專利名稱：多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)及其自組織方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集群計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)及其自組織方法。
技術(shù)背景隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)己日益成為人們工作、學(xué)習(xí)、生活、交流、娛樂(lè)等方面的重要工具。目前 所使用的計(jì)算機(jī)一般由CPU、主板、接口板卡(如顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等)、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、終端 設(shè)備(如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等)等硬件設(shè)備構(gòu)成，在出廠或購(gòu)買時(shí)將各種硬件設(shè)備通過(guò)主板上的插槽 或信號(hào)線固定連接起來(lái)組成一套完整的計(jì)算機(jī)。因此現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的單機(jī)性能主要由構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的各硬 件設(shè)備的性能所決定，如果需要提高單機(jī)的性能，則需要通過(guò)更換硬件設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，例如，如果需要 提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，則需要升級(jí)CPU,如果需要擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的外存容量，則需要增加硬盤或更換容量更大的硬盤，等等。此外，如果某一關(guān)鍵的硬件設(shè)備出現(xiàn)故障，則即使其它硬件設(shè)備仍可使用，整臺(tái) 計(jì)算機(jī)也無(wú)法正常工作，造成用戶服務(wù)的中斷，有可能會(huì)給用戶帶來(lái)較大的損失。為了解決單機(jī)的運(yùn)算及i/o能力的不足，提高系統(tǒng)的可靠性，獲得規(guī)?？蓴U(kuò)展能力，降低整體方案的運(yùn)維成本(運(yùn)行、升級(jí)、維護(hù)成本)，自七十年代開(kāi)始計(jì)算機(jī)廠商和研究機(jī)構(gòu)就開(kāi)始了對(duì)集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，集群(cluster)就是一組計(jì)算機(jī)，它們作為一個(gè)整體向用戶提供計(jì)算資 源，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，集群計(jì)算機(jī)的行為就好像一個(gè)計(jì)算機(jī)一樣，但是其處理能力、可靠性、I/O能力都 得到了大幅的提升。傳統(tǒng)的集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，其基本單位是單獨(dú)的計(jì)算機(jī)，稱為節(jié)點(diǎn) (node)。傳統(tǒng)的集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雖然在處理能力、可靠性、1/0能力等方面都得到了大幅的提升，但仍然 存在資源浪費(fèi)、效率不高的問(wèn)題。主要原因在于當(dāng)集群中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)因其某些關(guān)鍵的硬件設(shè)備故障而 失效時(shí)，它就會(huì)停止工作，而將其任務(wù)傳遞給其它節(jié)點(diǎn)，這樣雖可保證系統(tǒng)對(duì)用戶的服務(wù)不中斷，但由 于失效節(jié)點(diǎn)中其它功能正常的硬件設(shè)備也無(wú)法正常使用，這就造成了資源浪費(fèi)、效率不高，還增加了其 它節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分析造成以上不足的原因，在于傳統(tǒng)的集群計(jì)算機(jī)是以單獨(dú)的計(jì)算機(jī)為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)中的 各種硬件設(shè)備又是固定連接的。這種連接關(guān)系可以看作是一種"硬連接"，即計(jì)算機(jī)中的各種硬件設(shè)備 通過(guò)插槽、信號(hào)線等與該計(jì)算機(jī)綁定在一起，使得這些硬件資源變?yōu)樵撚?jì)算機(jī)的私有資源，當(dāng)該計(jì)算機(jī) 不工作時(shí)，其它計(jì)算機(jī)是無(wú)法使用這些硬件設(shè)備的。顯然，這種通過(guò)硬件設(shè)備的"硬連接"來(lái)構(gòu)成計(jì)算 機(jī)的方式更適合于單機(jī)工作的要求，在多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)使用的情況下，由于硬件資源得不到共享，會(huì)造 成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。