[发明专利]一种基于数字喷泉码的云存储体系结构及服务提供方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于数字喷泉码的云存储体系结构，通过引入边缘云和数字喷泉码编译码层的概念，减轻了云存储对网络带宽的依赖，提高云存储的QoS。本发明涉及云存储、数字喷泉码、分布式存储、计算机网络等信息技术领域。

背景技术

云存储(Cloud Storing)是一种网络存储中更加合理、有效的服务提供和运营模式，在这种模式下，传统上处于本地的各种存储服务由大型、集中式的存储模式将被云存储服务取代。在云存储中，用户能够便捷透明地按需使用云存储服务提供商提供的各种存储资源。这些存储资源可以快速地提供和获取，降低了企业或者个人用户购置、管理和维护成本，具有广泛的应用前途。云存储是计算机业务提供业界提出的存储服务运营模式，相关技术涉及到网格存储(Grid Storing)、分布式存储(Distributed Storing)、并行计算(Parallel Computing)、网络存储(Network Storage Technologies)、数字喷泉(Digital Fountain)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(Load Balance)等。

云存储的一个核心理念就是通过不断提高“云”端(存储节点)的整体存储能力，进而减少用户终端的存储负担，最终使用户终端简化成一个单纯的存储指令输入输出设备，并能按需享受“云”的强大存储能力。

在现有集中式的云存储体系架构下，建立集中式的大规模数据中心和存储中心，形成云存储的云端，由云端对外提供用户所需的存储服务；用户通过存储网络直接从云端获取系统数据，如图1所示。由于用户的数据存储和移动均在云端进行，云存储对网络的带宽和数据传输时延的依赖性较强。云存储的应用必然导致大量的数据交互，对存储中心的出口网络造成沉重的压力。云端出口网络的通信量是每个终端与云端的通信量之和。在当前的网络环境下，集中式的云存储体系结构所能提供的服务质量QoS(可用性、吞吐量、时延、时延变化等)难以满足用户对云存储的需求；例如，互联网虚拟磁盘应用受到网络拥塞、高延时等问题的困扰。为了保证云存储的QoS，各种相关的技术被研究，其中最典型的是对数据进行编码，以减少网络上传输的数据量，降低云存储对网络带宽的迫切需求。但是这些技术仅仅能够部分的减轻云存储环境下的网络负担，没有从根本解决此问题。

基于以上问题，本发明设计了基于数字喷泉码的云存储体系结构，从计算机网络和存储位置等角度，解决现有的网络带宽、时延等不能满足云存储服务需求的问题。由于在云存储环境下，对于用户数据(虚拟磁盘等)具有较大的冗余性，并且这些数据量较大，同时对于单个用户，使用的数据相对固定而且用户位置相对固定，因此采用基于数字喷泉码的云存储体系结构，将用户指令数据和用户常用数据存储在距离用户较近的服务器上。此方式能够将云存储服务的数据传输限制于用户本地，降低骨干网络的数据流量，从根本上解决云存储对网络带宽、时延的依赖性问题，保证云存储的可用性。本发明在各个网络和地区设置了具有存储能力的服务器节点组成边缘云，形成了“核心云”、“边缘云”、用户终端和数字喷泉码编译码层四个层次的基于数字喷泉码的云存储体系结构。边缘云中的节点通过与核心云协同，利用通信数据间的相关性(通信数据间的相关性包括自身数据间的相关性和并行数据间的相关性，通过数字喷泉码、压缩技术、自动缓存和本地图形库等技术，可以有效减少数据量)减少核心云出口的数据量，解决云存储对网络带宽、时延的依赖性。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有计算机网络在带宽、时延等方面难以满足云存储服务需求的问题。为了解决此问题，对现有云存储模型的改进，设计了基于数字喷泉码的云存储体系结构，设置了相应的服务器节点组成边缘云，形成由“核心云”、“边缘云”、用户终端和数字喷泉码编译码层组成的基于数字喷泉码的云存储体系结构。边缘云与核心云协同，利用通信数据间的相关性对其进行处理，减少核心云出口的数据量，解决云存储对网络带宽、时延的依赖性问题。

本发明所述的基于数字喷泉码的云存储体系结构由核心云、边缘云、终端用户和数字喷泉码编译码层组成：

核心云：具有强大的存储能力，在边缘云的支撑下，相互协作，迅速弹性地向用户提供透明的云存储服务。核心云是拥有强大存储能力的服务器集群组成的云存储服务中心，用户根据自身需求使用核心云提供的各种存储服务。