一种扩展交换立方体的互联网络结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及互联网络结构领域，特别是设及一种扩展交换立方体的互联网络结 构。
【背景技术】
[0002] 并行计算是指一次可W执行多条指令的算法，目的是提高科学计算速度，和通过 扩大问题求解规模来解决大型而复杂的计算问题。并行计算机是指使用多种计算资源和多 台计算机来解决问题。并行计算的最大优势在于可W大大提高求解问题的速度，增大效率， 进行大规模的科学计算和进行庞大数据量的任务分析，该正是并行计算的用武之地。另外 并行计算机在模拟大规模试验上也是不可或缺。并行计算机的性能的提高，依赖于网络结 构上的发展。提出一种好的网络结构，能够大大降低硬件成本和通信开销、提高通信代价的 平衡。
[0003] 互联网络结构是并行计算机系统的骨骼框架，决定了通信性能的好坏。被设计出 来的互联网络结构要具备好的通信性能、低成本、低延时、高效率，并且能够适应大规模计 算机集群发生增长的状况也就是所要具备可扩展性。
[0004] 互联网的结构要素有： 节点；节点是互联网络中的基本处理单元，通常为一台计算机。在并行计算机系统中， 任务被派分到不同的计算机上，通过整个计算机集群来并行地解决任务； 节点的度；节点的度是指W该节点为端点的边的条数。在一个网络中节点的度是该网 络中节点最大度； 网络直径：网络中任意两节点之间最短距离的最大值。
[000引互联网络的特征： 拓扑结构；是指互联网络的物理结构。常见的拓扑结构有线性结构、环状、全连接网拓 扑结构、二叉树结构。图1和图2展示了线性结构和全连接网结构，一般来说比较倾向选择 对称的拓扑结构，原因是容易实现通信的负载均衡； 路由算法；通常选择在通信开销和消息传递性能之间中和的路径。路由算法是决定消 息如何在网络中传输的关键因素。
[0006] 下面介绍几种比较成熟的互联网结构： 超立方体结构；超立方体网络结构是一种具备很强的网络功能的结构。很多种网络结 构的算法都能在超立方体结构上运行，并且高效。超立方体的拓扑结构如图3所示。
[0007] -个n维的超立方体HQn递归定义得到。n维的超立方体由两个完全相同具有相 同编号的的n-1维超立方体连接而成，超立方体的节点编号可W是W八进制、二进制、十六 进制各种方式进行，我们采用二进制对其编号。在n维的超立方体所有节点编号第n位添 加0和1，就得到了n维超立方体的编号。
[0008] 交换立方体网络；交换立方体网络是通过对超立方体进行简化得到的。Peter K.K.Loh等人在2005年提出了交换立方体该一概念，交换立方体是在超立方体的基础上选 择一些边去除，减少了硬件成本，同时又能够保持网络的优良特性，但是，计算任务和通信 开销有待进一步平衡。
【发明内容】
[0009] 本发明主要解决的技术问题是提供一种扩展交换立方体的互联网络结构，通过在 交换立方体的基础上，为每个交换立方体增加一个控制单元节点，新增的网络控制节点主 要承担通信任务，其他节点负责计算任务，因此保证了更加高效的计算任务和平衡了通信 开销，在扩展交换立方体的互联网络结构的普及上有着广泛的市场前景。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供一种扩展交换立方体的互联网络结构，包括：网 络控制单元部件和处理器单元部件，将所述网络控制单元部件和所述处理器单元部件分别 记为NC和阳， 实现方法为： (1) 定义交换立方体的网络结构为邸(s，t); 邸(s，t) = (V，巧， V= {:口,...1…幻。史M.'.