隨著有線和無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸交換技術(shù)的發(fā)展， 一些計(jì)算機(jī)的私有資源逐漸可以獨(dú)立出來(lái)作為公用資源來(lái)分配，例如，無(wú)盤工作站系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的外存從每臺(tái)計(jì)算機(jī)中獨(dú)立出來(lái)，整個(gè)系 統(tǒng)共用一個(gè)公共的外存；又如， 一些新的無(wú)線傳輸技術(shù)，如超寬帶(UWB)技術(shù)等，可以在一定距離具有 很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能滿足多種計(jì)算機(jī)部件與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸要求。因此將計(jì)算機(jī)中硬件的一種 或多種看作計(jì)算機(jī)的一個(gè)組成部件，把每臺(tái)計(jì)算機(jī)分解為多個(gè)部件，平時(shí)各自獨(dú)立，工作時(shí)讓這些部件 根據(jù)需求自由、動(dòng)態(tài)地組合(我們稱之為軟連接)成為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，則可以更有效地利用硬件資源， 充分地發(fā)揮計(jì)算機(jī)"群"的優(yōu)勢(shì)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有集群計(jì)算機(jī)存在的當(dāng)計(jì)算機(jī)中的一些硬件設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì)使得 整個(gè)計(jì)算機(jī)無(wú)法工作，從而造成硬件資源的浪費(fèi)，并加重其它節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)的缺陷，提供了一種多 部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)及其自組織方法，該集群計(jì)算機(jī)不像傳統(tǒng)的集群計(jì)算機(jī)那樣以單臺(tái)計(jì)算機(jī) 為基本單元，而是以計(jì)算機(jī)的部件(由計(jì)算機(jī)硬件中的一種或多種構(gòu)成)為基本單元，相同類型的計(jì)算 機(jī)部件構(gòu)成部件群。用戶使用時(shí)，各個(gè)部件群中的部件根據(jù)需求自組織地組合(軟連接)成一個(gè)計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)為用戶服務(wù)，具有資源高度共享、可靠性高、便于維護(hù)等突出的優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于生產(chǎn)、服務(wù)、教 學(xué)、娛樂(lè)等多種場(chǎng)合。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，至少包含三個(gè)部件群，且至少有一 個(gè)部件群包含兩個(gè)或兩個(gè)以上部件，所述部件由計(jì)算機(jī)硬件中的一種或多種構(gòu)成，所述部件群中的部件 按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，通過(guò)連接器自組織地與對(duì)應(yīng)部件群中的部件建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且至少 能由不同部件群的部件組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；所述的連接器為有線數(shù)據(jù)交換器或無(wú)線收發(fā)器。上述計(jì)算機(jī)硬件是指CPU、主板、接口板卡、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器或終端設(shè)備。上述多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)中，有線數(shù)據(jù)交換器由多部件有線接口電路和傳輸控制器共同 構(gòu)成，所述多部件有線接口電路包含多個(gè)部件的有線接口電路，為有線數(shù)據(jù)交換器與多個(gè)需相互連接的 部件之間提供連接的接口，各部件的有線接口電路均與傳輸控制器連接；傳輸控制器管理部件間的有線 連接，并將每個(gè)部件的有線接口電路輸入的數(shù)據(jù)傳送至相應(yīng)目標(biāo)部件的有線接口電路進(jìn)行輸出。上述多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)中，無(wú)線收發(fā)器包含部件接口電路、傳輸控制器和無(wú)線傳輸模 塊，其中部件接口電路為無(wú)線收發(fā)器與部件之間的連接提供接口；無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無(wú)線收發(fā)器之 間的無(wú)線通信；傳輸控制器管理部件間的無(wú)線連接，并將部件接口電路傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模 塊向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送，將無(wú)線傳輸模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)部件接口電路向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送。上述一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)的自組織方法，該方法中的不同部件群的部件，按照計(jì)算 機(jī)的構(gòu)成方式，自組織地連接組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具體包括如下步驟(1)由任一部件群中的一個(gè)部件或與該部件連接的連接器發(fā)出"組合"命令；(2) 接收到"組合"命令的部件群，由發(fā)出"組合"命令的部件或與其連接的連接器指定該部件 群中的一個(gè)或多個(gè)部件與其進(jìn)行連接組合，或者由該部件群指定群中的一個(gè)或多個(gè)部件與發(fā)出"組合" 命令的部件進(jìn)行連接組合；該部件群中指定的部件或與其連接的連接器按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，向所有 應(yīng)與其連接而尚未連接的部件群發(fā)出"組合"命令；(3) 如果收到"組合"命令的部件或與其連接的連接器，與所有應(yīng)與其連接的部件群中的部件建 立了連接，則停止"組合"命令的傳遞，否則轉(zhuǎn)步驟(2)繼續(xù)進(jìn)行；當(dāng)本次組合操作中涉及的所有部 件或連接器均停止"組合"命令的傳遞時(shí)，系統(tǒng)自組織組合操作完成，開(kāi)始為用戶提供服務(wù)。