全互连立方体网络在并行处理系统中的应用

提出一种应用于大规模并行处理系统的结点度等于常数的递归多级分层互连网络 ,称为全互连立方体网络 (fully connected cubic network,FCCN) .FCCN具有可扩展性好、延伸性能好等优点 .一个 m- FCCN可以由 8个(m - 1) - FCCN递归得到 ,FCCN网络的结点度与网络的规模大小无关等于常数 4,网络的直径和平均结点距离都与结点数的立方根成正比 .提出 FCCN中的简单路由算法 .并将 FCCN互连网络结构在大规模光电混合处理系统中进行应用 ,通过实际计算结果证明 FCCN具有比较高的并行处理效率     

全互连立方体网络的并行处理系统中的应用

提出一种应用于大规模并行处理系统的结点度等于常数的递归多级分层互连网络,称为全互连立方体网络（fully connected cubic network,FCCN）。FCCN具有可扩展性好、延伸性能好等优点,一个m-FCCN可以由8个（m－1）－FCCN递归得到,FCCN网络的结点度与网络的规模大小无关等于常数4,网络的直径和平均结点距离都与结点数的立方根成正比,提出FCCN中的简单路由算法,并将FCCN互连网络结构在大规模光电混合处理系统中进行应用,通过实际计算结果证明FCCN具有比较高的并行处理效率。     

混洗交换网络旁路路由算法的性能分析及稳定性研究

混洗交换网络是一种互连网络,用其组成的delta网络常用于多机系统的互连。此外,由于混洗交换网络具有路由算法简单,便于硬件实现等优点,也有人将其用于ATM交换网络中。因此,研究混洗交换网络的性能和稳定性具有重要意义。在互连网络中,当两个或多个信息分组到达同一结点而又需从同一条输出线输出时,必然引起竞     

一种直径很短的容错互连网络

本文提出一种容错互连网络,其每个节点有三个邻接点,直径不大于[3/2 log_2(n+4)],式中n是网络的节点数。文中还给出3路径算法,它不仅简单,而且具有容错功能,当有节点出错时,在任意两节点之间,仍能找到长度不超过4log_2(n+4)-5的路径。     

网络容错路由算法概率分析的一种新的方法

该文提出了一种新的概率分析方法来研究在给定结点错误概率的情况下超立方体网络强容错路由算法的容错性的概率。针对文中提出的基于新的局部连通性网络容错模型的高效的强容错路由算法犤1犦,该文首次严格证明了一个具有1024个结点的10维超立方体网络能够容许多达4.7%的错误结点而具有99%的概率确保找到正确结点组成的路径,而如果结点的错误概率不超过0.1%,则所有实际规模的超立方体网络能够具有99.9%的概率确保找到正确结点组成的路径。该算法的时间性能是最优的,且该算法构造的路径的长度不超过源结点和目的结点之间海明距离的两倍加上一个很小的常数。     

互连网络的m层二进制图模型

超立方体、交叉立方体、Mbius立方体以及折叠立方体等都是著名的互连网络。它们有一个共同的弱点:其结点度随着网络规模(结点数)的增大而增大。这意味着依此互连网络设计出的超级计算机的扩展性很差。能否构建出既能保持它们已有特性又能使结点度固定的互连网络呢？现提出互连网络的m层二进制图模型,并依此模型设计了分别由超立方体、交叉立方体、Mbius立方体以及折叠立方体等生成的m层超立方体、m层交叉立方体、m层Mbius立方体以及m层折叠立方体。特别地,m层超立方体有一个特点:结点度可以不随网络规模的增大而增大,而且具有超立方体的特性。另外,还提出了由已知图生成m层图的概念。     

分布式容错计算机系统的一个冗余结点配置

ＦＴ－ＨＩＴ是我们自行研制的一个网络结点机。它采用三模冗余结构，具有容错计算和分布处理功能。本文以ＦＴ ＨＩＴ系统为背景，论述一种分布式容错计算机系统的结点配置技术，包括系统冗余级别的确定，互连结构的选择以及它的冗余管理技术等。     

容错分布控制系统设计

研究设计了一种容错离散分布控制系统的网络配置结构,即将控制系统中的每个可编程控制器作为一个控制结点,结点之间通过网络进行连接构成离散分布控制系统;使系统实现容错的方法是,增加一个在Galois域进行运算的冗余控制器结点,从而使系统能够自动侦查系统中的结点（可编程控制器）是否正常工作,并能使不正常工作的结点的功能得到恢复,确保系统的容错性和可靠性;实验证明这种设计是有效可行的;容错分布控制系统具有良好的抗故障能力,有很好的实际应用价值。     

