[发明专利]一种降低带宽消耗的截短再生码构造方法

说明书

本发明涉及一种降低带宽消耗的截短再生码构造方法，该方法在参数为(n,k)母码基础上，删除t个信息位，得到(n‑t,k‑t)的截短子码，添加冗余令并将编码后t个节点保存数据均为0，求解出冗余量的数值；译码和修复时，对连接的节点所对应的系数向量构成的矩阵补充上t个截短节点的系数向量，构成新的k×d系数矩阵，将从节点中下载的数据所构成的编码矩阵补充t行零向量，形成新的编码矩阵，将补齐后系数矩阵和接受的数据矩阵按照MSR母码的进行译码或者修复。本发明降低了截短再生码的计算复杂度，解决了当网络节点和带宽资源受限时再生码参数选择的较少，适应能力较差的问题，从而实现了低复杂度、低带宽开销的再生码构造。

技术领域

本发明涉及分布式存储技术领域，尤其涉及一种降低带宽消耗的截短再生码构造方法。

背景技术

随着互联网的迅猛发展，大数据时代的到来，5G移动通信的快速推进，全球数据流量呈现爆炸式增长，对系统的数据存储能力提出了更高的要求。与传统集中式存储系统相比，分布式存储系统具有成本低，存储容量大，拓展性强，并行处理速度快等优势，逐渐受到了学术和产业界的广泛关注。为保证系统整体可靠性和稳定性，分布式存储系统普遍采用冗余策略，GFS(Google File System)等分布式系统采用复制方案，OceanStore等系统采用纠删编码，但仍然无法避免存储资源浪费和带宽开销过大等问题，严重影响系统工作效率。

网络编码通过将中间节点赋予了计算能力，对数据进行编码操作，提升了整个系统的带宽利用率和吞吐率。Dimakis等人在网络编码的基础上提出了再生码(RegeneratingCodes)，达到了存储-带宽开销折衷最优解。但是，在复杂网络条件下，尤其是带宽资源受限时，再生码的适应能力较差，进一步降低再生码对带宽资源的需求是亟需解决的问题。

Rashmi等人提出了基于乘积矩阵(Product-Matrix)框架下的MBR和MSR的构造方式，虽然能够实现任意参数MBR码的构造，但是对MSR仍然存在着不少限制。Goparaju等人基于干扰对齐思想提出了一种对任意n,k,d参数适用的MSR新的构造。Li等人提出了具有两个校验结构的基于不变子空间MSR通用框架，能够达到最少I/O读取。Kamath等人提出了一种局部再生码的构造，通过传统的MSR和MBR的改造实现局部修复特性。Papailiopoulos等人提出了简单再生码，通过MDS码与异或操作结合，是实现局部修复特性的再生码。Shah等人研究了再生码的安全性，在窃听者可以访问存储节点数据，并且能下载修复数据的场景下，实现了具有保密能力的再生码。

通过上述分析可知，目前再生码的计算开销仍然较大，影响到数据下载和修复的时间开销，从而影响在实际系统中的工作效率。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种降低带宽消耗的截短再生码构造方法。

技术方案为：

一种降低带宽消耗的截短再生码构造方法，该方法在参数为(n,k)母码基础上，删除t个信息位，得到(n-t,k-t)的截短子码，添加冗余令并将编码后t个节点保存数据均为0，求解出冗余量的数值；

译码和修复时，对连接的节点所对应的系数向量构成的矩阵补充上t个截短节点的系数向量，构成新的k×d系数矩阵，将从节点中下载的数据所构成的编码矩阵补充t行零向量，形成新的编码矩阵，将补齐后系数矩阵和接受的数据矩阵按照MSR母码的译码或者修复方式进行译码或者修复。

作为本发明的进一步改进，该方法包括：

(1)以参数(n,k,d)[α,γ,B]为MSR母码，截短t个节点后得到参数为(n_s,k_s,d_s)[α_s,γ_s,B_s]的截短子码，则MSR母码与截短子码参数间存在以下关系：