源路由胖树网络路由生成验证与查询方法研究

路由生成是构建源路由胖树互连网络的重要步骤之一。针对源路由胖树网络路由生成问题,采用面向对象的方法,首先建立胖树网络的拓扑结构模型并提出分段路由方法,接着研究路由生成、正确性验证、路径查询的相关算法,最后探讨路由生成验证与查询软件的设计与实现。目前,该软件已经成功应用于多个源路由胖树网络的路由生成和故障路径诊断过程中。     

用胖树拓扑构建InfiniBand集群系统的分析与研究

对高性能集群来说。网络结构的互连模式对系统的性能有着举足轻重的影响。InfiniBand规范大大地提高了网络传输带宽．而胖树拓扑结构则以其突出优点——无阻塞传输和等分带宽等特性，目前已被广泛应用。在简要描述InfiniBand技术和胖树拓扑结构的基础上，尝试把二者结合起来，针对剪枝胖树拓扑对平均传输延迟的影响这一关键问题进行分析研究，井据此对构建大规模集群系统做出设计。     

一种基于二叉胖树模型的并行FFT算法

二叉胖树网络结构是一种易于实现蝶式计算的网络拓扑结构，基于这一特点，首先构造了一种二叉胖树的逻辑模型，并提出了一种基于该模型的并行快速傅立叶变换算法。该算法使得进程间有良好的负载平衡，相对于串行算法来说，大大降低了时间复杂度。在集群系统和MPI环境下，给出了该算法的实现及实验数据分析。     

高维胖树系统中确定性路由容错策略实现

由于采用高维胖树拓扑结构的高性能计算机系统中叶交换机故障将严重影响系统使用,为了提高系统的可用性和可维性,基于误路由的思想提出了一套适用于高维胖树拓扑的确定性路由容错策略。其基本思路是通过误路由绕过发生故障的叶交换机,跳转至同维中其他叶交换机后,再通过正常路由到达目的节点。该容错策略可在不影响系统使用的情况下,实现故障叶交换机的屏蔽,并在实际的高维胖树系统中进行了容错实验。实验结果表明,该容错策略取得了可快速屏蔽故障叶交换机的预期效果,可以有效地提高系统维护的效率。     

VTFTR：高维胖树中的无死锁容错路由算法

随着近年来高性能计算系统规模的急剧扩大,高性能互连网络的可靠性成为愈发重要的问题。高维胖树是一种结合了胖树与多维环网优点的网络拓扑结构,凭借其良好的可扩展性与网络性能在E级时代具有广阔的应用前景。然而,目前关于高维胖树中容错路由算法的相关研究较为有限,其可靠性问题亟待解决。为提高高维胖树拓扑在高性能互连网络中的容错能力,进一步提高对应超算系统的运行效率,提出一种用于高维胖树中叶交换机故障的容错路由算法VTFTR。该算法结合转向模型与虚通道切换的思想,通过严格控制报文在无故障路径与容错路径中的转向,使用少量的容错虚通道与额外跳步实现高维胖树中的无死锁容错。实验结果表明,在单点故障情况下,VTFTR算法的容错路径较对比算法有2~4个跳步的减少,在4 096个节点规模的网络中,当叶交换机故障数量为10时,在故障叶交换机不同的分布情况下,该算法能够以1.4%~2.0%的吞吐率下降作为代价来保持全网无故障节点之间的互连。     

基于SDN的胖树数据中心网络多路径负载均衡算法研究

软件定义网络SDN(Software Defined Network)通过将网络设备的控制层与数据层分离解耦,能够实现网络的集中控制和流量的灵活转发,因此被广泛应用于数据中心等相关领域。在数据中心网络中,为了提高网络的带宽和吞吐量,多采用具有多路径特性的层次型网络拓扑结构,如胖树拓扑结构。然而传统路由算法对多路径的支持非常有限,无法充分利用网络剩余带宽。重点研究基于SDN的胖树数据中心网络多路径负载均衡算法。利用SDN网络集中控制的特点,获取多路径实时状态信息,计算各路径当前可用带宽,根据数据流的带宽需求选择最佳转发路径。实验结果表明,该算法无论在降低网络传播时延还是在提高网络吞吐量等方面都优于传统路由算法,能够实现胖树数据中心网络的多路径负载均衡。     

基于SDN的胖树数据中心网络的多路径路由算法

近年来,具有多路径能力的胖树拓扑结构已经被应用在很多数据中心网络(DCNs)中,以提高网络带宽和容错性。但其使用的传统路由协议对多路径路由的支持是非常有限的,并没有充分利用胖树数据中心网络的多余的可用带宽。因此研究了基于SDN的胖树网络的多路径路由。首先提出一个属于线性规划范畴的问题并证明它的NP完全性;然后提出了一个利用软件定义网络架构优点的实用算法,其依赖于一个中心控制器来收集网络状态信息,以作出最优的路由转发决策;最后把算法实现为OpenFlow控制器的一个模块并进行仿真验证。实验结果表明,所提算法无论在提高吞吐量还是减小端到端时延方面都优于传统的基于拓扑感知启发式的多路径算法。     

