專利名稱：基于mpu網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多處理器系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)的路由方法，更具體的說，涉及基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法。
背景技術(shù)：
超級計算機內(nèi)部的互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別是用于節(jié)點間信息交換的路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是決定超大規(guī)模并行計算系統(tǒng)性能尤其是擴展性能的重要因素，而路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能又主要決定于所采用的互連網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼軜?gòu)、網(wǎng)絡(luò)帶寬與延遲及路由算法。高帶寬低延遲的互連網(wǎng)絡(luò)是超級計算系統(tǒng)能夠獲得高可擴展性、高可用性的必要條件。但是，上述網(wǎng)絡(luò)性能很大程度上由所采用的路由方法決定。也就是說，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣餍阅苣芊癯浞值氐靡园l(fā)揮和利用還需要得到有效的路由算法來實現(xiàn)。所以說，路由方法和拓?fù)浼軜?gòu)需相互協(xié)作來保證整個超級并行計算系統(tǒng)的高性能。
在此之前，本發(fā)明人已申請了申請?zhí)枮?00610029753.0，發(fā)明名稱為“內(nèi)外連網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)及自洽擴展該架構(gòu)的并行計算系統(tǒng)”以及申請?zhí)枮?00610030472.7，發(fā)明名稱為“自洽多階張量擴展方法及多MPU并行計算系統(tǒng)”的發(fā)明，提出了一種基于MPU互連網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的超高擴展并行計算內(nèi)外連網(wǎng)絡(luò)及其多階張量擴展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即多MPU超級并行計算系統(tǒng)。所述MPU架構(gòu)為一種K維互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中的每個節(jié)點，均位于2K個相鄰節(jié)點所組成的K維立方體的體心，并同時可與上述2K個相鄰節(jié)點互連，在所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)邊界處的節(jié)點，位于2K個相鄰的節(jié)點和拓?fù)溲h(huán)映射節(jié)點所組成的一個虛擬K維立方體的體心，并同時與上述2K個節(jié)點互連。本發(fā)明，將就一種新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)，即MPU系統(tǒng)，給出其相應(yīng)的路由算法和信息交換方式，以求最大限度地發(fā)掘MPU系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能、容錯能力和擴展性。下面，我們結(jié)合MPU互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體特征，給出路由算法體系設(shè)計的主體方案及其實現(xiàn)方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于主處理器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，以最大限度地發(fā)揮MPU網(wǎng)絡(luò)性能。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，包括如下步驟建立基于MPU拓?fù)浼軜?gòu)的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，所述MPU拓?fù)浼軜?gòu)的每個節(jié)點唯一地對應(yīng)于一個幾何坐標(biāo)點；將所有節(jié)點進行統(tǒng)一物理編號，即從幾何坐標(biāo)的第一個維度開始，按照坐標(biāo)增長方向順序編號，然后依次跨越各個維度；基于上述幾何坐標(biāo)系統(tǒng)和物理坐標(biāo)系統(tǒng)，建立一套以信息交換為導(dǎo)向、動態(tài)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)；利用虛通道技術(shù)，得到路由網(wǎng)絡(luò)中的一個虛通道的集合，將上述集合分成適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)和確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)；在所述適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由；在所述確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由。
上述路由方法具有高擴展性和自適應(yīng)性，容錯能力強。具體性能說明如下連通性將信息從任意源節(jié)點路由到任意目的節(jié)點的能力。在提出的路由方法中，雖然整個路由網(wǎng)絡(luò)被劃分成了兩個虛擬網(wǎng)絡(luò)，但是，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)都不會割裂拓?fù)浼軜?gòu)上的連通性。
自適應(yīng)性在系統(tǒng)競爭和擁塞時，通過候選通道路由信息的能力。在MPU系統(tǒng)中，節(jié)點間存在大量的可選通道以提供更多的通信帶寬。所以，在路由算法中的適應(yīng)性路由階段，我們不僅允許選用最優(yōu)路徑來傳遞信息，而且還在有些條件下，允許選用繞道路徑來傳遞信息。這樣就大大放寬了用于信息路由的可選路徑范圍，相應(yīng)地增加了路由算法對于信息傳遞所能提供的可用帶寬。
死鎖和活鎖的可避免性確保信息不會阻塞或永久地在網(wǎng)絡(luò)中游蕩的能力。在路由算法中適當(dāng)強加的信息繞道路由條件可有效地避免活鎖現(xiàn)象。另外，無死鎖的確定性路由階段，作為適應(yīng)性路由階段的死鎖逃離通道，可以有效地避免整個路由系統(tǒng)的死鎖發(fā)生。
容錯性在系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度急劇增加的情況下，系統(tǒng)必須能持續(xù)運行，不致因為少數(shù)節(jié)點或局部部件的暫時失效而喪失整個系統(tǒng)的運行能力。結(jié)合MPU系統(tǒng)所能提供的備選鏈路，自適應(yīng)路由階段將能夠提供給整個路由系統(tǒng)更大的靈活性，以確保失效節(jié)點或者鏈路的容錯能力。
高擴展性MPU互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身具有較高的擴展性，所以采用的路由算法必須也應(yīng)具有相應(yīng)的擴展能力，以適應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模的擴展。達到這一目的的方法之一就是所提出的路由算法完全基于分布式路由思想，以保證路由算法的復(fù)雜度不會隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴展而增加。


