RU2782681C1 - Reliable cloud storage system with adjustable data redundancy - Google Patents
Reliable cloud storage system with adjustable data redundancy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782681C1 RU2782681C1 RU2021138991A RU2021138991A RU2782681C1 RU 2782681 C1 RU2782681 C1 RU 2782681C1 RU 2021138991 A RU2021138991 A RU 2021138991A RU 2021138991 A RU2021138991 A RU 2021138991A RU 2782681 C1 RU2782681 C1 RU 2782681C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modulo
- block
- outputs
- inputs
- storage
- Prior art date
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 16
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001537 neural Effects 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 7
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 210000002569 neurons Anatomy 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 108010003272 hyaluronate lyase Proteins 0.000 description 2
- 201000010874 syndrome Diseases 0.000 description 2
- 241000724284 Peanut stunt virus Species 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительным модулярным системам и предназначено для выполнения подготовки исходных файлов для надежного облачного хранения, посредством перевода в полиномиальную систему классов вычетов и используя код проверки четности.The invention relates to modular computing systems and is intended to perform the preparation of source files for reliable cloud storage by converting residue classes into a polynomial system and using a parity check code.
Известны система и способ взаимодействия пользователей с облачными объектными хранилищами данных (патент RU2656836, опубл. 06.06.2018), которые относятся к технологиям сетевой связи. Изобретение позволяет повысить безопасность хранения данных. Шлюз содержит: три последовательно соединенных блока, где каждый блок содержит в себе один или более модулей, где: первый блок предназначен для осуществления взаимодействия шлюза с пользовательским терминалом, в котором модули являются одним или более вариантами из: программного web-сервера; интерфейса взаимодействия с web-сервером; второй блок предназначен для обработки запросов и данных, поступающих от пользовательского терминала в первый блок, в котором модули являются одним или более вариантами из: шифрования данных; дешифрования данных; сжатия данных; восстановления данных; кеширования данных; дедупликации и данных; кодирования данных; расщепления данных по n,k-схеме; восстановления данных по n,k-схеме; третий блок, состоящий из модулей взаимодействия с облачными хранилищами, предназначенный для реализации взаимодействия с облачными службами хранения данных через интерфейс взаимодействия с облачным хранилищем.A system and a method for user interaction with cloud object data storages are known (patent RU2656836, published on 06/06/2018), which relate to network communication technologies. The invention improves the security of data storage. The gateway contains: three serially connected blocks, where each block contains one or more modules, where: the first block is intended for the interaction of the gateway with the user terminal, in which the modules are one or more options from: a software web server; interface for interaction with the web server; the second block is for processing requests and data from the user terminal to the first block, in which the modules are one or more of: data encryption; data decryption; data compression; data recovery; data caching; deduplication and data; data encoding; data splitting according to n,k-scheme; data recovery by n,k-scheme; the third block, consisting of modules for interaction with cloud storage, designed to implement interaction with cloud storage services through the interface for interaction with cloud storage.
Недостатком является ограниченная надежность и адаптивность избыточности алгоритмов.The disadvantage is the limited reliability and adaptability of the redundancy of the algorithms.
Известен механизм координации для выбора облака (патент RU2628902, опубл. 22.08.2017), который относится к средствам выбора и управления публичной сетью облачных вычислений для размещения учетной информации клиента и заключается в автоматическом выборе публичного облака, которое удовлетворяет набору критериев, определенных администраторами, и обеспечении упрощенного взаимодействия с выбранным публичным облаком. Результат обеспечивается выполнением способа распределения нагрузки по одной или более публичным вычислительным сетям, при этом: принимают выданный пользователем частной корпоративной сети запрос на обновление учетной информации; идентифицируют, с использованием средства координации, целевую вычислительную сеть из упомянутых одной или более публичных вычислительных сетей; переводят упомянутые одну или более команд в формат, совместимый с языком правил, соблюдаемым целевой вычислительной сетью при взаимодействии с внешним источником; и инициируют распределение этих одной или более переведенных команд по вычислительным ресурсам, связанным с целевой вычислительной сетью, которые предназначены для выполнения упомянутого обновления учетной информации.There is a known coordination mechanism for choosing a cloud (patent RU2628902, published on August 22, 2017), which refers to the means for choosing and managing a public cloud computing network for placing customer account information and consists in automatically choosing a public cloud that satisfies a set of criteria defined by administrators, and providing a simplified interaction with the selected public cloud. The result is provided by performing a method for distributing the load over one or more public computer networks, while: accepting a request issued by a user of a private corporate network to update accounting information; identifying, using the means of coordination, the target computer network of said one or more public computer networks; translating said one or more commands into a format compatible with the rule language followed by the target computer network when interacting with an external source; and initiating the distribution of these one or more translated commands to the computing resources associated with the target computer network, which are designed to perform the said updating of accounting information.
Недостатком данного способа является отсутствие информации о корректирующих свойствах и избыточности используемых алгоритмов.The disadvantage of this method is the lack of information about the corrective properties and redundancy of the algorithms used.
Известно многоканальное адаптивное устройство кодирования и передачи данных на основе системы остаточных классов (Патент UA105430, опубл. 12.05.2014), которое содержит модуль разделения данных в системе остаточных классов, модуль определения состояния канала связи; модуль адаптивного распределения частей сообщений; модуль передачи данных, модуль приема данных, модуль обнаружения и исправления ошибок в системе счисления остатков, модуль адаптивного изменения корректирующих баз системы счисления остатков, причем распределение частей сообщения между доступными путями происходит адаптивно в зависимости от размера сообщения и характеристики путей. Предлагаемый метод позволяет повысить надежность и емкость передачи данных.A multi-channel adaptive device for encoding and transmitting data based on a system of residual classes is known (Patent UA105430, published on May 12, 2014), which contains a data separation module in the system of residual classes, a module for determining the state of the communication channel; module for adaptive distribution of message parts; a data transmission module, a data reception module, a module for detecting and correcting errors in the residual number system, a module for adaptively changing the correcting bases of the residual number system, wherein the distribution of message parts between available paths occurs adaptively depending on the size of the message and the characteristics of the paths. The proposed method improves the reliability and capacity of data transmission.