交叉立方体内顶点不交叉路径长度的研究

Efe提出的交叉立方体（crossed cube）是超立方体（hypercube）的一种变型,其某些性质优于超立方体,比如其直径几乎是超立方体的一半.在高性能的并行计算机系统中,信息是通过若干条结点互不交叉的路径并行传输,并且网络中的结点和链路出错是不可避免的,因此这些路径的长度将直接影响并行计算的性能.本文对交叉立方体的内顶点互不交叉路径进行了研究,证明了以下结论：在n维交叉立方体CQn中任意两顶点u,v间存在n条内顶点互不交叉的路径, 使得（1）最短路的长度=u和v之间的距离, （2）所有路中的最长路径长度≤u和v的距离＋4. 这说明交叉立方体互连网络具有很好的并行通信性能和容错性能.     

VTFTR：高维胖树中的无死锁容错路由算法

随着近年来高性能计算系统规模的急剧扩大,高性能互连网络的可靠性成为愈发重要的问题。高维胖树是一种结合了胖树与多维环网优点的网络拓扑结构,凭借其良好的可扩展性与网络性能在E级时代具有广阔的应用前景。然而,目前关于高维胖树中容错路由算法的相关研究较为有限,其可靠性问题亟待解决。为提高高维胖树拓扑在高性能互连网络中的容错能力,进一步提高对应超算系统的运行效率,提出一种用于高维胖树中叶交换机故障的容错路由算法VTFTR。该算法结合转向模型与虚通道切换的思想,通过严格控制报文在无故障路径与容错路径中的转向,使用少量的容错虚通道与额外跳步实现高维胖树中的无死锁容错。实验结果表明,在单点故障情况下,VTFTR算法的容错路径较对比算法有2~4个跳步的减少,在4 096个节点规模的网络中,当叶交换机故障数量为10时,在故障叶交换机不同的分布情况下,该算法能够以1.4%~2.0%的吞吐率下降作为代价来保持全网无故障节点之间的互连。     

超立方体网络连通性的概率分析

超立方体网络是大型多处理器并行计算机系统中极为重要的拓扑结构.本文使用概率分析的方法研究了在给定结点错误概率的情况下,具有子连通性的超立方体网络容错模型的连通性。理论分析和试验结果表明:在具有大量分布结点错误情况下,超立方体网络是子连通的概率非常高。     

Torus连接Petersen图互连网络及路由算法

可扩展性和短直径是设计大规模并行计算机系统互连网络的两个重要因素.基于Petersen图的短直径和正规性和Torus拓扑结构的可扩展性,提出了一种新的互连网络拓扑结构,称为Torus连接Petersen图互连网络.该互连网络拓扑结构具有短直径、正规性、对称性和良好的扩展性.网络节点采用混合编码方法,使得路由算法设计简单.分别设计了基于混合编码的单播、广播路由算法.分析表明提出的互连网络具有较好的拓扑性质.     

胖树中的分布式动态容错路由

面向云计算的超大规模互连网络增加了对网络容错的要求,容错已成为互连网络的重要问题.为了保证网络的高可用性和高性能,文中基于胖树网络拓扑提出了一种分布式的动态容错路由方法.该方法通过引入一套链路失效消息传播机制和一套基于链路失效信息的动态容错路由算法来实现胖树网络的分布式动态容错.相比已有方法,该方法不增加网络硬件和路由路径长度,并且具有高执行效率和高性能.实验结果表明,在m端口交换机构成的胖树中,该方法可以容忍任意m/2-1条失效链路并以高概率容忍更多条失效链路的组合,同时保持网络的高性能.     

互连网络的新模型:多部群论模型

互连网络是超级计算机的重要组成部分.互连网络在很大程度上决定着超级计算机的性能.在1989年,S.B.Akers等提出了互连网络的群论模型,据此模型设计出了星网络、冒泡排序网络等一大批网络.尤其是星网络具有很多很好的性能,被认为是超立方体的替代品.但它们都有一个弱点:网络规模(结点数)为n!.即随着n的增大,n!增速太快,使得据此网络结构设计出的超级计算机升级较为困难,即扩展性较差.在群论模型的基础上提出了互连网络的多部群论模型,进而,据此模型设计出(n,k)-多部星网络、(n,k)-多部冒泡排序网络等多种网络.并证明星网络是(n,1)-多部星网络,而且(n,k)-多部星网络做到了规模(结点数)增大且增幅固定、直径增大缓慢、结点度不变,即有很好的可扩展性,其它(n,k)-多部网络也有类似的性能.     

