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基于纠错码的冗余技术的研究

时间:2011-04-11 11:45来源: 骆驼毕业论文网 作者:admin
基于纠错码的容错技术的研究 EVENODD码的设计与实现 摘 要 由于网络技术的迅猛发展,存储系统的规模变得越来越庞大。因此它对系统的可靠性提出了严峻的挑战。而采用EVENODD编码算法的布局策略可以同时容许两个数据块同时出错,可以很好的保证系统的稳定性。

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基于纠错码的容错技术的研究
——EVENODD码的设计与实现
摘  要
由于网络技术的迅猛发展,存储系统的规模变得越来越庞大。因此它对系统的可靠性提出了严峻的挑战。而采用EVENODD编码算法的布局策略可以同时容许两个数据块同时出错,可以很好的保证系统的稳定性。它已经被广泛应用在RAID(Redundant  Arrays of Independent Disks)等技术中。本论文从EVENODD编码原理出发,详细介绍了EVENODD的编码和译码过程,以及从理论上对该译码的算法进行了分析证明,同时使用java编译技术实现了该编码过程的仿真。在本论文中还对该仿真软件的设计思路、开发过程、以及主要功能模块的实现都进行了详细的介绍。EVENODD码仿真软件的实现是理论运用于实际的又一典范。通过对其编码和译码核心算法的调用,可以实现图片、二进制文件等格式的备份和恢复。

关键词: EVENODD编码 ;容错技术 ;系统稳定性; java编译技术

目    录
论文总页数: 31 页
1 引言 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 相近课题研究 1
1.2.1 2D奇偶校验编码方案 1
1.2.2 纠双错RS码 2
1.3 本课题要达到的设计目标 2
2 EVENODD码 2
2.1 预先定义 2
2.2 编码原理 3
2.3 EVENODD码译码算法 4
2.4 译码原理证明 6
3 软件设计与目标 8
3.1 设计目标及内容 8
3.2 软件总体功能结构 8
3.2.1 功能结构图 8
3.2.2 功能说明 8
3.3 设计实现的策略及主要算法描述 9
3.3.1 VENODD编码算法 9
3.3.2 EVENODD 译码算法 11
3.4 算法接口实现 22
3.4.1 编码功能接口设计 22
3.4.2 编码功能接口流程图 22
3.4.3 译码功能接口设计 22
3.4.4 译码功能接口设计流程图 22
4 软件操作说明 25
4.1 打开 25
4.2 编码 26
4.3 数据破坏 27
4.4 译码 27
4.5 其余功能 28
结    论 28
参考文献 28
致    谢 30
声    明 31

3 软件设计与目标
3.1 设计目标及内容
对于本软件的设计可以概述为以下三个方面:
(1)编码算法的设计是本软件要实现的核心内容,通过EVENODD编码原理利用5张原始图片的数据生成2张冗余的校验数据。
(2)译码算法是体现运用EVENODD原理能够胜任将出错的两个数据块的数据恢复的关键,也是体现了本原理在现实运用中具有的高可靠性和高稳定性。
(3)界面设计是实现友好的人机交互界面不可或缺的重要部分,EVENODD编码的实现过程和结果都要通过该界面表现和保存。
通过对上述内容的设计我们必须达到以下目标:
(1)满足用户对EVENODD编码过程的直观理解;
(2)创建友好的人机操作界面;
(3)满足用户对5张简单图片的备份;
(4)满足用户利用备份图片和尚未被破坏的原图片还原出错图片
3.2 软件总体功能结构
3.2.1 功能结构图
软件功能图如图2:

