一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法，该方法所得的互联结构解决了树形结构的一些不足，能够达到比树形结构更小的平均跳数、更强的容错保护，以及使用更少的额外交换节点和链路。同时，胖树结构可以看作是多棵单树结构的重叠，本发明专利技术的方法同样也可以用于胖树结构，以减小其平均跳数和增强其容错性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信和计算机
，具体涉及一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法。
技术介绍
在并行互联网络、多处理器系统、片上网络等领域，树形交换结构以其平均跳数小、寻路方式简便、以及天然的汇聚特性等优势而得到广泛的应用。然而，众所周知的是，树形结构存在着一些难以克服的缺陷。由于树形结构高度的汇聚特性，使得在接近树根的地方，链路往往需要非常大的容量才能满足整个网络的正常通信。而一旦树形结构中某条链路或者某个节点发生失效，则故障点以下的所有点都会随之失效，当这种情况发生在接近树根节点的地方时，问题尤为严重。为了解决树形结构的这些不足，目前常见的办法是采用胖树结构。然而，胖树为了达到设计要求，往往需要引入大量额外的交换节点和链路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法，该互连结构减小了树形结构的平均跳数，一定程度上均衡了树形结构的流量，增多了树形结构的容错路径进而提高网络的容错性能。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的：提供一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法，其特征在于：①设定存在一个已有的树形拓扑结构，该结构从根节点R开始由上而下总共具有m层，m大于2，共c个节点，其中根节点R位于第1层；②定义对于第n层的任意两个节点Ni和Nj，n大于2，如果它们各自在第(n-1)层的父节点Pi和Pj(Pi和Pj可能重叠)，具有同一个第n-2层的父节点Ri，则称这些节点Ni、Nj、Pi、Pj和Ri属于同一个域Di，记作Ni，Nj，Pi，Pj，Ri属于Di，其中唯一的第n-2层节点Ri称为该域的根，显然，对于任意第n层(n大于2)的所有cn个节点而言，如果n-2层总共有cn-2个节点，则第n层最 多能以划分为cn-2个域，且第n层的任意一个节点Ni属于且仅属于其中的某一个域Di，i＝1，2，…，cn-2；③从第3层的节点开始逐层往下对整个树进行域的划分，最终能得到c1+c2+…+cn-2个不同的域，记dmax＝c1+c2+…+cn-2，对任意一个域Di，假设它的根Ri在全树的第n层，则需要在第n+1层增加一些同层域内互联节点，使得域Di内的所有第n+2层节点能够通过这些同层域内互联节点进行互联；④设域Di中位于全树第n层的Ri共有p个子节点，第n+1层的p个子节点又分别有q1，q2，…，qp个子节点，即第n+2层总共有q1+q2+…+qp个节点，取其中最大的qi记作qmax，i＝1，2，…，p，则需要增加qmax个同层域内互联节点S。对第j个同层域内互联节点Sj，j＝1，2，…，qmax，如果qi＜＝j，则说明位于全树第n+1层且属于域Di中第i个节点还有尚未进行同层域内互联的子节点，从该节点的子节点中任选一个还没有进行同层域内-->互联的节点与第j个同层域内互联节点Sj相连；如此循环，直到所有的域Di中第n+2层节点都刚好与一个同层域内互联节点相连为止，最后将qmax个同层域内互联节点S1，S2，…，Sqmax一一首尾相连，形成一个环，就得到了该域的同层域内互联结构，使得该域内所有节点间除了存在原树上的交换通道，还可以实现通过同层域内互联节点直接进行交互；⑤对步骤③划分得到的每个域Di按照步骤④增加同层域内互联结构，i＝1，2，…，dmax，就能够得到全树的同层域内互联结构。