互连网络系统的自适应路由方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新型的Dragonfly互连网络系统，所述系统将系统内路由器划分为n个路由器组，所述n个路由器组之间实现全连接，所述每个路由器组包含一个或多个路由器，组内路由器之间实现全连接。基于新型Dragonfly互连网络系统的自适应路由方法，本发明专利技术另一方面通过对Dragonfly互连网络系统中的路由器进行标号，并采用特定的标号减方向优先算法或标号增方向优先算法，不需要使用虚拟通道即可实现无死锁部分自适应路由，且保证任意处理器节点之间的通信步长不超过5步。本发明专利技术又一方面提出的完全自适应路由方法，利用本发明专利技术部分自适应路由方法的无死锁特性，并辅以一种新型流控机制，即可实现无死锁完全自适应路由。

【技术实现步骤摘要】
互连网络系统的自适应路由方法
本专利技术涉及分布式计算
，尤其涉及一种互连网络系统及自适应路由方法。
技术介绍
互连网络通常实现不同处理节点间的同步和通信，是多处理器系统中连接处理器、存储器、I/O设备的重要组成部分。互连网络是影响整个多处理器系统的性能和扩展性的重要方面。如何在现有技术基础上，为处理节点之间的提供低延迟、高效通信成为互连网络亟待解决的关键问题。微处理器技术的发展使得单个处理节点的计算能力迅速提高，这也对互连网络的性能提出了更高的要求。实际上，互连网络带宽的增长与微处理器性能的增长有约30％的差距。因此互连网络的延迟和带宽已成为制约多处理器系统性能提高的瓶颈之一。随着半导体工艺的不断发展以及电路技术的长足进步，串行通道成为有效的信号传输方式。高速串行通道的使用可以大幅度提高单管脚的带宽，从而减少路由器芯片的管脚数目。九十年代初，路由器的管脚带宽限制在10Gbps，而到了二十一世纪，管脚带宽可以达到10～20Tbps。这些技术的进步，使得高阶路由器的实现成为可能。高阶路由器将成为互连网络的发展趋势，由高阶路由器构成的互连网络通常只需要几个跳步就可以连接数以万计的处理器，可以直接减小网络直径，实现处理器节点之间高效通信，降低消息延迟和实现代价，从而改善系统性能。2006年Cray公司的Blackwidow超级计算机，首次采用使用了64阶路由芯片，通过Clos网络实现了多达32000处理器之间的互连，其可以保证任意两个处理器之间的距离不超过7个跳步。2012年Cray公司的Cascade超级计算机，采用了48阶路由芯片，通过Droganfly网络实现370216个处理器之间的互连，任意两个处理器之间的距离不超过5个跳步，然而需要使用4条虚拟通道实现无死锁自适应路由。然而，在现有芯片技术和高阶路由器技术的基础上，如何设计出高效的网络互连拓扑，并提出高效的路由方法成为一个新的亟待解决的研究课题。BlackwidowClos网络首次采用了高阶路由器，但是网络成本较高，而且网络直径较大，对系统性能有一定影响；CascadeDragonfly网络也采用了高阶路由器，具有高可扩展性和低成本的特点，并且能够提供较小的网络直径，然而需要采用4条虚拟通道来避免死锁，增加了路由器设计复杂度，增大了消息路由延迟，限制了系统性能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于路由器标号的互连网络系统及其相应的自适应路由方法。该互连网络系统及路由方法不仅保持了Dragonfly网络原有的低成本、高扩展性、低网络直径的特点，而且不需要使用虚拟通道即可实现无死锁部分或完全自适应路由。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种互连网络系统，所述系统将系统内路由器划分为n个路由器组，所述n个路由器组之间实现全连接，使得任意两个路由器组之间的通信只需一个跳步；所述每个路由器组包含一个或多个路由器，组内路由器之间实现全连接，使得组内任意两个路由器之间距离为一个跳步，其中n为大于或等于1的整数。优选地，所述每个路由器组包括m个路由器，其中m为大于或等于1的整数。优选地，所述系统内的每个路由器包括a个局部端口，p个处理器端口和g个全局端口；所述a个局部端口用于实现路由器组内路由器之间的互连，对应的互连通道即为局部通道；所述p个处理器端口用于实现路由器与处理器节点之间的互连，对应的互连通道即为处理器通道；所述g个全局端口用于实现路由器组之间的互连，对应的互连通道即为全局通道。