CCSDS标准低并行度高速LDPC编码方案

提出了一种基于CCSDS标准的低并行度高速LDPC编码结构设计方案。该编码结构通过对输入的待编码信息插"0"和改变校验矩阵的循环子矩阵结构实现了CCSDS标准中的7/8码率编码方案的奇偶并行编码,且编码结果奇偶并行输出。在编码器的编码速率需求和编码器实现的硬件资源开销上达到平衡。仿真和实现的结果表明,该低并行度编码结构的设计相对于其他7/8码率串行编码结构设计,在增加少量的硬件开销的条件下,获得双倍的编码速率。     

基于奇偶校验的三容错数据布局研究

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。对基于多容错编码的数据布局的研究受到了广泛的关注,并且出现了一些三容错的布局算法,如HDD1,HDD2等。但这些布局算法普遍存在冗余度较差、计算负载大等缺点。提出了一种基于三重奇偶校验的多容错数据布局算法TP-RAID(Triple Parity RAID)。该算法只需要在RAID5阵列系统中增加两个校验磁盘,通过水平、正向对角和反向对角三重奇偶校验,可容许同时发生的三个磁盘故障。该算法编码、解码简单,三重校验条纹长度相等,计算负载小,易于实现。此外,由于该算法中尽量减少了三重校验之间逻辑关联,使得该算法的小写性能比其他的三容错算法相比有了大幅度的提高。     

基于低复杂度编译码的数据流错误纠错方法

针对单粒子翻转可能带来的数据流错误,设计一种改进的数据流错误纠错方法。利用线性分组码的相关理论,分析常用数据流容错方法的容错能力,从线性分组码的编译码原理出发给出一种低复杂度编译码算法,基于该编码的容错方法能够以较少的开销纠正单粒子翻转造成的单比特数据错误。实验结果表明,该方法能够有效纠正单粒子翻转造成的数据错误,与常用的纠检错方法相比,具有较优的纠错性能和较少的容错开销。     

关系型数据库内存化存储模型研究

大数据环境下,磁盘数据库存在高并发I/O瓶颈,磁盘数据内存化是解决传统关系型磁盘数据库I/O瓶颈的有效方案。已有的内存化技术存在数据丢失、配置复杂等问题。基于内存数据库Redis,以典型开源关系型数据库MySQL为例,提出一种解决关系型数据库磁盘I/O瓶颈的轻量级内存化解决方案,实现MySQL的内存化存储。同时构建行式键值（RB-KVM）和分段列式键值交叉（PCB-KVCM）存储转换模型,实现异构数据库存储模型的转换和自动化数据迁移。通过分析对比,RB-KVM数据存取效率更高,而PCB-KVCM具有更高的内存利用率且在时间开销上优于RB-KVM。通过实际运行分析,该技术不仅提高了数据库在高并发场景下的吞吐能力,实现了海量热点数据的高效存取,在实际应用中也更加快捷,实施成本更低。     

基于合作域的无线传感器网络数据存储机制研究

通过分析无线传感器网络(WSNs)的特性及其应用特点,提出了一种新型的基于合作域的无线传感器网络数据存储机制,以便在节约节点能量和内存开销的前提下提高数据的可靠性.指出了其设计目标和体系结构,定义了数据存储合作域、管理节点及其建立机制,给出了在合作域内根据网络编码理论进行数据存储与提取的算法与流程.通过仿真测试,证明其能够在较低的资源开销下提高信息的可靠性.     

基于中间件的实时内存调度

在数据密集型实时监测系统中,任务需要通过分配内存来存储和处理动态变化的信息。该文提出了一种基于中间件的新型内存调度器,通过反馈驱动来调节实时任务的内存分配,与受控任务保持平滑的连接,开放结构允许系统设计人员增加或修改内存管理策略。测试结果表明,内存调度器引起的开销较小,能有效地协调资源共享冲突。     

一种新的三容错最大距离可分阵列码

随着海量存储系统的发展,双容错数据布局已不能满足系统对可靠性要求.在双容错行对角线奇偶码的基础上,只增加1冗余校验列,提出一种新的3容错最大距离可分阵列码.采用二元矩阵给出了新的阵列码代数编码定义,并通过基二元矩阵变换,给出结构简单易于软硬件实现的译码算法.并理论上证明新阵列码具有最大距离可分编码特性,空间利用率达到了3容错编码最优.与现有其它3容错编码进行比较,分析结果表明新码的编译码效率,小写性能,以及平衡性的综合性能达到最优.     

一种支持容错的任务并行程序设计模型

任务并行程序设计模型已成为并行程序设计的主流,其通过发掘任务并行性来提高并行计算机的系统性能.提出一种支持容错的任务并行程序设计模型,将容错技术融入到任务并行程序设计模型中,在保证性能的同时提高系统可靠性.该模型以任务为调度、执行、错误检测与恢复的基本单位,在应用级实现容错支持.采用一种Buffer-Commit计算模型支持瞬时错误的检测与恢复;采用应用级无盘检查点实现节点故障类型永久错误的恢复;采用一种支持容错的工作窃取任务调度策略获得动态负载均衡.实验结果表明,该模型以较低的性能开销提供了对硬件错误的容错支持.     