上述自組織方法還包括將己組織成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)部件取消組合，使部件恢復(fù)至未組合狀 態(tài)，所述取消組合的步驟如下(1) 由已組織成為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的某個(gè)部件或與其連接的連接器向所有與之連接的部件發(fā)出"取 消組合"命令，發(fā)出"取消組合"命令后，該部件或與其連接的連接器斷開(kāi)該部件與其它部件的連接， 或由接收到"取消組合"命令的部件或與其連接的連接器斷開(kāi)與該部件的連接；(2) 收到"取消組合"命令的部件或與其連接的連接器，將"取消組合"命令傳遞給與其連接的所 有其它部件，并斷開(kāi)該部件與其它部件之間的連接，或由接收到"取消組合"命令的部件或與其連接的 連接器斷開(kāi)與該部件的連接；(3)如果收到"取消組合"命令的部件已沒(méi)有與之連接的部件，則停止"取消組合"命令的傳遞， 否則轉(zhuǎn)步驟(2)繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)本次取消組合操作中涉及的所有部件或連接器均停止"取消組合"命令 的傳遞時(shí)，系統(tǒng)取消組合操作完成，所涉及的各部件恢復(fù)至未組合狀態(tài)。上述多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，可以由外存群、主機(jī)群、終端群共同構(gòu)成，其中外存群由外 部存儲(chǔ)器構(gòu)成，主機(jī)群由計(jì)算機(jī)主機(jī)構(gòu)成，終端群由計(jì)算機(jī)終端構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于1、 硬件資源高度共享。由于本發(fā)明打破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中各部件固定的連接關(guān)系，所有計(jì)算機(jī)部件 均不屬于某一臺(tái)特定的計(jì)算機(jī)，為共享資源，可以通過(guò)自組織軟連接的方式為不同用戶提供服 務(wù)，因此與現(xiàn)有的技術(shù)相比，硬件資源共享程度更高，更有利于硬件資源的調(diào)配和利用。當(dāng)某 一部件發(fā)生故障時(shí)，工作正常的其他部件仍能被用戶使用。2、 可靠性高。由于采用了自組織和軟連接技術(shù)，當(dāng)某些部件發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)自組織軟連接 形成一套新的系統(tǒng)來(lái)為用戶提供服務(wù)。因此，只要集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每個(gè)部件群中存在一個(gè)能 正常工作的部件，整個(gè)系統(tǒng)就能正常運(yùn)行，可靠性很高。3、 用戶服務(wù)性能可動(dòng)態(tài)配置。由于采用了自組織和軟連接技術(shù)，部件不再固定屬于某臺(tái)計(jì)算機(jī)， 而是可以按需要的比例進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，因此可以根據(jù)用戶的需要?jiǎng)討B(tài)地分配硬件資源。例如可以給運(yùn)算量或存儲(chǔ)量要求高的用戶分配更多的計(jì)算部件或存儲(chǔ)部件，而運(yùn)算量或存儲(chǔ)量要求較 低的用戶則共享某個(gè)計(jì)算部件或存儲(chǔ)部件，從而實(shí)現(xiàn)用戶服務(wù)性能的動(dòng)態(tài)可配置而無(wú)需對(duì)硬件 進(jìn)行頻繁升級(jí)。


圖1為傳統(tǒng)集群計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的一種典型結(jié)構(gòu)的示意3為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明實(shí)施例中有線數(shù)據(jù)交換器結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明實(shí)施例中與主機(jī)連接的無(wú)線收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明實(shí)施例中與終端連接的無(wú)線收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意7為本發(fā)明實(shí)施例中部件自組織組合流程8為本發(fā)明實(shí)施例中部件取消組合流程圖具體實(shí)施方式