圖1是一個2維MPU(4×4)系統(tǒng)的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)圖；圖2是一基于信息目的地址是PU0的MPU(4×4)系統(tǒng)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)；圖3是在一個2維MPU系統(tǒng)中，對每一個節(jié)點的4個通道方向的定義示意圖；圖4是在一個2維MPU系統(tǒng)中，利用幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，判斷4個通道方向上的相鄰接點的幾何坐標(biāo)的示意圖；圖5是在一個2維MPU系統(tǒng)中，每個節(jié)點的適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)的實施例圖，其中每條單向物理鏈路對應(yīng)于兩條虛通道；圖6是在圖2所示的相對坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，所有PU的最優(yōu)方向、次優(yōu)方向和負(fù)方向的標(biāo)示圖；圖7是在圖2所示的相對坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，所有SU的最優(yōu)方向、次優(yōu)方向和負(fù)方向的標(biāo)示圖；圖8是基于方案一所提出的2維Bubble路由器示意圖；圖9是基于方案二所提出的2維高低虛通道路由器示意圖；圖10是在2維MPU系統(tǒng)中，確定性路由網(wǎng)絡(luò)中VDOR算法思想的一個示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)圖1至圖10，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點。
在已知的K維MPU(N1×N2×L×NK)拓?fù)浼軜?gòu)中，從路由網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，處理節(jié)點和通信節(jié)點均可視為交換節(jié)點，簡稱為節(jié)點。所以，本發(fā)明提出的路由算法對于直接網(wǎng)絡(luò)連接的還是間接網(wǎng)絡(luò)連接的MPU系統(tǒng)均適用。
MPU系統(tǒng)笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)幾何坐標(biāo)系統(tǒng)是最直接的一種編址方法。按照MPU拓?fù)浼軜?gòu)和節(jié)點自身的相對連接位置，將整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)嵌入到笛卡爾坐標(biāo)系中，這樣的話，每個節(jié)點將唯一地對應(yīng)于一個幾何坐標(biāo)點，即稱為該節(jié)點的幾何坐標(biāo)。圖1是MPU(4×4)系統(tǒng)的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)。對任一節(jié)點，我們不妨設(shè)其幾何坐標(biāo)為x＝(x1，x2，L，xK)，xi∈
且ximod 2＝xjmod 2i，j∈[1，K]。自此，mod表示取模運算符。
同時，為了唯一地標(biāo)示每個節(jié)點，我們又引入一套基于非負(fù)整數(shù)編址的物理編號系統(tǒng)?；诿總€節(jié)點的幾何坐標(biāo)位置，從幾何坐標(biāo)的第一個維度開始，按照坐標(biāo)增長的方向順序編號，然后依次跨越各個維度。對任一節(jié)點x，設(shè)其物理編號為D(x)∈
·]]>物理編號D(x)和幾何坐標(biāo)x＝(x1，x2，L，xK)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式如下 上式中， 表示下取整運算符，下同。具體地，在二維MPU(N1×N2)系統(tǒng)中，我們有
在三維MPU(N1×N2×N3)系統(tǒng)中，我們有 利用幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，我們很容易地判斷兩個節(jié)點相鄰性質(zhì)。兩個節(jié)點相鄰是指存在一條物理鏈路直接互連這兩個節(jié)點。對K維MPU系統(tǒng)，設(shè)節(jié)點x＝(x1，x2，L，xK)和y＝(y1，y2，L，yK)，如果滿足|xi-yi|＝1i∈[1，K] (3)我們就稱節(jié)點x和y相鄰，反之節(jié)點不相鄰。
雖然物理編號和幾何坐標(biāo)系統(tǒng)可以方便地唯一標(biāo)示每個節(jié)點，并且反映出他們的拓?fù)湮恢?，但是兩者與節(jié)點間信息通信卻沒有直接關(guān)聯(lián)，也和一個特定信息的源地址和目的地址沒有任何關(guān)聯(lián)。因此，我們引入一套以信息交換為導(dǎo)向的、動態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)，即相對坐標(biāo)系統(tǒng)。以此套坐標(biāo)系統(tǒng)來考慮路由決策，不僅可以簡化路由計算過程，而且還可在決策時，不必考慮路由網(wǎng)絡(luò)本身的環(huán)繞連接和拓?fù)溲h(huán)特征，減輕了路由算法的復(fù)雜程度。相對坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，既依據(jù)幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，又考慮到一個特定信息的源地址和目的地址，及MPU拓?fù)浼軜?gòu)本身的環(huán)繞特征和網(wǎng)絡(luò)直徑。相對坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建法則對于一個特定的信息，將其目的節(jié)點的幾何坐標(biāo)平移為相對坐標(biāo)系的原點，源節(jié)點的幾何坐標(biāo)按照MPU架構(gòu)的拓?fù)溲h(huán)性質(zhì)、并遵守整個相對坐標(biāo)系統(tǒng)的最遠(yuǎn)點與原點的距離不大于網(wǎng)絡(luò)直徑的約束條件，平均分布在以原點為圓心、網(wǎng)絡(luò)直徑為半徑的范圍內(nèi)。通過這樣變換之后的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱為基于該信息的相對坐標(biāo)系統(tǒng)，簡稱為相對坐標(biāo)系統(tǒng)。
節(jié)點間距離單位是hop，一個hop是指從一個節(jié)點到其鄰居節(jié)點的一跳。幾何坐標(biāo)系統(tǒng)與相對坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式如下。在K維MPU(N1×N2×L×NK)系統(tǒng)中，設(shè)一信息所處的當(dāng)前節(jié)點和目的節(jié)點的幾何坐標(biāo)分別為s=(xs1,xs2,L,xsK)]]>和d=(xd1,xd2,L,xdK),]]>則該信息所處的當(dāng)前節(jié)點的相對坐標(biāo)r=(rs1,rs2,L,rsK)]]>是rsi=xsi-xdiif|xsi-xdi|<N±Nif|xsi-xdi|=Nxsi-xdi-sign(xsi-xdi)×2Nif|xsi-xdi|>N∀i=[1,K]···(4)]]>上式中的符號函數(shù)sign(x)的定義如下sign(x)=1x>0-1x<00x=0,∀x∈φ···(5)]]>其目的節(jié)點的相對坐標(biāo)為原點。由于任何信息的目的節(jié)點的相對坐標(biāo)都是(0，0，…，0)，所以以后我們稱一個信息所處的當(dāng)前節(jié)點的相對坐標(biāo)為該信息的坐標(biāo)。在信息轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，其坐標(biāo)一直在變換，直到目的節(jié)點時，信息的坐標(biāo)變?yōu)?0，0，…，0)?；谝惶囟ㄏ鄬ψ鴺?biāo)系統(tǒng)，我們可計算其中任一節(jié)點x＝(x1，x2，L，xK)到原點的最優(yōu)路徑長度dist(x)=max∀j∈[1,K]{|xj|}···(6)]]>基于相對坐標(biāo)系統(tǒng)，我們接下來介紹兩階段分布式路由算法。
