三维Markov链模型：Cloud-P2P云存储性能分析与优化

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"Cloud-P2P云存储结构的模型建立与性能分析"这篇论文发表于2015年的《通信学报》第36卷第3期，由金顺福、王晨飞、陈玲玲和霍占强四位作者共同完成。论文主要探讨了在Cloud-P2P云存储架构中，云中心与P2P节点的存储层数据副本管理以及数据访问和修复过程。Cloud-P2P架构允许大规模分布式存储，通过将数据分散在多个用户节点上，提高了存储效率和容错能力。研究者构建了一个三维连续时间Markov链模型，这个模型考虑了节点存储层的数据副本动态行为，包括数据的访问、复制和可能的故障修复过程。通过矩阵几何解方法，他们成功地导出了该模型的稳态解，从而能够计算出系统的关键性能指标，如节点存储层的传输率、数据访问延迟和副本修复率。作者利用数值实验和系统仿真手段，深入探究了系统参数如数据副本数量对Cloud-P2P云存储结构性能的影响。这些参数优化对于保证系统的稳定性和响应速度至关重要。通过构建利润函数，他们进一步探讨了如何最优地配置用户存储层的副本数，以平衡存储需求、网络负载和经济效益。文章的关键点集中在模型的数学建模、性能指标的分析以及实际应用中的参数优化策略。这对于理解P2P云存储技术在网络环境下的运行原理和优化方法具有重要意义，对于云计算和分布式系统的设计者、研究人员和开发者来说，提供了理论支持和实践指导。这篇论文不仅深化了我们对Cloud-P2P云存储的理解，还展示了其在现代信息技术领域的实用价值。"

2015 年 3 月 Journal on Communications March 2015

2015077-1

第 36 卷第 3 期

通信学报

Vol.36

No.3

Cloud-P2P 云存储结构的模型建立与性能分析

金顺福

1,2

，王晨飞

1,2

，陈玲玲

，霍占强

(1. 燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004；2. 河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室，河北秦皇岛 066004；

3. 中国联合网络通信有限公司秦皇岛市分公司，河北秦皇岛 066000；4. 河南理工大学计算机科学与技术学院，河南焦作 454000)

摘要：基于 Cloud-P2P 云存储结构，针对云中心和 P2P 节点存储层数据副本的访问机制，考虑节点存储层数据

副本的修复过程，建立一个三维连续时间 Markov 链模型。使用矩阵几何解方法导出该模型的稳态解，并给出节

点存储层传输率，数据访问延迟和副本修复率等系统性能指标的表达式。通过数值实验和系统仿真定量刻画数据

副本数等系统参数对 Cloud-P2P 云存储结构性能的影响。构造利润函数，进行用户存储层副本数的优化设置。

关键词：云存储；P2P；三维 Markov 链；矩阵几何解；性能指标

中图分类号：TP393 文献标识码：A

Modeling and analysis of Cloud-P2P storage architecture

JIN Shun-fu

1,2

, WANG Chen-fei

1,2

, CHEN Ling-ling

, HUO Zhan-qiang

(1. School of Information Science and Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China;

2. The Key Laboratory for Computer Virtual Technology and System Integration of Hebei Province, Qinhuangdao 066004, China;

3. The China United Network Communications Co., Ltd., Qinhuangdao Branch, Qinhuangdao 066000, China;

4. College of Computer Science and Technology, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

Abstract: Based on the Cloud-P2P storage architecture, taking into account the data access mechanism with both the data

center and the peer-based layer, considering the repair process of the replica, a three-dimensional Markov chain model

was constructed. The steady-state analysis of the model is obtained by using a matrix-geometric method. Then, the per-

formance measures in terms of peer-based traffic load, the average access time, and the repair rate are given. Moreover,

numerical results with analysis and simulation are provided to demonstrate the influence of the system parameters on the

system performance. By constructing a benefit function, the number of replicas in peer-based layer is optimized.

Key words: cloud storage; P2P; three-dimensional Markov chain; matrix-geometric; performance measures

1 引言

云存储是在云计算的概念上延伸出来的概念。

云存储系统通过集群应用、网格技术或分布式文件

系统等功能，将网络中大量不同类型的存储设备通

过应用软件集合起来协同工作，对外提供数据存储

和业务访问功能

[1]

。在面对如今的海量数据应用结

合高速互联网服务，云存储所表现出的巨大优势使

其被工业界和学术界认为是未来最富有前景的应

用之一。

在云存储环境中，具有相似或相同喜好的用户

在云端存储的数据具有很高的相似度，甚至存储相

同的数据。随着使用云存储服务用户数量的不断增

加，大量相同的数据将会存储在云端服务器上，这

将对云端存储资源造成不必要的浪费，因此需要对

云端数据进行合理的管理

[2]

。

另一方面，如果有大量用户访问云存储端的一

个数据节点，而其他数据节点处于闲置状态，将会

造成通信和存储资源的极大浪费，同时，用户下载

数据所花费的时间也会延长。因此云节点间的负载

收稿日期：2013-12-13；修回日期：2014-01-19

基金项目：国家自然科学基金资助项目（11201408, 61472342）；河北省自然科学基金资助项目（2012203093）

Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (11201408, 61472342); The Natural Science Fo

undation of

Hebei Province (2012203093)

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2015077

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