3.2.2 功能说明
1. 图像处理
为了方便EVENODD码的演示,本软件所选用的输入数据就是图片。在正式进行编码之前必须对图像进行一些必要的处理以符合算法的接口标准。因此,图像处理功能模块又可以分成以下几个子功能模块,如:图像载入、图像保存、图像破坏、图像分割、图像表达等。
 图像载入:从本地计算机中读取图片文件,可以选择本地计算机中的任何文件夹。
 图像保存:将经过处理后的图片保存在当前的文件夹中或者其他文件夹中。
 图像破坏:将图片的数据全部破坏供译码使用。它是配合软件的仿真而单独设计的。
 图像分割:从以图像格式显示的图片中读取像素并存储在二维数组中,供以后处理使用。
 图像表达:像素经过处理后是存储在二维数组中的,该子功能的作用是将二维数组以图片的格式表达出来,与图像分割功能作用相反。
2. 编码
编码功能是整个软件进行的关键,通过原始图片生成2张冗余校验图片,为译码过程的顺利进行做准备。
3. 译码
该功能是在实际生活中运用最广的一部分,它通过尚未有数据损失的原始图像和通过编码形成的尚未遭到数据破坏的校验数据将已破坏的数据恢复出来(已破坏数据块的数目≤2)。
3.3 设计实现的策略及主要算法描述
在该软件的实现过程中,基于面向对象程序设计思想,在实现过程中,把每一个待处理的数据看作一个对象,那么每个对象在实际的应用中也就是一张图片(也可以叫做一个数据块)。.根据EVENODD的编码原理,处理的数组大小m必须为素数,在整个软件的实现过程中取m= 5。由于以上介绍的编码过程都是针对单个数组的,所以在算法处理过程中,必须从每个对象中抽取一列组成单个的数据,将每个4×5大小的数组看作一个基本处理单元,然后按照编码原理进行算法的设计。
3.3.1 VENODD编码算法
1. 算法描述
EVENODD编码算法是产生冗余校验数据的核心算法。在实现该算法过程中,假设接口为5个数据对象,由于在该算法中实际操作对象是一个4×5大小的数组,首先面对的问题是如何将对象中的数据读出来并且将他们组合成符合规格的数组。基于上述情况,设计能从对象数组中获取某列的方法getColumnData(pictureInComp[] obj,int i)成为必要。利用该方法可以分别在每个对象的数据中获取相应列的数据并返回,组成一个符合规格的数组。这个数组就是最小的处理单元。根据公式(1)可以得到该处理单元产生的水平校验位的值,根据公式(3)不难得出公共校验因子S ,再由公式(2)对角校验值也就很容易的得到了。将该过程置于一个循环中依次处理对象的每一列,每列产生的水平校验值和对角校验值依照相反的方式重新组合便形成了两个冗余对象即水平校验对象和对角校验对象。

4 软件操作说明
“基于纠错码的容错技术之EVENODD码设计与实现” 软件是基于java编译技术实现的,因此该软件可以在任意操作环境中运行。
在运行该软件时首先出现在用户面前的是一个十分友好的用户界面,如图7。
很明显,该软件主要分为菜单栏、快捷键栏和数据显示域三部分。其中快捷键栏中的快捷按钮功能在菜单栏中均能找到。下面我们对该软件的主要操作过程及测试结果做一个简单的介绍。

图7 软件操作主界面
4.1 打开
首先我们在选择要打开的文件之前必须给打开的文件选择存放的区域,即在数据显示域的复选框中选择。否则系统将对弹出对话框对你的操作进行提示,如图8。在选择了显示的区域后我们按照以下的步骤可以顺利打开文件。单击“File” → 选择 “open”或者直接点击open按钮就会弹出一个文件选择对话框,如图9。在选择文件后,图片显示如图10所示:

图8 打开文件出错提示

图9 选择文件对话框
图10 打开图片显示效果
4.2 编码
在对数据显示域data1、data2、data3、data4、data5都添加了数据后,我们就可以按照下列顺序生成冗余校验图片了。单击“Edit” →选择“Encode”或者单击encode按钮。注意:在执行该功能之前一定要将data1、data2、data3、data4、data5的5个复选框选中,否则系统会提示你选择复选框。执行完该功能后生成的冗余校验图片将显示在redundancy Data数据域中,如图11:


参考文献
[1]Y.Daniel Lang.java编程原理与实践(第4版)[M].北京:清华大学出版社,2005。
[2]王宏,赵海滨.数字图像处理——java语言实现[M].沈阳:东北大学出版社,2005。
[3]Marc Loy,Robert Eckstein,Dave Wood,James Elliott Brian Cole.Java Swing(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2004。

 


 

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