宋平[1]2004年在《支持不停机网络的Circle Quorum系统研究与实现》文中认为提高计算机网络系统可靠性主要有两大类技术：避错技术和容错技术。以提高元器件可靠性为主的避错技术并不能消除不可预测故障对计算机网络系统可靠性影响。而容错技术在允许系统内部发生故障的情况下，通过信息冗余方式，保证系统仍能可靠运行。 Quorum系统属于容错技术领域，它是一种特殊的集合系统。在这种集合系统中，所有集合元素(称为quorum)都是节点的集合，任何两个quorum都有交集。所有quorum通过相交节点把数据复制到其它quorum的节点中，以增加数据冗余性。Quorum系统通常采用两种容错协议：选举协议或者互斥协议。选举协议从含有故障节点的quorum中选举出有效数据；互斥协议从不含故障节点的quorum中获得有效数据。 Quorum系统的重要特征是它的拓扑结构，不同拓扑结构反映了quorum的组织形式，它影响了Quorum系统性能和可用性等方面。在实际应用中，由于应用特点和需求的不同，要求性能和可用性方面也不同，从而推动了不同拓扑结构的Quorum系统研究。 Quorum系统前身是1979年Gifford提出的“读一写全”协议(Read Only Write All)只对一个节点进行读操作，而对所有节点进行写操作的数据服务协议，以及同年Thomas提出的“多数”协议(Majority)读N个节点和写N+1个节点。后者克服了前者读写负载不平衡和单个节点读操作容错性能低的不足。 1988年Mullender提出了Byzantine Quorum系统主要研究选举协议；1990年Cheung等提出Grid Quorum系统[Che]引入了读、写quorum概念，把对数据读、写操作分开，减小了读取quorum大小、降低了从读quorum获取有效数据的等待时间和提高了整个容错系统响应速度；1995年Peleg和Wool提出的Crumbling Wall Quorum系统[Pel 95]第一次引入了互斥协议；同年Chang提出的Tree Quorum系统则是在根节点可靠性比较高的情况下，使得其读quorum浙江大学博士学位份文的层次越高其规模就越小;相比Tree Quorum系统而言，1999年Ada等提出的Diamond Quorum系统增加读quorum的个数，提高了容错系统处理并行访问的能力。同时，它比Tree Quorum系统克服了读quorum规模变化较大造成系统响应性能变化较大的缺点。 各种拓扑结构Quorum系统具有不同的quorum规模，它们采用容错协议的关键因素在于单个节点可靠性。单个节点可靠性高，Quorum系统中规模小的quorum失效概率就小，在满足系统高可用性的情况下，采用互斥协议可以提高系统响应能力;而单个节点可靠性低，Quorum系统中规模大的quorum中同时有一半以上节点发生故障概率就低，采用互斥协议可以提高系统高可用性。 经过多年发展，Quorum系统取得了一些理论成果，并在分布式控制和移动通信方面也取得初步应用成果。但是Quorum系统还有很多值得研究的问题，其中一个问题就是以前Quorum系统都是“面向可靠节点连接”Quorum系统，即假定节点之间连接是可靠的，而在实际应用中往往节点之间的连接是非可靠的。 本文是研究“面向非可靠节点连接”Quorum系统，通过对传统Quorum系统的裂化分析，形成由若干个quorum群两两首尾串接成环状拓扑结构的Quorum系统一一circle Quorum系统，其中每个quorum群是一个只含有3个quorum的小型 Quorum系统，相邻两个quorum群相交一个quorum。cirele Quorum系统采用了自适应容错协议，根据quorum内部节点的非等失效概率和失效个数决定采用选举协议还是互斥协议。