具有原路返回特征的改进OSRM胖树路由算法研究

胖树是最重要的互连网络拓扑结构之一。针对胖树拓扑结构,已经提出了多种路由算法,其中OSRM被证明是一种最优化的路由算法,但是所有算法都忽略了网络链路故障的易诊断性。为此,提出一种对OSRM改进的新型路由算法BT-OSRM。该算法定义了节点间的大小关系并通过比较节点大小而从OSRM路由路径与其反向路径中选择路由路径。此外,还针对常用的2级和3级胖树结构,分别详细给出了BT-OSRM2和BT-OSRM3路由算法。理论分析表明,BT OSRM路由算法不但继承了OSRM路由算法无死锁、负载均衡和性能最优等优点,而且保证了任意两节点间的路由路径具有原路返回特性,从而提高了网络故障链路的易诊断性。     

基于改进胖树结构的数据中心网络设计

随着云服务的广泛应用,部署云服务的数据中心网络向着大型化,多路径的结构发展。胖树运用简单的拓扑模型为数据中心提供出色的聚合带宽性能。本文提出一种基于改进胖树结构的新型数据中心网络,该网络利用边缘交换机直接连接核心交换机,并为其设计了错误避免路由算法,为数据中心网络提供简单高效的路由生成办法。通过计算得知改进型胖树结构的数据中心网络有更短的路径,同时能简单快速构建路由表。     

胖树中的分布式动态容错路由

面向云计算的超大规模互连网络增加了对网络容错的要求,容错已成为互连网络的重要问题.为了保证网络的高可用性和高性能,文中基于胖树网络拓扑提出了一种分布式的动态容错路由方法.该方法通过引入一套链路失效消息传播机制和一套基于链路失效信息的动态容错路由算法来实现胖树网络的分布式动态容错.相比已有方法,该方法不增加网络硬件和路由路径长度,并且具有高执行效率和高性能.实验结果表明,在m端口交换机构成的胖树中,该方法可以容忍任意m/2-1条失效链路并以高概率容忍更多条失效链路的组合,同时保持网络的高性能.     

Fat H-Tree: A Cost-Efficient Tree-Based On-Chip Network

The topological explorations of on-chip networks are important for efficiently using their enormous wire resources for low-latency and high-throughput communications using a modest silicon budget. In this paper, we propose a novel tree-based interconnection network called Fat H-Tree that meets these requirements. A Fat H-Tree provides a torus structure by combining two folded H-Tree networks and is an attractive alternative to tree-based networks such as the Fat Trees in a microarchitecture domain. We introduce its chip layout schemes based on a folding technique for 2D and 3D ICs. Three deadlock-free routing schemes are proposed for Fat H-Tree. We evaluate the performance of Fat H-Tree and other tree-based networks using real application traces. In addition, the network logic area, wire resource, and energy consumption of Fat H-Tree are compared with other topologies, based on a typical implementation of on-chip routers synthesized with a 90-nm standard cell library. The results show that 1) a Fat H-Tree outperforms a Fat Tree with two upward and four downward connections in terms of the throughput and average hop count, 2) a Fat H-Tree requires 19.8 percent-27.8 percent smaller network logic area than the Fat Tree, 3) a Fat H-Tree consumes slightly less energy than the Fat Tree does, and 4) a Fat H-Tree uses slightly more wire resources than the Fat Tree, but the current process technology can provide sufficient wire resources for implementing Fat-H-Tree-based on-chip networks.     

基于InfiniBand的多链路mesh/torus大规模并行系统互连网络

在大规模并行系统中,系统级互连网络的设计至关重要.InfiniBand作为一种高性能交换式网络被广泛应用于大规模并行处理系统中.mesh/torus拓扑结构相较于目前普遍应用于InfiniBand网络的胖树拓扑结构拥有更好的性能与可扩展性.尽管如此,研究发现,用传统的mesh/torus拓扑结构构建InfiniBand互连网络存在诸多问题.分析了传统网络拓扑结构的缺陷,并提出了一种基于InfiniBand的多链路mesh/torus互连网络.这种改进型的拓扑结构通过充分利用交换机间的多链路可以获得比传统mesh/torus网络更高的带宽.另外,同时给出了与该网络拓扑结构相配套的高效路由算法.最后,通过网络仿真技术对提出的算法进行了评估,实验结果显示提出的路由算法相较于其他路由算法拥有更好的性能与可扩展性.     

