[发明专利]三维mesh网中无死锁的平面自适应路由方法

说明书

技术领域

三维mesh网中无死锁的平面自适应路由方法属于分布式高性能容错计算技术领域。

背景技术

在当今的实验用及商用的多计算机系统中，mesh网是一种被广泛利用的拓扑结构。k元n维mesh网是指一个n维的网格结构，在每一维上有k个结点。多计算机系统的性能在最大程度上取决于系统中点到点的通讯方法的性能。因此，很有必要提出一些应用于mesh网的高性能的容错路由方法。

Glass和Ni提出的转弯模型是一个具有重要意义的部分自适应的路由方法。基于转弯模型，路由方法可以通过限制某些转弯消除通道间的环相关，达到避免死锁的效果，而不必添加额外的虚拟通道。基于转弯模型也可以扩展出具有容错性能的方法。Duato对中的Duato协议进行了扩展，实现了mesh网中的无死锁完全自适应容错路由。

Chien和Kim提出了另一个具有重要意义的部分自适应路由方法——平面自适应路由(Planar Adaptive Routing)，此方法将路由限制在一系列连续的平面内，只需三条虚拟通道就可以在任何维数的网络内避免死锁。然而，在这种方法所应用的块状故障模型中，都会有一部分非故障点像故障点一样失效，这对于高维的mesh网会造成很严重的计算能力的损失。

Gomez提出了一种通过选择中间节点而实现的两阶段容错路由方法，从源节点到中间节点和从中间节点到目标节点分别使用不同的虚拟子网，在每一子网内部使用Duato的完全自适应协议，两个子网使用相同的自适应虚拟通道，但使用不同的逃逸通道，也就是说，共需要三条虚拟通道。

向东提出了局部安全性信息并将其用于指导超立方体中的容错路由，在整个超立方体不安全时仍然可以在子立方里实现有效的路由。向东等提出了一种新的扩展局部安全性信息，并且中平面故障块模型来指导mesh网中的容错路由，这种方法在建立故障块是不需要使任何非故障点失效。

块状故障模型是一种最为常用的故障模型，但是这种模型会使一些非故障节点失效。少数的故障节点可能会使很多甚至全部的非故障节点失效，这种现象在高维的网络中更为明显。Wang提出了最小连通部件(MCC)故障模型的概念，对于平面的MCC，每个节点在其所在每个平面内两份安全性信息。MCC比块状模型使更少的非故障节点失效，可以更有效指导最短路径路由。三维的MCC比平面MCC使更少的非故障节点失效，但是对于本发明中所使用的平面自适应路由，平面MCC更为适用。

对于自适应的容错路由方法，通常需要将每条物理通道划分为一定数量的虚拟通道来实现死锁避免方法，通道上的物理资源(如缓存、带宽)会分配到各个虚拟通道之上。因此，实现死锁避免所需要虚拟通道个数成为影响路由方法资源利用效率的重要因素，使用更少的虚拟通道，可以使每条虚拟通道分配到更多的资源，提高方法效率，尤其是在物理资源比较有限的情况下；但是，更少的虚拟通道也会使得设计死锁避免方法的难度增加。

一个k元n维mesh网有kⁿ个节点，两个节点(a_na_n-1...a₂a₁)和(b_nb_n-1...b₂b₁)之间有连接当且仅当两节点坐标有且只有一位不同，并且|a_i-b_i|＝1。

一个mesh网中的非故障节点的安全性信息可通如下递归方式定义：如果节点在两个不同维上存在故障或不安全的邻居节点，那就该节点为不安全节点；否则该节点为安全节点。故障点与不安全共同构成矩型的故障区域，不安全点在某些平面内仍然可以被使用。在本发明中，如果源节点到目标节点的路由路径长度等于两点之间的距离，并且路径上的节点均为非故障点，那么我们称此路径为最短可用路径。

二维mesh网中故障点与不安全点集合F构成的故障块具有如下特点：(1)在矩型区域的边界处没有故障点；(2)矩型区域的内部包含所有的集合F中的故障点与不安全点；(3)矩型区域的内部不包含任何集合F之外的节点。

Mesh网中的节点根据其安全性可以分为故障节点、不安全节点与安全节点三类。如果一个网络系统内所有的节点均为不安全点或故障点，那么称这个网络系统为不安全的。需要强调的是，已有的大多数方法都将不安全节点标记为失效，已失效的节点不能作为消息的源节点或目标节点。而在本发明中，不安全节点仍然可以作为源节点或目标节点使用，这也使得路由方法的性能有了很大的提高。