由于使用了軟連接技術(shù)，本發(fā)明具有動(dòng)態(tài)可變的結(jié)構(gòu)和拓?fù)?，圖2為本發(fā)明的一種較為典型結(jié)構(gòu)框 圖，由至少三個(gè)部件群構(gòu)成，且至少有一個(gè)部件群包含兩個(gè)或兩個(gè)以上部件(所述的部件由計(jì)算機(jī)硬件 中的一種或多種構(gòu)成，例如，可以由CPU、主板、接口板卡、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器或終端設(shè)備中的一種 或多種構(gòu)成)，部件群中的部件按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)連接器(包括有線數(shù)據(jù)交換器 或無(wú)線收發(fā)器)自組織地與對(duì)應(yīng)部件群中的部件建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，至少能組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)。與圖1所示的傳統(tǒng)集群計(jì)算機(jī)相比，其基本單元由單臺(tái)的計(jì)算機(jī)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的部件。下面將結(jié)合附 圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖3所示，集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為終端群301、主機(jī)群302和外存 群303三部分。其中，終端群301由多套的計(jì)算機(jī)終端304構(gòu)成，為系統(tǒng)提供用戶使用的界面和接口， 每套終端可以看作系統(tǒng)的一個(gè)終端部件；主機(jī)群302由多臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)307構(gòu)成，為系統(tǒng)的運(yùn)算和處理 中心，每個(gè)計(jì)算機(jī)主機(jī)可以看作是系統(tǒng)的一個(gè)運(yùn)算處理部件；外存群303由多個(gè)的外部存儲(chǔ)器309構(gòu)成， 為系統(tǒng)提供存海量存儲(chǔ)空間，每個(gè)外部存儲(chǔ)器可以看作系統(tǒng)的一個(gè)外存部件。顯然， 一套外存、主機(jī)和 終端順次連接，可以構(gòu)成一臺(tái)功能完成的計(jì)算機(jī)。實(shí)施例中，主機(jī)群302中的主機(jī)307之間連接成局域網(wǎng)，每臺(tái)主機(jī)配備4張具有DVI數(shù)字視頻輸出 接口的顯卡(如ATI Radeon 7500)及USB接口，最多可同時(shí)為4套終端提供服務(wù)，每臺(tái)主機(jī)包含小容 量的私有存儲(chǔ)器，以存放Windows或Linux等支持多終端的操作系統(tǒng)、軟件和用于集群計(jì)算機(jī)部件資源 分配的管理程序，工作時(shí)動(dòng)態(tài)地從外存群303中分配一個(gè)或多個(gè)外存309作為本機(jī)的外部存儲(chǔ)器，從該存儲(chǔ)器上啟動(dòng)應(yīng)用程序及存取數(shù)據(jù)；外部存儲(chǔ)器309主要采用硬盤，也可以部分采用光盤等其它存儲(chǔ)設(shè) 備；每臺(tái)主機(jī)307可以連接最多4套終端304，計(jì)算機(jī)終端304主要包含顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)、音箱、 USB接口等外部設(shè)備及接口，用戶可以通過(guò)任意一套終端登陸系統(tǒng)并獲得服務(wù)。本實(shí)施例中，主機(jī)群302與外存群303通過(guò)有線數(shù)據(jù)交換器308有線連接。有線數(shù)據(jù)交換器308的 結(jié)構(gòu)如圖4所示，由多部件有線接口電路401和傳輸控制器402共同構(gòu)成。多部件有線接口電路401包 含多個(gè)部件的有線接口電路，實(shí)施例中，多部件有線接口電路401包含多個(gè)硬盤接口電路403和多個(gè)主 機(jī)接口電路404，可以采用IDE、 SATA等標(biāo)準(zhǔn)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬盤接口電路403和主機(jī)接口電路404 均與傳輸控制器402連接。傳輸控制器402管理部件間的有線連接，并將與某硬盤接口電路403或主機(jī) 接口電路404輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至目標(biāo)主機(jī)接口電路404或目標(biāo)硬盤接口電路403進(jìn)行輸出，可以采用微 處理器、DSP等芯片電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中，主機(jī)群302和終端群301之間通過(guò)無(wú)線收發(fā)器305和306無(wú)線連接，以方便終端的擺 放和用戶的使用。由于終端群301與主機(jī)群302之間采用了無(wú)線的連接方式，因此主機(jī)群302和外存群 303可以集中放置在專用的機(jī)柜中，便于控制溫度、濕度、粉塵等環(huán)境因素，以及方便工作人員對(duì)其進(jìn) 行維護(hù)。主機(jī)群302和終端群301之間的無(wú)線連接通過(guò)與每臺(tái)主機(jī)連接的無(wú)線收發(fā)器305和與每個(gè)終端 連接的無(wú)線收發(fā)器306來(lái)進(jìn)行。無(wú)線收發(fā)器305和306具有相似的結(jié)構(gòu)，均由順次連接的部件接口電路、 傳輸控制器和無(wú)線傳輸模塊共同構(gòu)成，其中部件接口電路為無(wú)線收發(fā)器與部件之間的連接提供接口，無(wú) 線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無(wú)線收發(fā)器之間的無(wú)線通信，傳輸控制器管理部件間的無(wú)線連接，并將部件接口電 路傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送，將無(wú)線傳輸模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)部件接 口電路向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送。由于主機(jī)與終端提供的接口、要求的傳輸速率等方面的不同，無(wú)線收發(fā)器 305和306在具體實(shí)現(xiàn)上略有不同。