本發(fā)明涉及一種計算機網(wǎng)絡的技術領域，特別涉及一種網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)及方法。

背景技術：

高性能計算機或計算機系統(tǒng)可提供硬件和軟件的最佳化使用，并利用包含一個或多個微處理器和存儲器的處理節(jié)點來實現(xiàn)。這些計算機系統(tǒng)有時被稱作共享多處理器系統(tǒng)，在一個共享的多處理器計算機系統(tǒng)中，視處理器為網(wǎng)絡節(jié)點以相互連接，使它們可以彼此進行通信，以共享操作系統(tǒng)、資源、數(shù)據(jù)、存儲器等。

在平行運算計算機系統(tǒng)中，隨著計算機節(jié)點數(shù)增加，節(jié)點間網(wǎng)絡通信會大幅度增加，為了使兩兩節(jié)點之間的通信速度增快，會使用交換器來作為各節(jié)點間通信之用。然而，節(jié)點的數(shù)量愈大，所使用的交換器的數(shù)量就愈多，而使用例如胖樹(fattree)結(jié)構(gòu)的交換器的層數(shù)亦會增加，因而造成整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當復雜且耗電，且網(wǎng)絡系統(tǒng)的成本亦會增加。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)及方法，其拓樸數(shù)學計算方式是在具有多個節(jié)點的系統(tǒng)中為各節(jié)點尋找一組節(jié)點連線規(guī)則(connectionrules)以及各節(jié)點與其他節(jié)點連接的數(shù)目，使其可建構(gòu)出一個讓所有節(jié)點根據(jù)其連線規(guī)則和其連接數(shù)所構(gòu)成的網(wǎng)絡拓樸，而無需使用交換器，使整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單且無交換器的耗電，所以網(wǎng)絡系統(tǒng)的成本不會增加，再者每個節(jié)點通過相同形式的通信自由(使用同一組連線規(guī)則)，并使得所有節(jié)點的連接數(shù)非常接近者，而達成所謂民主化維度(democratizeddimension)。

本發(fā)明的第一態(tài)樣提供一種網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)，其包括：

多個節(jié)點，每一節(jié)點是一單核心芯片、一處理器、一計算機、一組計算機的內(nèi)部最佳化組及一計算機中心的其中一個，每一節(jié)點根據(jù)連線規(guī)則與這些節(jié)點中的多個目的節(jié)點進行連接；

其中，該連線規(guī)則的建立包括下列步驟：

計算一質(zhì)數(shù)序列中相鄰質(zhì)數(shù)的差值，以產(chǎn)生一質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列；

計算該質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列中目前位置的數(shù)值與所有之前位置的數(shù)值之和，以產(chǎn)生一通信策略數(shù)值序列；

取出一遞歸序列中個數(shù)為一連接節(jié)點數(shù)的數(shù)值作為一索引序列，取出該通信策略數(shù)值序列中個數(shù)為該連接節(jié)點數(shù)的數(shù)值，以產(chǎn)生一連線策略數(shù)值序列，其中該索引序列中的數(shù)值為該通信策略數(shù)值序列的序列位置，其序列位置的數(shù)值為該連線策略數(shù)值序列的數(shù)值；以及

計算每一奇數(shù)與該連線策略數(shù)值序列中的數(shù)值之和，以產(chǎn)生多個連線節(jié)點編號序列，以建立為每一奇數(shù)編號的節(jié)點連結(jié)相應的連線節(jié)點編號序列中的數(shù)值編號的節(jié)點的該連線規(guī)則。

本發(fā)明的第二態(tài)樣提供一種網(wǎng)絡拓樸方法，其應用于一網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)，該網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)包括多個節(jié)點，每一節(jié)點是一單核心芯片、一處理器、一計算機、一組計算機的內(nèi)部最佳化組及一計算機中心的其中一個，該方法包括下列步驟：

由該網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)根據(jù)一組連線規(guī)則將這些節(jié)點中的任一起始節(jié)點與多個節(jié)點進行連接；

其中，建立該連線規(guī)則包括下列步驟：

計算一質(zhì)數(shù)序列中相鄰質(zhì)數(shù)的差值，以產(chǎn)生一質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列；

