摘要:数据获取技术的革命性进步、存储器价格的显著下降以及人们希望从数据中获得知识的客观需要等,催生了大数据.数据管理技术迎来了大数据时代.关系数据库技术经历了20世纪70年代以来40年的发展,目前遇到了系统扩展性不足、支持数据类型单一等困难.近年来,noSQL技术异军突起,对多种类型的数据进行有效的管理、处理和分析;通过并行处理技术获得良好的系统性能;并以其高度的扩展性,满足不断增长的数据量的处理要求.试图沿着数据库技术进步的历史脉络,从应用维度(操作型与分析型应用)入手,为读者展开当今数据管理技术的新格局,讨论具有挑战性的重要问题,并介绍作者自己的研究工作.

摘要:利用移动数据收集器(mobile data collector,简称MDC)进行传感器网络中感知数据的收集,可以有效地减少传感器将数据发送到静止基站的传输跳数,节约网络的能量,延长网络寿命.此外,MDC通过循环收集传感器数据或承担数据转发的功能,避免节点间由于多跳传输引起的能量空洞(energy hole)以及节点失效造成的传输链路中断等问题.MDC的移动性也为无线传感器网络的研究带来新的挑战.研究基于移动协助数据收集的无线传感器网络结构,分类总结了近年来提出的一些典型的基于MDC的算法和协议,着重讨论了MDC在网络能量、延迟、路由和传输等方面带来的性能变化.最后,进行了各种算法的比较性总结,针对传感器网络中MDC的研究提出了亟待解决的问题,并展望了其未来的发展方向.

摘要:低占空比(low-duty-cycle,简称LDC)技术是当前延长无线传感器网络生命周期的最关键技术,为了有效延长机会网络生命周期,将低占空比技术引入机会网络,形成LDC机会网络.但是,现有机会网络路由算法不能很好地适应LDC环境,其性能会大幅度下降.为了解决该问题,提出一种基于能量感知的移动低占空比机会网络纠删编码算法E-EC.仿真实验结果表明,与现有的典型机会网络路由算法相比,E-EC算法在延长移动机会网络生命周期以及增加数据传输成功率等方面带来明显的性能提升.

摘要:光传输网络中聚合组播问题是一个完全NP 难问题,提出了一种解决聚合组播问题的双邻域查找算法.该算法使得生成的聚合树数量在满足波长约束的前提下,带宽浪费比率尽可能地小.基于贪婪策略定义了一种优先聚合规则以生成初始解;定义了两种邻域结构,使邻域查找具有效率;提出了跳坑策略以跳出局部最优解并且将查找引向有希望的方向.模拟实验结果表明:该算法可以有效地进行组播树的聚合,当轻载时,组播组阻塞比率始终为0;当重载时,与其他算法相比,平均带宽浪费比率降低25%以上.因此,对不同的网络状况都能获得较好的性能.

摘要:维护每个报文的流记录需要占用大量测量资源.目前已有多种抽样技术估计网络流统计信息,然而精确地估计出流数统计信息是目前的研究难点.提出了Integral和Iteration 两种基于报文抽样样本估计网络流数的算法.Integral算法只需使用抽样流长为1的流数信息就可以近似推导出未抽样的流数.Iteration算法通过建立迭代函数估计未抽样流数,然后根据未抽样流数和已抽样的流数推断出原始流量的流数.采用CERNET(China education andresearch network)骨干网络链路数据将这两种算法与EM(expectation maximization)算法进行对比,表明Iteration算法具有较好的精度和性能.

摘要:在传统的公钥加密方案中,一旦解密密钥泄漏,系统的安全性将完全丧失.特别是随着越来越多的加密系统被应用到移动的、安全性低的设备中,密钥泄漏显得难以避免.入侵容忍公钥加密的提出就是为了减小密钥泄漏对加密系统的危害,具有比前向安全加密、密钥隔离加密更强的安全性.在这种体制下,整个生命周期被分割成离散的时间阶段,公钥固定不变,密钥信息分享在解密者和基地中,前者独立完成解密操作,而后者则在每个时间周期中提供一个更新信息来帮助演化解密密钥.此外,每个时间段内有多次密钥刷新的操作,可以刷新解密者的密钥和基密钥.当解密者和基地被入侵时,只要不是同时被入侵,安全性就可以得到保证.即使入侵者同时入侵解密者和基地,也不会影响以前时间段密文的安全性.提出了一个入侵容忍公钥加密方案,所有费用参数关于总共时间段数的复杂性均不超过对数的平方.证明了该方案是标准模型下安全的.这是一个不需要随机预言的可证明安全的入侵容忍公钥加密方案.

