“热点”资源问题,设计了自适应热点资源索引机制,减少了重复路径搜索,进一步减少了冗余消息量;针对节点失效的问题,给出了根节点冗余机制和捎带检测的策略方法,分别解决了根节点失效和普通节点失效导致的兴趣树的不完整性问题,分析表明该方法能够减少消息冗余量。仿真实验结果表明,与GBI-BI算法和Interest CN算法相比,所提搜索算法能够提高命中率,缩短响应时间,减少冗余信息,具有较好的综合性能,最终解决了由于智能手机设备加入P2P网络导致的资源搜索效率下降、网络流量开销大的问题。     

P2P存储环境下的稳固冗余存储方案设计

大规模P2P稳固冗余存储方案是当前存储研究领域的研究热点。从存储组织结构和数据维护机制两个方面出发,重点比较了完整模式、编码模式和混合模式的数据存储特点;并在分析不同数据维护机制的基础上,提出一种具有失效置信度的数据延时维护策略。通过仿真实验验证了不同存储模式下的维护机制有效性和相关指标。     

无线传感器/反应器网络中反应节点优化重定位机制研究

针对无线传感器/反应器网络中因多个反应器失效而造成的反应器网络连通性被破坏问题,以网络流理论为基础,提出了一个基于网络流的多目标规划模型来求解优化的反应器重定位方案。模型将反应器网络看成是一个运输网络,通过流平衡条件来重建反应器网络的连通性。最小化多个参与恢复的反应器总体开销和最小化单个反应器的最大开销是该模型的两个优化目标。仿真实验结果表明,基于该模型的优化重定位方案能够有效地恢复因多反应器节点失效而造成的网络连通性问题。     

基于之字形解码算法优化的高效低存储ZD码

ZD码(ZigZag-decodable codes)是基于之字形解码算法设计生成的一类纠删码, 它仅需要少量的计算即可修复存储系统中的故障数据, 但需要存储相对其他纠删码更多的冗余数据以保证系统的高可靠性. 为了降低ZD码产生的存储开销, 本文通过分析当前在存储系统中使用的之字形解码的思想, 提出了一种优化的之字形解码算法. 新的解码算法能够更充分利用校验数据中的信息来完成数据修复. 基于新的解码算法, 本文相应的提出了一种新的ZD码编码方案, 由于新算法更高的信息利用率, 新的编码方案能够用更少的存储开销来满足存储系统的高可靠性. 实验结果表明, 本文提出的ZD码编码方案具有最优的存储开销, 且编解码性能远高于目前广泛使用的RS码.     

一种多链式结构的3D-SIC过硅通孔（TSV）容错方案

三维（3-Dimensional,3D）电路由于其更高的密度、更高的传输速率及低功耗的优点逐渐受到人们的重视和研究,而硅通孔（Through Silicon Via,TSV）技术是三维电路中互联上下层不同模块的主要方法之一。然而由于制造工艺水平的限制,在芯片制作完成后会出现一些失效TSV,这些失效TSV会导致由其互联的模块失效甚至整个芯片的失效。提出了一种多链式的硅通孔容错方案,通过将多个TSV划分为一个TSV链,多个TSV链复用冗余TSV的方法修复失效TSV。通过相关实验显示,该方案在整体修复率达到90%以上的情况下可以较大地减少冗余TSV增加的个数和面积开销。     

三维芯片中TSV链式冗余修复电路的设计与实现

由于具有高集成度、高性能及低功耗等优点,三维芯片结构逐渐成为超大规模集成电路技术中的热门研究方向之一。TSV是三维芯片进行垂直互连的关键技术,然而在TSV的制作或晶圆的减薄和绑定过程中都可能产生TSV故障,这将导致与TSV互联的模块失效,甚至整个三维芯片失效。提出了一种基于TSV链式结构的单冗余/双冗余修复电路,利用芯片测试后产生的信号来控制该修复电路,将通过故障TSV的信号转移到相邻无故障的TSV中进行传输,以达到修复失效TSV的目的。实验结果表明,该电路结构功能正确,在面积开销较低的情况下,三维芯片的整体修复率可达91.97%以上。     

结构化P2P系统中副本一致性管理的一种新算法

结构化P2P系统通常使用数据复制来提高数据可用性,但P2P环境中的节点搅动、多节点并发更新以及恶意节点的存在也为副本的一致性管理带来了新的挑战.基于协商的算法要求节点间以全交换的方式通讯,在P2P环境中其可伸缩性不够理想.本文针对结构化P2P系统提出一种基于Quorum的副本管理算法:使用混合失效模型降低容错开销,利用DHT服务处理节点搅动,将数据存储与其元信息管理分离,使数据可靠性和数据可用性得以独立调整.模拟实验表明该算法可以明显改善系统的可伸缩性,减少系统的容错开销.     