理論上，我們可以把路由網(wǎng)絡(luò)信息交換機制和路由算法分開討論。然而為了更有效地對網(wǎng)絡(luò)資源加以利用，我們對于路由網(wǎng)絡(luò)的信息交換機制作出如下幾點基本假設(shè)假設(shè)1到達目的節(jié)點的信息，在有限的時間內(nèi)被吸收，不會有節(jié)點向自己轉(zhuǎn)發(fā)信息。
假設(shè)2在傳輸開始前，每個獨立路由的信息被分解成若干信息微片，所有的微片按順序通過路由網(wǎng)絡(luò)。頭微片(包含有路由的基本信息)到達一個中間節(jié)點時即被路由，并且保留所分配的通道資源。數(shù)據(jù)微片緊隨其后通過這些被保留的通道。尾微片負(fù)責(zé)釋放所占有的通道資源。每個信息流水式通過路由網(wǎng)絡(luò)傳輸。
假設(shè)3利用虛通道技術(shù)，允許若干虛通道以時分復(fù)用的方式，共享一條物理鏈路。每一時刻，一個虛通道僅允許接收來自于同一個信息的微片。
假設(shè)4當(dāng)節(jié)點向路由網(wǎng)絡(luò)中注入新信息時，只有存在一個空閑的可用輸出通道，信息才會被注入網(wǎng)絡(luò)，否則信息將被阻塞在源節(jié)點。
假設(shè)5信息的路由決策，取決于當(dāng)前節(jié)點、目的節(jié)點以及輸出通道空閑或繁忙等狀態(tài)，而不取決于源節(jié)點。信息是從當(dāng)前節(jié)點發(fā)往目的節(jié)點的情形相似。這一分布式路由方法保證了整個路由系統(tǒng)和整個互連網(wǎng)絡(luò)一樣可靈活地擴展。
基于物理通道的時分復(fù)用技術(shù)，我們得到路由網(wǎng)絡(luò)中的一個虛通道的集合，進而我們將這個集合劃分成兩個虛擬網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)和確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)。一個虛擬網(wǎng)絡(luò)是一組用于特定用途的虛通道的集合，并且每個虛擬網(wǎng)絡(luò)均保持原有路由網(wǎng)絡(luò)的連通性。兩個虛擬網(wǎng)絡(luò)間不共用虛通道，路由網(wǎng)絡(luò)中的每條虛通道都屬于其中一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。在不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)中，我們應(yīng)用不同的路由算法、不同的信息交換機制和流控方式來路由信息。
在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，我們采用非最優(yōu)路、自適應(yīng)性路由算法。該算法旨在最大限度地利用路由網(wǎng)絡(luò)所能提供的鏈路通道，為信息路由提供最大的可用帶寬。該算法不僅允許利用所有的最優(yōu)路徑，而且在一定的約束條件下，可利用一些繞道通道來路由信息，以大大增加路由系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。
適應(yīng)性路由算法雖然能夠充分地利用備選鏈路來路由信息，但不能完全避免死鎖。如果對于適應(yīng)性路由增加更多的限制、或以進一步增加虛通道為代價來避免死鎖的話，那必將犧牲適應(yīng)性路由的部分自適應(yīng)性，增加信息的路由延遲。所以，我們引入一種基于超時機制的死鎖探測與預(yù)防系統(tǒng)，及輔助的確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)，作為適應(yīng)性路由階段的死鎖逃離通道。當(dāng)一個信息在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中被長時間堵塞時，它將被死鎖探測與預(yù)防系統(tǒng)視為一個潛在的可能引發(fā)死鎖的信息，那么該信息將被從適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)中彈出，轉(zhuǎn)移到無死鎖的確定性網(wǎng)絡(luò)之中繼續(xù)路由。
適應(yīng)性路由算法主要應(yīng)用于適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中信息的路由決策。除了上述提到的基本信息交換機制假設(shè)之外，我們又針對適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中路由算法的特點，提出兩點附加的信息交換機制假設(shè)
假設(shè)1每個節(jié)點上，每條單向物理通道具有兩個虛通道，自適應(yīng)虛通道1(AVC1)和自適應(yīng)虛通道2(AVC2)，對應(yīng)于適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)。每條虛通道對應(yīng)有自己的自適應(yīng)緩沖隊列。
假設(shè)2適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換，采用虛跨步(VirtualCut-through，VCT)交換機制，且每條虛通道所對應(yīng)的緩沖器至少可緩沖一個信息單元。這樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載低的時候，VCT交換類似于蟲孔交換(wormhole-switching)機制，能夠有效地減少信息通信的延遲，增加帶寬的利用率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高的時候，VCT交換又類似于包交換(packet-switching)機制。當(dāng)信息頭微片被阻塞在某一中間節(jié)點時，由于緩沖器可緩沖整個信息，以保證其后的數(shù)據(jù)微片能夠繼續(xù)前進，直至全部信息緩沖在這一中間節(jié)點。從而減少了通道相關(guān)圖中的不相鄰?fù)ǖ赖南嚓P(guān)性，大大減小了死鎖發(fā)生的概率。
需要說明的一點是，所述的適應(yīng)性路由算法的信息交換機制必要條件是每條單向物理通道上至少具有一個虛通道以保證適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)的連通性；數(shù)據(jù)交換方式可采用蟲孔交換機制。我們這里利用兩條虛通道和帶緩沖的VCT交換機制，是為了更有效地利用帶寬和減少死鎖發(fā)生的機率。事實上，基于鏈路的時分復(fù)用技術(shù)，我們可利用任意多條的虛通道，但是虛通道數(shù)量的增加也會相應(yīng)地增加數(shù)據(jù)通信的延遲，所以要保持在一個合理的范圍內(nèi)。另外，如果物理資源允許的話，我們也可增加VCT交換中的緩沖區(qū)大小，來進一步地減小死鎖的發(fā)生概率。比如說，每條虛通道所對應(yīng)的緩沖隊列，可緩沖多個信息單位。所以，在實施交換機制時，我們可根據(jù)技術(shù)條件，靈活地加以改進和擴充，而路由算法都是滿足要求的。