通过这种扩展方式可以有效地降低树中任意两个底层节点间的平均跳数并显著地增加了容错路径。当然采用这种同层域内互联结构会增加一定的连接与交换开销，因此可以有选择地在部分高密度、高负载的域进行互联，而对于树形交换拓扑结构的其他部分则保持不变。对于树形结构变化而得到的胖树结构，同样可以利用这种域内互联进而提高交换性能与容错性能的特性，即同层域内互联结构同样可以适用于胖树结构，用于进一步提高胖树结构的整体性能。这种增加了同层域内互联的树形结构可以应用于并行互连网络和并行处理器系统，在一定程度上改善了原树形结构的平均跳数和流量汇聚等问题，在网 络对容错需求较高的情况下，能够有效的增加整个树形结构的容错性。附图说明图1为任意树形结构增加同层域内互联结构后的示意图；图2为完全4元树CT(4，4)，其中阴影部分为选取的一棵满足条件的子树；图3为完全4元树CT(4，4)中一个满足条件的子树增加同层域内互联结构的示意图；图4为完全4元树CT(4，4)增加同层域内互联结构后的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述：树形拓扑结构有一个共同的特征，就是把树中任意一个节点作为根往下看，都可以得到一棵子树。对于树中的任意一棵子树的根而言，它的子节点都直接通过它本身相连，而它的孙子节点(即子节点的子节点)则有可能不与同一个子节点相连，即从根节点往下看，两个二级子节点有可能不属于同一个一级子节点。这样的两个节点之间要通信，就必须通过这棵子树的根节点才能进行。树形结构的这种特性使得流量不断地往各个子树的根节点处汇聚，并且这种必须通过根节点的通信在跳数上也会比那些不用通过根节点就能实现的同级节点间的通信要多一些，而当根节点附近出现故障时，整个树形拓扑结构的都将受到严重影响。在一棵树中达到或超过三层的所有子树的第三层上增加一个同层域内互联结构，从而给整棵树带来性能上的显著提高。通过互联后，对于任意一棵子树的根节点而言，它的所有孙子节点都增加了通过同层域内互联节点进行互联的通道，从而大量地增加了容错路径，并且在平均跳数上能够有所减小。对于这些孙子节点以下的节点，显然它们总会是另外某个节点的孙子节点，所以这种同层域内互联结构得以在全网展开，而使得整个树形拓扑-->结构在性能尤其是容错性上面得到大幅的提高。考虑到实际使用中的树形结构多是对称结构，以一棵完全4元树CT(4，4)为例说明该同层互联结构。完全m元树CT(h，m)是这样的一棵树，树中所有 的非叶子节点都有且仅有m个子节点，它共有h层的完全m元树。可以得到，CT(h，m)有m^(h-1)个叶子节点，有(m^0+m^1+…+m^(h-3))个满足条件的子树。对于如图2所示的是一棵完全4元树CT(4，4)，选出如图2中阴影部分所示的满足条件的一棵三层子树，对于图中第二层的节点，它们都正好拥有4个子节点，所以需要增加4个交换节点来实现第三层的互联。对于第1个新增的交换节点，如图3中所示的1’，分别从第二层的每个节点的子节点中选出的一个节点与其相连，如图3中所示所有标号为1的第三层节点；用同样的方式选出与第2、3、4个新增交换(互联)节点相连的第三层子节点如图3中所示标号分别为2、3、4的节点。最后将新增的第1、2、3、4个节点两两首尾相连，得到一个环。这样得到该子树的同层域内互联结构如图3所示。按照如上方法继续选取原树中其余的满足等于或超过三层的子树进行互联改造，就得到了同层域内互联结构，如图4所示。实际中大量使用的胖树结构同样可以看作多个单树来进行互联。