&oC|ai，bj，cG{0,U其中iG[0，s)，jG[0，t)}， E是所有网络边的集合， E={(vl,v2)GVXV|vl出v2 = 1 或者vl[s+t:t+U=v2[sW:t+l],H(vl[t:l],v2[t:l])=l,vl[0]=v2[0]=l或者vl[t:l]=v2[t:l],H(vl[s+t:t+l], v2[s+t:t+l]) =1,vl[0]=v2[0]=0}； (2) 定义扩展交换立方体的网络结构为邸H(s，t，1); 将所述交换立方体EH(s，t)的每个单元定义为邸〇单元，在每个所述邸〇单元中增加 了所有的补边E4和控制部件NC与立方体中一半的处理器部件PE之间的通信边E5,即可 得到扩展交换立方体邸H(s，t，1)，即在所述交换立方体邸(S，t)的边的集合的基础上增加 了边E4和E5; E4={(vl,v2)GV出V|vl[0]=v2[0]=l,vl[s+t:l]=v2[s+t:l]}， E5= {(vl,v2)GV出VIv2 [0] =1，v2Glevela-1)&&vlGlevel(1)}; (3) 节点分工； 得到的所述扩展交换立方体邸H(s，t，1)的维数是s+t，共有2S+W+1个节点，其中2S+W个节点为所述处理器单元部件PE，用于执行计算处理任务，另外一个节点为所述网络控制 单元部件NC，用W负责网络中不同层次之间和同一层次不同基本模块之间的通信。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述扩展交换立方体邸H(s，t，1)的层次结构包括1 层，其中第1层是一个网络控制单元部件NC，第1-1层是同时作为处理器单元部件PE和网 络控制单元部件NC的所有节点组成的一个邸H(s，t，^1)。
[0012]本发明的有益效果是：本发明扩展交换立方体的互联网络结构，比传统的超立方 体网络和其他立方体网络有更好的拓扑性质，能够大大降低硬件成本和通信开销、提高通 信代价的平衡，在扩展交换立方体的互联网络结构的普及上有着广泛的市场前景。
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据该些附图获得其它 的附图，其中： 图1是本发明扩展交换立方体的互联网络结构一较佳实施例的交换立方体EH(S，t)的 拓扑结构图； 图2是本发明扩展交换立方体的互联网络结构一较佳实施例的扩展交换立方体 邸H(2，l，l)的拓扑结构图； 图3是本发明扩展交换立方体的互联网络结构一较佳实施例的扩展交换立方体 邸H(2, 1，2)的拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0015] 请参阅图1-图3,本发明实施例包括； 一种扩展交换立方体的互联网络结构，包括：网络控制单元部件和处理器单元部件，将 所述网络控制单元部件和所述处理器单元部件分别记为NC和阳， 实现方法为： (1) 定义交换立方体的网络结构为邸(s，t); 邸(s，t) = (V，巧， V= {:口,...1…幻。史,...1.' &。亡' |ai，bj，cG{0,U其中iG[0，s)，jG[0，t)}， E是所有网络边的集合， E={(vl,v2)GVXV|vl出v2 = 1 或者vl[s+t:t+U=v2[sW:t+l],H(vl[t:l],v2[t:l])=l,vl[0]=v2[0]=l或者vl[t:l]=v2[t:l],H(vl[s+t:t+l], v2[s+t:t+l]) =1,vl[0]=v2[0]=0}； (2) 定义扩展交换立方体的网络结构为邸H(s，t，1); 将所述交换立方体EH(s，t)的每个单元定义为邸〇单元，在每个所述邸〇单元中增加 了所有的补边E4和控制部件NC与立方体中一半的处理器部件PE之间的通信边E5,即可 得到扩展交换立方体邸H(s，t，1)，即在所述交换立方体邸(S，t)的边的集合的基础上增加 了边E4和E5 ; E4={(vl,v2)GV出V|vl[0]=v2[0]=l,vl[s+t:l]=v2[s+f.\]}， E5= {(vl,v2)GV出VIv2 [0] =1，v2Glevela-1)&&vlGlevel(1)}; (3) 节点分工； 得到的所述扩展交换立方体邸H(s，t，1)的维数是s+t，共有2S+W+1个节点，其中2S+W个节点为所述处理器单元部件PE，用于执行计算处理任务，另外一个节点为所述网络控制 单元部件NC，用W负责网络中不同层次之间和同一层次不同基本模块之间的通信。