基于广播加密的安全容错编码

针对当前的RC编码在应用当中存在容易遭受仿冒、串谋等攻击的安全问题,基于广播加密的思想,提出了以一种安全的RC容错编码.该编码可以选定一个可靠的容错服务器的集合,以保证系统不会在容错过程中遭受攻击.实验结果表明,虽然编码的存储开销和计算开销有所增加,但是在判定性BDHE-Sum假设条件下,该编码是适应性安全的.     

基于内存缓存的异步检查点容错技术

高性能计算机系统规模越来越大,系统可靠性问题越来越严重.检查点技术是最典型的容错方法,但是因为并行文件系统的性能提高相对缓慢,数据写带宽低,传统检查点方法产生了严峻的性能问题.针对当前计算机系统计算和存储资源丰富,而并行文件系统写带宽提高相对滞后的特点,提出了基于内存缓存的异步检查点容错技术,传统的检查点技术被划分为两步:检查点文件首先被缓存在计算结点的局部内存,然后使用一个独立的帮助任务将数据拷贝到并行文件系统.利用局部内存带宽高以及帮助任务和计算任务并行执行的特点,新方法极大减小了检查点容错引入的时间开销,模拟和实际程序测试验证了异步检查点容错技术的有效性.     

轻量级大数据运算系统Helius

针对Spark数据集不可变,以及Java虚拟机（JVM）依赖环境引起的代码执行、内存管理、数据序列化/反序列化等开销过多的不足,采用C/C++语言,设计并实现了一种轻量级的大数据运算系统--Helius。Helius支持Spark的基本操作,同时允许数据集整体修改;同时,Helius利用C/C++优化内存管理和网络传输,并采用stateless worker机制简化分布式计算平台的容错恢复过程。实验结果显示：5次迭代中,Helius运行PageRank算法的时间仅为Spark的25.12%~53.14%,运行TPCH Q6的时间仅为Spark的57.37%;在PageRank迭代1次的基础上,运行在Helius系统下时,master节点IP接收和发送数据量约为运行于Spark系统的40%和15%,而且200 s的运行过程中,Helius占用的总内存约为Spark的25%。实验结果与分析表明,与Spark相比,Helius具有节约内存、不需要序列化和反序列化、减少网络交互以及容错简单等优点。     

NUMA感知的持久内存存储引擎优化设计

持久性内存(persistmemory,PM)具有非易失、字节寻址、低时延和大容量等特性,打破了传统内外存之间的界限,对现有软件体系结构带来颠覆性影响.但是,当前PM硬件还存在着磨损不均衡、读写不对称等问题,特别是当跨NUMA(nonuniformmemoryaccess)节点访问PM时,存在着严重的I/O性能衰减问题.提出了一种NUMA感知的PM存储引擎优化设计,并应用到中兴新一代数据库系统GoldenX中,显著降低了数据库系统跨NUMA节点访问持久内存的开销.主要创新点包括:提出了一种DRAM+PM混合内存架构下跨NUMA节点的数据空间分布策略和分布式存取模型,实现了PM数据空间的高效使用;针对跨NUMA访问PM的高开销问题,提出了I/O代理例程访问方法,将跨NUMA访问PM开销转化为一次远程DRAM内存拷贝和本地访问PM的开销,设计了Cache Line Area (CLA)缓存页机制,缓解了I/O写放大问题,提升了本地访问PM的效率;扩展了传统表空间概念,让每个表空间既拥有独立的表数据存储,也拥有专门的WAL (write-ahead logging)日志存储,针对该分布式WA...     

基于X Code和RS Code的二维分布式存储系统

随着分布式存储技术的发展,网络数据存储的安全性问题成为计算机领域研究的热点.在分析了基于X Code和RS Code技术的分布式存储系统的基础上,为进一步增强数据系统容错能力提出了一种改进的二维分布式存储系统.该系统将数据服务器中的数据块组织成具有行列坐标的两维实体,在列上将RS Code和X Code两种编码方法综合运用产生校验信息,在行上实行基于异或运算的校验.实验表明经改进的系统较采用RS Code技术的系统减少了数据恢复时间,较采用X Code技术的系统增加了容错数量,从而在整体上提高了系统容错效率.     

基于服务体/执行流模型的MiniCore系统的容错设计

空间环境中的计算机系统要求高可靠性.针对存储受限的空间嵌入式实时系统,从内存可靠性和任务容错调度两个角度出发,提出了一种两级容错设计方案.该方案由系统级的周期性内存检错纠错机制和任务级的一种改进的主/副版本容错调度机制组成.方案的实验验证在一款基于服务体/执行流模型(SEFM)设计的嵌入式操作系统MiniCore中进行.加入两级容错机制后,内存数据准确性得到保证,MiniCore内核代码空间增加了约33%,时间性能指标略微下降,任务的执行成功率和调度质量显著增加.     