在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，路由方法步驟1 信息包在適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)中路由時，根據(jù)當(dāng)時自適應(yīng)緩沖隊列的使用情況，選用兩條虛通道(AVC1和AVC2)中的一條。
步驟2 當(dāng)信息包在某中間節(jié)點路由時，路由函數(shù)負(fù)責(zé)從2K個通道方向中，選取若干合格候選通道方向。在合格候選通道方向上，如果存在空閑的可用輸出通道，則信息前往下游節(jié)點。合格候選通道方向的選擇算法，將在下面詳細(xì)敘述。
步驟3 如果信息，在由步驟2所確定的合格候選通道方向中，不能得到空閑的可用輸出通道，那么基于超時機制的死鎖探測和預(yù)防系統(tǒng)將啟動。如果信息堵塞時間超過了設(shè)定閥值，則被視為一個潛在的引發(fā)死鎖的因素，而被轉(zhuǎn)移到無死鎖的確定性網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)路由。
在K維MPU(N1×N2×L×NK)系統(tǒng)中，每個節(jié)點具有2K個通道方向，合格候選通道方向?qū)倪@2K個通道方向中選取。為了標(biāo)識這些通道方向，我們分別定義上述的2K個通道方向相對應(yīng)的2K個方向向量 為 其中i ∈
， 的第j分量通式表示為 j∈[1，K]。
由此，我們看到，對于節(jié)點x的任一鄰居節(jié)點y，都存在一個方向向量 滿足er=y-x.]]>反之，對于節(jié)點x的任一方向向量 都存在一個鄰居節(jié)點y，滿足y=x+er.]]>所以，鄰居節(jié)點集合與由(7)定義的方向向量集合是一一對應(yīng)的。
合格候選通道方向的選擇算法是基于某一特定信息的坐標(biāo)，將當(dāng)前節(jié)點的各個通道方向賦予一個優(yōu)先值，按照不同的優(yōu)先值來選取滿足條件的通道方向作為合格候選通道方向。設(shè)特定信息的坐標(biāo)為x＝(x1，x2，L，xK)。
最優(yōu)方向是指信息沿該通道方向路由，能夠在當(dāng)前節(jié)點和目的節(jié)點之間找到一條最優(yōu)路徑。當(dāng)然，由于對稱性，擁有最優(yōu)方向的通道并不唯一。對于擁有最優(yōu)方向的通道，優(yōu)先值設(shè)定為1，即最高優(yōu)先級。其判別條件為， 是最優(yōu)方向，當(dāng)且僅當(dāng)其滿足dist(x+er)=dist(x)-1···(8)]]>我們假設(shè)坐標(biāo) 仍在相對坐標(biāo)系的規(guī)定范圍之內(nèi)。如果坐標(biāo) 超出相對坐標(biāo)系的規(guī)定范圍，則利用公式(4)調(diào)整坐標(biāo) 使之平移為合法的相對坐標(biāo)。
次優(yōu)方向，是指信息沿該通道方向路由，在當(dāng)前節(jié)點和目的節(jié)點之間，最好的情況下只能建立一條比最優(yōu)路徑多2跳的次優(yōu)路徑。擁有次優(yōu)方向的通道更不唯一。對于擁有次優(yōu)方向的通道，優(yōu)先值設(shè)定為2。其判別條件為， 是次優(yōu)方向，當(dāng)且僅當(dāng)其滿足
dist(x+er)=dist(x)+1···(9)]]>且∃j∈[1,K),]]>使得sign(e(j))·xj≠sign(e(j+1))·xj+1(10)注意，公式(9)中坐標(biāo) 的處理與公式(8)中一致。
負(fù)方向，是指除了上述兩種的通道方向之外，剩下的通道方向統(tǒng)稱為負(fù)方向。在每個節(jié)點，對于一個特定的信息，負(fù)方向是唯一的或不存在。對于擁有負(fù)方向的通道，優(yōu)先值設(shè)定為3，即最低優(yōu)先級。其判別條件為， 是負(fù)方向，當(dāng)且僅當(dāng)其滿足dist(x+er)=dist(x)+1···(11)]]>且j∈[1，K)，都有sign(e(j))·xj＝sign(e(j+1))·xj+1(12)注意，公式(11)中坐標(biāo) 的處理與公式(8)中一致。
基于上面所述的通道方向優(yōu)先級算法，我們給出合格候選通道方向的選擇算法算法1 對于優(yōu)先級為3的通道方向。每個信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由過程中，最多允許通過M次優(yōu)先級為3的通道方向。其中，M為有限非負(fù)整數(shù)。
算法2 對于優(yōu)先級為2的通道方向。如果一個信息通過了一次優(yōu)先級為2的通道方向，則在其隨后兩次的通道方向選擇中，必須都是優(yōu)先級為1的通道方向。也就是說，優(yōu)先級序列2→1→1→…是允許的，但優(yōu)先級序列2→1→2→…或2→2→…是不允許的。
算法3 回縮限制條件。當(dāng)信息采用一個優(yōu)先級大于1的通道方向路由轉(zhuǎn)發(fā)時，回縮是被禁止的。
注意，如果法則2改為規(guī)定最多允許通過N次優(yōu)先級為2的通道方向，N為有限非負(fù)整數(shù)，那么適應(yīng)性路由算法也是適用的，并且無活鎖。也就是說，法則1和2共同保證了在適應(yīng)性路由階段，繞道路由次數(shù)是有限的。
綜上所述，在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，對于任一信息，所有的最優(yōu)路徑，即最高優(yōu)先級的通道方向在任何時候都是可選的，同時，部分的繞道路徑，即次優(yōu)方向和負(fù)方向也是條件可選的。接下來，基于上述的合格候選通道方向選擇算法，我們給出適應(yīng)性路由算法的無活鎖證明。
定理 上述的適應(yīng)性路由算法是無活鎖的。
證明在K維MPU(N1×N2×L×NK)系統(tǒng)中，設(shè)一個特定的信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的最優(yōu)路徑是m跳，則0<m=dist(xs)≤max∀j∈[1,K]{Nj}···(13)]]>其中，xs是指信息在源節(jié)點的坐標(biāo)。設(shè)L是從當(dāng)前節(jié)點到目的節(jié)點的最優(yōu)路徑長度。在源節(jié)點處，L＝m。如果信息通過了一個優(yōu)先級為3的通道方向，則L變?yōu)長+3。如果信息通過了一個優(yōu)先級為2的通道方向，則L變?yōu)長+1。如果信息通過了一個優(yōu)先級為1的通道方向，則L變?yōu)長○1。
由合格候選通道方向的選擇算法，我們知道優(yōu)先級為3的通道方向最多只能選取M次，所以，L→L+3僅有M次發(fā)生的可能。而選取一次優(yōu)先級為2的通道方向之后，要連續(xù)選取2次優(yōu)先級為1的通道方向，所以，總的效果是L→L□1○1○1＝L○1。所以說，L值存在上限，且為0<m+4M≤max∀j∈[1,K]{Nj}+4M.]]>并且，L是絕對遞減函數(shù)。于是，L＝0總可以在有限步數(shù)內(nèi)達到，即目的節(jié)點總是在有限步數(shù)內(nèi)可達。所以，自適應(yīng)路由算法是無活鎖發(fā)生的。證畢。
在正式敘述確定性路由算法之前，我們首先引入一些符號和定義。在已知的K維MPU(N1×N2×L×NK)系統(tǒng)中，每個節(jié)點具有2K個通道方向 j∈
對應(yīng)于2K○1個方向，也就是說，每個方向上都恰好對應(yīng)有兩個相反方向的通道，即對于任意通道方向 存在erj+er2K-j-1=0∀j∈
.]]>我們選取這2K○1個方向中特定的K個線性無關(guān)的方向組成K維空間中的一組基d={Drj:j∈
},]]>其中Drj=er0j=0er2j-1j∈[1,K-1]···(14)]]>-Drj=er2K-1j=0er2K-2j-1-1j∈[1,K-1]···(15)]]>設(shè)一給定信息坐標(biāo)為x＝(x1，x2，L，xK)，由此定義“臺階”函數(shù) Step(Drj)=12(Σi=2Kxi-(K-3)x1)j=0x1-xj+12∀j∈[1,K-1]···(16)]]>