quorum中所有节点组成选举quorum，其中，具有高可靠性的若干节点组成高性能响应子quorum。当该quorum中所有高性能响应子quorum都失效了，以及选举quorum也失效了，该quorum才失效。这个系统采用了“分布计算一部分分布冗余一逐级接管”容错模式，保证了系统高可用性的同时，克服了传统Quorum系统的“集中计算一全冗余备份”容错模式在通信带宽高、数据冗余量大和升级不灵活等方面不足。 不停机问题是目前实现容错领域研究的重要问题，从传统技术一第H页一浙江大李博士李位掩文如RA工D、热备份、镜像、FakeIP、不停机路由技术、多处理器和Cluster技术发展来看，支持不停机问题容错技术的一个研究方向趋向于网络化。同时，计算机网络发展对网络服务系统可用性提出了更高的要求，尤其是商业化的网络信息服务系统。因此，不停机网络问题成为当前容错技术领域一个重要的研究问题。 支持不停机网络的circle Quorum系统的研究，为解决不停机网络问题提供了一种有效的解决方案一一基于circle Quroum系统不停机网络模型(CQSNSNM)。按照不停机网络模型的四层网络逻辑框架:计算层、路由层、备份层和客户层。cir。le Quorum系统的节点集合分别映射到计算层、路由层和备份层，其中，路由层节点功能是尽可能保证quorum内部节点之间非可靠节点连接的有效性，从而确保系统的高可用性和高性能。CQSNSNM包括5个不停机网络系统协议:复制协议、接管协议、路由协议、读协议和恢复协议。这些协议用于完成数据复制、计算接管或恢复、数据发布和数据获取等整个不停机网络数据服
胡宇鹏[2]2016年在《基于Quorum系统的低链路时间成本路由选择技术研究》文中指出随着微电子技术和无线通信技术的不断进步,作为物联网核心技术的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术在最近几年中得到了蓬勃发展。传感器节点通常采用纽扣电池或干电池提供能量等硬件限制,因而对于传感器节点而言能量异常珍贵。WSN节点经常被布设在人员无法到达的恶劣环境,因而节点能量补给存在困难。如何提高全网能源利用效率、延长无线网络的正常运行周期是WSN必须面对的难题。对于WSN的拓扑结构和路由算法优化的研究对延长无线网络的生存时间具有重要的意义。而Quorum系统是一种以“冗余”设计为基础的新型集合系统,研究发现将其应用到WSN能够大幅度减少节点能量损耗、改善网络性能。本文针对WSN能量受限和低占空比WSN中的邻居发现时延等问题,研究了基于Quorum系统的WSN低延迟可靠路由选择算法。主要创新工作如下:(1)针对无线传感器网络中的能量利用效率低下、生命周期短等问题,提出一种基于偏离度的非均匀分簇多跳路由算法—DDCH。算法采取基于剩余能量的簇首选举策略,簇首节点采用非均匀分簇的方式分成大小不均等的簇;成簇阶段,每个簇首节点根据节点的能量和到sink的距离等因素计算各自大小不同的成簇半径,普通节点从剩余能量大于平均相邻簇首剩余能量的簇首节点中选择最近的簇首节点并加入簇;在构建簇间路由树时,协议提出一种利用偏离度的方式选择候选下一跳簇首节点,然后根据成本函数选择出最终下一跳簇首节点。在网络一轮运行结束后根据簇首节点的剩余能量判断是否需要重新分簇,若不需要分簇,则从剩余能量低的簇结构内,从高于平均能量的成员节点中选择距离原簇首节点最近的节点,即最接近簇中心的节点作为新簇首节点。(2)在WSN中节点采用异步低占空比技术可以极大地避免节点长时间处于工作状态而耗费的大量能量,与此同时节点的低占空比唤醒会造成极大的端到端数据时延。针对这个问题本文设计一种基于Quorum系统的异步自适应低占空比WSN低时延可靠路由算法(Optimal-Reliable delay routing algorithm for low duty cycle WSN based on Quorum,ORDA),将异步占空比网络和实际链路模型相结合,在异步占空比WSN中节点在不同时刻的邻居发现延迟也是在不断变化的。每个节点根据网络负载选择自身的Quorum类型,并利用Quorum特性来计算邻居节点的重迭时隙个数;然后根据质量进一步计算出一跳范围内邻居节点间的成功转发预期值,并从成功转发预期值最大的两个节点中选择平均延迟最少的节点转发数据。仿真时延证明算法不仅能够降低端到端延迟,而且能获得较好的转发成功率。