一种新的基于预约的拥塞避免机制

由于高速互连网络上的负载不均衡,一些网络结点成为了热点,可能导致部分结点或是链路拥塞,这会极大地降低互连网络的性能。现有的基于预约的拥塞避免技术SRP可以进行主动的拥塞避免,极大地缓解了由于热点问题所带来的负面效应。但是,在热点模式下,其它非热点结点的路由器资源绝大多数处于空闲状态,为了进一步充分利用互连网络的资源,提升互连网络性能,提出了一种基于SRP改进的中间结点缓存技术IRP。IRP可以根据不同的拓扑,例如胖树,有效地利用热点的邻居结点的路由器资源,先利用胖树拓扑的多路径将报文发送给空闲路由器,一旦目的结点路由器可利用,则将缓存报文发送给目的结点,降低互连网络的延迟。     

交叉立方体环的Hamilton连通性和Pancyclicity性

交叉立方体是超立方体互连网络的一种变型,它的某些性质优于超立方体。例如,其直径几乎是超立方体的一半;当n≥3,交叉立方体CQn具有Hamilton连通性;当n≥2,所有长度在4到2n之间的圈都能够以扩张1嵌入CQn,即交叉立方体具有Pancyclity性。但是,交叉立方体同超立方体一样,当需要升级时,必须成倍增加结点。交叉立方体环互连网络CRN作为层次环互连网络HRN[8]的一种,可以有效地克服这个缺点,当需要升级时,只需在环上增加一个交叉立方体。在文中,证明了交叉立方体环互连网络仍然保持了交叉立方体具有的Hamilton连通性和Pancyclity性。     

V-Mesh:面向三维堆叠芯片的低时延低功耗片上网络结构

针对片上网络直径大、功耗高、可扩展性差以及物理实现复杂的问题,提出了一个低直径、且直径为常数的三维片上网络V-Mesh,并为该网络结构提供了VM路由算法.V-Mesh结构由一层2D Mesh子网和多层行/列互连子网通过三维堆叠技术互连而成,具有功耗低的特点,能支持任意多的节点数,可用于三维堆叠芯片中的节点间互连.相对于一种全互连3D片上网络F-Mesh来说,V-Mesh结构采用行/列互连技术大大减少了其长互连线条数,从而减少了功耗和布线复杂度,可扩展性强.理论分析和实验结果表明,和F-Mesh结构相比,V-Mesh结构的时延与其相当,但能够减少约12.5%的功耗开销.和3DMesh相比,在节点数较多的情况下,其时延能降低23%,吞吐量能提高12%,功耗能降低34%.总的来说,V-Mesh和3D Mesh相比各方面具有明显优势;和F-Mesh的互连性能相当,但其物理实现更为简单,布线量小,可扩展性更好.     

互联网络拓扑结构Cayley图可靠性容错延迟的研究

互联网的可靠性是评估一个网络性能的重要指标,而影响网络可靠性的因素又有很多其中容错性可以验证一个网络在发生故障时剩余网络的重组能力的强弱.在一个容错网络中当网络的结点和(或)连线发生故障时,使数据能畅通有效的传输且延迟时间尽可能短,这就需要有一个设计很好的路由选择ρ.而度量路由选择优劣的重要参数容错延迟的确定显得很重要,本文就证明了某些Cayley图存在路由选择使它的容错延迟能够达到最小值.     

具有自适应性的star网络容错寻径策略研究

大规模并行处理机系统中寻径算法对互连网络的通信性能和系统性能起着至关重要的作用,而star互连网络作为超立方体网络的最好替代之一,其寻径问题的解决变得非常重要。在有条件的容错模型基础上,对寻径时的规则进行了研究,提出了一种基于自适应规则的容错寻径算法。对算法的正确性以及容错性进行了分析。经仿真实验证明了该算法具有较高的成功概率。在边失效独立的情况下,对star网络终端对间通信可靠性进行了分析,推导出了其约束下界,并给予了证明。     

超立方体双环互连网络及路由算法*

给出了一种可扩展的互连网络拓扑结构,称为超立方体双环。该互连网络拓扑结构结合了超立方体拓扑的短直径、高连通性、对称性、路由简单和一种新的双环拓扑结构的可扩展性和常数节点度的优点,使得网络规模增大时,网络节点度可以保持常数;网络节点采用格雷编码和约翰逊编码的混合编码方法,网络的任意相邻节点编码有且仅有一位不同,使得路由算法设计简单。最后分别设计了基于混合编码的单播、广播路由算法。分析表明提出的互连网络具有较好的拓扑性质和通信性能。