于是，向量x總可表成所述K維空間中基的一個線性組合，即x=Σj=0K-1(Step(Drj)·Drj)···(17)]]>所以，我們又有dist(x)=Σj=0K-1|Step(Drj)|···(18)]]>事實上，我們可任意選取K個線性無關(guān)的方向組成K維空間中的一組基底，信息的坐標(biāo)總可表成這樣基底的一個線性組合。下面，我們介紹(1)確定性路由階段的具體路由算法、(2)信息交換和(3)流控機制。
確定性路由網(wǎng)絡(luò)是用來為適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)提供無死鎖的逃離通道。為此，我們在K維MPU系統(tǒng)中首先選取一組基，利用這組基在K維MPU拓?fù)浼軜?gòu)中建立出一個虛擬的K維環(huán)繞網(wǎng)。這樣，該虛擬K維環(huán)繞網(wǎng)，既保證了整個確定性路由網(wǎng)絡(luò)的連通性，又使現(xiàn)有的對于k-ary n-cube的死鎖避免機制能夠順利地擴展應(yīng)用于MPU拓?fù)浼軜?gòu)?；诖?，我們主要提供兩種構(gòu)建無死鎖確定性路由網(wǎng)絡(luò)的解決方案。方案一通過限制報文注入的死鎖避免技術(shù)；方案二通過高低虛通道限制路由函數(shù)的死鎖避免技術(shù)。方案一是采納[1，2]所提出的Bubble條件死鎖避免技術(shù)在MPU架構(gòu)中的擴展應(yīng)用，藍基因的3-D Torus網(wǎng)絡(luò)中路由方法則是采用該方案。方案二是采納[3]提出的一個著名的確定性無死鎖路由函數(shù)，在MPU架構(gòu)中的擴展應(yīng)用。
方案一基于報文注入限制的確定性路由算法(Bubble條件)。除了上述提到的基本信息交換機制假設(shè)之外，我們針對方案一提出的確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中路由算法的特點，提出如下兩點附加的信息交換機制假設(shè)假設(shè)1 采用虛跨步(Virtual Cut-through)交換機制。每條虛通道所對應(yīng)的緩沖隊列，至少能夠緩沖兩個信息包單位。
假設(shè)2 利用虛通道技術(shù)，確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)在每個節(jié)點上具有2K個可用的通道方向，即 j∈
。
方案一所提出的死鎖避免技術(shù)，對于蟲孔(wormhole)交換機制是不適用的。由前面的敘述可知每一信息的坐標(biāo)x＝(x1，x2，L，xK)都可由(14)(15)定義的一組基d線性表出，則信息的坐標(biāo)在基d={Dr0,Dr1,L,DrK-2,DrK-1}]]>下的新坐標(biāo)為x-=(Step(Dr0),Step(Dr1),L,Step(DrK-1)).]]>類似于維序路由(DOR)算法，信息在確定性無死鎖路由網(wǎng)絡(luò)，沿最優(yōu)路徑升序依次通過各個維度，即 j＝0，1，L，K-1，到達目的節(jié)點。當(dāng)跨越第j維時，如果Step(Drj)>0,]]>則選取 通道方向；如果Step(Drj)<0,]]>則選取 通道方向；如果Step(Drj)=0,]]>則說明當(dāng)前節(jié)點與目的節(jié)點在第j維沒有偏移量。相對坐標(biāo)系保證消息可沿最優(yōu)路徑傳送。我們稱上述的路由方案為MPU拓?fù)浼軜?gòu)下的虛擬維序路由(VDOR)算法。確定性網(wǎng)絡(luò)中路由的信息包，要滿足下述的報文注入限制-Bubble條件對于從適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)中注入的信息包此包只有當(dāng)其所要求注入的單向環(huán)中存在兩個空閑的信息包緩沖單位的時候，才允許其被注入到確定性網(wǎng)絡(luò)中路由；對于確定性網(wǎng)絡(luò)中的信息包從S維轉(zhuǎn)到S+1維路由時(S∈
)，該信息包被視為一個新注入的信息包，即只有當(dāng)其所要求注入的S+1維單向環(huán)中存在兩個空閑的信息包緩沖單位時，才允許其被注入到確定性網(wǎng)絡(luò)的S+1維中繼續(xù)前進。其他情形下，只要路由下游節(jié)點存在一個空閑的信息包緩沖單位時，信息包即可繼續(xù)前進。
另外，為了避免在確定性網(wǎng)絡(luò)中餓死現(xiàn)象的發(fā)生，信息包允許被從確定性網(wǎng)絡(luò)中再注入到適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)之中。而且，當(dāng)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)和確定性網(wǎng)絡(luò)均可路由信息包時，適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)輸出隊列將優(yōu)先獲選。
定理方案一所提出的確定性路由算法無死鎖。
證明由前所述的Bubble流控機制可知在每一單向環(huán)中總可保證存在一個空閑的緩沖隊列可用，即存在一個氣泡，所以隊列總是可以前進的。這樣，Bubble流控機制避免了在一維內(nèi)發(fā)生死鎖的可能[1，2]。另外，在確定性路由網(wǎng)絡(luò)中我們采用的是虛擬維序路由VDOR，信息包將按升序依次通過各個維度方向，這樣就防止了在多個維度上死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。于是，就保證了整個確定性路由網(wǎng)絡(luò)是無死鎖的。而且，確定性路由網(wǎng)絡(luò)是連通的，并且與適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)不共享虛通道，則整個提出的路由方法是無死鎖發(fā)生的。證畢。
方案二基于高低虛通道限制的確定性路由算法。除了上述提到的基本信息交換機制假設(shè)之外，我們針對方案二提出的確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中路由算法的特點，提出如下附加的信息交換機制假設(shè)假設(shè)1 采用蟲孔(wormhole)交換機制。每條虛通道所對應(yīng)的緩沖隊列，只要能夠緩沖若干頭微片，來提供足夠的路由信息即可。
假設(shè)2 利用虛通道技術(shù)，確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)在每個節(jié)點上具有2K個可用的通道方向，即 其中j∈
。
假設(shè)3 在確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，每條可用通道方向上的物理鏈路，都對應(yīng)有兩種類型虛通道高通道(HighVC)和低通道(LowVC)。
由于用于蟲孔交換的路由算法對于其他交換技術(shù)也是有效的，因此，除非特別聲明，路由方案二對于所有交換技術(shù)都適用。路由方案二采用路由方案一中提出的VDOR方式路由，信息包在多維方向上將不會發(fā)生死鎖。在一維單向環(huán)中，我們將通過高低虛通道限制路由函數(shù)來避免死鎖。在描述方案二所提出的確定性路由算法之前，我們首先引入一些概念和符號。
任一信息的坐標(biāo)x＝(x1，x2，L，xK)在基底d={Dr0,Dr1,L,DrK-2,DrK-1}]]>下的新坐標(biāo)記為x-=(Step(Dr0),Step(Dr1),L,Step(DrK-1)).]]>信息將從源節(jié)點S，依次升序跨越K個方向Dr0Dr1···DrK-1,]]>沿確定性最優(yōu)路徑，到達目的節(jié)點D。方向 上跨越的步長為 也就是說，信息從S＝I0首先沿 方向路由，到達拐點I1，然后轉(zhuǎn)到 方向路由，到達拐點I2，......，依次類推，到達拐點IK-1，最后轉(zhuǎn)到 方向上路由到目的節(jié)點D。在每個拐點Ij處，我們記錄下拐點Ij的物理編號，記為D(Ij)。信息在接下來跨越的 方向上，如果路由下游節(jié)點的物理編號小于D(Ij)，則采用高虛通道HighVC；否則的話，則采用低虛通道LowVC，直到下一拐點Ij+1。拐點的定義如下Ij是一個拐點 其中，S是信息注入點的坐標(biāo)。路由任一信息最多具有K個這樣的拐點。方案二所提出的基于高低虛通道限制路由算法，也是無死鎖的。