面向更新密集型应用的内存数据库高效检查点技术

面向更新密集型应用的内存数据库系统,其检查点技术应符合几个关键的要求,包括检查点操作对正常事务处理的干扰尽可能小、能够处理存取倾斜状况、支持数据库系统的快速恢复、提供恢复过程中的系统可用性等.该文提出一种事务一致的分区检查点技术,采用基于元组的动态多版本并发控制机制,避免了读写事务的加锁冲突,提高系统吞吐能力;检查点操作以只读事务形式实现,存多版本并发控制下,避免检查点操作对正常事务处理的堵塞;由于检查点文件是事务一致的,只需要记录事务的Redo 日志信息,在系统恢复过程中,只需要对日志文件进行一遍扫描处理,加快恢复过程;基于优先级的数据分区装载和恢复,使得恢复过程中新事务的数据存取请求迅速得到满足,保证了恢复过程中的系统可用性.由于采用两级版本管理机制以及动态版本共享技术,多版本管理的空间开销降低到可以接受的水平.实验结果表明,文中提出的检查点技术方案获得比模糊检查点技术高27%的系统吞吐量,同时版本管理的空间开销在可接受的范围之内,满足高性能应用的要求.     

软件事务内存的动态竞争管理策略

软件事务内存是为了简化并行程序设计而出现的一种新的程序设计技术.为了降低软件事务内存系统中事务冲突的发生频率以提升系统整体性能,提出了一种新的基于动态控制和队列调度的竞争管理策略.定义了竞争强度的概念和系统总体框架,并在此基础上给出了利用运行时反馈信息动态调节竞争强度的方法.同时给出了事务序列化的设计方法与实现中应注意的问题,通过将冲突概率大的事务序列化以达到避免相同冲突再次发生的目的.结合常用的基准数据结构,对模型和算法进行了实验,最后结果表明了算法的正确性和有效性.     

基于角度域的FDD大规模MIMO系统开销优化

针对信道信息获取中导频开销与反馈开销过大的问题,研究了FDD大规模MIMO系统的开销优化。基于信道角度域大尺度参数的多样性,引入成簇多径信道模型,设计了一种角度域的开销优化方案。在此方案中,通过广播预先设计的预编码码本和用户强度反馈,在基站侧建立角度域的拓扑关系,进行整体用户调度与预编码码本分配。在典型仿真场景下,与传统方案相比,系统开销平均减少60%,系统和速率平均提升35%。通过角度域的码本匹配,有效减少了系统开销,提升了系统性能。     

北斗2代卫星导航电文纠错校验设计与仿真

提出了一种制表映射的BCH纠错解码和校验方法,通过对RNSS-ICD文档北斗导航电文BCH编码的深入理解,设计出了一种占用CPU资源少、实现简单方便的制表映射的编码和纠错解码算法,减小了算法在实现时对CPU和内存资源的占用;给出了一种再编码校验的校验方法仿真验证了该算法的准确性和可靠性,保证导航电文的可靠性;对提高接收机的性能具有很强的工程适用价值.     

基于FPGA内存数据保护技术的设计与实现

为了提高内存数据的可靠性,内存保护技术正广泛应用在高端容错计算机中。为此,提出了以现场可编程门阵列（FPGA）为控制器实现一拖二的内存热备份技术,对内存数据进行高效的保护。分析FPGA内部接口IP的延时后,提出了采用FPGA原语实现双倍数据速率（DDR）数据的采集与处理方法。搭建了以镁光的同步动态随机存取存储器（SDRAM）颗粒为控制对象的仿真模型,验证了该方法的有效性。阐述了以赛灵思公司的FPGA芯片做主控器,实现内存热备份功能的应用实例。该方法不仅可有效保护内存数据,由于FPGA的可编程性,使计算机系统具备了在线扩展（容量）、在线升级内存的功能,可以满足特殊行业不宕机、实时容错的要求。     

容错矩阵分解与线性方程组求解

利用实数码可以实现容错线性信号处理系统,这样的系统可以纠正输出数据中存在的随机错误,其中这些错误是由系统中的瞬时故障引起的.矩阵分解是一种有用的线性运算.本文讨论了矩阵的容错LU分解问题,并根据算法容错思想给出了一个有效的矩阵LU分解过程,该过程最多可纠t个随机错误,其中t为某一给定较小常数.基于上述过程,我们提出了一个线性方程组的快速容错求解方案,对应的硬件开销和时间开销分别为O(k)和O(k2),而已知的TMR技术的硬件开销和RESO技术的时间开销分别为O(k2)和O(k3),其中k为线性方程组的阶.所以,与已知方案相比,本文所提方法对于实际应用具有更重要的应用价值.