基于交叉开关的新型互连网络的高效通信

发布时间：2020-05-06 07:37

【摘要】：每秒运算万亿次以上乃至千万亿次的并行计算机必须连接大量的处理机。目前，并行系统中的处理机数量已经达到近万个的规模，而且规模还在不断地扩大，解决这些处理机的互连问题是极具挑战性和极为关键的。在传统的网络拓扑结构中，通信延迟会随系统的规模扩展而增加，进而严重影响计算机的并行处理能力和性能。因此研究新的网络拓扑结构具有重要的意义。随着处理机计算能力的不断提高和处理机数量的增多，处理机之间的通信问题变得越来越突出。因此，设计高效的通信子系统日渐成为提高并行系统整体性能的关键。通常，并行系统中的通信子系统主要依赖于网络硬件层和系统软件层，其中需要解决的主要问题包括底层互连网络、路由算法、通信机制和集合式通信算法等。本文的主要目的是研究如何在基于交叉开关的新型互连网络上实现高效的通信系统，并针对通信系统的各个组成部分提出解决方案。本文首先介绍了基于交叉开关的新型互连网络NIN。这种互连网络的拓扑结构是将网格中点与线的位置交换，使处理机不再处于网格的交叉点上，而在线的位置上，并用交叉开关将处理机相连。与传统的k元n立方体互连网络相比，NIN的等分宽度大、网络直径小、结点度小且为常数。这些网络的静态特征说明新型互连网络具有较小的通信延迟，并且易于扩展为大规模网络。根据新型互连网络的特点，分析了该网络在阻塞和无阻塞情况下的通信延迟，讨论了影响通信延迟的各种因素。基于维数排序的思想，为新型互连网络设计了无死锁的确定性路由算法DRANIN。同时为了验证理论分析，设计实现了模拟器NINsim，并对新型互连网络的模拟测试结果与其他网络进行性能分析和比较。模拟测试结果表明该算法性能良好，具有可扩展性。在分析性能的同时，对网络的硬件开销做了估计，，讨论了新型互连网络的寻径器结构。新型互连网络不仅需要底层拓扑结构的优化，还需要系统软件层上高效通信算法的支持，才可以为上层应用提供快速、可靠的通信。因此，集合式通信算法，特别是组播算法是目前研究的热点之一。现有的
【图文】：

图形界面,模拟器

借鉴了其基本模块的设计。图3.1:ch朋s模拟器的图形界面3.3NINsim的设计与实现以choas为基础，我们设计实现了可以模拟新型互连网络的模拟器MNsmi。由于choas模拟的网络拓扑结构只限于网格、环网、超立方体。因此需要设计专门的模块来模拟MN的特殊拓扑结构，同时实现针对M入的路由算法和消息通信层的组播算法。3.3一NxNsim的组成部分设计和实现一个离散事件模拟器MNsmi包含以下几方面的内容:·事件调度器(eventseheduler)负责在模拟中调度等待服务的事件。在所有事件发生之前执行，使用最频繁。·模拟时钟设置(simula:ioneloek)用全局变量表示模拟的时间，事件调度器负责增加和设置时钟.

实例图,二维网格,实例,结点

第四章组播通信算法图4.12:二维网格中HL算法的实例所有一级引导结点沿x轴向余下的目标结点发送含多目标结点的消息。至此，全部目标结点都收到消息。当二级引导结点的个数为l:时，所需要的通信步为「1002(112{十1)1+2。.4.5.22实例考虑图4.12中二维网格的目标结点，在每行挑选x轴位移最小的结点为一级引导结点石:={(1，o)，(o，1)，(o
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（计算技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：TP338.6

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