定理方案二所提出的確定性路由算法無死鎖。
證明每一維的單向環(huán)中，由于高低虛通道的限制，保證了路由是無死鎖性[3]。類似于前述的方案一，VDOR方式路由又防止了在多個維度上死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。所以，方案二所提出的確定性路由算法是無死鎖的。而且，確定性路由網(wǎng)絡(luò)是連通的，并且與適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)不共享虛通道，則整個提出的路由方法是無死鎖發(fā)生的。證畢。
綜上所述，我們給出基于MPU拓?fù)浼軜?gòu)的整體路由方法步驟1 對于新注入路由網(wǎng)絡(luò)的信息，根據(jù)其源節(jié)點和目的節(jié)點，計算信息的坐標(biāo)。
步驟2 對于新注入路由網(wǎng)絡(luò)的信息，根據(jù)其坐標(biāo)首先注入到適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行路由。
步驟3 在某中間節(jié)點如果信息不被阻塞，則繼續(xù)在選定的虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行路由。
為了更透徹、更直觀地理解本發(fā)明的設(shè)計方案和特點，我們將主要圍繞2維、利用間接網(wǎng)絡(luò)連接的MPU(4×4)系統(tǒng)，結(jié)合相關(guān)的附圖進行詳細(xì)描述和舉例說明。所討論的MPU(4×4)路由網(wǎng)絡(luò)中，存在16個處理器和16個通信助理，一共32個路由節(jié)點，負(fù)責(zé)節(jié)點間信息交換。對于利用直接網(wǎng)絡(luò)連接的MPU(4×4)系統(tǒng)來說，從路由網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，是沒有本質(zhì)區(qū)別的，均視為32個路由節(jié)點。所以，無特殊說明，以下所稱的MPU(4×4)系統(tǒng)，均指2維、利用間接網(wǎng)絡(luò)連接的MPU(4×4)系統(tǒng)。其中，處理節(jié)點稱為PU，通信節(jié)點稱為SU。另外，結(jié)合一般K維MPU系統(tǒng)的路由法則，我們給出用于二維MPU(N1×N2)路由系統(tǒng)的具體計算公式。
圖1是MPU(4×4)系統(tǒng)的物理編號和幾何坐標(biāo)系統(tǒng)圖。圖中邊界上，每個虛框表示的節(jié)點，代表了實際位置上節(jié)點的一個拓?fù)溲h(huán)映像。以下，我們簡稱物理編號是0的PU，為PU0，其它情況依此類推。在一般MPU(N1×N2)系統(tǒng)中，節(jié)點的物理編號D(x)與幾何坐標(biāo)x＝(x，y)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式 依據(jù)圖1中給出的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)和相對坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建法則，在圖2中，我們給出了一個基于信息目的節(jié)點為PU0的、MPU(4×4)系統(tǒng)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)圖。在圖中，任一信息的目的節(jié)點均是位于坐標(biāo)系統(tǒng)原點的PU0。依據(jù)拓?fù)溲h(huán)性質(zhì)，所有的PU和SU，分布在以4為半徑的范圍內(nèi)。整個相對坐標(biāo)系統(tǒng)被劃分成4個象限，從象限I到象限IV。例如，一個從PU11發(fā)往PU0的信息，在源節(jié)點PU11處，其坐標(biāo)為(-2，2)，當(dāng)它轉(zhuǎn)發(fā)到SU7時，其坐標(biāo)變?yōu)?-1，1)。所以，在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，其坐標(biāo)一直在變換，直到目的節(jié)點時，坐標(biāo)變?yōu)?0，0)。在一般MPU(N1×N2)系統(tǒng)中，幾何坐標(biāo)和相對坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式r=xs-xdif|xs-xd|<N±Nif|xs-xd|=Nxs-xd-2Nif(xs-xd)>Nxs-xd+2Nif(xs-xd)<-Nc=ys-ydif|ys-yd|<N±Nif|ys-yd|=Nys-yd-2Nif(ys-yd)>Nys-yd+2Nif(ys-yd)<-N···(21)]]>這里，(r，c)是給定信息的坐標(biāo)。信息所處的當(dāng)前節(jié)點和目的節(jié)點的幾何坐標(biāo)分別是(xs，ys)和(xd，yd)。
圖3中標(biāo)示了MPU(4×4)系統(tǒng)中一個節(jié)點的4個通道方向 方向(Northeast方向)、 方向(Southeast方向)、 方向(Northwest方向)和 方向(Southwest方向)。
依據(jù)幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，我們很容易就可確定一個節(jié)點的鄰居節(jié)點的幾何坐標(biāo)。在圖4中，(x，y)表示一個2維MPU系統(tǒng)中節(jié)點的幾何坐標(biāo)，其4個方向上的鄰居節(jié)點的幾何坐標(biāo)如圖4所示。進而，根據(jù)幾何坐標(biāo)與物理編號的換算關(guān)系式，我們得到鄰居節(jié)點的物理編號。
在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，依據(jù)信息交換機制假設(shè)，每對鄰居節(jié)點間由一條物理鏈路相連接，每條單向物理鏈路通道上存在兩條虛通道AVC1和AVC2，屬于適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)。圖5是一個2維MPU系統(tǒng)中，適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)的實施例圖。
在圖6和圖7中，基于圖2所示的目的節(jié)點為PU0、MPU(4×4)系統(tǒng)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)，我們分別標(biāo)示出所有PU和SU的4個通道方向的優(yōu)先級別。其中，紅色箭頭標(biāo)示出了最優(yōu)方向，藍色箭頭標(biāo)示出了次優(yōu)方向，黑色箭頭標(biāo)示出了負(fù)方向。對于一般二維MPU(N1×N2)系統(tǒng)，通道方向優(yōu)先級別的計算公式
其中(x，y)是特定信息的坐標(biāo)。基于上述2維MPU系統(tǒng)中的通道方向優(yōu)先級算法，結(jié)合合格候選通道方向的選擇算法與適應(yīng)性路由方法，信息即可在一般2維MPU系統(tǒng)的適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中路由。
對于2維MPU系統(tǒng)的確定性路由網(wǎng)絡(luò)，圖8給出了基于方案一所提出的2維Bubble路由器示意圖，圖9給出了基于方案二所提出的2維高低虛通道路由器示意圖。
