超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法及系统与流程

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法及系统。

背景技术

现有的超立方体结构的数据中心网络广播方法主要借助于独立生成树来实现。独立生成树是针对某个网络构造具有相同根顶点的一组特殊的生成树。在任意两棵生成树中，根到任何一个顶点之间所经过的边和顶点均不相同。针对具有2ⁿ个顶点的n维超立方体qn而言，其上均存在n棵以任一顶点(设为r)为根的完全独立生成树。我们将数据s沿着这n棵独立生成树广播，因根r到任何一个顶点(设为v)之间存在n条互不干扰的独立路径，在坏掉不超过n-1台服务器的情况下，v仍能接受来字r的数据s。

但是，在近年来提出的基于超立方体qn线图l(qn)的数据中心网络上，任意顶点的连通度为2n-2。现有超立方体上的可靠广播方法，并不适用于超立方体线图网络l(qn)。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法及系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法，包括以下步骤：

s1.第1到n-1棵独立生成树的构造；

s11.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1；对上述树中的每一个顶点加上2^n-1，即可得到中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s12.按照从左到右方向将上述的两组树ta，i和tb，i的中间顶点连接起来，断开tb，i中构成环路的边，得到树ti″，这里i＝1，2，...，n-1；

s13.将ti″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树ti′，这里i＝1，2，...，n-1；

s14.对ti′增加边顶点，得到的树为ti，这里i＝1，2，...，n-1；

s2.第n到2n-2棵独立生成树的构造；

s21.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1和中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s22.按照从右到左方向将上述的两组树ta，k和tb，k的中间顶点连接起来，断开ta，k中构成环路的边，得到树tk+n-1″，这里k＝1，2，...，n-1；

s23.将tk+n-1″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树tk+n-1′，这里k＝1，2，...，n-1；

s24.对tk+n-1′增加边顶点，得到的树为tk+n-1，这里k＝1，2，...，n-1。

作为优选的方案，第1到n-1棵独立生成树的构造时，对于一个图g，其线图l(g)中的顶点为图g中的边；线图l(g)中的顶点称为边顶点，其构造方法如下：

令l(g)为空，对于g中的任一边(x，y)，将顶点[x，y]添加到l(g)中；这里[x，y]被称为边顶点，其中[x，y]和[y，x]代表同一个顶点；对于g中任意相邻的边(x，y)和(y，z)，在l(g)中连接边顶点[x，y]和[y，z]；

对于边顶点[x，y]，其为含x分量的顶点或含y分量的顶点。

作为优选的方案，步骤s14中对ti′分三种情况增加边顶点：

s141.对于和之间的边，转换成边顶点后，设为[u，v]，(u＜v)，挂接到ti′中含分量u的顶点上；

s142.对于tb，i中断开的边(x，y)，设在tb，i中x是y的父亲顶点，转换成边顶点后，挂接到ti′中含x分量的顶点上；

s143.对于在l(qn)但不在ti′中的每一个顶点，设为[a，b]；假设a有偶数个数的1，当a以二进制表示时，设ti′中离根最近的含a分量的顶点为[a，z]，连接[a，b]和[a，z]。

作为优选的方案，步骤s24中对tk+n-1′分三种情况增加边顶点：

s241.对于和之间的边，转换成边顶点后，设为[u，v]，(u＜v)，挂接到tk+n-1′中含分量v的顶点上；

s242.对于ta，k中断开的边(x，y)，设在tb，k中x是y的父亲顶点，转换成边顶点后，挂接到tk+n-1′中含y分量的顶点上；

s243.对于在l(qn)但不在tk+n-1′中的每一个顶点，设为[a，b]；假设b有奇数个数的1，当b以二进制表示时，设tk+n-1′中离根最近的含b分量的顶点为[b，w]，连接[a，b]和[b，w]。