與主機(jī)連接的無(wú)線收發(fā)器305結(jié)構(gòu)如圖5所示，其部件接口電路501包含4組視頻輸入通道504和 1個(gè)USB接口電路507，每路視頻輸入通道504由視頻輸入接口電路505和視頻壓縮模塊506構(gòu)成，主 機(jī)顯卡的4路視頻輸出端通過(guò)視頻信號(hào)線與視頻輸入接口電路505連接，原始數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)視頻輸入 接口電路505送至視頻壓縮模塊506，轉(zhuǎn)換為壓縮的視頻信號(hào)后，由傳輸控制器502轉(zhuǎn)發(fā)到無(wú)線傳輸模 塊503進(jìn)行發(fā)送。視頻輸入接口 505可以釆用DVI數(shù)字視頻接口 ，視頻壓縮模塊506可以采用單片機(jī)、 DSP、 MCU、 FPGA或?qū)Ｓ玫囊曨l壓縮芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。USB接口電路507構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳輸通道，主機(jī)中對(duì) 不同終端的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口電路507傳送至無(wú)線收發(fā)器，再由無(wú)線收發(fā)器中的傳輸控制器502根據(jù) 數(shù)據(jù)包的目的地址轉(zhuǎn)至無(wú)線傳輸模塊503向?qū)?yīng)的目標(biāo)進(jìn)行發(fā)送。傳輸控制器502完成部件接口電路501 與無(wú)線傳輸模塊503之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸，并對(duì)部件間的無(wú)線連接進(jìn)行管理，可以采用MCU、 DSP等 嵌入式處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線傳輸模塊503包含一組或多組無(wú)線傳輸單元，可以采用UWB、 WiFi或多種模式混合傳輸?shù)葻o(wú)線傳輸方式，本實(shí)施例中，釆用了 4組UWB傳輸單元508來(lái)實(shí)現(xiàn)。UWB在3.1GHz 到10.6GHz頻率之間可提供最高達(dá)到480Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率，能很好地滿足視頻和數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)， UWB無(wú)線傳輸單元508可以采用Alereon公司的AL4100和AL4300來(lái)實(shí)現(xiàn)，AL4100和AL4300完成 UWB傳輸?shù)奈锢韺雍蚆AC層，提供物理的傳輸規(guī)范以及沖突處理等傳輸協(xié)議，保證了上層信息的透 明傳輸。與終端連接的無(wú)線收發(fā)器306結(jié)構(gòu)如圖6所示，部件接口電路603包含視頻解壓和顯示模塊605、 鍵盤接口電路606、鼠標(biāo)接口電路607、 USB接口電路608以及音頻輸入/輸出接口電路609,視頻解壓 和顯示模塊605為終端提供視頻輸出通道，傳輸控制器602提供的視頻信號(hào)經(jīng)視頻解壓和顯示模塊605 解壓后轉(zhuǎn)換為可顯示的視頻信號(hào)輸出到顯示器進(jìn)行顯示。鍵盤接口電路606、鼠標(biāo)接口電路607、 USB 接口電路608、音頻輸入/輸出接口電路609分別與鍵盤、鼠標(biāo)、USB外設(shè)、音箱和麥克風(fēng)連接，接收或 輸出信號(hào)。與無(wú)線收發(fā)器305相對(duì)應(yīng)，無(wú)線傳輸模塊601可以采用UWB、 WiFi等無(wú)線傳輸模式，可以 用對(duì)應(yīng)的芯片電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中，無(wú)線傳輸模塊為1組AL4100和AL4300構(gòu)成的UWB無(wú)線傳 輸單元604。傳輸控制器602完成接口電路與無(wú)線傳輸模塊之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸，并對(duì)部件間的無(wú)線連 接進(jìn)行管理，可以采用DSP、 MCU等嵌入式處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，由于一些部件不具備運(yùn)算處理能力，因此各部件的自組織連接由部件或與 其連接的連接器來(lái)完成。當(dāng)某部件具有運(yùn)算處理能力時(shí)(例如實(shí)施例中的主機(jī))，由該部件進(jìn)行部件資 源的調(diào)配以及控制連接器進(jìn)行自組織連接，當(dāng)某部件沒(méi)有運(yùn)算能力時(shí)(例如實(shí)施例中的存儲(chǔ)群、終端群)， 則由與其連接的有線數(shù)據(jù)交換器中的傳輸控制器或無(wú)線收發(fā)器中的傳輸控制器來(lái)完成自組織連接所需 的操作。實(shí)施例中，采用了以下方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)的自組織，其流程如圖7所示(1) 用戶需要使用集群計(jì)算機(jī)時(shí)，通過(guò)終端群中的終端輸入登陸信息要求登入，終端將登陸信息 傳送至相連的無(wú)線收發(fā)器，由無(wú)線收發(fā)器中的傳輸控制器產(chǎn)生"組合"命令。根據(jù)按照計(jì)算機(jī)構(gòu)成方式， 終端應(yīng)與主機(jī)連接，因此與終端連接的無(wú)線收發(fā)器向主機(jī)群發(fā)送"組合"命令。