分布式存储系统中基于纠删码的编码及纠错算法研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ddnihaoba
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分布式存储系统(Distributed storage Systems,DSS)采取复制和纠删码两种冗余策略来保障系统的可靠性。复制空间资源利用率低,而传统的纠删码基于高进制域操作,编解码复杂度高。锯齿解码(ZigZag Decoding,ZD)的解码过程是基于二进制域上的回代异或运算,解码复杂度低。锯齿解码具备组合性质(Combination Property,CP),即将k个原始数据块编码成n个(n?k)个数据块,只要取这n个数据块中的任意k个数据块,就可成功恢复原文件。CP-BZD码是一种同时具有CP和ZD性质的存储编码,被广泛应用于分布式存储和无线通信中。因此研究基于CP-BZD码这类纠删码的编码及纠错算法具有重要意义。本文发现当(n,k)CP-BZD码单节点存储多文件时,一旦节点发生故障,需要下载k个幸存节点中的全部数据块,才能成功进行修复,节点修复带宽较大。针对CP-BZD码修复带宽较大的问题,在没有增加存储开销的前提下,本文设计了3种新的编码方案。文中分别对每种方案的编解码和修复过程进行了阐述,发现所设计方案既没有增加解码复杂度,又有效降低了失效节点的修复带宽。数据结果对比表明,本文设计的3种编码方案的节点修复带宽均小于CP-BZD码。而且随着(n,k)值的增大,本文设计的3种编码方案的节点平均修复效率越来越高。本文通过研究CP-BZD码的解码过程,发现其回代解码机制具有错误的扩散性,降低了数据的可靠性。目前已存在的分布式存储系统的两个纠错设计方向:密码学和信道编码,都需要加大开销位,才能有效的进行纠错。由此,本文提出了一种基于CP-BZD码的具有纠错能力的算法。该算法不需要增加其他开销位,而获得纠错能力,且算法的模块可以自由选配。此算法主要的构造过程为:先利用CP-BZD码的编码结构构建校验方程,然后构造Tanner图,接着应用硬判决算法进行迭代判决,最后进行锯齿解码恢复初始信息。结果数据表明,与锯齿解码相比,此算法在分布式存储系统中有较好的纠错能力。本文利用路边单元进行数据的分布式存储,提出了车辆通信网络协作内容交付框架,以解决车载通信(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)中,由于网络覆盖时间短或车辆速度过快,路边单元传输的数据不能被车辆一次性成功接收的问题。然后将本文提出的纠错算法应用于此车载通信框架中,以解决车辆接收数据不正确的问题。结果数据表明,将提出的框架和纠错算法相结合应用于车载通信中,可以在一定程度上提高车辆成功接收数据的概率。
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