Недостатком является сложность реализации алгоритмов адаптации избыточности.The disadvantage is the complexity of implementing redundancy adaptation algorithms.
Известны способ и устройство для выполнения вычислений с использованием арифметики вычетов (Патент US7523151, опубл. 21.04.2009), которые могут использовать логические вентили для выполнения таких вычислений, как умножение на константу, вычисление теоретико-числового логарифма остатка для заданного основания αi и модуля pi, а также вычисление произведения двух остатков по модулю pi. Использование логических вентилей может дать преимущества по сравнению с использованием ПЗУ для функций поиска таблиц в интегрированных реализациях системы остаточных чисел цифровых сигнальных процессоров.There is a known method and device for performing calculations using residue arithmetic (Patent US7523151, published 04/21/2009), which can use logic gates to perform calculations such as multiplication by a constant, calculation of the number-theoretic logarithm of the remainder for a given base α i and modulus p i , as well as calculating the product of two residues modulo p i . The use of logic gates can provide advantages over the use of ROM for table lookup functions in integrated implementations of the DSP residual system.
Недостатком является ограниченная надежность и адаптивность избыточности алгоритмов.The disadvantage is the limited reliability and adaptability of the redundancy of the algorithms.
Известно устройство для преобразования числа из системы остаточных классов в позиционный код (патент RU2293437, опубл. 22.08.2017), которое относится к вычислительной технике и предназначено для использования в вычислительных устройствах, функционирующих в системе остаточных классов (СОК), а также технике связи для передачи информации кодами СОК. Технический результат данного изобретения – сокращение объема оборудования и повышение быстродействия при преобразовании числа из СОК в позиционный код. Для этого устройство содержит группу постоянных запоминающих устройств, группу регистров, разрядно-параллельный сумматор по модулю.A device is known for converting a number from a system of residual classes into a positional code (patent RU2293437, published on August 22, 2017), which relates to computer technology and is intended for use in computing devices operating in a system of residual classes (RCS), as well as communication technology for transmission of information by SOK codes. The technical result of this invention is a reduction in the volume of equipment and an increase in performance when converting a number from RNS to a positional code. To do this, the device contains a group of persistent storage devices, a group of registers, bit-parallel modulo adder.
Сущность данного устройства основана на группировке при сложении по два произведения и вычисления остатка по большому модулю, однако данный метод не обладает достаточной адаптивностью избыточности и надежностью.The essence of this device is based on grouping when adding two products and calculating the remainder by a large modulus, however, this method does not have sufficient redundancy adaptability and reliability.
Известно электронное вычислительное устройство (RU2019121710, опубл. 20.03.2021), выполненное с возможностью вычисления произведения целых чисел, причем устройство содержит: - хранилище, выполненное с возможностью хранения целых чисел в представлении многослойной системы остаточных классов (СОК), причем представление многослойной СОК имеет по меньшей мере СОК верхнего слоя и СОК нижнего слоя, причем СОК верхнего слоя является системой остаточных классов для последовательности нескольких верхних модулей M i , причем СОК нижнего слоя является системой остаточных классов для последовательности нескольких нижних модулей m i , причем целое число x представляется в хранилище посредством последовательности нескольких верхних вычетов по модулю последовательности верхних модулей M i , причем верхние вычеты x j для по меньшей мере одного конкретного верхнего модуля M j дополнительно представляются в хранилище посредством последовательности нескольких нижних вычетов верхнего вычета x j по модулю последовательности нижних модулей m i , при этом по меньшей мере один из нескольких нижних модулей m i не делит модуль из нескольких верхних модулей M j ; схему процессора выполненную с возможностью вычисления произведения первого целого числа x и второго целого числа y, причем первое и второе целое число хранится в хранилище в соответствии с представлением многослойной СОК, причем процессор сконфигурирован c по меньшей мере нижней процедурой умножения и верхней процедурой умножения, причем нижняя процедура умножения вычисляет произведение двух дополнительно представленных верхних вычетов x j ,y j , соответствующих одному и тому же верхнему модулю M j , по модулю упомянутого верхнего модуля M j , верхняя процедура умножения вычисляет произведение первого и второго целого числа посредством покомпонентного умножения верхних вычетов первого целого числа x i и соответствующих верхних вычетов второго целого числа y i по модулю соответствующего модуля M i , при этом верхняя процедура умножения вызывает нижнюю процедуру умножения для умножения верхних вычетов, которые являются дополнительно представленными, при этом верхняя процедура умножения выполнена с возможностью приема верхних вычетов x i ,y i , которые меньше предварительно определенного коэффициента расширения, умноженного на соответствующий модуль и выполнена с возможностью создания верхних вычетов Z i произведения принятых верхних вычетов Z, которые меньше предварительно определенного коэффициента расширения, умноженного на соответствующий модуль Known is an electronic computing device (RU2019121710, publ. 03/20/2021), configured to calculate the product of integers, and the device contains: at least the RNS of the upper layer and the RNS of the lower layer, and the RNS of the upper layer is the residual class system for the sequence of several upper modules M i , and the RNS of the lower layer is the residual class system for the sequence of several lower modules m i , and the integer x is represented in the storage through a sequence of several upper residues modulo a sequence of upper modules M i , wherein the upper residues x j for at least one specific upper module M j are additionally represented in the store by a sequence of several lower residues upper residue x j modulo the sequence of lower modules m i , wherein at least one of several lower modules m i does not divide the module from several upper modules M j ; a processor circuit configured to calculate the product of a first integer x and a second integer y , wherein the first and second integer are stored in storage in accordance with the multilayer RNS representation, the processor being configured with at least a lower multiplication procedure and an upper multiplication procedure, wherein the lower the multiplication procedure calculates the product of two additionally presented upper residues x j , y j , corresponding to the same upper modulus M j , modulo the said upper modulus M j , the upper multiplication procedure calculates the product of the first and second integer by componentwise multiplication of the upper residues of the first integer number x i and the corresponding upper residues of the second integer y i modulo the corresponding modulo M i , wherein the upper multiplication routine calls the lower multiplication routine to multiply the upper residues that are additionally presented, while the upper multiplication routine i is configured to receive upper residues x i ,y i that are less than a predetermined spreading factor multiplied by the corresponding modulus and configured to generate upper residues Z i of the product of received upper residues Z that are less than a predetermined spreading factor multiplied by the corresponding modulus
Недостатком данного изобретения является использование двухуровневой СОК, что приводит к алгоритмической сложности, также в данном изобретении не раскрыты корректирующие возможности СОК.The disadvantage of this invention is the use of a two-level RNS, which leads to algorithmic complexity, and the present invention does not disclose the corrective capabilities of the RNS.