作为优选的方案，本发明还提供一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播系统，包括网络控制单元部件和处理器单元部件，所述网络控制单元部件和处理器单元部件实现以下步骤：

s1.第1到n-1棵独立生成树的构造；

s11.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1；对上述树中的每一个顶点加上2^n-1，即可得到中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s12.按照从左到右方向将上述的两组树ta，i和tb，i的中间顶点连接起来，断开tb，i中构成环路的边，得到树ti″，这里i＝1，2，...，n-1；

s13.将ti″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树ti′，这里i＝1，2，...，n-1；

s14.对ti′增加边顶点，得到的树为ti，这里i＝1，2，...，n-1；

s2.第n到2n-2棵独立生成树的构造；

s21.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1和中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s22.按照从右到左方向将上述的两组树ta，k和tb，k的中间顶点连接起来，断开ta，k中构成环路的边，得到树tk+n-1″，这里k＝1，2，...，n-1；

s23.将tk+n-1″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树tk+n-1′，这里k＝1，2，...，n-1；

s24.对tk+n-1′增加边顶点，得到的树为tk+n-1，这里k＝1，2，...，n-1。

本发明具有以下有益效果：本发明相较于现有技术，当信息在超立方体qn的线图结构的数据中心网络l(qn)上广播时，能够容纳2n-3台故障服务器，从而有效地提高了网络的可靠性。

附图说明

图1为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中构造第n到2n-2棵独立生成树的工作流程图。

图2为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中构造独立生成树tb，1和tb，2的工作流程图。

图3a为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中构造树ti″的工作流程图。

图3b为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中构造子树ti′的工作流程图。

图3c-3e为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中对ti′分三种情况增加边顶点的工作流程图。

图4为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中构造独立生成树t3和t4的工作流程图。

图5为本发明超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法中以l(q3)中的服务器[0，4]为根信息广播的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，在本发明的其中一种实施方式中提供一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播方法，包括以下步骤：

s1.第1到n-1棵独立生成树的构造；

s11.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1；对上述树中的每一个顶点加上2^n-1，即可得到中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s12.按照从左到右方向将上述的两组树ta，i和tb，i的中间顶点连接起来，断开tb，i中构成环路的边，得到树ti″，这里i＝1，2，...，n-1；

s13.将ti″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树ti′，这里i＝1，2，...，n-1；

s14.对ti′增加边顶点，得到的树为ti，这里i＝1，2，...，n-1；

s2.第n到2n-2棵独立生成树的构造；

s21.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1和中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s22.按照从右到左方向将上述的两组树ta，k和tb，k的中间顶点连接起来，断开ta，k中构成环路的边，得到树tk+n-1″，这里k＝1，2，...，n-1；

s23.将tk+n-1″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树tk+n-1′，这里k＝1，2，...，n-1；

s24.对tk+n-1′增加边顶点，得到的树为tk+n-1，这里k＝1，2，...，n-1。

其中，第1到n-1棵独立生成树的构造时，对于一个图g，其线图l(g)中的顶点为图g中的边；线图l(g)中的顶点称为边顶点，其构造方法如下：

令l(g)为空，对于g中的任一边(x，y)，将顶点[x，y]添加到l(g)中；这里[x，y]被称为边顶点，其中[x，y]和[y，x]代表同一个顶点；对于g中任意相邻的边(x，y)和(y，z)，在l(g)中连接边顶点[x，y]和[y，z]；

对于边顶点[x，y]，其为含x分量的顶点或含y分量的顶点。

具体地，步骤s14中对ti′分三种情况增加边顶点：

s141.对于和之间的边，转换成边顶点后，设为[u，v]，(u＜v)，挂接到ti′中含分量u的顶点上；

s142.对于tb，i中断开的边(x，y)，设在tb，i中x是y的父亲顶点，转换成边顶点后，挂接到ti′中含x分量的顶点上；

s143.对于在l(qn)但不在ti′中的每一个顶点，设为[a，b]；假设a有偶数个数的1，当a以二进制表示时，设ti′中离根最近的含a分量的顶点为[a，z]，连接[a，b]和[a，z]。

具体地，步骤s24中对tk+n-1′分三种情况增加边顶点：

s241.对于和之间的边，转换成边顶点后，设为[u，v]，(u＜v)，挂接到tk+n-1′中含分量v的顶点上；

s242.对于ta，k中断开的边(x，y)，设在tb，k中x是y的父亲顶点，转换成边顶点后，挂接到tk+n-1′中含y分量的顶点上；

s243.对于在l(qn)但不在tk+n-1′中的每一个顶点，设为[a，b]；假设b有奇数个数的1，当b以二进制表示时，设tk+n-1′中离根最近的含b分量的顶点为[b，w]，连接[a，b]和[b，w]。

