基于太阳风仿真的存储模型及存储子系统关键技术研究

发布时间：2017-05-24 08:09

  本文关键词：基于太阳风仿真的存储模型及存储子系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太阳风(Solar wind)是从太阳日冕层经过加速射出的、高速运动的带电粒子流。太阳风充斥着整个行星际空间,快速变化的太阳风严重影响着地球的空间环境,对地球造成了重大的影响。太阳风与太阳、地球的许多物理现象都有紧密的联系,太阳风是连接日地空间的纽带,地球通过太阳风接收太阳能、电磁辐射等来自太阳的影响。对太阳风的研究在现代空间科学技术研究中有着重要研究意义与应用价值。太阳风系统仿真是一个涉及地球探测与信息技术、仿真学、天文学、大气物理学、高性能计算技术、云计算技术、数据存储技术等多个领域相结合的前沿交叉课题,建立太阳风系统仿真课题的目的旨在研究太阳风物理现象、建立太阳风仿真体系、建立相关的预警和监测系统,以期减少太阳风对地球带来的灾难或者对太阳风能量加以利用。太阳风系统仿真是一个庞大的体系,其实践过程也极其繁杂。整个仿真体系由各个仿真器、数据中心、控制中心、高性能计算中心组成。仿真器将对应各个仿真子系统,而数据中心存储初始数据、中间仿真结果、最终仿真数据,并以备数据挖掘。高性能计算中心提供各种类型科学计算、数据处理等服务。控制中心是一个协调指挥结构,负责发出各类指令并协同各个部件的运行。本课题是太阳风仿真系统大课题中的子课题,目的是研究分析太阳风粒子数据特性,解决太阳风仿真中的大规模太阳风数据存储问题,设计数据中心架构模型,实现太阳风数据存储子系统,经仿真测试及数据可视化结果证明数据存储子系统能够较好地解决包括原始仿真数据、中间仿真结果以及最终仿真结果的大规模数据存储问题。为了实现太阳风系统仿真中大规模太阳风粒子数据的快速访问和扩展存储,通过分析太阳风粒子数据特性,在研究大规模数据存储技术的基础之上,设计了太阳风粒子数据存储模型SWDSM(Solar Wind Data Storage Model),该模型解决了异构特性下的网络数据快速访问和存储问题。为了验证模型设计了基于SWDSM模型的太阳风仿真存储子系统SWDCS(Solar Wind Data Cloud Storage subsystem),并研究了存储中的安全访问机制。本课题进一步发展细化了太阳风仿真体系。论文的创新点主要体现在以下四个方面:(1)提出了面向太阳风仿真的数据中心架构模型数据存储是上层数据处理、数据分析等工作的基石,大数据增长带来的不仅是存储容量的压力,还给数据管理、存储性能带来了挑战。基于云计算的数据存储方式可以很好地迎合大数据带来的问题。分析了云计算与数据中心的联系以及云存储技术解决方案的特点,提出并设计了太阳风系统仿真中基于云存储的数据中心架构模型。(2)设计了太阳风粒子数据存储模型SWDSM结合太阳风粒子数据之特点,基于Hadoop云平台环境,从数据划分与存储策略、数据组织方式、数据存取算法、数据复制策略等方面设计太阳风粒子数据存储模型SWDSM,对于分布式环境下的数据复制策略研究了HDFS副本节点选择策略,基于一致性哈希算法和节点性能评估技术对该策略进行了改进。(3)建立了太阳风存储子系统SWDCS在设计太阳风粒子数据存储模型的基础之上,设计并实现了太阳风存储子系统,包括体系架构、服务结构、部署结构、功能模块、存储流程及其在太阳风仿真系统中应用的测试效果。为了实现系统的分布式与扩展性,云存储系统体系架构分为三个层次、两级架构。SWDCS只提供SaaS(Software as a Service,软件即服务)层次的服务,其服务结构自底向上分为三个层次。(4)提出了基于椭圆曲线组的安全令牌与联合验证方法前期研究中为快速获得仿真结果并没有考虑安全机制。为了解决无状态保持情况下的数据传输和联合验证问题,通过参考国内外比较成熟的非对称密钥算法、WIF联合验证和数字椭圆曲线签名等技术,提出并设计了基于数字椭圆曲线加密的安全令牌认证体系及其模型,实现并验证了其正确性和可用性,为分布式存储数据的访问提供了一种联合验证方法。
【关键词】：太阳风 数据中心 存储模型 存储子系统 安全令牌
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P353.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1 问题提出10-11