用戶的登陸信息包括用 戶帳號(hào)、用戶密碼，此外還可以設(shè)置運(yùn)算服務(wù)等級(jí)和存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)，例如，將終端要求的運(yùn)算服務(wù)劃分 為3個(gè)等級(jí)等級(jí)0為普通運(yùn)算服務(wù)等級(jí)，主要用于上網(wǎng)、文字處理等需要運(yùn)算量不大的普通任務(wù)；等 級(jí)1為需要一定運(yùn)算量的任務(wù)，如從事一些一臺(tái)主機(jī)可完成的運(yùn)算量中等的計(jì)算；等級(jí)2為需要大量運(yùn) 算量的任務(wù)，如需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的實(shí)時(shí)任務(wù)等，此時(shí)需要啟動(dòng)多臺(tái)計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算功能來(lái)加快運(yùn)算 速度存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)可以按需要的存儲(chǔ)空間來(lái)劃分，例如等級(jí)0需要100M存儲(chǔ)空間，等級(jí)1需要200M 存儲(chǔ)空間，等等。"組合"命令中包含登陸信息中的運(yùn)算服務(wù)等級(jí)和存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)，以便主機(jī)群能合理 的分配運(yùn)算和存儲(chǔ)資源。(2) 主機(jī)群中的主機(jī)通過(guò)與之連接的無(wú)線收發(fā)器收到"組合"命令后，選擇一臺(tái)主機(jī)作為該終端的服務(wù)主機(jī)，并建立該主機(jī)與終端的無(wú)線連接。實(shí)施例中，主機(jī)收到"組合"命令后，首先檢査已與本 機(jī)主機(jī)連接的終端數(shù)目，如果本機(jī)所連接的終端數(shù)未達(dá)到最大的4個(gè)，則可以參與競(jìng)爭(zhēng)成為該終端的服 務(wù)主機(jī)。 一種競(jìng)爭(zhēng)服務(wù)主機(jī)的方法是選擇所有主機(jī)中運(yùn)算負(fù)荷最小的主機(jī)成為新終端的服務(wù)主機(jī)，具體 采用以下方法實(shí)現(xiàn)1)為每個(gè)運(yùn)算服務(wù)等級(jí)分配一個(gè)權(quán)重，例如，可以為等級(jí)0分配權(quán)重1，等級(jí)1 分配權(quán)重2，等級(jí)3分配權(quán)重4，等等。2)在主機(jī)群中建立并維護(hù)一張全局的表，用以記錄主機(jī)與各終 端的連接關(guān)系、終端的運(yùn)算服務(wù)等級(jí)以及主機(jī)所連接的終端的運(yùn)算服務(wù)等級(jí)累積權(quán)重。3)當(dāng)主機(jī)群收 到終端的"組合"命令時(shí)，選出在所有連接終端數(shù)未達(dá)到4個(gè)的主機(jī)中累積權(quán)重最小的主機(jī)作為新終端 的服務(wù)主機(jī)，并記錄下新的連接關(guān)系及累積權(quán)重。新終端的服務(wù)主機(jī)確定后，記錄下終端的標(biāo)識(shí)及登陸 信息，并通過(guò)與之連接的無(wú)線收發(fā)器向該終端發(fā)送應(yīng)答信息。終端通過(guò)無(wú)線收發(fā)器收到服務(wù)主機(jī)的應(yīng)答 后，記錄下服務(wù)主機(jī)的標(biāo)識(shí)。完成以上步驟后，服務(wù)主機(jī)需要按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，向所有應(yīng)與其連接而尚未連接的部件群發(fā) 出"組合"命令。本實(shí)施例中按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式應(yīng)與主機(jī)連接的包括終端群和外存群，由于終端群 中的終端己與主機(jī)建立了連接，因此此時(shí)應(yīng)與其連接而尚未連接的部件群為外存群。實(shí)施例中，服務(wù)主 機(jī)采用以下方法與外存群連接1)為每個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)分配一個(gè)權(quán)重，例如，為等級(jí)0分配權(quán)重1，等 級(jí)1分配權(quán)重2，等級(jí)3分配權(quán)重4，等等；2)在主機(jī)群中建立并維護(hù)一張全局的表，用以記錄各主機(jī) 與各存儲(chǔ)器之間的連接關(guān)系、終端的存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)以及存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)累積權(quán)重；3)當(dāng)有新的 終端要連接到本機(jī)時(shí)，如果新終端是本機(jī)的第一個(gè)連接終端，則選出當(dāng)前存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)累積權(quán)重最小的 一個(gè)外存儲(chǔ)器作為本機(jī)的外部存儲(chǔ)器，對(duì)其發(fā)出"組合"命令，并記錄下新的連接關(guān)系及累積權(quán)重。實(shí) 施例中，由于外存群不具有運(yùn)算處理能力，因此外存的連接組合操作實(shí)際上由與之連接的有線數(shù)據(jù)交換 器來(lái)執(zhí)行，即有線數(shù)據(jù)交換器接收到主機(jī)對(duì)某一外存發(fā)出的組合命令時(shí)，在其傳輸控制器中記錄下該主 機(jī)與該外存的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在之后的數(shù)據(jù)交換中，按該對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)該主機(jī)與該外存數(shù)據(jù)的雙向傳輸。 