【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)超出了人們的想象,人類頻繁的網(wǎng)絡(luò)活動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量迅速地增加。面對海量的存儲數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的集中式網(wǎng)絡(luò)存儲已經(jīng)難以滿足日益增長的大規(guī)模存儲空間的需求,而分布式存儲系統(tǒng)因其海量的存儲能力、高擴展性以及低成本的優(yōu)勢被廣泛使用和開發(fā)。但是,分布式存儲系統(tǒng)的存儲節(jié)點存在可用性不高的問題,隨著分布式存儲系統(tǒng)的發(fā)展和普遍應(yīng)用,這種隱患帶來的數(shù)據(jù)可靠性問題就越來越嚴(yán)重,如何保證數(shù)據(jù)的可靠性成為發(fā)展分布式存儲系統(tǒng)的“當(dāng)務(wù)之急”。保證數(shù)據(jù)的可靠性主要依賴于數(shù)據(jù)容錯技術(shù),而進行有效的數(shù)據(jù)修復(fù)則是解決數(shù)據(jù)容錯技術(shù)的關(guān)鍵,也就是說,在存儲系統(tǒng)中發(fā)生節(jié)點故障之后,有效節(jié)點盡可能少地消耗系統(tǒng)資源來完成失效節(jié)點的修復(fù)�；诰W(wǎng)絡(luò)編碼的再生碼因其較少的冗余存儲量、高可靠性以及低修復(fù)帶寬被廣泛研究。但是,當(dāng)前所研究的分布式存儲再生碼存在以下缺點:各種基于分布式存儲系統(tǒng)的再生碼由于自身結(jié)構(gòu)等原因?qū)Υ鎯?jié)點的容忍度大小不一,容忍度越小,存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性和安全性就越低,一部分再生碼的容忍度低導(dǎo)致可修復(fù)的節(jié)點數(shù)少;盡管有些現(xiàn)有的再生碼容忍度大,但是需要高存儲容量、高修復(fù)帶寬或者高計算復(fù)雜度的存儲系統(tǒng)才得以滿足,代價過高。因此,我們需要設(shè)計一種高容忍度的再生碼,同時有著較低的修復(fù)帶寬、較低的存儲容量以及較低的計算復(fù)雜度。針對以上提出的問題,本文在部分復(fù)制再生碼的基礎(chǔ)上,提出了一種多節(jié)點修復(fù)部分復(fù)制再生碼MFRRC(Multi-repair Fractional Repetition Regenerating Codes)和一種異構(gòu)部分復(fù)制碼HFRRC(Heterogeneous Fractional Repetition Regenerating Codes)。本文的主要工作和創(chuàng)新點概括如下:針對之前的部分復(fù)制再生碼僅允許存在一個存儲節(jié)點失效的問題,本文提出了一種多節(jié)點修復(fù)部分復(fù)制再生碼MFRRC,其中的研究主要包括編碼的構(gòu)造、數(shù)據(jù)精確修復(fù)過程分析、修復(fù)過程中節(jié)點選擇的優(yōu)先級的建立以及性能分析。在該編碼方法中我們引入了父代存儲節(jié)點和子代存儲節(jié)點的概念,即為了保證多個存儲節(jié)點失效后的精確修復(fù),對原有的存儲節(jié)點增加了相應(yīng)的子節(jié)點來存儲副本,我們通過理論分析得出了這種編碼方式不僅提高了容忍度,并且保持了原來部分復(fù)制碼的優(yōu)點,同時我們通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)對這種編碼方式進行了仿真和數(shù)值分析,仿真結(jié)果表明提出的MFRRC能夠大大提高容忍度,同時有效降低了總修復(fù)帶寬和總修復(fù)時間。針對之前的部分復(fù)制再生碼存在幫助節(jié)點數(shù)多以及只能允許一個存儲節(jié)點失效的問題,在異構(gòu)的分布式存儲系統(tǒng)的情況下(即在修復(fù)過程中從有效幫助節(jié)點所下載的數(shù)據(jù)量不一樣),提出了一種異構(gòu)部分復(fù)制再生碼HFRRC,其中的研究內(nèi)容主要包括編碼的構(gòu)造、性能分析以及存在的問題,同時為了優(yōu)化這種編碼方法提出了擴展結(jié)構(gòu)。在這種編碼方式中,我們首先采用了修復(fù)帶寬異構(gòu)的編碼構(gòu)造,使得參與數(shù)據(jù)精確修復(fù)過程的幫助節(jié)點數(shù)減少;其次在異構(gòu)部分復(fù)制再生碼HFRRC的擴展結(jié)構(gòu)中,再次引入父代存儲節(jié)點和子代存儲節(jié)點的概念,有效提高了容忍度。另外,我們對這種編碼方式和其它典型的編碼方式在容忍度等性能上進行仿真,仿真結(jié)果表明提出的HFRRC不僅大大減少幫助節(jié)點數(shù)和提高了容忍度,而且總修復(fù)帶寬較小,數(shù)據(jù)修復(fù)過程快速高效。
【圖文】：

