Torus网络中的无死锁自适应路由算法制造技术

本发明专利技术属于分布式网络技术领域，涉及Torus网络中的无死锁自适应路由算法，应用于虚拟直通交换方式或虫洞交换方式，利用两条虚拟通道R1和R2，R1为自适应通道，数据包在任何时候都能够访问，R2应用Mesh网络中的无死锁路由算法，这种组合新颖之处在于第一条通道并未为任意一对源节点和目的节点提供路由路径，在基于虚拟直通交换技术的Torus网络中，该算法是完全自适应的，在虫洞交换下是部分自适应的，当与流量控制系统相结合，在虚拟直通交换技术下，路由器的设计能大大地简化，并且得到很高的性能提升，模拟结果表明，无论是基于虚拟直通交换技术或是虫洞交换技术，该算法的性能均好于现有的算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式网络
，涉及Torus网络，特别涉及Torus网络中的无死锁自适应路由算法。
技术介绍
直连网络(Direct Interconnection Network)作为一种常见的网络拓扑形式，已经广泛应用于多处理器系统(Multi-processor)，多计算机系统(Multi-computer)。在大规模多计算机系统中，每个节点都有自己的处理器和局部存储器，系统通过直连网络实现相邻节点间的连接。直连网络的最大优点是具有很好的扩展性。在大规模多计算机系统中，每个节点都有一个单独的路由器(Router)，处理与通信有关的任务。虽然该任务可由相应的处理器执行，但采用路由器执行后可以实现节点内的计算和通信任务的重叠执行。每个节点都支持一定数量的输入通道(input channel)和输出通道(output channel)。内部通道实现与本地处理机(processor)连接，外部通道用于处理机间的通讯。常见的直连网络拓扑结构有Mesh，Torus等。Mesh网络结构简单易于实现。但是 Mesh结构不对称由于位置不同，每个节点可能有不同数目的邻节点。这种不对称性将会极大地影响网络性能。Torus网络则是一种完全对称的直连网络拓扑形式。分布式网络中常见的数据交换方式有以下几种1)存储转发(store and forward)当一个消息到达中间节点A时，A把整个消息放入其通信缓冲器中，然后在寻径算法的控制下选择下一个相邻节点B，当从A到B的通道空闲并且B的通道缓冲器可用时，把消息从A发向B。2)虚拟直通(virtual cut-through)中间结点没有必要等到整个数据包全部被缓冲后再作出路由选择，只要消息的目的信息域可用后，就可以作出路由选择。当消息被阻塞时，当前节点需要能存储整个数据包。虚拟直通方式需要每个节点有较大的数据缓存区， 但与存储转发相比，网络延迟大大降低了。3)虫洞(wormhole)在虫洞交换中，把一个消息分成多个微片(flits)。每个消息的微片以流水方式在网络中前进。当头微片被阻塞时，当前节点只需要能存储头微片。与虚拟直通方式不同之处在于当消息阻塞时，每个节点只存储一个微片而不是整个消息。路由算法决定数据包在网络中传输时的通道选择顺序。路由算法避免了数据在传输时发生死锁、活锁及饿死现象。在Mesh及Torus网络中，已分别提出多种路由算法。不同路由算法的数据传输效率大大不同。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供Torus网络中的无死锁自适应路由算法，在避免网络产生死锁、活锁及饿死现象的同时，充分利用空闲的虚拟通道， 数据传输效率相对现有算法有了很大的提升。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是Torus网络中的无死锁自适应路由算法，应用于虚拟直通交换方式或虫洞交换方式，利用两条虚拟通道Rl和R2，Rl为自适应通道，数据包在任何时候都能够访问，R2应用 Mesh网络中的无死锁路由算法。如果Torus网络采用虚拟直通交换方式，不采用流量控制，算法的实现如下DRl通道是完全自适应的，数据包在任何时候都能够请求Rl通道；2)如果数据包已在Mesh子网内，即数据包到达目的地不再需要经过任何回转链路，则该数据包能够请求R2通道，并且，该数据包在使用R2通道时应遵循Mesh网络中的无死锁路由算法；3)如果数据包的下一跳步是通过回转链路，且该回转链路所属维度是该数据包到达目的地所需通过的回转链路中的最低维，则在那条回转链路上，数据包能够请求R2通道。如果Torus网络采用虚拟直通交换方式，采用流量控制，首先定义安全数据包及非安全数据包1)如果数据包已在Mesh子网内，即该数据包到达目的地不再需要经过任何回转链路，并且，数据包下一跳步遵循Mesh网络中的无死锁路由算法，那么对于下一跳步上的节点，该数据包是安全数据包；2)如果数据包的下一跳步是通过回转链路，且该回转链路所属维度是数据包到达目的地所需通过的回转链路中的最低维，对于下一跳步上的节点，该数据包是安全数据包；不满足上述任一条件的数据包为非安全数据包，在给出安全及非安全数据包定义后，算法的实现如下假设数据包下一跳步对应节点有f个空闲缓存区，s个安全数据包，l)f > 1，数据包能够前进到下一节点；2)f = 1且s > 0，数据包能够前进到下一节点；3) f = 1且s = 0，如果数据包对下一节点是安全数据包，则能够前进，否则不能前进；4)f = 0，不能前进到下一节点。如果Torus网络采用虫洞交换方式，根据Torus网络中各节点到顶点的距离，将所有节点划分入不同的集合Si，集合SO中包含所有的顶点，集合Si中的节点到所有顶点的最小路径中，最短距离的为i，算法的实现如下1)当数据包需要通过回转链路时，只能申请从集合Si中的节点到集合Sj中的节点上的Rl通道，其中j ( i，当数据包不需要通过回转链路时，数据包请求Rl通道没有限制；2)如果数据包已在Mesh子网内，即该数据包到达目的地不再需要经过任何回转链路，则该数据包能够请求R2通道，并且，该数据包在使用R2通道时应遵循Mesh网络中的无死锁路由算法；3)如果数据包的下一跳步是通过回转链路，且该回转链路所属维度是该数据包到达目的地所需通过的回转链路中的最低维，则在那条回转链路上，数据包能够请求R2通道。以上所述Mesh网络中的无死锁路由算法，可以为负优先算法或者维序算法或者转向模型等。本专利技术与现有技术相比，具有的优点是1)可避免网络产生死锁、活锁及饿死现象；2)充分利用空闲的虚拟通道，数据传输效率相对现有算法有了很大的提升。 附图说明图1是采用虫洞交换方式的二维Torus网络节点划分示意图，集合&中包含所有的顶点，集合Si中的节点到&的节点距离大于等于i。图2是二维Torus虫洞路由器。图3是采用采用流量控制的虚拟直通交换方式下的路由器设计框图，该路由器的输出缓存区记录了 3个计数器G，C，S。图4是本专利技术中的算法与现有的biAble flow算法进行的模拟比对，模拟仿真基于3维Torus网络，虚拟直通交换方式，消息为随机产生模式，横坐标表示消息产生速度，纵坐标表示消息到达目的节点的平均延迟，clue-DOR是专利技术中未采用流量控制的算法，维序算法应用于R2通道上；clue-NF是专利技术中未采用流量控制的算法，负优先算法应用于R2通道上；FCclue-DOR及FCclue-NF则是专利技术中采用了流量控制的算法。图5是本专利技术中的算法与现有的biAble flow算法进行的模拟比对，模拟仿真基于3维Torus网络，虚拟直通交换方式，消息为热点产生模式，横坐标表示消息产生速度，纵坐标表示消息到达目的节点的平均延迟，clue-DOR是专利技术中未采用流量控制的算法，维序算法应用于R2通道上；clue-NF是专利技术中未采用流量控制的算法，负优先算法应用于R2通道上；FCclue-DOR及FCclue-NF则是专利技术中采用了流量控制的算法。图6是本专利技术中的算法与现有的Duato Protocol算法进行的模拟比对，模拟仿真基于2维Torus网络，虫洞交换方式，消息为随机产生模式，横坐标表示消息产生速度， 纵坐标表示消息到达目的节点的平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．Ｔｏｒｕｓ网络中的无死锁自适应路由算法，应用于虚拟直通交换方式或虫洞交换方式，其特征在于，利用两条虚拟通道Ｒ１和Ｒ２，Ｒ１为自适应通道，数据包在任何时候都能够访问，Ｒ２应用Ｍｅｓｈ网络中的无死锁路由算法。