摘要:MIMO(multi-input multi-output)作为一种有效提高无线信道可靠性和带宽的新兴技术,已在无线网络中得到广泛应用.但是,如何利用MIMO在多跳无线网络中为多用户提供高质量视频服务,尚未得到广泛关注.多跳无线链路之间的共信道干扰是需要解决的关键问题.提出一种面向多跳无线网络的多用户视频传输方法,利用链路选择、MIMO的空间复用和空间分集等特点,减少链路间的共信道干扰,最大化多用户的平均视频传输质量.通过对链路选择和天线分组进行建模,将上述传输策略抽象成一个最优化问题,该问题是一个NP-hard问题.为了降低求解复杂度,引入遗传算法来求解链路选择问题.该算法采用基因遗传“优胜劣汰”的特性,在保证性能的同时,大幅度降低了求解复杂度.另外,由于遗传算法中每条“染色体”的“优劣”与天线分组策略有关,因此结合可伸缩视频的失真模型,将天线分组问题转化为一个标准的0/1背包问题,并在搜索时采用深度优先和分支限界技术,进一步降低算法复杂度.实验结果表明,所提出的链路选择算法和天线分组算法均能显著提高用户接收视频的质量.

摘要:在新的应用模式下,传统层次结构数据中心网络在规模、带宽、扩展性和成本方面存在诸多不足.为了适应新型应用的需求,数据中心网络需要在低成本的前提下,满足高扩展性、低配置开销、健壮性和节能的要求.首先,概述了传统数据中心网络体系结构及其不足,并指出了新的需求;其次,将现有方案划分为两类,即以网络为中心和以服务器为中心的方案;然后,对两类方案中的代表性结构进行了详细的综述和对比分析;最后指出了数据中心网络未来的发展方向.

摘要:时空一致(time-space consistency,简称TSC)是面向服务分布仿真应用(service-oriented distributedsimulation application,简称SODSA)中关键的基础性问题,目前的研究侧重于考虑狭义的时间和空间概念,难以实现建模与仿真全过程的整体一致性.通过分析SODSA的广义时空一致性需求及其不一致的影响因素,引入了系统的全局时空一致性轴概念.在此基础上,提出了广义时空层级一致性构想,包括形式化定义、一致性四域模型、一致性时空成熟度和一致性层级框架.该研究成果深化了对SODSA全局一致性时空需求的理解,有助于解决整个仿真系统的不一致问题,为分布仿真应用全局TSC量化评价奠定了基础.

摘要:面向对象的存储系统在研究、工程以及服务领域均得到了广泛的应用.在面向对象的存储系统中,元数据的负载均衡对于提高整个系统的I/O性能具有重要的作用.现有的元数据负载均衡策略不能动态地平衡元数据的访问负载,而且自适应性以及容错特性有待提高.提出了一种自适应的分布式元数据负载均衡机制(adaptabledistributed load balancing of metadata,简称ADMLB),包含基本的负载均衡算法和分布式的增量负载均衡算法.采用基本的负载均衡算法按照服务器的性能公平地分布负载,使用分布式的负载均衡算法定时地调整负载的分布.ADMLB采取分布式的方法均衡地在元数据服务器之间分布负载,根据负载的变化自适应地进行调整,具有很好的容错特性,而且用户可以高效地定位元数据服务器.

摘要:在非对称多核处理器上进行任务调度时,现有的操作系统调度器没有考虑其非对称性.针对单一指令集非对称多核处理器上的操作系统调度问题,首先建立线性规划模型,分析各种因素,得出行为匹配、减少迁移和负载均衡的调度原则.然后,基于调度原则提出一种综合性调度算法.该算法包括两个部分:1) 集成负载表征,提出集成行为的概念,全面衡量任务的整体性和阶段性行为;2) 基于集成行为的调度算法,有效开发非对称多核处理器的特性,能够保证各核心负载均衡,同时可以避免不必要的任务迁移.另外,该算法通过参数调整机制实现了算法的通用性.该算法是一种综合处理任务的整体性和阶段性行为,并具备通用性的调度算法.实际平台上的实验结果表明,该算法可通用于多种环境,且性能比其他对应算法提高6%～22%.

