一种并行计算广播通信的方法技术

本发明专利技术公开了一种并行计算广播通信的方法，所有需要发送广播数据的节点将数据发送到列头交换机，通过在列头交换机的机柜顶上放置自由光发射设备将光纤中的信号转化为自由空间光；在接收数据的机柜上放置自由光分光及接收设备进行分光和接收，使得机柜之间的广播通信能够通过自由光分光及接收设备将自由空间光在物理层发送到所有接收端；机柜内部服务器之间的广播通信则通过有线链路传输。本发明专利技术具有能够有效降低广播延时、提高并行计算性能等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到大规模并行计算系统中的广播通信领域，特指。
技术介绍
大规模并行计算系统在科学计算、天气预报、医疗新药物研究等计算能力需要高的领域，在国家的经济发展和战略能力提升上具有至关重要的地位和作用。高性能计算机通过技术创新不断提升计算能力，典型的架构是通过计算集群协同进行并行计算。MPI (Message Passing Interface)等并行编程模型通过将任务进行划分实现节点间的协同计算。其中常见的广播、栅栏同步等操作中one-to-all和all-to_one需要将消息分发到全网的所有节点并汇聚。高性能计算对消息传递的延时极其敏感，降低广播的完成时间能够有效提升计算速度。典型的IBM的BlueGene系列超极计算机采用独立的树形网络用于加速广播通信。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够有效降低广播延时、提高了并行计算性能的并行计算广播通信的方法为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案:—种并行计算广播通信的方法，所有需要发送广播数据的节点将数据发送到列头交换机，通过在列头交换机的机柜顶上放置自由光发射设备将光纤中的信号转化为自由空间光；在接收数据的机柜上放置自由光分光及接收设备进行分光和接收，使得机柜之间的广播通信能够通过自由光分光及接收设备将自由空间光在物理层发送到所有接收端；机柜内部服务器之间的广播通信则通过有线链路传输。作为本专利技术的进一步改进:所述自由光发射设备为光纤准直器。作为本专利技术的进一步改进:所述光纤准直器为单向光纤准直器，用来经光模块发射端及光纤传来的信号转化为一个方向的自由空间光。作为本专利技术的进一步改进:所述光纤准直器为双向光纤准直器，用来经光模块发射端、光纤及光纤分路器传来的信号转化为两个方向的自由空间光。作为本专利技术的进一步改进:所述方法通过四次交换机完成全网广播时，假设网络规模为m排机柜，每排有η个机柜，具体步骤如下:SlOO:(0,0)机柜顶上在水平方向和垂直方向分别放置自由光单向发射设备，用于向同一排和同一列的机柜发送广播数据；(0，j) I ( j < η机柜顶上水平方向放置自由光分光及接收设备用于接收数据，垂直方向上放置自由光单向发射设备，用于将广播数据在同一列进行转发；(i，j) I < i < m，I < j < η机柜顶上放置自由光分光及接收设备，用于接收垂直方向发送过的广播数据；S200:广播源节点通过有线的方式将数据发送到柜顶交换机(i，j);S300:柜顶交换机通过有线的方式将数据发送到同一排列头机柜的交换机(i，0);S400:机柜(i，O)的柜顶交换机通过有线的方式将数据发送到(0，O)机柜的柜顶交换机；S500: (O, O)机柜的柜顶交换机利用自由光将广播数据发送给同一排所有的机柜，每个机柜通过自由光分光及接收设备，接收到(0，0)机柜发送的广播数据；S600: (O, j)0彡j彡η机柜向同一列的所有机柜转发广播数据，完成全网广播。作为本专利技术的进一步改进:所述方法通过三次交换机完成全网广播，假设网络规模为m排机柜，每排有η个机柜，具体步骤如下:SlOO:(1,0)1 ^ i彡m机柜在柜顶的第(i，i)个位置下面放置自由光双向发射设备，上面放置自由光单向发射设备，柜顶的第(k，k)0 < k < m，k # i个位置放置自由光分光及接收设备；(i, j)0< i < m, I < j < η机柜柜顶上第(i, i)个位置下面放置自由光双向发射设备，上面放置自由光分光及接收设备，柜顶的第(k，k)0 < k < m，k # i个位置放置自由光分光及接收设备；S200:广播源节点通过有线的方式将数据发送到柜顶交换机(i，j);S300:柜顶交换机通过有线的方式将数据发送到同一排列头机柜的交换机(i，0);S400: (i, O)机柜的柜顶交换机利用自由光将广播数据发送给同一排所有的机柜，每个机柜通过自由光分光及接收设备，接收到(i，0)机柜发送的广播数据；S500: (i, j)0 ^ j ^ η机柜向同一列的所有机柜转发广播数据，完成全网广播。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:1、本专利技术并行计算广播通信的方法，采用自由光进行广播，自由光与光纤相比，自由光物理层具有天然的广播特性，能够承载广播通信应用。传输具有低延时的特点，利用自由光物理层进行数据广播的方法能够有效降低广播延时，提高了并行计算的性能。2、本专利技术并行计算广播通信的方法，利用自由光的广播网络与其他单播流量隔离，降低网络流量负载。3、本专利技术并行计算广播通信的方法，能够有效降低交换机网络仲裁等硬件功能的复杂度，减少转发表的容量需求。4、本专利技术并行计算广播通信的方法，利用自由光物理层进行广播通信，即用无线链路代替有线链路，可以降低布线复杂度，使得系统维护简单。【附图说明】图1是本专利技术在具体应用实例中构建广播系统的示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中采用自由光单向发射设备的示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中采用自由光分光及接收设备的示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中采用自由光双向发射设备的示意图。图5是本专利技术在实施例1中经过四次交换机实现全网广播方法的原理示意图。图6是本专利技术在实施例2中经过三次交换机实现全网广播方法的原理示意图。【具体实施方式】以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术并行计算广播通信的方法，为基于自由空间光物理层优化并行计算广播通信的方法；在本专利技术的方法中，所有需要发送广播数据的节点将数据发送到列头交换机，通过在列头交换机的机柜顶上放置光纤准直器I将光纤中的信号转化为自由空间光A ;在接收数据的机柜上放置波分束器2进行分光，使得机柜之间的广播通信能够通过波分束器2将自由空间光A在物理层发送到所有接收端；机柜内部服务器之间的广播通信则通过有线链路传输。具体步骤为:S1:构建广播系统；参见图1，在列头交换机的机柜顶上放置自由光单向发射设备(如:光纤准直器I)，在接收数据的机柜上放置自由光分光及接收设备(如:波分束器2);其中，光纤准直器I可以用来经光模块发射端3及光纤传来的信号转化为一个方向的自由空间光A(如图2所示)，或者用来经光模块发射端3、光纤及光纤分路器4传来的信号转化为两个方向的自由空间光A (如图3所示)。波分束器2可以将自由空间光A进行分光(如图4所示)，使得机柜之间的广播通信能够通过波分束器将自由空间光在物理层发送到所有接当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行计算广播通信的方法，其特征在于，所有需要发送广播数据的节点将数据发送到列头交换机，通过在列头交换机的机柜顶上放置自由光发射设备将光纤中的信号转化为自由空间光；在接收数据的机柜上放置自由光分光及接收设备进行分光和接收，使得机柜之间的广播通信能够通过自由光分光及接收设备将自由空间光在物理层发送到所有接收端；机柜内部服务器之间的广播通信则通过有线链路传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宝康，董德尊，卢凯，罗章，毛席龙，吴俊杰，张百达，谢旻，保金帧，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43