計算該質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列中目前位置的數(shù)值與所有之前位置的數(shù)值之和，以產(chǎn)生一通信策略數(shù)值序列；

取出一遞歸序列中個數(shù)為一連接節(jié)點數(shù)的數(shù)值作為一索引序列，取出該通信策略數(shù)值序列中個數(shù)為該連接節(jié)點數(shù)的數(shù)值，以產(chǎn)生一連線策略數(shù)值序列，其中該索引序列中的數(shù)值為該通信策略數(shù)值序列的序列位置，其序列位置的數(shù)值為該連線策略數(shù)值序列的數(shù)值；以及

計算每一奇數(shù)與該連線策略數(shù)值序列中的數(shù)值之和，以產(chǎn)生多個連線節(jié)點編號序列，以建立為每一奇數(shù)編號的節(jié)點連結(jié)相應的連線節(jié)點編號序列中的數(shù)值編號的節(jié)點的該連線規(guī)則。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的節(jié)點架構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明的建立連線規(guī)則的方法的流程圖；以及

圖4a至圖4d為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)與各種網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的效能比較的示意圖。

具體實施方式

為使本領域技術人員能更進一步了解本發(fā)明，下文特列舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖，詳細說明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達成的功效。

圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的節(jié)點架構(gòu)示意圖。在圖1中，網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)包括多個節(jié)點(節(jié)點編號1、2、…、16)，每一節(jié)點為一單核心芯片(singlecoreonchip)、一處理器、一計算機、一組計算機的內(nèi)部最佳化組(agroupofinternallyoptimizedgroupofcomputers)或一計算機中心(acomputationalcenter)，網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)中的每一節(jié)點依據(jù)一組連線規(guī)則(connectionrule)于這些節(jié)點中的任一起始節(jié)點與多個節(jié)點進行連接。

本發(fā)明的實施例以16個節(jié)點為例說明網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的通信操作，但該節(jié)點數(shù)量并非局限本發(fā)明，本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)量可高達數(shù)千個或甚至百萬個節(jié)點數(shù)量。

連線規(guī)則的建立方式說明如下。首先輸入一總節(jié)點數(shù)n及一連接節(jié)點數(shù)k，其中總節(jié)點數(shù)n表示網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)量，連接節(jié)點數(shù)k表示每一節(jié)點可平行連接其它節(jié)點的數(shù)量。在本實施中，總節(jié)點數(shù)n為16，連接節(jié)點數(shù)k為4。

接著，列出數(shù)值小于總節(jié)點數(shù)n的一遞歸序列，其中遞歸序列可采用已知的遞歸序列。列出數(shù)值為質(zhì)數(shù)的一質(zhì)數(shù)序列，如2、3、5、7、11、13、17、19、…。計算質(zhì)數(shù)序列中相鄰質(zhì)數(shù)的差值，如3-2＝1、5-3＝2、7-5＝2、11-7＝4、13-11＝2、17-13＝4、…以產(chǎn)生數(shù)值為1、2、2、4、2、4、…的一質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列。

計算質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列中目前位置的數(shù)值與所有之前位置的數(shù)值之和，亦即第1位置的數(shù)值和為1、第2位置的數(shù)值和為1+2＝3、第3位置的數(shù)值和為1+2+2＝5、第4位置的數(shù)值和為1+2+2+4＝9、第5位置的數(shù)值和為1+2+2+4+2＝11、第6位置的數(shù)值和為1+2+2+4+2+4＝15、…，經(jīng)上述計算以產(chǎn)生數(shù)值為1(1)、3(2)、5(3)、9(4)、11(5)、15(6)、…的一通信策略數(shù)值序列，其中括號中的數(shù)字表示該數(shù)值在通信策略數(shù)值序列中的位置的索引。

取出遞歸序列中位置為第3個至第k+2個(k為4)的數(shù)值作為一索引序列，在本實施例中，索引序列的數(shù)值為1、2、3、5。取出通信策略數(shù)值序列中k個數(shù)值，以產(chǎn)生一連線策略數(shù)值序列，其中k個數(shù)值是索引序列中的數(shù)值對應通信策略數(shù)值序列的序列位置的數(shù)值，在本實施例中，連線策略數(shù)值序列的數(shù)值為1(1)、3(2)、5(3)、11(5)。