摘要:在虚拟环境中实现应用服务级目标,是当前数据中心系统管理的关键问题之一.解决该问题有两个方面的要求:一方面,在虚拟化层次和范围内,能够动态和分布式地按需调整虚拟机资源分配;另一方面,在虚拟化范围之外,能够控制由于虚拟机对非虚拟化资源的竞争所导致的性能干扰,实现虚拟机性能隔离.然而,已有工作不适用于虚拟化数据中心场景.提出一种面向应用服务级目标的虚拟化资源管理方法.首先,该方法基于反馈控制理论,通过动态调整虚拟机资源分配来实现每个应用的服务器目标;同时,还设计了一个两层结构的自适应机制,使得应用模型能够动态地捕捉虚拟机资源分配与应用性能的时变非线性关系;最后,该方法通过仲裁不同应用的资源分配请求来控制虚拟机在非虚拟化资源上的竞争干扰.实验在基于Xen的机群环境中检验了该方法在RUBiS系统和TPC-W基准上的效果.实验结果显示,该方法的应用服务级目标实现率比两种对比方法平均高29.2%,而应用服务级目标平均偏离率比它们平均低50.1%.另一方面,当RUBiS系统和TPC-W基准竞争非虚拟化的磁盘I/O资源时,该方法通过抑制TPC-W基准28.7%的处理器资源需求来优先满足RUBiS系统的磁盘I/O需求.

摘要:提出单层树型网格下单位独立任务的周期性调度方法,单位独立任务是大小相等的独立任务.首先,为单层树型网格下的单位独立任务调度建立线性规划模型,通过分析整数线性规划求解过程,发现一个单层树型网格平台在节点构成不同时,分别具有非饱和态、临界态或冗余态特征;并且,随着网格节点上任务数的增多,线性规划最优解呈线性增长,任务调度具有周期性特性.据此给出非饱和态、临界态或冗余态网格的定义、性质和判定方法,推导出单位独立任务调度的周期长度.最后,分析了周期性调度的时间复杂性,提出一种周期性调度算法Periodic-Sched.实验结果表明,周期性调度是有效的.单位独立任务的周期性调度将大规模的任务调度问题简化为一个周期内的任务调度,降低了调度问题的复杂度.该调度方法适用于对Hadoop平台的Map任务进行调度.

摘要:多重网格方法作为非结构网格的高效解算器,其串行与并行实现在时空上都具有优良特性.以控制方程离散过程为切入点,说明非结构网格在并行数值模拟的流程,指出多重网格方法主要用于求解时间推进格式产生的大规模代数系统方程,简述了算法实现的基本结构,分析了其高效性原理;其次,综述性地概括了几何多重网格与代数多种网格研究动态,并对其并行化的热点问题进行重点论述.同时,针对非结构网格的实际应用,总结了多重网格解算器采用的光滑算子;随后列举了非结构网格应用的部分开源项目软件,并简要说明了其应用功能;最后,指出并行多重网格解算器在非结构网格应用中的若干关键问题和未来的研究方向.

摘要:恶意软件通过隐藏自身行为来逃避安全监控程序的检测.当前的安全监控程序通常位于操作系统内部,难以有效检测恶意软件,特别是内核级恶意软件的隐藏行为.针对现有方法中存在的不足,提出了基于虚拟机监控器(virtual machine monitor,简称VMM)的操作系统隐藏对象关联检测方法,并设计和实现了相应的检测系统vDetector.采用隐式和显式相结合的方式建立操作系统对象的多个视图,通过对比多视图间的差异性来识别隐藏对象,支持对进程、文件及网络连接这3种隐藏对象的检测,并基于操作系统语义建立隐藏对象间的关联关系以识别完整攻击路径.在KVM虚拟化平台上实现了vDetector的系统原型,并通过实验评测vDetector的有效性和性能.结果表明,vDetector能够有效检测出客户操作系统(guest OS)中的隐藏对象,且性能开销在合理范围内.