【技术特征摘要】
1.Torus网络中的无死锁自适应路由算法，应用于虚拟直通交换方式或虫洞交换方式， 其特征在于，利用两条虚拟通道Rl和R2，R1为自适应通道，数据包在任何时候都能够访问， R2应用Mesh网络中的无死锁路由算法。2.根据权利要求1所述的Torus网络中的无死锁自适应路由算法，其特征在于，所述 Torus网络采用虚拟直通交换方式，不采用流量控制，算法的实现如下DRl通道是完全自适应的，数据包在任何时候都能够请求Rl通道；2)如果数据包已在Mesh子网内，即数据包到达目的地不再需要经过任何回转链路，则该数据包能够请求R2通道，并且，该数据包在使用R2通道时应遵循Mesh网络中的无死锁路由算法；3)如果数据包的下一跳步是通过回转链路，且该回转链路所属维度是该数据包到达目的地所需通过的回转链路中的最低维，则在那条回转链路上，数据包能够请求R2通道。3.根据权利要求1所述的Torus网络中的无死锁自适应路由算法，其特征在于，所述 Torus网络采用虚拟直通交换方式，采用流量控制，首先定义安全数据包及非安全数据包1)如果数据包已在Mesh子网内，即该数据包到达目的地不再需要经过任何回转链路， 并且，数据包下一跳步遵循Mesh网络中的无死锁路由算法，那么对于下一跳步上的节点， 该数据包是安全数据包；2)如果数据包的下一跳步是通过回转链路，且该回转链路所属维度是数据包到达目的地所需通过的回转链路中的最低维，对于下一跳步上的节点，该数据包是安全数据包；不满足上述任一条件的数据包为非安全数...

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