• 1.1.2 研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 太阳风研究现状13-14
• 1.2.2 存储技术研究现状14-17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 主要创新点18
• 1.5 论文组织18-21
• 本章小结21-22
• 第2章 太阳风粒子数据特性分析22-41
• 2.1 太阳风观测特性22-28
• 2.1.1 太阳观测特性22-25
• 2.1.2 太阳风观测特性25-27
• 2.1.3 天然离子探测器-彗星27-28
• 2.2 太阳风粒子相关理论28-30
• 2.3 CE-1 太阳风科学数据30-33
• 2.3.1 太阳风离子探测器30-31
• 2.3.2 数据分类分级31-32
• 2.3.3 PDS数据格式32-33
• 2.4 太阳风粒子数据特性33-38
• 2.4.1 数据格式33-37
• 2.4.2 数据特点37-38
• 2.5 太阳风系统仿真38-40
• 本章小结40-41
• 第3章 大规模数据存储技术研究41-60
• 3.1 大规模数据带来的挑战分析41-43
• 3.2 数据存储技术研究43-48
• 3.2.1 存储资源虚拟化技术43-46
• 3.2.2 数据存储容错技术46-48
• 3.3 分布式文件存储系统研究48-52
• 3.3.1 基于数据切分的分布式计算技术研究48-49
• 3.3.2 分布式文件系统模型分析49-51
• 3.3.3 MapReduce工作模式分析51-52
• 3.4 Hadoop架构解析52-59
• 3.4.1 Hadoop整体架构分析52-55
• 3.4.2 HDFS分布式文件系统55-57
• 3.4.3 HBase分布式数据库57-59
• 本章小结59-60
• 第4章 太阳风粒子数据存储模型SWDSM60-82
• 4.1 太阳风仿真数据中心架构模型60-66
• 4.1.1 云计算与数据中心的联系分析60-63
• 4.1.2 云存储技术解决方案的特点63-64
• 4.1.3 太阳风数据中心架构模型建立64-66
• 4.2 SWDSM存储模型设计66-74
• 4.2.1 模型中的云计算环境分析66
• 4.2.2 数据划分与存储策略选择66-67
• 4.2.3 数据组织方式设计67-70
• 4.2.4 数据存取算法设计70-74
• 4.3 数据副本管理策略研究74-79
• 4.3.1 一致性HASH算法研究74-76
• 4.3.2 HDFS副本节点选择策略76-77
• 4.3.3 HDFS副本节点选择算法的改进77-78
• 4.3.4 相关实验及结果分析78-79
• 4.4 原型测试79-81
• 本章小结81-82
• 第5章 太阳风仿真存储子系统82-102
• 5.1 SWDCS存储子系统架构设计82-88
• 5.1.1 体系架构设计82-84
• 5.1.2 服务结构设计84-85
• 5.1.3 部署结构设计85-86
• 5.1.4 功能模块设计86-87
• 5.1.5 分布式存储流程设计87-88
• 5.2 SWDCS存储子系统的安全认证88-95
• 5.2.1 安全令牌访问模型89-92
• 5.2.2 联合访问验证实现92-94
• 5.2.3 算法测试94-95
• 5.3 系统实现与测试95-101
• 5.3.1 实验环境95-96
• 5.3.2 系统实现96-98
• 5.3.3 系统测试98-101
• 本章小结101-102
• 第6章 总结与展望102-105
• 6.1 全文总结102-103
• 6.2 论文创新点103-104
• 6.3 研究展望104-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-117
• 攻读学位期间取得学术成果117-118
• 图目录118-120
• 表目录120

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 涂传诒;太阳风起源和形成的研究进展[J];中国科学(A辑);2000年S1期

2 何宗斌;张宫;樊鹤;;一种基于并行计算技术提高测井数据处理速度的方法[J];石油天然气学报;2012年07期

3 陈小军;张t，

本文编号：390191