刪碼逡逑碼起源于通信傳輸領(lǐng)域，最開始是為了保證有損信道中通信容錯能糾刪碼的使用可以使通信系統(tǒng)忍受多個數(shù)據(jù)幀的丟失，，之后被運用到，實現(xiàn)對存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢錯與糾錯，保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性［２８］。例１所示，將一個大小為Ｍ的數(shù)據(jù)對象Ｎ在存儲時分為ｋ個大小相等的Ｎｉ，犯，…，Ｎｋ，每個數(shù)據(jù)塊的大小為Ｍ／ｋ，利用將其編碼為ｎ個編碼塊，記為Ｘ！，邋Ｘ２，邋？？？，Ｘｎ，ｎ＞ｋ，并將其交叉存儲（Ｃｒｏｓｓ邋Ｓｔｏｒａ節(jié)點中。當(dāng)存儲系統(tǒng)出現(xiàn)故障，一些編碼塊丟失，利用任意ｋ個編碼原始數(shù)據(jù)，這種編碼稱為最大距離可分糾刪碼（Ｍａｘｉｍｕｍ邋Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋Ｓｅｐａｒｔ２９］。這種ＭＤＳ特性使得糾刪碼在冗余消耗的存儲空間方面遠遠優(yōu)于每個大小為Ｍ／ｋ的ｋ個編碼塊可以提供恢復(fù)大小為Ｍ的文件的最小數(shù)比較受關(guān)注的的最大距離可分糾刪碼是ＲＳ邋（Ｒｅｅｓ－Ｓｏｌｏｍｏｎ）碼［３Ｑ］、Ｌｄｅｎｓｉｔｙ邋Ｐａｒｉｔｙ－ｃｈｅｃｋ邋Ｃｏｄｅ）糾刪碼［３１］。逡逑

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑數(shù)據(jù)對象完成。逡逑在節(jié)點信息流圖的模型下，一般用參數(shù)（ｎ，ｋ，ｄ）表示ＭＤＳ碼。圖２－２是節(jié)點逡逑信息流圖的舉例，表示為（４，２，３）邋ＭＤＳ碼的信息流圖。圖中將原始數(shù)據(jù)對象分為逡逑ｋ個數(shù)據(jù)塊，存儲ｎ邋＝邋４個存儲節(jié)點中，每個存儲節(jié)點對應(yīng)的存儲容量為ａ邋＝１，數(shù)逡逑Ｃｕｔ逡逑v|逡逑圖２－２邋（４，２，３）ＭＤＳ碼的節(jié)點信息流圖＜；逡逑據(jù)收集節(jié)點只需要連接ｋ邋＝邋２個節(jié)點就可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)對象，當(dāng)?shù)冢磦�存儲節(jié)點逡逑失效時，新加入一個節(jié)點５，通過連接Rp余節(jié)點的ｄ邋＝邋３個幫助節(jié)點并從每個存儲逡逑節(jié)點獲得Ｐ邋＝邋０．５數(shù)據(jù)信息的方式，來完成失效節(jié)點的數(shù)據(jù)修復(fù)過程，總修復(fù)帶寬逡逑為Ｙ邋＝邋１．５。逡逑２．２．２修復(fù)類型逡逑基于上述信息流圖的網(wǎng)絡(luò)編碼方案數(shù)據(jù)修復(fù)后的存儲節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)并不一逡逑定和失效的存儲節(jié)點完全一樣，原因是新加入的存儲節(jié)點在信息流圖只是作為中逡逑繼節(jié)點
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP333

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