Известна нейронная сеть для обнаружения ошибок в симметричной системе остаточных классов (патент RU2374678, опубл. 27.11.2009), которая относится к вычислительной технике и может быть использована для построения модулярных нейрокомпьютеров, функционирующих в симметричной системе остаточных классов. Техническим результатом данного изобретения является уменьшение аппаратной сложности. Заявленная нейронная сеть содержит блок нейронной сети конечного кольца формирования старшего коэффициента обобщенной позиционной системы счисления, блок сдвига полярности, блок определения ошибки, шины «есть ошибки».A neural network is known for detecting errors in a symmetrical system of residual classes (patent RU2374678, published on November 27, 2009), which relates to computer technology and can be used to build modular neurocomputers operating in a symmetrical system of residual classes. The technical result of this invention is to reduce hardware complexity. The claimed neural network contains a block of the neural network of the final ring for the formation of the highest coefficient of the generalized positional number system, a polarity shift block, an error determination block, and "errors" tires.
Недостатком данного изобретения является отсутствие корректирующих свойств неизбыточной СОК.The disadvantage of this invention is the lack of corrective properties of non-redundant SOC.
Известно устройство для преобразования двоичного кода в код системы остаточных классов (патент RU2413279, опубл. 27.02.2011), которое относится к области вычислительной техники и может быть использовано в вычислительных системах для преобразования двоичных кодов в коды системы остаточных классов. Техническим результатом данного изобретения является увеличение разрядности преобразуемых в СОК двоичных кодов. Устройство содержит входной регистр, коммутатор, мультиплексор, схему коррекции, два сумматора по модулю, два регистра для фиксации промежуточных результатов суммирования по модулям, три выходных регистра.A device for converting a binary code into a code of a system of residual classes is known (patent RU2413279, published on February 27, 2011), which relates to the field of computer technology and can be used in computing systems for converting binary codes into codes of a system of residual classes. The technical result of this invention is to increase the capacity of binary codes converted into SOC. The device contains an input register, a commutator, a multiplexer, a correction circuit, two modulo adders, two registers for fixing intermediate results of modulo summation, and three output registers.
Недостатком данного изобретения являются ограниченные корректирующие возможности используемой СОК.The disadvantage of this invention is the limited corrective capabilities of the used SOC.
Известно устройство для обнаружения переполнения динамического диапазона, определения ошибки и локализации неисправности вычислительного канала в ЭВМ, функционирующих в системе остаточных классов (патент RU2483346, опубл. 27.05.2013), которое относится к вычислительной технике и может быть использовано при диагностике вычислительных систем для обнаружения переполнения динамического диапазона, определения ошибки и локализации неисправного канала в ЭВМ, функционирующих в системе остаточных классов. Техническим результатом является повышение скорости определения функциональных характеристик и сокращения аппаратурных затрат. Устройство содержит входные регистры, схемы формирования проекций, блоки памяти, сумматоры, схему анализа, логические элементы «И», триггер, счетчик проекций. A device is known for detecting dynamic range overflow, determining errors and localizing a malfunction of a computing channel in computers operating in a system of residual classes (patent RU2483346, publ. 05/27/2013), which relates to computer technology and can be used in diagnosing computer systems to detect overflow dynamic range, error determination and faulty channel localization in computers operating in the system of residual classes. The technical result is to increase the speed of determining functional characteristics and reduce hardware costs. The device contains input registers, projection formation circuits, memory blocks, adders, analysis circuit, AND logic elements, trigger, projection counter.
Недостатком данного изобретения является использование приближенной Китайской теоремы об остатках, что может привести к ошибкам округления коэффициентов и большое количество проекций при обнаружении ошибок.The disadvantage of this invention is the use of an approximate Chinese remainder theorem, which can lead to coefficient rounding errors and a large number of projections when errors are detected.