一种用于P2P VOD系统的多描述编码方案

为了减小P2P VOD系统中的时延和拒绝率，提出了一种新的多描述编码方案，定义了“最多丢失描述数”和“期望概率”的概念。该编码和具有伸缩性的信源编码一起，能够为P2P VOD系统中的数据分发提供合理的解决方案。理论和实验表明，与文献[5]中算法相比，在同样获得理想质量的情况下，该方案实现更简单，速度约是文献[5]中算法的2倍左右。     

The Neutralizer: a self‐configurable failure detector for minimizing distributed storage maintenance cost

To achieve high data availability or reliability in an efficient manner, distributed storage systems must detect whether an observed node failure is permanent or transient, and if necessary, generate replicas to restore the desired level of replication. Given the unpredictability of network dynamics, however, distinguishing permanent and transient failures is extremely difficult. Though timeout‐based detectors can be used to avoid mistaking transient failures as permanent failures, it is unknown how the timeout values should be selected to achieve a better tradeoff between detection latency and accuracy. In this paper, we address this fundamental tradeoff from several perspectives. First, we explore the impact of different timeout values on maintenance cost by examining the probability of their false positives and false negatives. Second, we propose a self‐configurable failure detector called the Neutralizer based on the idea of counteracting false positives with false negatives. The Neutralizer could enable the system to maintain a desired replication level on average with the least amount of bandwidth. We conduct extensive simulations using real trace data from a widely deployed peer‐to‐peer system and synthetic traces based on PlanetLab and Microsoft PCs, showing a significant reduction in aggregate bandwidth usage after applying the Neutralizer (especially in an environment with a low average node availability). Overall, we demonstrate that the Neutralizer closely approximates the performance of a perfect ‘oracle’ detector in many cases. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种面向可用性的P2P数据分发方法

对等网络由高度动态的节点构成,节点间会话时间极端异构。对等节点频繁加入和退出导致对等网络维护开销增大,数据可用性降低。面向可用性的对等网络数据分发方法,针对热点数据和节点可用性的分析,通过增加系统中数据的副本数量,提高数据的可用性,同时减小消息扩散的范围,提高系统的效率,克服会话时间异构性。实验结果表明,该方法可以有效提高数据可用性,降低系统的维护开销。     

一种云存储系统数据持久存储机制

针对云存储中的可靠性产生的担忧,提出一种云存储系统完善的数据存储保障机制,以保证系统的高可靠性和数据的高可用性。在处理与数据持久存储的相关的数据分片、数据分发、完整性检查以及冗余数据的维护中,引入基于纠删码的数据冗余机制,与传统的复制冗余方案相比,能够在获得相同的数据可用性时降低存储空间和网络带宽的开销多达50%以上。采用基于缓冲区的分段读入编码对纠删码算法进行优化后,提高了对文件分片与合并的平均编码速率。     

基于空间矢量脉宽调制策略的船用永磁同步电机控制仿真

随着船舶吊舱技术以及永磁电机及其控制技术的发展,永磁同步电动机开始迅速应用于船舶吊舱电力推进系统中。针对船用电机的转速和转矩在过渡过程中波动很大的现象,引入了空间矢量脉宽调制方案,结合永磁同步电机数学模型及船桨模型,搭建了基于空间矢量脉宽调制策略的船用永磁同步电机仿真模型。仿真结果表明空间矢量脉宽调制方式可有效减小转矩的脉动,电机推进系统有良好的动态响应效果。为船舶电力推进系统的研究提供了新的思路。     

The grid protocol: a high performance scheme for maintainingreplicated data

A new protocol for maintaining replicated data that can provide both high data availability and low response time is presented. In the protocol, the nodes are organized in a logical grid. Existing protocols are designed primarily to achieve high availability by updating a large fraction of the copies, which provides some (although not significant) load sharing. In the new protocol, transaction processing is shared effectively among nodes storing copies of the data, and both the response time experienced by transactions and the system throughput are improved significantly. The authors analyze the availability of the new protocol and use simulation to study the effect of load sharing on the response time of transactions. They also compare the new protocol with a voting-based scheme     

P2P网中基于文件分片的副本建立策略*

在大规模P2P网络中,为了提高数据的可用性,可以通过在系统中多个节点上建立数据副本的方法来增加数据的冗余度.为了减小副本建立的开销,可采用一种基于文件分片的副本建立策略,将需要复制的数据文件先进行分片,然后把这些分片在一组选取好的候选节点间进行分发复制.该方法能够充分利用网络带宽,明显减小建立副本所需的时间开销.     

一种高效的无结构对等网查询机制

提出一种提高无结构型对等网络查询效率的机制。在该机制下，节点根据地理位置自动聚类，类之间用Chord方式组合起来，从而减轻了逻辑网络与物理网络拓扑结构的不匹配。为了进一步提高查询效率，引入了一种类间索引技术。该技术使得查询消息不需要遍历所有的类就能获得全局搜索结果。与Gnutella中的洪泛滥查询相比，在TTL=5的情况下，该机制最多能减少超过80%的资源开销，最多可以将响应时间缩短59%。