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基于Grid Quorum理论的大规模分布式系统后备路径选择问题研究

作　者: 周晓磊
导　师: 罗雪山；郭得科
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 军队指挥学
关键词: 层叠网分布式系统 Grid Quorum 部分采样 IP级路径可靠性可扩展性
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大规模分布式系统的通信性能与可靠性问题是计算机网络近年来研究的热点问题。当任意一对通信节点间存在多条路径时,当默认的最优路径失效而导致性能衰减时,在众多的备选路径中选取一条性能最优的路径成为后备路径,进而为大规模分布式系统提供持续性、高可靠性、高效且快速恢复的数据通信能力。特别是对于军事行动中的实时态势信息共享、指挥作战单元协同、模拟训练对抗等时延要求严苛的各项应用,该项研究具有重要的理论价值和良好的应用前景。本文分析了大规模分布式系统在军事应用中所面临的三项技术难题,包括后备路径选择的准确性,系统的可扩展性,以及通信的效率性。针对这三个问题,本文基于Grid Quorum系统理论,提出了一系列全新的后备路径优选方法,经实验验证这些方法具有良好的性能,进而能够解决大规模分布式系统在军事环境中的应用问题。传统分布式的基于主动测量的后备路径选择方法采用“全局探测,泛洪广播,全局选优”的方式,受到高通信开销和低扩展性的限制,已经达到性能瓶颈,不适于大规模分布式系统中的应用。先前最优的方法是基于Grid Quorum理论,极大降低了后备路径选择问题的通信开销。尽管该方法能确保后备路径与默认路径在逻辑路径层面互不相交,但是常常无法避免二者在物理路径上存在部分重合,进而导致优选出的最优后备路径可能以高达60%和默认路径同时失效。本文首先提出了基于IP级路径信息的后备路径选择方法,该方法能够很好的消除物理重合对后备路径可靠性的影响。实验显示,与基于时延的方法相比,该方法将后备路径失效概率降低了10%以上,当基于时延的方法所优选的后备路径失效概率畸高时,该方法能够大幅度降低失效概率,提高网络通信的可靠性。而其代价仅是将时延放大10%。为了进一步降低网络中的通信开销,提高大规模分布式系统的可扩展性,本文分别提出了基于部分采样、优化部分采样以及迭代部分采样三种不同的采样策略的后备路径优选方法,这些方法仅探测从其自身到√个其他节点的链路状况并仅将其发送至√个其他节点。基于这一思想的方法大幅度的降低了单节点的探测和通信开销,由.降至O。而同时能够以高达85%之高的概率能够保证为每个通信节点对选择出一条最优的后备路径。这一概率已经能够满足大多数的网络应用的需求。而这种方法所带来的可扩展能力的大幅度提高,完全弥补了这一缺点。

基于Grid Quorum理论的大规模分布式系统后备路径选择问题研究

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