Известно устройство для перевода чисел из системы остаточных классов и расширения оснований (патент RU2744815, опубл. 16.03.2021), которое относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах связи и обработки информации, функционирующих в системе остаточных классов. Техническим результатом данного изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно возможность получить остаток от деления по произвольному дополнительному модулю, а также восстановленное число в позиционной системе счисления. Данный технический результат достигается тем, что в устройство для перевода чисел из системы остаточных классов и расширения оснований с модулями p 1 , p 2 , …, p n , содержащее n входов остатков, выход остатка по расширенному основанию, n регистров хранения остатков, n-1 модулярный сумматор по модулю, треугольную матрицу из умножителей, где умножители производят умножение на коэффициенты ортогональных базисов B i системы остаточных классов (СОК), где – мультипликативная инверсия, - рабочий диапазон СОК, представленных в обобщенной позиционной системе счисления (ОПСС) с основаниями дополнительно ввели модулярный сумматор по модулю p 1 , n умножителей на основания ОПСС сумматор с выходом восстановленного числа и модулярный сумматор с входом расширенного основания.A device for converting numbers from a system of residual classes and expanding bases is known (patent RU2744815, published on March 16, 2021), which relates to computer technology and can be used in communication and information processing systems operating in a system of residual classes. The technical result of this invention is the expansion of functionality, namely the ability to obtain the remainder of division by an arbitrary additional modulus, as well as the restored number in the positional number system. This technical result is achieved by the fact that in a device for converting numbers from the system of residual classes and expanding the bases with modules p 1 , p 2 , ..., p n , containing n inputs of residues, the output of the remainder by the extended base, n registers for storing residues, n- 1 modulo adder, triangular matrix of multipliers, where the multipliers multiply by the coefficients orthogonal bases B i of the residual class system (RCS), where is the multiplicative inversion, - operating range of RNS, presented in the generalized positional number system (OPSS) with bases additionally introduced a modular adder modulo p 1 , n multipliers to the bases of the OPSS an adder with a recovered number output and a modular adder with an extended base input.
Недостатком данного изобретения является использование обобщенной позиционной системы счисления, что в большинстве случаев исключает параллельную реализацию алгоритмов.The disadvantage of this invention is the use of a generalized positional number system, which in most cases excludes the parallel implementation of algorithms.
Известна нейронная сеть для обнаружения, локализации и исправления ошибок в системе остаточных классов (патент RU2301442, опубл. 20.06.2007), которая относится к вычислительной технике и может быть использована в модулярных нейрокомпьютерных системах. Техническим результатом является повышение скорости коррекции ошибок, сокращение оборудования, а также расширение функциональных возможностей. Для этого нейронная сеть содержит входной слой, нейронные сети конечного кольца для определения синдрома ошибок, блок памяти для хранения констант, нейронные сети для вычисления правильного результата и элемент ИЛИ для определения наличия ошибки.Known neural network for detecting, localizing and correcting errors in the system of residual classes (patent RU2301442, publ. 20.06.2007), which relates to computing and can be used in modular neurocomputer systems. The technical result is an increase in the speed of error correction, a reduction in equipment, as well as an expansion of functionality. To do this, the neural network contains an input layer, finite ring neural networks for determining the error syndrome, a memory block for storing constants, neural networks for calculating the correct result, and an OR element for determining the presence of an error.
Недостатком данного изобретения является сложность определения оснований СОК, по которым возникли ошибки.The disadvantage of this invention is the difficulty in determining the bases of the RNS, which caused errors.
Известна нейронная сеть конечного кольца (патент RU2759964, опубл. 19.11.2021), которая относится к нейрокомпьютерной технике и предназначено для классификации классов чисел по заданному модулю р. Техническим результатом является повышение быстродействия нейронной сети при классификации вычетов. Устройство содержит входной, скрытый и выходной слои нейронов, два регистра, группу блоков элементов И и группы элементов И.A finite ring neural network is known (patent RU2759964, publ. 11/19/2021), which refers to neurocomputer technology and is intended for classifying classes of numbers according to a given modulo p. The technical result is to increase the speed of the neural network in the classification of residues. The device contains input, hidden and output layers of neurons, two registers, a group of blocks of AND elements and a group of AND elements.
Недостатком данного изобретения является алгоритмическая сложность, связанная с вычислением индексов чисел.The disadvantage of this invention is the algorithmic complexity associated with the calculation of indices of numbers.
Известен многоканальный систолический процессор для вычисления полиномиальных функций (патент RU2737236, опубл. 26.11.2020), который относится к вычислительной технике и может быть использован в специализированных системах многоканальной цифровой обработки сигналов и в измерительно-вычислительных системах. В данном изобретении реализуются вычисления с использованием параллельного непозиционного кода СОК. В данной системе вычисления осуществляются параллельно над малоразрядными остатками, определяемыми основаниями системы остаточных классов, что позволяет использовать ПЗУ для выполнения операций сложения и умножения, при этом время выполнения этих операций будет определяться временем выборки из ПЗУ. Таким образом, распараллеливание на уровне арифметических операций и независимая обработка данных по основаниям СОК, реализуемая выборками из ПЗУ, повышает скорость цифровой обработки сигналов с использованием полиномиальных функций без аддитивных и мультипликативных ошибок. Изобретение направлено на повышение скорости и точности многоканальной цифровой обработки сигналов за счет применения системы остаточных классов.Known multi-channel systolic processor for calculating polynomial functions (patent RU2737236, publ. 11/26/2020), which relates to computing and can be used in specialized systems for multi-channel digital signal processing and in measuring and computing systems. The present invention implements calculations using a parallel non-positional RNS code. In this system, calculations are carried out in parallel on low-bit residues determined by the bases of the system of residual classes, which allows using ROM to perform addition and multiplication operations, while the execution time of these operations will be determined by the sampling time from the ROM. Thus, parallelization at the level of arithmetic operations and independent data processing based on RNS bases, implemented by samples from ROM, increases the speed of digital signal processing using polynomial functions without additive and multiplicative errors. The invention is aimed at increasing the speed and accuracy of multi-channel digital signal processing through the use of a system of residual classes.