計算每一奇數(shù)與連線策略數(shù)值序列中的數(shù)值之和，以產(chǎn)生多個連線節(jié)點編號序列，以建立為每一奇數(shù)編號的節(jié)點連結(jié)相應的連線節(jié)點編號序列中的數(shù)值編號的節(jié)點的連線規(guī)則，在本實施例中，奇數(shù)為1的節(jié)點平行連結(jié)編號為1+1＝2、1+3＝4、1+5＝6、1+11＝12等節(jié)點、奇數(shù)為3的節(jié)點平行連結(jié)編號為3+1＝4、3+3＝6、3+5＝8、3+11＝14等節(jié)點、…(如圖1所示)。

在一總節(jié)點數(shù)為n的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)中找出每一個節(jié)點的連接數(shù)接近一特定值，即kt→k，i＝1，2，.....，n，其中k＝log2n,且具有最短的平均距離者，稱為拓樸優(yōu)化(topologyoptimization)。

在一個總節(jié)點數(shù)為n的網(wǎng)絡拓樸中，所有節(jié)點彼此之間的最長距離可以表示成以下的距離矩陣(distancematrix)：

其中dij為節(jié)點i與j之間的最長距離，且dii＝0，即對角線元素皆為0。

一個拓樸的平均距離a的定義如下：

其中dtj是指任意兩節(jié)點i與j之間的最長距離。例如總節(jié)點數(shù)n為4，連接節(jié)點數(shù)k為2，距離矩陣表示成

則a＝(1+2+1+…+2+1)/(4×3)＝1.33

讓每個節(jié)點通過相同形式的通信自由(使用同一組節(jié)點連線規(guī)則)，并使得所有節(jié)點的連接數(shù)非常接近者，即kt→k，i＝1，2，.....，n，便稱為民主化維度環(huán)境。

圖2為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸方法的流程圖。在說明圖2的流程步驟時參考圖1的節(jié)點。

在圖2中，建立好的連線規(guī)則首先用以連接于圖1的各個節(jié)點(步驟s20)。

圖3為本發(fā)明的建立連線規(guī)則的方法的流程圖，建立連線規(guī)則的數(shù)據(jù)的步驟如圖3的流程圖所示。在圖3中，輸入一總節(jié)點數(shù)n及一連接節(jié)點數(shù)k，在本實施中，網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的總節(jié)點數(shù)n為16，每一節(jié)點可平行連接其它節(jié)點的連接節(jié)點數(shù)k為4(步驟s30)。

列出數(shù)值小于總節(jié)點數(shù)n的一遞歸序列，在本實施例中，遞歸序列的數(shù)值為0、1、1、2、3、5、8、13(步驟s32)，其中遞歸序列可采用已知的遞歸序列。

列出數(shù)值為質(zhì)數(shù)的一質(zhì)數(shù)序列，其數(shù)值為2、3、5、7、11、13、17、19、…(步驟s34)。計算質(zhì)數(shù)序列中相鄰質(zhì)數(shù)的差值，如3-2＝1、5-3＝2、7-5＝2、11-7＝4、13-11＝2、17-13＝4、…以產(chǎn)生數(shù)值為1、2、2、4、2、4、…的一質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列(步驟s36)。

計算質(zhì)數(shù)數(shù)值差序列中目前位置的數(shù)值與所有之前位置的數(shù)值之和，以產(chǎn)生一通信策略數(shù)值序列，如在本實施例中，第1位置的數(shù)值和為1、第2位置的數(shù)值和為1+2＝3、第3位置的數(shù)值和為1+2+2＝5、第4位置的數(shù)值和為1+2+2+4＝9、第5位置的數(shù)值和為1+2+2+4+2＝11、第6位置的數(shù)值和為1+2+2+4+2+4＝15、…，經(jīng)上述計算以產(chǎn)生數(shù)值為1(1)、3(2)、5(3)、9(4)、11(5)、15(6)、…的通信策略數(shù)值序列，其中括號中的數(shù)字表示該數(shù)值在通信策略數(shù)值序列中的位置的索引(步驟s38)。