對于基于方案一所提出的確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)信息包x＝(x，y)注入到確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中的時候，選定基底d={Dr0=(1,1),Dr1=(1,-1)},]]>則有Step(Dr0)=x+y2,Step(Dr1)=x-y2···(22)]]>新信息包注入基于方案一的確定性路由網(wǎng)絡(luò)步驟1.選定下游路由節(jié)點的方向(VDOR)；if((Step(Dr0)=0)AND(Step(Dr1)=0))then]]>{Destination is reached.}]]>elseif(Step(Dr0)≠0)then]]>{if(Step(Dr0)<0)then takeer0direction.]]>else takeer3direction.}]]>else]]>{if(Step(Dr1)<0)then takeer1direction.]]>else takeer2direction.}]]>2.檢查下游節(jié)點的逃離通道是否滿足Bubble注入限制條件；3.如果下游節(jié)點滿足注入條件，則繼續(xù)前往下游節(jié)點；否則等待。
信息包在基于方案一的確定性路由網(wǎng)絡(luò)中路由步驟1.如果信息包到達目的節(jié)點，則彈出網(wǎng)絡(luò)，否則直達步驟2。
2.信息包檢查適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)是否存在空閑的候選通道方向，如果存在，信息包則注入到適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)，否則直達步驟3。
3.在確定性路由網(wǎng)絡(luò)中，信息包如果要注入到一個新的單向環(huán)路由時，檢查Bubble注入限制條件；如果仍在所在的單向環(huán)中路由，則只要下游節(jié)點存在一個空閑的信息包緩沖單位即可繼續(xù)路由。如果信息包仍被堵塞，則轉(zhuǎn)至步驟2。
對于基于方案二所提出的確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)信息包x＝(x，y)注入到確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)時，選定基底d={Dr0=(1,1),Dr1=(1,-1)},]]>則有Step(Dr0)=x+y2,Step(Dr1)=x-y2···(22)]]>新信息包注入基于方案二的確定性路由網(wǎng)絡(luò)步驟1.選定下游路由節(jié)點的方向(VDOR)；if((Step(Dr0)=0)AND(Step(Dr1)=0))then]]>{Destination is reached.}]]>elseif(Step(Dr0)≠0)then]]>{if(Step(Dr0)<0)then takeer0direction.]]>else takeer3direction.}]]>else]]>{if(Step(Dr1)<0)then takeer1direction.]]>else takeer2direction.}]]>2.記錄注入點S的物理編號D(S)，如果下游節(jié)點的物理編號小于D(S)，則選取高虛通道(HighVC)；如果下游節(jié)點的物理編號大于D(S)，則選取低虛通道(LowVC)。
3.如果下游節(jié)點滿足注入條件，則繼續(xù)前往下游節(jié)點；否則等待。
信息包在基于方案二的確定性路由網(wǎng)絡(luò)中路由步驟1.如果信息包到達目的節(jié)點，則彈出網(wǎng)絡(luò)，否則轉(zhuǎn)至步驟2。
2.如果信息包到達一個拐點I，則更新記錄該拐點的D(I)，否則轉(zhuǎn)至步驟3。
3.如果路由下游節(jié)點的物理編號小于D(I)，則選取高虛通道(HighVC)；如果路由下游節(jié)點的物理編號大于D(I)，則選取低虛通道(LowVC)。
圖10是在2維MPU系統(tǒng)中，確定性路由網(wǎng)絡(luò)中VDOR算法思想的一個示意圖。其中，S代表源節(jié)點，坐標(biāo)(xs，ys)；D代表目的節(jié)點，即坐標(biāo)原點；I代表拐點，坐標(biāo)((xs○ys)/2，(ys○xs)/2)。信息包從源節(jié)點S沿直線x○y＝xs○ys方向，采用 通道方向經(jīng)過○(xs+ys)/2跳到達拐點I，然后轉(zhuǎn)向沿直線x+y＝0方向，采用 通道方向經(jīng)過(xs-ys)/2跳到達目的節(jié)點D。在每個需要跨越的方向上，均采取最優(yōu)路方法。
在某中間節(jié)點，如果信息在適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中被阻塞，則基于超時機制的死鎖探測與預(yù)防系統(tǒng)啟動。如果其阻塞時間超過指定閥值，信息將被轉(zhuǎn)移到確定性網(wǎng)絡(luò)中，進行路由。否則的話，信息將繼續(xù)等待空閑通道。
前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對該較佳實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，可以作出各種修改或者變換。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，包括如下步驟建立基于MPU拓?fù)浼軜?gòu)的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，所述MPU拓?fù)浼軜?gòu)的每個節(jié)點唯一地對應(yīng)于一個幾何坐標(biāo)點；將所有節(jié)點進行統(tǒng)一物理編號，即從幾何坐標(biāo)的第一個維度開始，按照坐標(biāo)增長方向順序編號，然后依次跨越各個維度；基于上述幾何坐標(biāo)系統(tǒng)和物理坐標(biāo)系統(tǒng)，建立一套以信息交換為導(dǎo)向、動態(tài)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)；利用虛通道技術(shù)，得到路由網(wǎng)絡(luò)中的一個虛通道的集合，將上述集合分成適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)和確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)；在所述適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由；在所述確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由。
2.如權(quán)利要求1所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，還包括建立相對坐標(biāo)系統(tǒng)的步驟，即對于一個特定的信息，將其目的節(jié)點的幾何坐標(biāo)平移為相對坐標(biāo)系的原點，源節(jié)點的幾何坐標(biāo)按照MPU架構(gòu)的拓?fù)溲h(huán)性質(zhì)、并遵守整個相對坐標(biāo)系統(tǒng)的最遠(yuǎn)點與原點的距離不大于網(wǎng)絡(luò)直徑的約束條件，平均分布在以原點為圓心、網(wǎng)絡(luò)直徑為半徑的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)和確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)不共享虛通道。