宋平, 孙建伶, 何志均[3]2004年在《基于Quorum系统容错技术综述》文中提出Quorum系统是一种新型冗余拓扑的集合系统 在“冗余”设计的基础上 ,quorum通过交叉的结点把有效数据复制到其他quorum的结点中 ,增加了Quorum系统数据冗余性 当某些结点发生故障或者错误时 ,通过选举协议 ,从含有故障结点 quorum的有效结点中选举出有效数据 ;或者采用互斥协议 ,从不含故障或者错误结点的有效quorum的结点中获得有效数据 ,系统仍能可靠运行 分析了各种Quorum系统的容错方式、性能比较 ,探讨了Quorum系统发展中需要改进的关键问题 ,并展望了未来的研究方向
邢娟[4]2015年在《基于Quorum的WSN自适应调度机制研究》文中进行了进一步梳理WSN是由部署在监控区域内大量集数据采集、处理及通信功能于一体的微型传感器节点组成的一种新型无线网络,由于其组网灵活、动态拓扑性强、不需要固定基础设施支持、成本低等特点被广泛应用于各种监控系统。传感器节点通常采用纽扣电池或干电池提供能量,所以节点能量十分有限。WSN经常被布设在一些人员无法到达的恶劣环境,因而节点能量补给存在困难。因此,通过有效设计节约节点能量损耗、延长网络的使用周期已成为WSN重要研究内容。Quorum系统是一种以“冗余”设计为基础的新型集合系统,研究发现将其应用于WSN能够大幅度减少节点能量损耗、改善网络性能。WSN自适应调度机制是一种根据网络已有策略进行自适应调整节点工作状态的调度机制,它以其优越的动态性、灵活性被广泛应用于WSN。本文针对WSN能量受限的问题,研究了基于Quorum的WSN自适应调度机制,主要创新性工作如下:(1)针对WSN中节点能量消耗不均衡问题,设计了一种能量均衡、高效的非均匀分簇算法—EUCA。新算法采取基于节点剩余能量的簇首选举策略,每轮总是剩余能量高的节点当选簇首;簇首在计算成簇半径时,考虑到自身的剩余能量以及相对基站的距离;在构建簇间转发链路时,综合考虑了邻居簇首的剩余能量、簇成员数目、相对自身的距离以及相对基站的距离等因素,以此来均衡簇间的能量损耗。最后,采用OMNeT++仿真软件进行模拟仿真,验证EUCA的优越性。(2)针对异步传感器节点因周期性休眠而带来的邻居发现困难问题,在EUCA的基础上,设计一种基于Quorum的异步自适应非对称调度机制—3ASM。其核心思想是使节点根据网络的拥塞状况、通信量等自适应地选择质数网络的循环长度,然后在质数网络中采用Quorum选择唤醒工作时隙并通知其邻居节点,从而可以保证每对邻居节点一定能够在有限的时间内完成邻居发现。由于质数网格的非空交叉特性,即使节点时钟不同步,3ASM在不采用时间同步算法的情况下,也能够保证网络的连通性。仿真结果表明,3ASM在可扩展性与节能性方面具有显着优势。(3)针对矿井WSN扩展性强、能量补给存在困难等问题,将EUCA和3ASM应用于矿井WSN,从而提高网络的可扩展性、降低节点的能量损耗,并通过仿真软件验证EUCA和3ASM在矿井WSN的特性。仿真结果表明,EUCA和3ASM能够适应矿井工作环境特点、满足矿井工作需要。