取出遞歸序列(0、1、1、2、3、5、8、13)中位置為第3個至第k+2個(本實施例的k為4)的數(shù)值作為一索引序列，在本實施例中，索引序列位置為第3個至第6個的數(shù)值為1、2、3、5。接著，取出通信策略數(shù)值序列中k個數(shù)值，以產(chǎn)生一連線策略數(shù)值序列，其中k個數(shù)值是索引序列中的數(shù)值對應通信策略數(shù)值序列的序列位置的數(shù)值，在本實施例中，連線策略數(shù)值序列的數(shù)值為1(1)、3(2)、5(3)、11(5)(步驟s40)。

計算每一奇數(shù)與連線策略數(shù)值序列中的數(shù)值之和，以產(chǎn)生多個連線節(jié)點編號序列，以建立為每一奇數(shù)編號的節(jié)點連結(jié)相應的連線節(jié)點編號序列中的數(shù)值編號的節(jié)點的連線規(guī)則(步驟s42)，如在本實施例中，奇數(shù)為1的節(jié)點平行連結(jié)編號為1+1＝2、1+3＝4、1+5＝6、1+11＝12等節(jié)點、奇數(shù)為3的節(jié)點平行連結(jié)編號為3+1＝4、3+3＝6、3+5＝8、3+11＝14等節(jié)點、…(如圖1所示)，而將所建立的連線規(guī)則用以連接圖1的網(wǎng)絡節(jié)點。

再次參考圖2，由網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)于圖1的這些節(jié)點中的任一起始節(jié)點及任一目的節(jié)點間進行通信傳輸(步驟s22)。

上述的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)與已知的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的比較說明如下。在圖4a中，本發(fā)明的總節(jié)點數(shù)n為324及連接節(jié)點數(shù)k為8的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)與fijitsu的tofu-3x3x3n324k7-10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)比較發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝3.41、最長距離d＝5，而fijitsu的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝4.35、最長距離d＝9，由于本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a與最長距離d的數(shù)值皆小于fijitsu的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a與最長距離d的數(shù)值，所以本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的通信傳輸效能優(yōu)于fijitsu的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的通信傳輸效能。

同樣地，在圖4b中，本發(fā)明的總節(jié)點數(shù)n為1500及連接節(jié)點數(shù)k為9的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝4.23、最長距離d＝6，fijitsu的tofu-5x5x5n1500k7-10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝6.47、最長距離d＝15；在圖4c中，本發(fā)明的總節(jié)點數(shù)n為1024及連接節(jié)點數(shù)k為10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝3.63、最長距離d＝5，ibm的bluegene/qn1024k10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝5.00、最長距離d＝10；在圖4d中，本發(fā)明的總節(jié)點數(shù)n為80及連接節(jié)點數(shù)k為4的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝3.59、最長距離d＝6，motorola's的mc68xxxprocessorn80k2-4的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的平均距離a＝4.73、最長距離d＝8。

由圖4b至圖4d中發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)的通信傳輸效能優(yōu)于fijitsu的tofu-5x5x5n1500k7-10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)、ibm的bluegene/qn1024k10的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)及motorola's的mc68xxxprocessorn80k2-4的網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)等的通信傳輸效能。

本發(fā)明提供一種網(wǎng)絡拓樸系統(tǒng)及方法，其優(yōu)點在于拓樸數(shù)學計算方式是在具有多個節(jié)點的系統(tǒng)中為各節(jié)點尋找一組節(jié)點連線規(guī)則以及各節(jié)點與其他節(jié)點連接的數(shù)目，使其可建構(gòu)出一個讓所有節(jié)點根據(jù)其連線規(guī)則和其連接數(shù)所構(gòu)成的網(wǎng)絡拓樸，而無需使用交換器，使整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變的簡單且無交換器的耗電，所以網(wǎng)絡系統(tǒng)的成本不會增加，再者每個節(jié)點通過相同形式的通信自由(使用同一組連線規(guī)則)，并使得所有節(jié)點的連接數(shù)非常接近者，而達成所謂民主化維度。

雖然本發(fā)明已參照較佳具體例及舉例性附圖敘述如上，但其不應被視為對本發(fā)明的限制。本領域技術人員對其形態(tài)及具體例的內(nèi)容所做的各種修改、省略及變化，均不離開本發(fā)明的權(quán)利要求書的所主張范圍。