[0016] 优选地，所述扩展交换立方体邸H(s，t，1)的层次结构包括1层，其中第1层是一 个网络控制单元部件NC，第1-1层是同时作为处理器单元部件PE和网络控制单元部件NC 的所有节点组成的一个邸H(s，t，^1)。
[0017] 图2展示了一个基本构建模块邸H(2, 1，1)，该是一个3维的扩展交换立方体，共分 为两层。邸(2, 1)位于第0层，记做邸(2, 1，0)，网络控制单元部件NC位于第1层。
[001引图3为一个E邸化1，2)，第0层是作为阳的个E邸化1，0)，同时作为阳 和NC的一个邸H(2, 1，1)在第1层，第2层是作为NC的一个控制部件。
[0019] 简单比较一下扩展交换立方体与其他几种网络结构的拓扑性质，结果如表1所 示；
【主权项】
1. 一种扩展交换立方体的互联网络结构，其特征在于，包括：网络控制单元部件和处 理器单元部件，将所述网络控制单元部件和所述处理器单元部件分别记为NC和PE， 实现方法为： (1) 定义交换立方体的网络结构为HKs，t): EH(s,t) = (V,E), V= {a,-ibuC|ai，bj，cg{〇,1}其中ig[〇，s),jg[〇，t)}， E是所有网络边的集合， E={(vl，v2)GVXV|vl十v2 = 1 或者vl[s+t:t+l] =v2[s+t:t+l]，H(vl[t:l]，v2[t:l])=l,vl[0]=v2[0]=l或者vl[t:l]=v2[t:l],H(vl[s+t:t+l], v2[s+t:t+l]) =1,vl[0]=v2[0]=0}； (2) 定义扩展交换立方体的网络结构为EEH(s,t,I): 将所述交换立方体EH(s,t)的每个单元定义为EHn单元，在每个所述EHn单元中增加 了所有的补边E4和控制部件NC与立方体中一半的处理器部件PE之间的通信边E5,即可得 到扩展交换立方体EEH(s，t，1)，即在所述交换立方体EH(s，t)的边的集合的基础上增加了 边E4和E5 :
(3) 节点分工： 得到的所述扩展交换立方体EEH(s，t，1)的维数是s+t，共有2s+t+1+l个节点，其中2s+t+1 个节点为所述处理器单元部件PE，用于执行计算处理任务，另外一个节点为所述网络控制 单元部件NC，用以负责网络中不同层次之间和同一层次不同基本模块之间的通信。
2. 根据权利要求1所述的扩展交换立方体的互联网络结构，其特征在于，所述扩展 交换立方体EEH(s，t，1)的层次结构包括1层，其中第1层是一个网络控制单元部件NC， 第1-1层是同时作为处理器单元部件PE和网络控制单元部件NC的所有节点组成的一个 EEH(s,t, 1-1) 〇
【专利摘要】本发明公开了一种扩展交换立方体的互联网络结构，包括：网络控制单元部件和处理器单元部件。通过上述方式，本发明扩展交换立方体的互联网络结构，比传统的超立方体网络和其他立方体网络有更好的拓扑性质，能够大大降低硬件成本和通信开销、提高通信代价的平衡，在扩展交换立方体的互联网络结构的普及上有着广泛的市场前景。
【IPC分类】H04L12-28
【公开号】CN104717111
【申请号】CN201510114908
【发明人】黄刘生, 刘相言, 陆潇榕, 汪琦, 孙嘉堃, 戚名钰, 杨威
【申请人】中国科学技术大学苏州研究院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月17日