张薇[5]2008年在《信息存储系统可生存性理论与关键技术研究》文中研究说明数据的安全性及服务的持续性是信息安全技术要解决的关键问题,网络存储系统的可生存性主要是指数据服务的安全性、可靠性、可用性及效率,它强调某些存储结点出现故障或受到攻击时,系统如何继续提供数据服务,并保证关键数据的机密性和完整性。可生存性体现了安全性能与效率间的折衷。本文深入研究了网络存储系统可生存性的理论和关键技术,包括系统的模型及体系结构,存储冗余机制和数据一致性机制,数据服务的可靠性模型,数据处理算法,存储加密及访问控制机制等,主要成果有:1.将入侵屏蔽与纵深防御的思想相结合,构造了可生存的存储系统模型和体系结构。通过对存储系统整体可生存性的分析,将可生存性需求融入到存储系统的设计中,有助于风险决策和其它质量属性的取舍。2.研究了分布存储系统中的数据冗余机制,针对门限密码和纠删编码在分布式存储中的应用,提出了门限Byzantine Quorum系统(TBQS)的概念,TBQS建立在一般Quorum系统的基础之上,通过增强的交汇性来解决数据一致性问题,同时能实现容错和无间断服务。3.通过对分布存储系统中数据分离技术的研究,提出了适用于海量存储系统的数据处理算法,该算法利用线性方法处理数据,在保证具有较高效率的同时,提供一定的安全性,良好地实现了安全性与效率的折衷。4.分析了存储系统可靠性的影响因素,包括时间、节点失效概率密度函数、数据分离算法及存储策略,结合可靠性理论,用概率方法构造了两种数据服务的可靠性模型,该模型可以对系统的失效进行预测,帮助存储系统的设计者和用户制订高可靠的数据存储策略,以及高可靠的数据调用策略,从而在系统设计阶段部分地解决了可靠性问题,并使数据服务的可靠性保持在较高水平。5.分析了存储系统安全机制的核心问题以及存储加密机制的特点,构造了基于树型Quorum结构的密文管理协议以及访问控制协议。
尚涛[6]2015年在《无线自组网能量有效的邻居发现机制研究》文中研究表明随着无线通信技术、传感器技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术的不断发展以及小型无线设备的广泛应用,无线自组织网络已经成为当前国际上备受关注的、知识高度集成的前沿热点研究领域。无线自组织网络以其不依赖于固定基础设施、多跳、灵活、自组织的特点,在各领域有着重要的应用前景。智慧城市的建设中,无线自组织网络广泛应用于智能交通、环境监测等;自然环境中应用于野生动物追踪、手持设备组网等。所有应用中,邻居发现是无线自组织网络自组织的第一步,是实现路由和拓扑的前提和基础。虽然邻居发现在无线自组织网络中起着重要作用,但目前邻居发现问题却未得到足够重视。此外,无线自组织网络中的节点大多数通过电池供电,低占空比操作广泛用于无线自组织网络,这样能够有效节约能量,但会带来新的挑战——节点异步的唤醒-休眠使邻居发现变得非常困难。因此,本文在现有基础上进一步研究无线自组织网络邻居发现问题,主要研究工作包含以下几方面:(1)基于Quorum的邻居发现算法研究。首先对Quorum系统进行研究,提出满足循环闭包属性的Quorum系统都能够用于设计邻居发现算法,提高邻居发现过程的能量效率。同时,证明grid quorum、cyclic quorum、torus quorum系统分别满足循环闭包属性,能够应用于邻居发现算法的设计。(2)给定发现延迟下的最优能量消耗值研究。几种经典算法中研究的邻居发现都假定节点时间槽总是处于完全对齐,而实际场景中,节点时间槽在大多时间内处于非对齐状态。这就造成了经典算法中给定发现延迟下的最优能量消耗值并非真正最优。为此,本文充分利用节点时间槽非对齐的特点,对最优能量消耗值求解,导出给定延迟下的最优能耗值下界。(3)E-cyclic quorum算法研究。以最优能量消耗值为依据,在cyclic quorum系统的基础上,提出一种新的节点邻居发现算法。该算法能够同时满足占空比对称和非对称场景的邻居发现应用。(4)邻居发现算法能量及延迟性能比较研究。确定实验性能指标,包括:节点邻居发现能量-延迟积和发现延迟的累积分布情况等指标;设计验证实验,对比不同邻居发现算法的性能表现,为不同应用场景选择邻居发现算法做出指导。
