无线网络中分布式存储的关键技术研究

This project aims at investigating fundamental theories and practical design principles of distributed storage systems in wireless networks with network coding. Recently, there have been increasing interests on the applications based on distributed storage systems, e.g., mobile caching, cloud storage, data center, CDN, P2P networks and file sharing. Pioneer researches for simplified wired networks showed that network coding can substantially increase reliability, reduce storage space and network traffic in distributed storage systems. Compared to wired networks, wireless networks have challenges of limited channel capacity, dynamic network topology, high probability of channel errors, limited storage space and battery power etc. Fundamental performance limitation will be derived from the information theory aspects. With standard optimized methods (e.g., convex), we shall also study optimized repair-schemes for maintaining the reliability, especially for hetergeneous networks. To reduce coding complexity, we shall propose low-complexity, deterministic regeneration codes.We shall also the impact of channel errors to repair. Furthermore, delay-constrained storage will be studied for wireless networks. In addition to theoretical study, we shall seek to build up a test-bed as the proof-of-concept.

本项目致力于研究在无线网络中网络编码驱动的分布式存储系统的关键基础理论和实际设计方法。近来，与分布式存储相关的应用得到了迅猛的发展，包括：移动缓存，云存储，数据中心，端到端(P2P)和文件共享等。先驱性地研究主要考虑简化的网络模型。研究结果表明，对分布式存储系统，网络编码可以极大地增加可靠性，减少存储空间和带宽。相对有线网络，无线网路中的分布式存储系统面临新的挑战，比如信道容量有限、信道错误可能性高、终端的存储空间和电池都很有限等等。本课题将从信息论的角度研究基本性能极限，利用现有的优化方法（如凹优化），研究最小代价修补方法，特别是异构网络。我们还将研究低复杂度的、确定性的网络编码以及有差错网络的编码场景。此外，我们还将研究基于时延网络的分布式存储系统及其仿真验证系统。

本项目致力于研究在无线网络中网络编码驱动的分布式存储系统的关键基础理论和实际设计方法。近来，与分布式存储相关的应用得到了迅猛的发展，包括：移动缓存，云存储，数据中心，端到端(P2P)和文件共享等。先驱性地研究主要考虑简化的网络模型，该模型主要代表简化的互联网数据中心模型。研究结果表明，对分布式存储系统，网络编码可以极大地增加可靠性，减少存储空间和带宽。但是，现有的研究成果很难用于无线网络场景。而无线网络日益重要，甚至超过了有限网络。因此，研究无线网络场景下的分布式存储具有很高的理论和工程意义。..但是，相对有线网络，无线网路中的分布式存储系统面临新的挑战，比如信道容量有限、信道错误可能性高、终端的存储空间和电池都很有限等等。本课题在项目期间，基本按照原计划，从信息论的角度研究基本性能极限，利用现有的优化方法（如凹优化），研究最小代价修补方法，特别是异构网络。我们还研究了低复杂度的、确定性的网络编码以及有差错网络的编码场景。特别，针对移动网络的特点，我们还研究了无线缓存，包括相关的功率分配问题，端到端通信，设备和信道认知，网络编码和能耗等一系列的问题。..在项目期间，各个预定的研究课题进展顺利，项目组成员发表了一系列高水平文章，其中包括IEEE Journals on Selected Area in Communications (JSAC), IEEE Wireless Communications Magazine, IEEE Transactions on Communications 等通信领域的顶级期刊。研究成果对分布存储在无线网络中应用具有较高的工程和理论意义。特别是在万物互联和大数据时代的今天，我们的研究具有可观的应用前景。同时，在理论方面，我们的研究推广了针对有线存储网络简化模型并解决了一系列相关的理论问题。