Недостатком данного изобретения являются ограниченные корректирующие возможности используемой СОК.The disadvantage of this invention is the limited corrective capabilities of the used SOC.
Известно устройство для коррекции ошибок в полиномиальной системе классов вычетов с использованием псевдоортогональных полиномов (патент RU2393529, опубл. 27.06.2010), которое относится к вычислительной технике для контроля и исправления ошибки при передаче информации и для проведения арифметических операций в расширенных полях Галуа GF(2v). Техническим результатом является снижение схемных затрат. Устройство содержит регистр, сумматор и блок вычисления синдрома ошибки, который является трехслойной нейронной сетью, содержащей нейроны, образующие первый, второй и третий слой нейронов.A device is known for correcting errors in a polynomial system of residue classes using pseudo-orthogonal polynomials (patent RU2393529, publ. 06/27/2010), which relates to computer technology for monitoring and correcting errors in the transmission of information and for performing arithmetic operations in extended Galois fields GF(2 v ). The technical result is to reduce circuit costs. The device contains a register, an adder and an error syndrome calculation unit, which is a three-layer neural network containing neurons forming the first, second and third layers of neurons.
Недостатком данного изобретения является сложность алгоритмов, связанная с использование псевдоортогональных полиномов.The disadvantage of this invention is the complexity of the algorithms associated with the use of pseudo-orthogonal polynomials.
Наиболее близким по технической сути является устройство для вычисления сумм парных произведений в полиномиальной системе классов вычетов (патент RU2622881, опубл. 20.06.2017), выбранное в качестве прототипа. Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в процессорах обработки сигналов, в цифровых фильтрах для обнаружения и коррекции ошибки. Техническим результатом, достигнутым при осуществлении данного изобретения, является сокращение аппаратных затрат. Указанный технический результат достигается за счет того, что число переходов за пределы рабочего диапазона определяется только значениями остатков по рабочим основаниям ПСКВ, которые можно заранее просчитать и учесть в структуре нейронной сети блока коррекции. Это позволяет отказаться от счетчика числа переходов и дополнительного слоя нейронной сети, находящихся в блоке коррекции ошибки.The closest in technical essence is a device for calculating the sums of paired products in a polynomial system of residue classes (patent RU2622881, publ. 06/20/2017), chosen as a prototype. SUBSTANCE: invention relates to computer engineering and can be used in signal processors, in digital filters for error detection and correction. The technical result achieved in the implementation of this invention is the reduction of hardware costs. The specified technical result is achieved due to the fact that the number of transitions outside the operating range is determined only by the values of the residuals on the working bases of the PSV, which can be calculated in advance and taken into account in the structure of the neural network of the correction unit. This makes it possible to abandon the transition count and the additional layer of the neural network that are in the error correction block.
Недостатком данного изобретения является сложность коррекции ошибки, связанная с большим объемом хранимых данных и сложность определения ошибочного разряда.The disadvantage of this invention is the complexity of error correction associated with a large amount of stored data and the complexity of determining the erroneous bit.
Техническим результатом данного изобретения является улучшение коррекционных свойств кода полиномиальной системы классов вычетов (полиномиальной СОК) и возможность регулирования избыточности.The technical result of this invention is to improve the correction properties of the code of the polynomial system of residue classes (polynomial RNS) and the ability to control redundancy.
Технический результат достигается тем, что система надежного облачного хранения с регулируемой избыточностью данных, состоящая из блоков нахождения остатков по модулю pi(x), блока коррекции ошибок и блока перевода в позиционную систему счисления, содержит k+r блоков нахождения остатков по модулю pi(x), где pi(x) – взаимно простые трехчлены вида pi(x)=x15+xa+1 над полем F2, где a=[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14] и 2≤k≤11, (k+r)<12, входы которых связаны с входом исходного числа, а выходы соединены с входом соответствующего блока XOR передающей половины и старшими битами регистра хранения передаваемых частей по модулю pi(x), младший бит которого соединен с выходом соответствующего блока XOR передающей половины, выходы регистров хранения передаваемых частей по модулю pi(x) передаются в облачную инфраструктуру для хранения и/или обработки, данных из облачной инфраструктуру поступают на регистры хранения получаемых частей по модулю pi(x), все биты выходов которых соединены с входами блоков XOR принимающей половины, а старшие биты выходов соединены с четными входами блока коррекции ошибок, нечетные входы которого соединены с выходами блоков XOR принимающей половины, блока коррекции ошибок анализирует количество принятых без ошибок значений и подает на выходы значения принятого остатка по модулю pi(x), где P(x) – произведение модулей p i (x) по которым не возникло ошибок, а принятых с ошибкой данные , , обнуляются, значения , , с выходов блока коррекции ошибок поступают на входы блока перевода в позиционную систему счисления, выход которого является информационным выходом устройства, при этом блок перевода в позиционную систему счисления содержит k+r умножителей многочленов по модулю pi(x), k+r умножителей многочленов и сумматор многочленов, при этом на входы умножителей многочленов по модулю pi(x) поступают соответствующие значения , и производятся вычисления результаты которых перемножаются с в соответствующих умножителях многочленов, выходы которых соединены с входами сумматора многочленов, выход которого является выходом блока перевода в позиционную систему счисления.The technical result is achieved by the fact that a reliable cloud storage system with adjustable data redundancy, consisting of blocks for finding residues modulo pi(x), an error correction block and a translation block into a positional number system, contains k + r blocks for finding residues modulo pi(x), where pi(x) are coprime trinomials of the form pi(x)=xfifteen+xa+1 over F field2, where a=[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14] and 2≤k≤11, (k+r)<12, whose inputs are related to the input of the original numbers, and the outputs are connected to the input of the corresponding XOR block of the transmitting half and the high bits of the register storage of transmitted parts modulo pi(x), the least significant bit of which is connected to the output of the corresponding XOR block of the transmitting half, the outputs of the registers storage of transmitted parts modulo pi(x) are transferred to the cloud infrastructure for storage and / or processing, data from the cloud infrastructure is received to the storage registers of the received parts modulo pi(x), all output bits of which are connected to the inputs of the XOR blocks of the receiving half, and the high-order bits of the outputs are connected to the even inputs of the error correction block, the odd inputs of which are connected to the outputs of the XOR blocks of the receiving half, the error correction block analyzes the number of values received without errors and supplies to the outputs of the value of the accepted balance mod pi(x), whereP(x) – product of modulesp i (x) for which no errors occurred, but data received with an error,, reset, values,, from the outputs of the error correction block are fed to the inputs of the block of translation into the positional number system, the output of which is the information output of the device, while the block of the translation into the positional number system contains k + r multipliers of polynomials modulo pi(x), k+r polynomial multipliers and polynomial adder, while the inputs of polynomial multipliers modulo pi(x) corresponding values are received, and calculations are made the results of which are multiplied with in the corresponding multipliers of polynomials, the outputs of which are connected to the inputs of the adder of polynomials, the output of which is the output of the conversion unit to the positional number system.