耿丽仙[7]2009年在《基于Quorum系统的AdHoc网络管理》文中提出近年来,随着计算机网络日益深入到人们的日常生活和工作,基于固定设施的网络已经无法满足人们的要求。而移动Ad Hoc无线网络,作为传统网络的一种重要补充,吸引了大量研究者的注意,无论在军事还是商业领域中都发挥着不可替代的作用。但是Ad Hoc网络是一个无中心的、多跳的、自组织的对等式通信网络,使得它的网络资源管理成为难点之一。本文的主要工作是在着重考虑拓扑稳定性和负载平衡的前提下对自适应按需加权(AOW)算法进行改进,并设计一个模拟平台对改进算法加以验证。本文首先简单介绍了移动Ad Hoc网络的基本概念、特点、关键技术以及应用,分析了目前国内外的研究现状,阐述了Ad Hoc网络中分簇算法及其设计要求与衡量标准,并对若干经典的分簇算法进行了对比研究。然后介绍Quorum系统的概念,分析其在网络管理中的优势。随后寻找出一种适合Quorum系统构建的分簇算法。最后,对AOW与其改进算法QAOW进行了模拟运行和比较分析,重点考察了两种权值分配的对比情况。结果表明改进后的算法在簇头数以及生存时间等性能方面与AOW相比有较大的改善。由于目前适合Ad Hoc网络模拟的几种软件都没有集成分簇算法。我们用C++语言编制的简单的模拟环境进行了模拟实验,对QAOW算法的性能进行了分析和评价。
李志[8]2017年在《基于物联网的火灾逃生算法与系统设计》文中提出近年来,物联网因其能够从物理世界获取和处理信息的能力,以及潜在的应用前景,得到了广泛而深入的研究。结合当下普及的智能手机,它能够将物理世界的信息和人类的行为特征结合起来,应用在更广阔的场景。本文基于物联网在智能感知、计算和通信方面独有的特性,结合广泛普及的智能手机,将其应用于火灾逃生算法和系统的设计。本文结合物联网的优势特性和智能手机能够获知人类行为特性的独到功能所进行的研究工作是一个新颖的研究方向,且具有广泛的应用前景和研究价值。当建筑物内发生火灾时,影响火灾逃生的主要因素包括建筑物内部环境、火灾动态蔓延情况和受灾人员的行为模式等。现有火灾逃生方案在规划火灾逃生路线时仅考虑实时火灾信息并假设受灾人员人群密度已知,未充分考虑火灾动态性和受灾人员行为模式的影响。为解决该问题,本文设计基于物联网的火灾逃生系统。本文的研究内容和创新点包括以下几个方面:(1)本文设计基于预测火灾蔓延的逃生路线规划方案,以充分考虑火灾动态蔓延对火灾逃生的影响。基于Fire Dynamics Simulator软件生成的火灾数据建立火灾蔓延模型,以预测建筑物中每条逃生路线的剩余逃生时间。在规划火灾逃生路线时,综合考虑建筑物内每条逃生路线的剩余逃生时间和长度,为受灾人员提供更高效、安全的火灾逃生路线。实验表明,本文所设计的火灾逃生路线规划算法能够较现有算法利用更多逃生时间。(2)本文提出基于智能手机的人群密度检测方案,以便能在逃生路线规划时考虑人群密度因素。设计E-grid(k)Quorum系统和Plain(k)Quorum系统,并提出基于二者的人群密度检测算法E-grid(k)和Plain(k)。仿真实验表明,所提出的算法能够减少智能手机之间的通信拥塞,并提升人群密度检测准确率。(3)本文设计基于物联网的火灾逃生系统构建方案,使得火灾动态蔓延与受灾人员行为能够在火灾逃生系统中能够被充分考虑。并利用Arduino套件作为网关,实现对TelosB节点和Android智能手机的组网,为系统构建提供网络基础。
