32、利用时间序列预测通信延迟的轻量级接口

利用时间序列预测通信延迟的轻量级接口

1. 引言

分布式应用通常有容错需求，依赖考虑组件故障的协议和分布式共识。然而，在异步分布式系统中，若有单个进程崩溃，确定性算法无法解决共识问题，原因在于难以区分运行缓慢的进程和崩溃的进程。

为解决这一问题，出现了不可靠故障检测器，它能提供关于组件故障的不可靠信息，虽信息不可靠，但足以使一些共识问题有确定性解决方案。不过，故障检测器的实现依赖超时机制来确保终止，其准确性取决于超时时间的正确选择。超时时间的选择至关重要，短超时能快速检测故障，但会增加误判，长超时则更准确但会增加延迟。

设置超时时间有离线和在线两种方式。离线调整需仔细分析执行环境或依靠经验；在线调整则根据系统行为动态预测，方式包括使用最后一个样本值、最后 n 个样本值的平均值或样本值的指数平滑。

研究发现，往返通信延迟（rtt）的非周期性采样可通过接口建模为时间序列，时间序列在计量经济学和分布式系统领域都有应用，可用于动态预测变量。本文定义了新的轻量级接口，评估基于时间序列的预测器的准确性，并与故障检测器中常用的其他预测器进行比较。

2. 时间序列接口

2.1 往返通信延迟的离散模型

考虑在类似互联网的网络上运行的故障检测器，监控进程 p 按时间间隔 ti 向被监控进程 q 发送 req 消息并等待 ack 消息。由于互联网通信延迟具有时变特性，req 和 ack 的传输延迟会导致 p 处的 rtt 序列时变。

定义通信模型，u(t) 表示 req 输入的时不变序列，d(t) 表示从 t 开始的可变 rtt，v(t) 表示 rtt 时变序列。时间窗口 T 和函数 V(T)