Сущность изобретения основана на следующем математическом аппарате. В полиномиальной системе классов вычетов любой полином F(x) представляется как набор остатковThe essence of the invention is based on the following mathematical apparatus. In the polynomial system of residue classes, any polynomial F(x) is represented as a set of residues
F(x)=(f 1 (x), f 2 (x),…, f k (x), f k +1 (x),.., f k +r (x)) (1), F(x)=(f 1 (x), f 2 (x),…, f k (x), f k +1 (x),.., f k +r (x)) (1),
где f i (x)=rest(F(x)/p i (x)), остаток от деления многочленов; p i (x) – взаимно простые трехчлены вида p i (x)=x 15 +x a +1 над полем F2, где a=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,13,14]. При этом в данной (k,n) системе используется k рабочих оснований и r контрольных, n=k+r. Для перехода от двоичного представления к полиномиальному будем ставить в соответствие числу в двоичной системе счисления 10112 многочлен x 3 +x+1 над F 2 , т.е. 1 соответствует 1 перед соответствующей степенью. Вычисления над полем F2 соответствуют операции XOR, суммирования по модулю 2.where f i (x)=rest(F(x)/p i (x)), the remainder of the division of polynomials; p i (x) are coprime trinomials of the form p i (x)=x 15 +x a +1 over the field F 2 , where a=[1,2,3,4,5,6,7,8,9, 11,13,14]. In this case, in this ( k,n ) system, k working bases and r control bases are used, n=k+r . To move from a binary representation to a polynomial one, we will associate a number in the binary system 1011 2 with a polynomial x 3 +x+1 over F 2 , i.e. 1 corresponds to 1 before the corresponding degree. Calculations over the field F 2 correspond to the XOR operation, modulo 2 summation.
Рассмотрим представления многочлена F(x) заданного в двоичной системе счисления F(x)=x 16+x14+x13+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1=101101101101101112 в избыточной полиномиальной системе остаточных классов (3,4) с модулями p 1 (x)=x 15 +x+1, p 2 (x)=x 15 +x 2 +1, p 3 (x)=x 15 +x 3 +1, p 4 (x)=x 15 +x 4 +1, получим:Consider the representations of the polynomial F(x) given in the binary system F(x)=x 16 +x 14 +x 13 +x 11 +x 10 +x 8 +x 7 +x 5 +x 4 +x 2 +x+1 = 10110110110110111 2 in the redundant polynomial system of residual classes (3,4) with modules p 1 (x)=x 15 +x+1, p 2 (x)=x 15 +x 2 +1, p 3 (x)=x 15 +x 3 +1, p 4 (x)=x 15 +x 4 +1 , we get:
в двоичной системе счисления представляется в виде: in binary system is presented in the form:
в двоичной системе счисления представляется в виде: in binary system is presented in the form:
в двоичной системе счисления представляется в виде: in binary system is presented in the form:
в двоичной системе счисления представляется в виде: in binary system is presented in the form:
Одним их простейших механизмов помехоустойчивого кодирования является коды проверки четности, который равен сумме по модулю 2 всех бит исходного числа. Проверка осуществляется аналогично суммированием по модулю 2. Добавим к полученным значениям бит четности: One of the simplest error-correcting coding mechanisms is parity check codes, which is equal to the modulo 2 sum of all bits of the original number. The check is carried out similarly by modulo 2 summation. Let's add the parity bit to the obtained values:
где “|” – конкатенация.where “|” - concatenation.
Таким образом, получено закодированное число, которое может быть передано в одно или несколько облаков для хранения или обработки, поскольку коды системы остаточных классов позволяют производить вычисления над разрядами f i независимо и результат будет сравним с искомым результатом.Thus, an encoded number has been obtained, which can be transferred to one or more clouds for storage or processing, since the codes of the system of residual classes allow calculations to be made on the bits f i independently and the result will be comparable with the desired result.