熊庭刚, 卢正鼎, 张家宏[9]2011年在《移动自组网的访问控制技术研究》文中认为网络资源的共享与保护是移动自组网需要解决的关键问题之一。运用Voronoi图模型和quorum系统的思想,提出了一种移动自组网的动态路径quorum系统,设计了动态路径quorum的生成算法。基于移动自组网的动态路径quorum系统,提出了基于quorum系统的移动自组网的分布式访问控制机制,详细描述了节点的身份认证、网络资源的访问控制和权限管理协议。与传统的基于单个节点自身的访问控制机制相比,该访问控制机制具有较强的抗攻击能力和较高的可靠性,能够有效地提高移动自组网的资源共享与保护水平。
徐曈阳[10]2018年在《无线自组网定向天线邻居发现技术研究》文中指出近年来,由于无线ad hoc网络的组网灵活,抗毁性强,展开迅速以及系统成本低等优势,已经被广泛应用于军事战术网络以及应急救援等网络中。采用定向天线的无线通信方式具有抗截获、抗干扰的优点,能够提升网络容量、增大传输距离、减少能量消耗,特别适用于军事通信。然而,在无线ad hoc网络中使用定向天线进行邻居发现非常具有挑战性。相比于传统的使用全向天线进行邻居发现,采用定向天线进行邻居发现需要节点之间的密切配合。由于节点具有移动性,其位置难以事先确定,为了保证节点间进行定向通信,需要设计鲁棒的邻居发现算法,动态、快速地获取相邻节点的方位,使得定向天线波束彼此对准。衡量邻居发现算法性能优劣的指标之一,就是在节点事先不清楚网络中其他节点数量以及相对位置的前提下,发现其所有相邻节点的耗时长短。现有研究大多针对单波束条件下的邻居发现问题设计算法,几乎没有针对多波束定向天线邻居发现问题的研究,而且传统的单波束定向天线邻居发现算法难以直接推广到多波束定向天线的情况。为此,本论文针对不同网络场景及约束条件,设计相应的多波束定向天线邻居发现算法,主要工作有如下两点:第一,针对同步网络设计了两种确定性的纯定向邻居发现算法,分别称之为“一发一收”算法与“行发列收”算法。两种算法均利用了quorum系统以及多波束定向天线。与现有的同步邻居发现算法不同,这两种算法即没有依赖全向天线也无需网络中节点数量的信息,每个节点按照算法设计的扇区扫描序列以及扇区收发模式序列完成邻居发现。在“行发列收”算法中,节点间采用单次握手方式,与传统多次握手方式相比,可以使得邻居发现过程的耗时大大缩短。通过仿真验证了两种算法的性能均优于现有的邻居发现算法。第二,将“一发一收”算法推广到异步网络,分析了其在异步网络中的性能,并证明了该算法可以直接应用于部分异步网络。在此基础上,又提出了一种二周期异步算法,该算法的适应性更强,但相比于“一发一收”算法耗时更长。两种算法适用于不同的异步网络场景。最后通过仿真验证了两种算法的正确性。
参考文献：
[1]. 支持不停机网络的Circle Quorum系统研究与实现[D]. 宋平. 浙江大学. 2004
[2]. 基于Quorum系统的低链路时间成本路由选择技术研究[D]. 胡宇鹏. 河南理工大学. 2016
[3]. 基于Quorum系统容错技术综述[J]. 宋平, 孙建伶, 何志均. 计算机研究与发展. 2004
[4]. 基于Quorum的WSN自适应调度机制研究[D]. 邢娟. 河南理工大学. 2015
[5]. 信息存储系统可生存性理论与关键技术研究[D]. 张薇. 西安电子科技大学. 2008
[6]. 无线自组网能量有效的邻居发现机制研究[D]. 尚涛. 北京工业大学. 2015
[7]. 基于Quorum系统的AdHoc网络管理[D]. 耿丽仙. 哈尔滨工业大学. 2009
[8]. 基于物联网的火灾逃生算法与系统设计[D]. 李志. 杭州电子科技大学. 2017
[9]. 移动自组网的访问控制技术研究[J]. 熊庭刚, 卢正鼎, 张家宏. 计算机科学. 2011
[10]. 无线自组网定向天线邻居发现技术研究[D]. 徐曈阳. 电子科技大学. 2018
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