优选地，所述每个路由器组内路由器个数m＝a+1，所述系统内路由器组数n＝mg+1,所述每个路由器组的等效端口数k’＝m(p+g)。本专利技术另一方面提出了一种互连网络系统的部分自适应路由方法，包括以下步骤：S1：对互连网络系统的路由器进行标号，其中n个路由器组依次标号为G0,G1,…,Gn-1，每个路由器组中的m个路由器依次标号为R0,R1,…,Rm-1，标号时使得系统内的任一路由器组Gs中最大标号的路由器GsRm-1与路由器组Gt中最小标号的路由器GtR0互连，其中t＝(s+1)modn，即t为s+1除以n的余数，路由器组Gs中最小标号的路由器GsR0与路由器组Gu中最大标号的路由器GuRm-1互连，其中u＝(s-1)modn,即u为s-1除以n的余数；S2：根据互连网络中通道两端路由器标号的大小，通道方向划分为标号减方向和标号增方向；S3：消息分组在路由时，遵守标号减方向优先的原则，即所有从源节点路由器到目的节点路由器的路径都由w条标号减方向通道紧随v条标号增方向通道组成，或者遵守标号增方向优先的原则，即所有从源节点路由器到目的节点路由器的路径都由w条标号增方向通道紧随v条标号减方向通道组成，其中w和v均为大于或等于零的整数。优选地，所述步骤S2在将通道方向划分为标号增方向和标号减方向时，遵循如下原则：对于任一通道(Gi1Rj1,Gx1Ry1)，若i1>x1，该通道定义为标号减方向；若i1<x1，该通道定义为标号增方向；若i1＝x1且j1>y1，该通道定义为标号减方向；若i1＝x1且j1<y1，该通道定义为标号增方向。优选地，所述步骤S3的消息分组在路由时，遵守标号减方向优先的原则。优选地，所述步骤S3包括以下步骤：S31：消息分组在路由时，设当前节点所在路由器为GiRj，目的节点所在路由器为GxRy，Ch为消息分组的可选输出通道集合，初始值为空集判断当前节点所在路由器组标号i与目的节点所在路由器组标号x的关系，若i＝x成立，进入步骤S32，若i<x成立，进入步骤S33，否则进入步骤S34；S32：首先判断当前节点所在路由器是否为目的节点所在路由器，如果当前节点所在路由器为目的节点所在路由器，即i＝x且j＝y，则消息分组已经被路由器转发给相应目的节点，算法结束；否则，即i＝x且j≠y，提供局部通道(GiRj,GxRy)即可到达目的节点路由器，Ch＝Ch+{(GiRj,GxRy)}，返回Ch；S33：设当前节点所在路由器组中GiRa与目的节点所在路由器组中GxRb是连接的，若满足b≤y且a≠j，那么提供从GiRj到GiRa通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRa)}，若满足b≤y且a＝j，那么提供从GiRj到GxRb通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GxRb)}，设当前节点所在路由器组中GiRc与Gx-1Rd是连接的，若c≠j提供从GiRj到GiRc通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRc)}，若c＝j提供从GiRj到Gx-1Rd通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,Gx-1Rd)}，返回Ch；S34：设当前节点所在路由器组中GiRe与目的节点所在路由器组中GxRf是连接的，若满足e<j时提供从GiRj到GiRe通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRe)}，若满足e＝j时提供从GiRj到GxRf通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GxRf)}，设当前节点所在路由器组中GiRg与Gi-1Rh是连接的，g≠j时提供从GiRj到GiRg通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRg)}，g＝j时提供从GiRj到Gi-1Rh通道进行路由,Ch＝Ch+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连网络系统，其特征在于，所述系统将系统内路由器划分为n个路由器组，所述n个路由器组之间实现全连接，使得任意两个路由器组之间的通信只需一个跳步；所述每个路由器组包含一个或多个路由器，组内路由器之间实现全连接，使得组内任意两个路由器之间距离为一个跳步，其中n为大于或等于1的整数。

