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局部可恢复码

Locally recoverable code · Locally repairable code · LRC

每个码字符号都能由至多 r 个其他符号线性恢复的 all-symbol 线性码。

条目类型
模型

形式陈述

本页固定线性 all-symbol locality。设 CFqn 是一个 [n,k,d]q 线性码。若对每个坐标 i,都存在不含 i 的集合

Ri[n]{i},|Ri|r,

以及系数 (λij)jRi,使所有 cC 都满足

ci=jRiλijcj,

则称 C 具有 all-symbol locality rRi 是一个 repair group。等价地,对每个 i 都存在对偶码字 h(i)C,满足 hi(i)0

wt(h(i))r+1.

这个低重量校验可在Tanner 图中表现为覆盖 i 的局部校验节点。若只有某组 k 个信息坐标具有 locality,称 information locality;all-symbol locality 更强,不能省略范围词。

对具有 information locality r 的线性 [n,k,d]q 码,Gopalan–Huang–Simitci–Yekhanin 的 Singleton 型界为

dnkkr+2.

All-symbol LRC 自动满足其假设。界显示每积累约 r 个信息自由度就需付出一个局部冗余,剩余冗余才可提升全局距离;它不是普通 Singleton 界中把 k 机械替换为 k/r

直觉

大型存储中只丢失一个节点时,读取足以全局译码的 k 个符号代价过高。LRC 为每个坐标准备一个小修复组:局部校验像一张小额保险单,只访问附近 r 个幸存符号就能补回擦除。多个修复组可以重叠,局部性描述读取数量,不自动描述并行修复、网络带宽或负载均衡。

局部校验增加了低重量对偶码字,也消耗冗余。若把数据切成互不相交的小组并各加一个 parity,单擦除修复很便宜,但两个同组擦除就可能无法局部恢复;额外全局 parity 可提高最小距离,却要在码率和修复结构间重新分配预算。

例子与边界

在任意 Fq 上取

C={(a,b,a+b,c,d,c+d):a,b,c,dFq}.

它是长度六、维数四的线性码。前三个坐标满足 x1+x2x3=0,后三个满足 x4+x5x6=0;每个坐标都能由同组三元组中另外两个恢复,所以 all-symbol locality 为 r=2。非零消息 (a,b,c,d)=(1,0,0,0) 产生重量二码字 (1,0,1,0,0,0),故 d=2。Singleton 型界也给出

d6442+2=2,

因此这个小码达到界。

这里的恢复问题已知哪个坐标擦除,并假定 repair group 的符号可正确读取。它与重数码文献中的局部纠错不同:后者面对一个在未知位置含全局对抗错误的 oracle,以随机查询和成功概率恢复消息符号;LRC 的 locality 定义没有噪声半径或成功概率量词。反过来,局部纠错算法能容忍噪声,也不必提供固定、确定性的大小 r 修复组。

若要求任意两个擦除仍可局部修复,需要 locality with availability 或 (r,δ)-locality;若只要求信息符号可修复,parity 坐标可能没有小组。一般非线性 LRC 也可定义,但本页的对偶码字刻画与线性 Singleton 型界不能无条件移植。

推论与应用

达到上述界的 optimal LRC 可用多项式评价构造:把评价点分组,使某个低次“good polynomial”在每组恒定,从而同时形成局部插值关系与全局距离。Tamo–Barg 构造说明局部性不必靠简单分组 parity 实现,也可与接近 MDS 的全局结构协调。

分布式存储还关心 repair bandwidth、subpacketization、多个可用修复组和热点负载;这些指标不由 locality r 单独决定。部署时应分别报告 all-symbol 或 information locality、最小距离、可同时容忍的擦除数以及修复是否需要跨 rack 通信。

参考资料
  • Parikshit Gopalan, Cheng Huang, Huseyin Simitci, and Sergey Yekhanin, “On the Locality of Codeword Symbols,” IEEE Transactions on Information Theory 58(11), 2012, 6925–6934.
  • Itzhak Tamo and Alexander Barg, “A Family of Optimal Locally Recoverable Codes,” IEEE Transactions on Information Theory 60(8), 2014, 4661–4676.
  • Dimitris S. Papailiopoulos and Alexandros G. Dimakis, “Locally Repairable Codes,” IEEE Transactions on Information Theory 60(10), 2014, 5843–5855.
关系图谱3 个相邻概念 · 3 类关系

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暂未标注直接特例。

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