4.如權(quán)利要求3所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，在K維MPU系統(tǒng)中，每個節(jié)點到其鄰居節(jié)點的一條單向物理鏈路為一個通道方向，一個節(jié)點的通道方向數(shù)等于該節(jié)點的鄰居數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換，采用虛跨步交換機制，且每條虛通道所對應(yīng)的緩沖器至少可緩沖一個信息單元。
6.如權(quán)利要求5所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，在所述適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由包括如下步驟每個節(jié)點上，每條單向物理通道上至少設(shè)有一個虛通道；當(dāng)信息包在某中間節(jié)點路由時，路由函數(shù)負(fù)責(zé)從2K個通道方向中，選取若干合格候選通道方向；在合格候選通道方向上，如果存在空閑的可用輸出通道，則信息前往下游節(jié)點；如果信息在所確定的合格候選通道方向中，不能得到空閑的可用輸出通道，那么啟動基于超時機制的死鎖探測和預(yù)防；如果信息堵塞時間超過了設(shè)定閥值，則被視為一個潛在的引發(fā)死鎖的因素，而被轉(zhuǎn)移到無死鎖的確定性網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)路由。
7.如權(quán)利要求6所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，所述選取若干合格候選通道方向的步驟具體包括將能夠在當(dāng)前節(jié)點和目的節(jié)點之間找到最優(yōu)路徑的通道方向，優(yōu)先值設(shè)定為1；將能夠找到擁有比最優(yōu)路徑多2跳的次優(yōu)路徑的通道方向，優(yōu)先值設(shè)定為2。其余通道方向的優(yōu)先值設(shè)定為3；對于優(yōu)先級為3的通道方向，每個信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由過程中，最多允許通過M次優(yōu)先級為3的通道方向，其中，M為有限非負(fù)整數(shù)；對于優(yōu)先級為2的通道方向。如果一個信息通過了一次優(yōu)先級為2的通道方向，則在其隨后兩次的通道方向選擇中，必須都是優(yōu)先級為1的通道方向；當(dāng)信息采用一個優(yōu)先級大于1的通道方向路由轉(zhuǎn)發(fā)時，禁止回縮。
8.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，在所述確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由包括在已知的K維MPU系統(tǒng)中，選出K個線性無關(guān)的方向組成K維空間的一組基d；由這組基d形成一個K維MPU系統(tǒng)中的虛擬K維環(huán)繞網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求8所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，采用虛跨步交換機制，利用虛通道技術(shù)，確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)在每個節(jié)點上具有2K個可用的通道方向，然后，選定下游路由節(jié)點的方向；檢查下游節(jié)點的逃離通道是否滿足報文注入限制條件；如果下游節(jié)點滿足注入條件，則繼續(xù)前往下游節(jié)點；否則等待。
10.如權(quán)利要求9所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，信息包在確定性路由網(wǎng)絡(luò)中路由步驟為步驟1如果信息包到達目的節(jié)點，則彈出網(wǎng)絡(luò)，否則直達步驟2。步驟2信息包檢查適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)是否存在空閑的候選通道方向，如果存在，信息包則注入到適應(yīng)性路由網(wǎng)絡(luò)，否則直達步驟3；步驟3在確定性路由網(wǎng)絡(luò)中，信息包如果要注入到一個新的單向環(huán)路由時，檢查報文注入限制條件；如果仍在所在的單向環(huán)中路由，則只要下游節(jié)點存在一個空閑的信息包緩沖單位即可繼續(xù)路由。如果信息包仍被堵塞，則轉(zhuǎn)至步驟2。
11.如權(quán)利要求8所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，采用蟲孔交換機制，利用虛通道技術(shù)，確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)在每個節(jié)點上具有2K個可用的通道方向，在確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中，每條可用通道方向上的物理鏈路，都對應(yīng)有高虛通道和低虛通道；然后，選定下游路由節(jié)點的方向；記錄注入點S的物理編號D(S)，如果下游節(jié)點的物理編號小于D(S)，則選取高虛通道；如果下游節(jié)點的物理編號大于D(S)，則選取低虛通道；如果下游節(jié)點滿足注入條件，則繼續(xù)前往下游節(jié)點；否則等待。
12.如權(quán)利要求11所述的基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，其特征在于，信息包在確定性路由網(wǎng)絡(luò)中路由步驟為步驟1如果信息包到達目的節(jié)點，則彈出網(wǎng)絡(luò)，否則轉(zhuǎn)至步驟2。步驟2如果信息包到達一個拐點I，則更新記錄該拐點的D(I)，否則轉(zhuǎn)至步驟3。步驟3如果路由下游節(jié)點的物理編號小于D(I)，則選取高虛通道；如果路由下游節(jié)點的物理編號大于D(I)，則選取低虛通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MPU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的高效中長程路由方法，包括如下步驟建立基于MPU拓?fù)浼軜?gòu)的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)，所述MPU拓?fù)浼軜?gòu)的每個節(jié)點唯一地對應(yīng)于一個幾何坐標(biāo)點；將所有節(jié)點進行統(tǒng)一物理編號，即從幾何坐標(biāo)的第一個維度開始，按照坐標(biāo)增長方向順序編號，然后依次跨越各個維度；基于上述幾何坐標(biāo)系統(tǒng)和物理坐標(biāo)系統(tǒng)，建立一套以信息交換為導(dǎo)向、動態(tài)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)；利用虛通道技術(shù)，得到路由網(wǎng)絡(luò)中的一個虛通道的集合，將上述集合分成適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)和確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)；在所述適應(yīng)性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由；在所述確定性虛擬網(wǎng)絡(luò)中進行信息路由。上述路由算法具有高擴展性和自適應(yīng)性，容錯能力強。
文檔編號H04L12/28GK1960312SQ20061011770
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者張鵬, 鄧越凡 申請人:上海紅神信息技術(shù)有限公司