【技术特征摘要】
1.一种互连网络系统的部分自适应路由方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对互连网络系统的路由器进行标号，其中n个路由器组依次标号为G0,G1,…,Gn-1，每个路由器组中的m个路由器依次标号为R0,R1,…,Rm-1，标号时使得系统内的任一路由器组Gs中最大标号的路由器GsRm-1与路由器组Gt中最小标号的路由器GtR0互连，其中t＝(s+1)modn，即t为s+1除以n的余数，路由器组Gs中最小标号的路由器GsR0与路由器组Gu中最大标号的路由器GuRm-1互连，其中u＝(s-1)modn,即u为s-1除以n的余数；S2：根据互连网络中通道两端路由器标号的大小，通道方向划分为标号减方向和标号增方向；S3：消息分组在路由时，遵守标号减方向优先的原则，即所有从源节点路由器到目的节点路由器的路径都由w条标号减方向通道紧随v条标号增方向通道组成，或者遵守标号增方向优先的原则，即所有从源节点路由器到目的节点路由器的路径都由w条标号增方向通道紧随v条标号减方向通道组成，其中w和v均为大于或等于零的整数。2.如权利要求1所述的互连网络系统的部分自适应路由方法，其特征在于，所述步骤S2在将通道方向划分为标号增方向和标号减方向时，遵循如下原则：对于任一通道(Gi1Rj1,Gx1Ry1)，若i1>x1，该通道定义为标号减方向；若i1<x1，该通道定义为标号增方向；若i1＝x1且j1>y1，该通道定义为标号减方向；若i1＝x1且j1<y1，该通道定义为标号增方向。3.如权利要求1所述的互连网络系统的部分自适应路由方法，其特征在于，所述步骤S3的消息分组在路由时，遵守标号减方向优先的原则。4.如权利要求3所述的互连网络系统的部分自适应路由方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31：消息分组在路由时，设当前节点所在路由器为GiRj，目的节点所在路由器为GxRy，Ch为消息分组的可选输出通道集合，初始值为空集判断当前节点所在路由器组标号i与目的节点所在路由器组标号x的关系，若i＝x成立，进入步骤S32，若i<x成立，进入步骤S33，否则进入步骤S34；S32：首先判断当前节点所在路由器是否为目的节点所在路由器，如果当前节点所在路由器为目的节点所在路由器，即i＝x且j＝y，则消息分组已经被路由器转发给相应目的节点，算法结束；否则，即i＝x且j≠y，提供局部通道(GiRj,GxRy)即可到达目的节点路由器，Ch＝Ch+{(GiRj,GxRy)}，返回Ch；S33：设当前节点所在路由器组中GiRa与目的节点所在路由器组中GxRb是连接的，若满足b≤y且a≠j，那么提供从GiRj到GiRa通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRa)}，若满足b≤y且a＝j，那么提供从GiRj到GxRb通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GxRb)}，设当前节点所在路由器组中GiRc与Gx-1Rd是连接的，若c≠j提供从GiRj到GiRc通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,GiRc)}，若c＝j提供从GiRj到Gx-1Rd通道进行路由,Ch＝Ch+{(GiRj,Gx-1Rd)}，返回Ch；S34：设当前节点所在路由器组中GiRe与目的节点所在路由器组中GxRf是连接的，若满足e<j时...

【专利技术属性】
技术研发人员：向东，虞志刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11