如果新終端不是本機(jī)的第一個(gè)連接終端，且所有終端要求的存儲(chǔ)空間大于目前與本機(jī)連接的外存儲(chǔ)器的 存儲(chǔ)空間，則選出當(dāng)前存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)累積權(quán)重最小的一個(gè)外存儲(chǔ)器，作為本機(jī)新增的外部存儲(chǔ)器，并進(jìn) 行類似的"組合"操作；如果新終端不是本機(jī)的第一個(gè)連接終端，且所有終端要求的存儲(chǔ)空間小于目前 與本機(jī)連接的外存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間，則按新終端存儲(chǔ)服務(wù)等級(jí)在已連接的外存中為其分配存儲(chǔ)空間。(3)實(shí)施例中，按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，外存群應(yīng)與主機(jī)群連接，由于此時(shí)外存已與服務(wù)主機(jī)建 立了連接，因此實(shí)施例中外存群是組合操作的最后一個(gè)部件，當(dāng)外存儲(chǔ)器與主機(jī)建立連接后，自組織組 合操作完成，系統(tǒng)可以開(kāi)始為新用戶提供服務(wù)。為了方便管理員對(duì)主機(jī)群和存儲(chǔ)群進(jìn)行管理，系統(tǒng)可以設(shè)置管理員帳號(hào)，用戶使用管理員帳號(hào)登陸 時(shí)，可以由終端通過(guò)無(wú)線收發(fā)器指定一臺(tái)主機(jī)作為其服務(wù)主機(jī)，然后通過(guò)該主機(jī)指定一個(gè)外部存儲(chǔ)器作為其服務(wù)存儲(chǔ)器。實(shí)施例在為用戶提供服務(wù)期間，用戶通過(guò)終端輸入命令或數(shù)據(jù)，與終端連接的無(wú)線收發(fā)器將輸入的 命令或數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)主機(jī)，由服務(wù)主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，涉及到外存操作的，服務(wù)主機(jī)通過(guò)有線數(shù)據(jù) 交換器在與之連接的外存中進(jìn)行存取操作，服務(wù)主機(jī)通過(guò)無(wú)線收發(fā)器向終端提供視頻信號(hào)、音頻信號(hào)或 處理后的數(shù)據(jù)信息，終端再將結(jié)果以合適的形式反饋給用戶。當(dāng)用戶的登陸級(jí)別為2時(shí)，主機(jī)還可以啟 用并行計(jì)算軟件為該用戶提供高速的運(yùn)算。在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，由于一些部件不具備運(yùn)算處理能力，因此各部件取消組合的操作由部件或 與其連接的連接器來(lái)完成。當(dāng)某部件具有運(yùn)算處理能力時(shí)(例如實(shí)施例中的主機(jī))，由該部件控制與其 連接的連接器進(jìn)行取消組合操作，當(dāng)某部件沒(méi)有運(yùn)算能力時(shí)(例如實(shí)施例中的存儲(chǔ)群、終端群)，則由 與其連接的有線數(shù)據(jù)交換器中的傳輸控制器或無(wú)線收發(fā)器中的傳輸控制器來(lái)完成取消組合的操作。實(shí)施例中，當(dāng)某個(gè)用戶使用完畢時(shí)，采用以下方式將已組織成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件取消組合， 恢復(fù)至未組合狀態(tài)，其流程如圖8所示(1) 用戶通過(guò)終端和無(wú)線收發(fā)器向主機(jī)發(fā)出注銷命令，(2) 主機(jī)收到該命令后，注銷該用戶，通過(guò)無(wú)線收發(fā)器和有線數(shù)據(jù)交換器向與之連接的終端和外 部存儲(chǔ)器發(fā)出"取消組合"命令，然后刪除全局表中記錄的相關(guān)連接信息和權(quán)重，以及無(wú)線收發(fā)器中傳 輸控制器記錄的相關(guān)連接信息。(3) 與終端連接的無(wú)線收發(fā)器和與外存連接的有線數(shù)據(jù)交換器收到"取消組合"命令后，由于已 沒(méi)有與之連接的部件，因此停止"取消組合"命令的傳遞，并在各自的傳輸控制器中刪除相關(guān)連接信息， 系統(tǒng)取消組合操作完成。
權(quán)利要求
1、一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，其特征在于至少包含三個(gè)部件群，且至少有一個(gè)部件群包含兩個(gè)或兩個(gè)以上部件，所述部件由計(jì)算機(jī)硬件中的一種或多種構(gòu)成，所述部件群中的部件按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，通過(guò)連接器自組織地與對(duì)應(yīng)部件群中的部件建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且至少能由不同部件群的部件組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；所述的連接器為有線數(shù)據(jù)交換器或無(wú)線收發(fā)器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)硬件是指 CPU、主板、接口板卡、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器或終端設(shè)備。