一种基于扩展立方体架构的数据中心网络及其服务器容错广播方法技术

本申请提供一种基于扩展立方体架构的数据中心网络(Datacenter Network Based on Augmented Cube，简称AQDN)及其服务器容错广播方法。在AQDN数据中心网络中，充分利用廉价的交换机和具有两个网卡的服务器，能够降低成本，具有较好的应用价值。服务器容错广播方案能够借助于顶点‑独立生成树来实现。

A Fault Tolerant Broadcasting Method for Data Center Network and Its Server Based on Extended Cube Architecture

This application provides a data center network based on extended cube architecture (AQDN) and a fault-tolerant broadcasting method for its servers. In AQDN data center network, making full use of inexpensive switches and servers with two network cards can reduce costs and have good application value. The server fault-tolerant broadcasting scheme can be implemented by means of vertex independent spanning tree.

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩展立方体架构的数据中心网络及其服务器容错广播方法
本申请涉及网络通信领域，尤其涉及一种基于扩展立方体架构的数据中心网络及其服务器容错广播方法。
技术介绍
在图论中，扩展立方体(AugmentedCube)是超立方体的一种重要变型，受到了研究者们的广泛关注。n维扩展立方体AQn的顶点数量与n维超立方体Qn的顶点数量相同且Qn是AQn的真子图。相对于Qn，AQn进一步增加了(2n-1)×2n-1-n×2n-1＝(n-1)×2n-1条边且AQn是(2n-1)-边连通的和(2n-1)-顶点连通的(这里，n≠3)。AQn(n≥2)是由两个AQn-1连接而成。这两个AQn-1表示为和和之间增加2×2n-1条边如下令和中的顶点a＝0an-1an-1...a1与中的顶点b＝1bn-1bn-2...b2相邻当且仅当对于任意i，1≤i≤n-1，ai＝bi或对于任意i，1≤i≤n-1，由于n≤3时AQn的结构比较简单，接下来我们仅考虑n≥4的情况。AQn由于其顶点度数2n-1在n比较大时，相对较高。若我们将服务器(计算机)直接部署到AQn的每个顶点上时需要的每台服务器连接2n-1根网线，需要的网卡数量太多，此时，不能将普通计算机部署为服务器，比较难以实施。而在现实世界中，交换机是比较廉价的，且具有两个网卡的普通计算机作为服务器是容易配置的。当数据中心网络中服务器的数量比较多的时候，故障服务器的存在是不可避免的。如何保证重要的数据能够在故障服务器存在的情况下，准确可靠地被广播到所有无故障服务器，即容错广播，具有重要的意义。当源服务器要广播重要信息给所有无故障服务器时，容纳多个故障服务器的顶点-独立生成树，就是适用于容错广播的一种性质优良的解决方案。给定一个网络，顶点-独立生成树是一组以相同服务器为根顶点的生成树且根到任何一个其它服务器顶点之间所经过的边和顶点在任意两棵生成树中均不相同。迄今为止，扩展立方体结构上还没有顶点-独立生成树的构造方法。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于扩展立方体架构的数据中心网络(DatacenterNetworkBasedonAugmentedCube，简称AQDN)及其服务器容错广播方法。在AQDN数据中心网络中，充分利用廉价的交换机和具有两个网卡的服务器，能够降低成本，具有较好的应用价值。服务器容错广播方案能够借助于顶点-独立生成树来实现。基于上述目的，在本申请的第一个方面，提出了一种基于扩展立方体的数据中心网络，其特征在于，扩展立方体AQn中的每一个顶点设置一个连接2n-1台服务器的交换机，并且对于AQn中的每一对相邻顶点，将其中一个顶点对应的2n-1台服务器中的任意一个与另一个顶点对应的2n-1台服务器中的任意一个相连。优选的是，每个所述服务器具有两个网卡。本申请进而提供了上述基于扩展立方体的数据中心网络的服务器容错广播方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先构造Xn基础图AQ4上7棵以0为根的顶点-独立生成树；步骤2：用递归法构造AQn上2n-1棵以0为根的独立生成树；步骤3，将AQn上2n-1棵以0为根的独立生成树转化为Xn上以顶点0[0]为根的2n-1棵子树；步骤4，在所述2n-1棵子树上分别挂接在Xn上但不在树中的顶点。优选的是，步骤2具体包括：步骤201：依据AQ4上7棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQ5上9棵以0为根的顶点-独立生成树；步骤202：依据AQ5上9棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQ6上11棵以0为根的顶点-独立生成树；依次类推，直至步骤203：依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQn-1上2n-1棵以0为根的顶点-独立生成树。优选的是，依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQn上2n-1棵以0为根的顶点-独立生成树包括：构造上以0为根的顶点-独立生成树STA，1，STA，2，...，STA，2n-3；依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树，得到上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树为STA，1，STA，2，...，STA，2n-3；构造STB，1，STB，2，...