Handling Topology Changes in InfiniBand

InfiniBand is a high-performance switched network. Its topology may change due to devices being turned on/off, hot expansion, link remapping, and component failures. The InfiniBand specification defines a management infrastructure which is responsible for detecting and assimilating any change in the network. When a change occurs, management entities must update switch forwarding tables, in order to maintain the connectivity among end nodes. This implies the acquisition of the current topology and the computation of a new set of routes accordingly. It is desirable that the execution of this process does not affect the performance of the upper-level applications that are using the network. In previous works, we have proposed enhanced implementations for the main tasks involved in the assimilation of a change. Now, we present a detailed performance evaluation of a management mechanism which incorporates all our proposals     

一种IBA规则网络的路由算法及其网络模拟

InfiniBand协议越来越得到网络互连界的认可。它定义了一种自由的网络拓扑。目前多数场合使用的是不规则IBA网络,采用通用的up/down路由算法;但是将up/down算法直接用于IBA网络时,需要以损失网络性能为代价的路径修正才能避免网络死锁[1,2]。为了满足用户的特殊需求,保证网络的高带宽、低延迟,构造了基于4元N树的IBA规则网络拓扑,给出其单播和多播路由算法,并建立一个较为完整的IBA系统模型,用于模拟网络的可行性以及算法的正确性。     

高性能InfiniBand通信卡设计与实现

InfinBand是一种新型高性能互连技术，既可作为系统内部互连技术又可作为网络互连技术。目前，在直接支持InfiniBand接口的高端计算机系统问世之前，可为基于PCI／PC I-X体系结构的计算机系统设计InfiniBand通信接口卡，实现InfiniBand主机通道适配器HCA的功能，将现有计算机接入高性能InfiniBandSAN，或接入基于InfiniBand的 能集群系统。本文提出了一种高性能InfiniBand通信接口卡的设计方案，并对其关键实现技术进行了研究，介绍了InfinBand通信接口卡的功能部件及设计要点，以及通信接口卡的实现要点。     

InfiniBand交换机基板管理的研究与实现

作为一种互连技术,InfiniBand技术具有高带宽、低延时等许多优势,被认为是消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新途径.InfiniBand子网实现了数十个到数百个节点间的高速互连与数据传输.目前,InfiniBand技术已在高性能计算领域得到广泛应用,正逐渐成为高性能计算互连的首选协议.基板管理实现对InfiniBa...     

A hardwired NoC infrastructure for embedded systems on FPGAs

A hardwired network-on-chip based on a modified Fat Tree (MFT) topology is proposed as a communication infrastructure for future FPGAs. With extremely simple routing, such an infra structure would greatly enhance the ongoing trend of embedded systems implementation using multi-cores on FPGAs. An efficient H-tree based floor plan that naturally follows the MFT construction methodology was developed. Several instances of the proposed NoC were implemented with various inter-routers links progression schemes combined with very simple router architecture and efficient client network interface (CNI). The performance of all these implementations was evaluated using a cycle-accurate simulator for various combinations of NoC sizes and traffic models. Also a new data transfer circuit for transferring data between clients and NoC operating at different (unrelated) clock frequencies has been developed. Allowing data transfer at one data per cycle, the operation of this circuit has been verified using gate-level simulations for several ratios of NoC/client clock frequencies.     

IBA网络管理系统的设计及诊断系统的实现

随着InfiniBand协议的日益流行,相应的网络产品也越来越多.应用规模的增加,也随之带来新的问题,如何管理、测试和维护这种新兴网络,已经成为工程师面前的新课题.IBA协议支持各种形式的网络拓扑,不同的管理维护策略适用于不同的网络;研究了多种网络结构后,对一种树形的网络拓扑,给出了网络管理系统的设计及其中诊断系统的实现策略.     

SAN互联新技术--InfiniBand

SAN是目前的主流存储技术,但随着网络上的信息的爆炸性增长,SAN的传统互联技术成了新的瓶颈,市场上迫切需要新的互联技术,目前的主流技术有InfiniBand和iSCSC,该文介绍了Infin Band及其体系结构,并对InfiniBand与iSCSI进行了比较分析.     

A performance comparison of current HPC systems: Blue Gene/Q,Cray XE6 and InfiniBand systems

We present here a performance analysis of three of current architectures that have become commonplace in the High Performance Computing world. Blue Gene/Q is the third generation of systems from IBM that use modestly performing cores but at large-scale in order to achieve high performance. The XE6 is the latest in a long line of Cray systems that use a 3-D topology but the first to use its Gemini interconnection network. InfiniBand provides the flexibility of using compute nodes from many vendors that can be connected in many possible topologies. The performance characteristics of each vary vastly, and the way in which nodes are allocated in each type of system can significantly impact on achieved performance. In this work we compare these three systems using a combination of micro-benchmarks and a set of production applications. In addition we also examine the differences in performance variability observed on each system and quantify the lost performance using a combination of both empirical measurements and performance models. Our results show that significant performance can be lost in normal production operation of the Cray XE6 and InfiniBand Clusters in comparison to Blue Gene/Q.