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，其特征在于所述有線數(shù)據(jù)交換器 由多部件有線接口電路和傳輸控制器共同構(gòu)成，所述多部件有線接口電路包含多個(gè)部件的有線接口電 路，為有線數(shù)據(jù)交換器與多個(gè)需相互連接的部件之間提供連接的接口，各部件的有線接口電路均與傳輸 控制器連接；傳輸控制器管理部件間的有線連接，并將每個(gè)部件的有線接口電路輸入的數(shù)據(jù)傳送至相應(yīng) 目標(biāo)部件的有線接口電路進(jìn)行輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，其特征在于所述無(wú)線收發(fā)器包含 部件接口電路、傳輸控制器和無(wú)線傳輸模塊，其中部件接口電路為無(wú)線收發(fā)器與部件之間的連接提供接 口；無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無(wú)線收發(fā)器之間的無(wú)線通信；傳輸控制器管理部件間的無(wú)線連接，并將部件 接口電路傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送，將無(wú)線傳輸模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò) 部件接口電路向目標(biāo)部件進(jìn)行發(fā)送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)，其特征在于所述多部件自組織軟 連接集群計(jì)算機(jī)由外存群、主機(jī)群、終端群共同構(gòu)成，其中外存群由外部存儲(chǔ)器構(gòu)成，主機(jī)群由計(jì)算機(jī) 主機(jī)構(gòu)成，終端群由計(jì)算機(jī)終端構(gòu)成。
6、 權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)的自組織方法，該方法中的不 同部件群的部件，按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，自組織地連接組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于包括如下 步驟(1) 由任一部件群中的一個(gè)部件或與該部件連接的連接器發(fā)出"組合"命令；(2) 接收到"組合"命令的部件群，由發(fā)出"組合"命令的部件或與其連接的連接器指定該部件 群中的一個(gè)或多個(gè)部件與其進(jìn)行連接組合，或者由該部件群指定群中的一個(gè)或多個(gè)部件與發(fā)出"組合" 命令的部件進(jìn)行連接組合；該部件群中指定的部件或與其連接的連接器按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，向所有 應(yīng)與其連接而尚未連接的部件群發(fā)出"組合"命令；(3) 如果收到"組合"命令的部件或與其連接的連接器，與所有應(yīng)與其連接的部件群中的部件建 立了連接，則停止"組合"命令的傳遞，否則轉(zhuǎn)步驟(2)繼續(xù)進(jìn)行；當(dāng)本次組合操作中涉及的所有部 件或連接器均停止"組合"命令的傳遞時(shí)，系統(tǒng)自組織組合操作完成，開(kāi)始為用戶提供服務(wù)。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括將已組織成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)部件取消組 合，使部件恢復(fù)至未組合狀態(tài)，所述取消組合的步驟如下-(1) 由己組織成為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的某個(gè)部件或與其連接的連接器向所有與之連接的部件發(fā)出"取 消組合"命令，發(fā)出"取消組合"命令后，該部件或與其連接的連接器斷開(kāi)該部件與其它部件的連接， 或由接收到"取消組合"命令的部件或與其連接的連接器斷開(kāi)與該部件的連接；(2) 收到"取消組合"命令的部件或與其連接的連接器，將"取消組合"命令傳遞給與其連接的所 有部件，并斷開(kāi)該部件與其它部件之間的連接，或由接收到"取消組合"命令的部件或與其連接的連接 器斷開(kāi)與該部件的連接；(3) 如果收到"取消組合"命令的部件已沒(méi)有與之連接的部件，則停止"取消組合"命令的傳遞， 否則轉(zhuǎn)步驟(2)繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)本次取消組合操作中涉及的所有部件或連接器均停止"取消組合"命令 的傳遞時(shí)，系統(tǒng)取消組合操作完成，所涉及的各部件恢復(fù)至未組合狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種多部件自組織軟連接集群計(jì)算機(jī)及其自組織方法，至少包含三個(gè)部件群，且至少有一個(gè)部件群包含兩個(gè)或兩個(gè)以上部件，所述部件由計(jì)算機(jī)硬件中的一種或多種構(gòu)成，所述部件群中的部件按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，通過(guò)連接器自組織地與對(duì)應(yīng)部件群中的部件建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，至少能組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；所述連接器為有線數(shù)據(jù)交換器或無(wú)線收發(fā)器。所述方法主要包括將不同部件群的部件，按照計(jì)算機(jī)的構(gòu)成方式，自組織地連接組合成一個(gè)計(jì)算機(jī)為用戶服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后又將該計(jì)算機(jī)分解為部件。本發(fā)明打破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中各部件固定的連接關(guān)系，使硬件資源實(shí)現(xiàn)高度共享，且系統(tǒng)可靠性高，用戶服務(wù)性能可動(dòng)態(tài)配置，適用于使用集群計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G06F15/16GK101226518SQ20081002606
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者劉桂開(kāi), 軍 張, 崗 韋 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)