Рассмотрим процесс декодирования. Пусть ошибка в третьей проекции и вместо мы получили где сложение по модулю 2. Следовательно на вход системы мы получаем:Consider the decoding process. Let the error be in the third projection and instead we got where addition modulo 2. Therefore, at the input of the system we get:
Проверим корректность, каждой коррекций используя код четности, получим: - не содержат ошибок, а – содержит ошибку. Следовательно, для восстановления искомого значения мы будем использовать . Отбросив от значений младший бит проверки на четность, получим значения разрядов в полиномиальной системе классов вычетов.Let's check the correctness of each correction using the parity code, we get: - do not contain errors, and - contains an error. Therefore, to restore the desired value, we will use . Discarding from values the least significant bit of the parity check, we get the values of the digits in the polynomial system of residue classes.
Используя Китайскую теорему об остатках, вычислим значение Using the Chinese remainder theorem, we calculate the value
Вычислим получим:Compute we get:
Вычислим получим:Compute we get:
Вычислим веса получим:Calculate the weights we get:
Вычислим Compute
Очевидно, что полученное восстановленное значение совпадает с исходным F(x) несмотря на возникновение ошибки по одному из оснований.It is obvious that the resulting restored value coincides with the original F(x) despite the occurrence of an error due to one of the bases.
Изобретение поясняется фигурами 1 и 2. The invention is illustrated by figures 1 and 2.
На фигуре 1 изображена общая схема системы надежного облачного хранения с регулируемой избыточностью данных. Исходное значение F(x) поступает на входы блоков 1.i нахождения остатков по модулю p i (x), где p i (x) – взаимно простые трехчлены вида p i (x)=x 15 +x a +1 над полем F2, где a=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,13,14]. При этом при построении системы может быть использовано 12 многочленов, таким образом 2≤k≤11, (k+r)<12. Блоки 1.i нахождения остатков по модулю p i (x) могут быть выполнены как с использованием вычислительных устройств, например, интегральных схем или FPGA, так и в виде памяти, которая в ответ на значение исходного числа F(x) подает на выход блока 1.i нахождения остатков по модулю pi(x) остаток fi(x) от деления на модуль pi(x).Figure 1 shows a general diagram of a reliable cloud storage system with managed data redundancy. Initial valueF(x) enters the inputs of blocks 1.i of finding residues modulop i (x), wherep i (x) are coprime trinomials of the formp i (x)=x fifteen +x a +1 over field F2, wherea=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,13,14]. At the same time, 12 polynomials can be used when building the system, thus 2≤k≤11, (k+r)<12. Blocks 1.i finding modulo residuesp i (x) can be performed both using computing devices, for example, integrated circuits or FPGA, and in the form of memory, which, in response to the value of the initial number F(x), supplies the remainder fi to the output of block 1.i for finding residues modulo pi(x). (x) from dividing by the modulo pi(x).
Значения остатков f i (x) с выходов блоков 1.i нахождения остатков по модулю p i (x) поступают на блоки XOR 2.i передающей половины, в которых находится сумма по модулю 2 всех бит остатка f i (x), результаты с выходов блоков XOR 2.i передающей половины поступают на младший бит регистра хранения 3.i передаваемых частей по модулю p i (x), на старшие биты которого передаются значения остатков f i (x) с выходов блоков 1.i нахождения остатков по модулю p i (x), таким образом выполняется конкатенация значений для проверки на четность, т.е. в регистрах хранения 3.i передаваемых частей по модулю p i (x) всегда хранятся значения с четным количеством единиц в двоичном представлении.Residual valuesf i (x)from the outputs of blocks 1.i finding modulo residuesp i (x) arrive at the XOR 2.i blocks of the transmitting half, which contain the modulo 2 sum of all bits of the remainderf i (x), results from the outputs of the XOR 2.i blocks of the transmitting half arrive on the least significant bit register storage 3.i transmitted parts modulop i (x), the upper bits of which are transferred to the values of the remaindersf i (x) from the outputs of blocks 1.i finding modulo residuesp i (x), thus concatenating the values for parity, i.e. in registers storage 3.i transmitted parts modulop i (x) values are always stored with an even number of ones in binary representation.
Данные с выходов регистров хранения 3.i передаваемых частей по модулю p i (x) передаются в облачную инфраструктуру 4, которая может быть использована как для хранения, так и обработки данных, поскольку особенностью системы остаточных классов является возможность выполнения арифметических операций сложения и умножения независимо по каждому модулю. При этом облачная инфраструктура может быть представлена как одним, так и несколькими облачными провайдерами, что позволит распределить данные при хранении, тем самым повысить надежность восстановления данных в случае выхода из строя одного или нескольких облаков за счет избыточной структуры полиномиальной системы классов вычетов.Data from register outputs storage 3.i transmitted parts modulop i (x) are transferred to the
После обработки или хранения данные поступают на регистры 5.i хранения получаемых частей по модулю p i (x), откуда полные принятые значения поступают на входы блоков XOR 6.i принимающей половины, выходы которых поступают на нечетные входы блока коррекции ошибок 7, на четные входы которого поступают значения старших бит выходов регистров 5.i хранения получаемых частей по модулю p i (x). After processing or storage, the data enters the registers 5.i for storing the received parts modulo p i (x), from where the total received values are fed to the inputs of the XOR blocks 6.i of the receiving half, the outputs of which are fed to the odd inputs of the
Таким образом, на нечетные входы блока коррекции ошибок 7 поступают значения, указывающие на наличие одиночной ошибки по каждому основанию, а на четные входы как ошибочные, так и истинные значения . Данный блок анализирует количество принятых без ошибок значений, и если их меньше k, то восстановление числа невозможно и на 3(k+r)+4-й выход блока коррекции ошибок 7 поступает значение «коррекция невозможна».Thus, the odd inputs of the
В остальных случаях на выходы блока коррекции ошибок 7 поступают значения где P(x) – произведение модулей p i (x) по которым не возникло ошибок. Для принятых с ошибкой данных значения обнуляются.In other cases, the outputs of the
Значения с выходов блока коррекции ошибок 7 поступают на входы блока 8 перевода в позиционную систему счисления, выход которого является информационным выходом устройства.Values from the outputs of the
На фигуре 2 раскрыта схема блока 8 перевода в позиционную систему счисления. На входы умножителей 9.i многочленов по модулю p i (x) поступают значения умножители 9.i производят вычисления Результаты поступают на умножители 10.i многочленов, в которых происходит умножение результата на Затем результаты поступают на сумматор многочленов 11, выход которого является выходом блока 8 перевода в позиционную систему счисления.The figure 2 discloses a diagram of block 8 of the transfer to the positional number system. The inputs of multipliers 9.i of polynomials modulo p i (x) receive the values multipliers 9.i produce calculations The results are fed to multipliers 10.i of polynomials, in which the result is multiplied by Then the results are fed to the adder of
Преимуществом данного устройства является улучшение коррекционных свойств кода полиномиальной системы классов вычетов и возможность регулирования избыточности. Поскольку коды проверки на четность легко определяют ошибочные принятые значения, то в используемом блоке коррекции ошибок отпадает необходимость строить n-1 проекцию числа и проводить сложные вычисления по восстановлению числа. Варьирование же значений k и r позволит обеспечить достаточных уровень избыточности и надежности хранения и обработки данных облачной инфраструктурой.The advantage of this device is the improvement of the correction properties of the code of the polynomial system of residue classes and the ability to control redundancy. Since the parity codes easily detect erroneous received values, there is no need to build an n-1 projection of the number and perform complex calculations to restore the number in the error correction block used. Varying the values of k and r will provide a sufficient level of redundancy and reliability of data storage and processing by the cloud infrastructure.