，STB，2n-3，将STA，1，STA，2，...，STA，2n-3中每个顶点的最高位取反，这里，因根顶点是0，每个位均加上2n-1，得到一组新树，记为STB，1，STB，2，...，STB，2n-3；寻找针对于ST1，ST2，...，ST2n-3的双射顶点集合W1，W2，...，W2n-3，在上找到分别针对于ST1，ST2，...，ST2n-3的双射顶点集合W1，W2，...，W2n-3，使得{{0}，W1，W2，...，W2n-3}是上的一个双射顶点集合划分；构造ST1″，ST2′，ST3′，...，ST2n-3″，分别将STA，1，STA，2，…，STA，2n-3上W1，W2，...，W2n-3中的每一个顶点v，连接其邻接点Nn(v)和Nn*(v)，得到ST1″，ST2′，ST3′，...，ST2n-3″；构造ST2n-3′和ST1′，在ST2n-3″中，连接顶点2n-2-1+2n-1与2n-2+2n-1，连接2n-2-1+2n-1与2n-3-1+2n-1在ST1中的父亲顶点，得到ST2n-3′，断开2n-2-1+2n-1与2n-2-1+2n-1在ST1中的父亲顶点，连接顶点2n-2-1+2n-1与2n-2+2n-1，得到ST1′；构造ST1，ST2，ST3，...，ST2n-3，断开ST1′，ST2′，ST3′，...，ST2n-3′在子图STB，1，STB，2，STB，3，...，STB，2n-3中构成回路的边，得到ST1，ST2，ST3，...，ST2n-3。优选的是，构造AQn上顶点-独立生成树ST2n-2的步骤具体包括：构造ST2n-2″，顶点0连接其邻接点N(n，0)＝2n-1，顶点2n-1连接其所有其它邻接点，得到ST2n-2″；构造ST2n-2′，将STB，1，STB，2，STB，3，...，STB，2n-3在构造ST1，ST2，...，ST2n-3中由于构成回路断开的且不在ST2n-2″中的边用到ST2n-2″上，得到ST2n-2′；构造ST2n-2，将AQn上不在ST2n-2′中的顶点，v，连接到其邻接点Nn(v)上。优选的是，构造AQn上顶点-独立生成树ST2n-1的步骤具体包括：构造ST2n-1″，顶点0连接其邻接点N(n*，0)＝2n，顶点2n连接其所有其它邻接点，设为ST2n-1″；构造ST2n-1′，将在STB，2n-3中由于构造断开的且不在ST2n-1″中的边挂接到ST2n-1″中，设为ST2n-1′；构造ST2n-1，将不在ST2n-1′中的每一个顶点，v，连接其邻接点Nn*(v)上，得到ST2n-1。本专利技术的有益效果在于：AQDN数据中心网络容易部署且具有较好的性能如顶点规模与直径的比值较大。设基于AQn部署的数据中心网络为Xn，其顶点规模与直径的比值为(2n-1)×2n/n，具有相对较大的优点。进一步，我们提出的服务器容错广播方法能够满足在存在不超过2n-2台故障服务器的情况下，重要信息能够从无故障根服务器被准确可靠地被传输到其它任一无故障服务器。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扩展立方体架构的数据中心网络，其特征在于，扩展立方体AQn中的每一个顶点设置一个连接2n‑1台服务器的交换机，并且对于AQn中的每一对相邻顶点，将其中一个顶点对应的2n‑1台服务器中的任意一个与另一个顶点对应的2n‑1台服务器中的任意一个相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展立方体架构的数据中心网络，其特征在于，扩展立方体AQn中的每一个顶点设置一个连接2n-1台服务器的交换机，并且对于AQn中的每一对相邻顶点，将其中一个顶点对应的2n-1台服务器中的任意一个与另一个顶点对应的2n-1台服务器中的任意一个相连。2.根据权利要求1所述的基于扩展立方体架构的数据中心网络，其特征在于，每个所述服务器具有两个网卡。3.用于权利要求1-2中任意一项所述的基于扩展立方体架构的数据中心网络的服务器容错广播方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先构造Xn基础图AQ4上7棵以0为根的顶点-独立生成树；步骤2：用递归法构造AQn上2n-1棵以0为根的独立生成树；步骤3，将AQn上2n-1棵以0为根的独立生成树转化为Xn上以顶点0[0]为根的2n-1棵子树；步骤4，在所述2n-1棵子树上分别挂接在Xn上但不在树中的顶点。4.根据权利要求3所述的服务器容错广播方法，其特征在于，步骤2具体包括：步骤201：依据AQ4上7棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQ5上9棵以0为根的顶点-独立生成树；步骤202：依据AQ5上9棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQ6上11棵以0为根的顶点-独立生成树；依次类推，直至步骤203：依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQn-1上2n-1棵以0为根的顶点-独立生成树。5.根据权利要求4所述的服务器容错广播方法，其特征在于，依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树构造AQn上2n-1棵以0为根的顶点-独立生成树包括：构造上以0为根的顶点-独立生成树STA，1，STA，2，...，STA，2n-3；依据AQn-1上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树，得到上2n-3棵以0为根的顶点-独立生成树为STA，1，STA，2，...，STA，2n-3；构造STB，1，STB，2，...，STB，2n-3，将STA，1，STA，2，...，STA，2n-3中每个顶点的最高位取反，这里，因根顶点是0，每个位均加上2n-1，得到一组新树，记为STB，1，STB，2，...，STB，2n-3；寻找针对于ST1，ST2，...，ST2n-3的双射顶点集合W1，W2，...，W2n-3，在上找到分别针对于ST1，ST2，...，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：程宝雷，樊建席，杨季文，陈果，刘钊，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32