如图1所示，本发明还提供一种超立方体线图结构数据中心网络的信息广播系统，包括网络控制单元部件和处理器单元部件，所述网络控制单元部件和处理器单元部件实现以下步骤：

s1.第1到n-1棵独立生成树的构造；

s11.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1；对上述树中的每一个顶点加上2^n-1，即可得到中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s12.按照从左到右方向将上述的两组树ta，i和tb，i的中间顶点连接起来，断开tb，i中构成环路的边，得到树ti″，这里i＝1，2，...，n-1；

s13.将ti″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树ti′，这里i＝1，2，...，n-1；

s14.对ti′增加边顶点，得到的树为ti，这里i＝1，2，...，n-1；

s2.第n到2n-2棵独立生成树的构造；

s21.构造出中n-1棵以0为根的独立生成树ta，1，ta，2，...，ta，n-1和中n-1棵以2^n-1为根的独立生成树tb，1，tb，2，...，tb，n-1；

s22.按照从右到左方向将上述的两组树ta，k和tb，k的中间顶点连接起来，断开ta，k中构成环路的边，得到树tk+n-1″，这里k＝1，2，...，n-1；

s23.将tk+n-1″依据边顶点方法转换，得到l(qn)上的子树tk+n-1′，这里k＝1，2，...，n-1；

s24.对tk+n-1′增加边顶点，得到的树为tk+n-1，这里k＝1，2，...，n-1。

为了进一步地优化本发明的实施效果，本发明其中一个实施方式以3维超立方体q3为例，其上顶点0(000)、1(001)、2(010)、3(011)、4、(100)、5(101)、6(110)、7(111)。我们按如下步骤来构造其上的2*3-2＝4棵ist。

第1到2棵树的构造过程如下：

依据现有文献中的方法，构造出中2棵以0为根的独立生成树ta，1和ta，2，对上述树中的每一个顶点加上2^3-1＝4，即可得到中2棵以4为根的独立生成树tb，1和tb，2，如图2所示。

首先将这两组树依据从左到右方向将中间顶点连接起来，断开tb，i中构成环路的边。

得到树ti″，这里i＝1，2，如图3a所示。

然后，ti″依据边顶点方法转换，得到l(q3)上的子树ti′，如图3b所示。

接着，对ti′分三种情况增加边顶点：

①对于和之间的边，转换成边顶点后，这里，在t1′中是[0，4]和[2，6]；在t2′中是[0，4]和[1，5]。在t1′中，将边顶点[0，4]挂接到边顶点[0，1]，将边顶点[2，6]挂接到边顶点[2，3]；在t2′中，将边顶点[0，4]挂接到边顶点[0，2]，将边顶点[1，5]挂接到边顶点[3，1]，如图3c所示。

②对于tb，1中断开的边(5，7)，转换成边顶点[5，7]后，挂接到tb，1中含5分量的顶点[5，1]上；对于tb，2中断开的边(6，7)，转换成边顶点[6，7]后，挂接到tb，1中含6分量的顶点[6，2]上，如图3d所示。

③对于在l(q3)但不在t1′中的顶点[0，2]和[6，4]，分别挂接到t1′中离根最近的含0分量的顶点为[0，1]和含6分量的顶点为[6，7]上；对于在l(q3)但不在t2′中的顶点[0，1]和[5，4]，分别挂接到t1′中离根最近的含0分量的顶点为[0，2]和含5分量的顶点为[5，7]上，如图3e所示。

得到的树为t1和t2。

采用上述的方法，我们可以构造出t3和t4，如图4所示。

对于任意n≥3，本发明能够构造出其上2n-2棵独立生成树。对于采用超立方体线图结构的数据中心网络，在根为无故障顶点的情况下，坏掉不超过2n-3个服务器的情况下，该发明能够对所有无故障服务器进行可靠广播。如图5所示，如以l(q3)中的服务器[0，4]为根，坏掉的服务器2*3-3＝3个服务器为[3，7]，[5，7]，[0，2]。

该数据中心网络中任一无故障服务器均可正确地收到根[0，4]上发出的数据。这里，无故障服务器包括[0，1]，[5，1]，[5，4]，[3，1]，[3，2]，[6，2]，[6，7]，[6，4]。如独立生成树t1能够可靠地将数据从根[0，4]传输到[0，1]，[5，1]，[5，4]，[3，1]，[3，2]，[6，2]；独立生成树t4能够可靠地将数据从根[0，4]传输到[6，7]和[6，4]。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。