GFT(h，m，w)是一棵胖树，它有w^h个根节点，每个根节点往下都是一棵CT(h，m)，对于树中每个非叶子节点有且仅有m个子节点，树中每个非根节点有且仅有w个父节点。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法，其特征在于：①设定存在一个已有的树形拓扑结构，该结构从根节点Ｒ开始由上而下总共具有ｍ层，ｍ大于２，共ｃ个节点，其中根节点Ｒ位于第１层；②定义对于第ｎ层的任意两个节点Ｎｉ和Ｎｊ，ｎ大于２，如果它们各自在第（ｎ－１）层的父节点Ｐｉ和Ｐｊ（Ｐｉ和Ｐｊ可能重叠），具有同一个第ｎ－２层的父节点Ｒｉ，则称这些节点Ｎｉ、Ｎｊ、Ｐｉ、Ｐｊ和Ｒｉ属于同一个域Ｄｉ，记作Ｎｉ，Ｎｊ，Ｐｉ，Ｐｊ，Ｒｉ属于Ｄｉ，其中唯一的第ｎ－２层节点Ｒｉ称为该域的根，显然，对于任意第ｎ层（ｎ大于２）的所有ｃｎ个节点而言，如果ｎ－２层总共有ｃｎ－２个节点，则第ｎ层最多能以划分为ｃｎ－２个域，且第ｎ层的任意一个节点Ｎｉ属于且仅属于其中的某一个域Ｄｉ，ｉ＝１，２，…，ｃｎ－２；③从第３层的节点开始逐层往下对整个树进行域的划分，最终能得到ｃ１＋ｃ２＋…＋ｃｎ－２个不同的域，记ｄｍａｘ＝ｃ１＋ｃ２＋…＋ｃｎ－２，对任意一个域Ｄｉ，假设它的根Ｒｉ在全树的第ｎ层，则需要在第ｎ＋１层增加一些同层域内互联节点，使得域Ｄｉ内的所有第ｎ＋２层节点能够通过这些同层域内互联节点进行互联；④设域Ｄｉ中位于全树第ｎ层的Ｒｉ共有ｐ个子节点，第ｎ＋１层的ｐ个子节点又分别有ｑ１，ｑ２，…，ｑｐ个子节点，即第ｎ＋２层总共有ｑ１＋ｑ２＋…＋ｑｐ个节点，取其中最大的ｑｉ记作ｑｍａｘ，ｉ＝１，２，…，ｐ，则需要增加ｑｍａｘ个同层域内互联节点Ｓ。对第ｊ个同层域内互联节点Ｓｊ，ｊ＝１，２，…，ｑｍａｘ，如果ｑｉ＜＝ｊ，则说明位于全树第ｎ＋１层且属于域Ｄｉ中第ｉ个节点还有尚未进行同层域内互联的子节点，从该节点的子节点中任选一个还没有进行同层域内互联的节点与第ｊ个同层域内互联节点Ｓｊ相连；如此循环，直到所有的域Ｄｉ中第ｎ＋２层节点都刚好与一个同层域内互联节点相连为止，最后将ｑｍａｘ个同层域内互联节点Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｑｍａｘ一一首尾相连，形成一个环，就得到了该域的同层域内互联结构，使得该域内所有节点间除了存在原树上的交换通道，还可以实现通过同层域内互联节点直接进行交互；⑤对步骤③划分得到的每个域Ｄｉ按照步骤④增加同层域内互联结构，ｉ＝１，２，…，ｄｍａｘ，就能够得到全树的同层域内互联结构。...

【技术特征摘要】
1.一种树形拓扑的同层域内互联结构的实现方法，其特征在于：①设定存在一个已有的树形拓扑结构，该结构从根节点R开始由上而下总共具有m层，m大于2，共c个节点，其中根节点R位于第1层；②定义对于第n层的任意两个节点Ni和Nj，n大于2，如果它们各自在第(n-1)层的父节点Pi和Pj(Pi和Pj可能重叠)，具有同一个第n-2层的父节点Ri，则称这些节点Ni、Nj、Pi、Pj和Ri属于同一个域Di，记作Ni，Nj，Pi，Pj，Ri属于Di，其中唯一的第n-2层节点Ri称为该域的根，显然，对于任意第n层(n大于2)的所有cn个节点而言，如果n-2层总共有cn-2个节点，则第n层最多能以划分为cn-2个域，且第n层的任意一个节点Ni属于且仅属于其中的某一个域Di，i＝1，2，…，cn-2；③从第3层的节点开始逐层往下对整个树进行域的划分，最终能得到c1+c2+…+cn-2个不同的域，记dmax＝c1+c2+…+cn-2，对任意一个域Di，假设它的根Ri在全树的第n层，则需要在第n+1层增加一些同层域内互联节点，使得域Di内的所有第n+2...

【专利技术属性】
技术研发人员：许都，杨成，王京梅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90