[发明专利]一种扩展交换立方体的互联网络系统

说明书

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。

技术领域

本发明涉及互联网络结构领域，特别是涉及一种扩展交换立方体的互联网络结构。

背景技术

并行计算是指一次可以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以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，这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。

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。

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：节点的度是指以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。

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。

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。

一个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以是以八进制、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。

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。PeterK.K.Loh等人在2005年提出了交换立方体这一概念，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

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。

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PE，

实现方法为：

（1）定义交换立方体的网络结构为EH(s,t)：