Реализация всего устройства возможна с использованием программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), специализированных интегральных схем, а также в виде алгоритма работы ЭВМ и может использоваться как отдельное устройство, так и как сопроцессор для выполнения надежного облачного хранения с регулируемой избыточностью данных. The implementation of the entire device is possible using field-programmable logic integrated circuits (FPGA), application-specific integrated circuits, as well as in the form of a computer operation algorithm, and can be used as a separate device or as a coprocessor to perform reliable cloud storage with adjustable data redundancy.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782681C1 true RU2782681C1 (en) | 2022-10-31 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7523151B1 (en) * | 2000-05-12 | 2009-04-21 | The Athena Group, Inc. | Method and apparatus for performing computations using residue arithmetic |
RU2628902C2 (en) * | 2011-09-12 | 2017-08-22 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Coordination mechanism for cloud choice |
RU2656836C2 (en) * | 2015-11-27 | 2018-06-06 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" | System and method of interaction of users with cloud target data storage |
US10817619B1 (en) * | 2017-12-05 | 2020-10-27 | Jagannadha babu Kolli | Method and system for securing data stored in a cloud-based software system |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7523151B1 (en) * | 2000-05-12 | 2009-04-21 | The Athena Group, Inc. | Method and apparatus for performing computations using residue arithmetic |
RU2628902C2 (en) * | 2011-09-12 | 2017-08-22 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Coordination mechanism for cloud choice |
RU2656836C2 (en) * | 2015-11-27 | 2018-06-06 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" | System and method of interaction of users with cloud target data storage |
US10817619B1 (en) * | 2017-12-05 | 2020-10-27 | Jagannadha babu Kolli | Method and system for securing data stored in a cloud-based software system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5291496A (en) | Fault-tolerant corrector/detector chip for high-speed data processing | |
US20050204268A1 (en) | Decoding and error correction for algebraic geometric codes | |
RU2680033C2 (en) | Method of ensuring the integrity of data | |
EP0621698B1 (en) | Error correction method including erasure correction, and apparatus therefore | |
Phalakarn et al. | Alternative redundant residue number system construction with redundant residue representations | |
Zhang | An FPGA implementation of redundant residue number system for low-cost fast speed fault-tolerant computations | |
EP1762006A1 (en) | Data processing | |
CN110679090B (en) | Reduced delay error correction decoding | |
US8099655B1 (en) | Galois field multiplier system and method | |
RU2782681C1 (en) | Reliable cloud storage system with adjustable data redundancy | |
US10110258B2 (en) | Accelerated erasure coding for storage systems | |
Yatskiv et al. | Improvement of data transmission reliability in wireless sensor networks on the basis of residue number system correcting codes using the special module system | |
Hanumanthakari et al. | Design and analysis of high reliable fault tolerance subsystem for micro computer systems | |
Amusa et al. | Novel algorithm for decoding redundant residue number systems (RRNS) codes | |
Mohan et al. | Error Detection, Correction and Fault Tolerance in RNS-Based Designs | |
Tsai et al. | TCBNN: Error-Correctable Ternary-Coded Binarized Neural Network | |
James et al. | A novel method for error correction using Redundant Residue Number System in digital communication systems | |
Gómez-Torrecillas et al. | Peterson–Gorenstein–Zierler algorithm for differential convolutional codes | |
Minukhin et al. | Analysis of ways for exchanging data in networks with package commutation | |
RU2780148C1 (en) | Distributed data storage system | |
Rao et al. | Fault tolerant arithmetic with applications in nanotechnology based systems | |
Afriyie et al. | Multiple Bits Error Detection and Correction in RRNS Architecture using the MRC and HD Techniques | |
US10623018B2 (en) | Method of arrangement of an algorithm in cyclic redundancy check | |
Afriyie | A Novel Exploitation of Errors in Redundant Residue Number System Architecture | |
RU2786617C1 (en) | Method for integrity control and restore of one-dimensional data arrays based on complexing cryptographic methods and methods for noise-resistant coding |