一種并行計(jì)算廣播通信的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)中的廣播通信領(lǐng)域，特指一種并行計(jì)算廣播通信的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)在科學(xué)計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、醫(yī)療新藥物研究等計(jì)算能力需要高的領(lǐng)域，在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略能力提升上具有至關(guān)重要的地位和作用。高性能計(jì)算機(jī)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新不斷提升計(jì)算能力，典型的架構(gòu)是通過(guò)計(jì)算集群協(xié)同進(jìn)行并行計(jì)算。
[0003]MPI (Message Passing Interface)等并行編程模型通過(guò)將任務(wù)進(jìn)行劃分實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同計(jì)算。其中常見(jiàn)的廣播、柵欄同步等操作中one-to-all和all-to_one需要將消息分發(fā)到全網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)并匯聚。高性能計(jì)算對(duì)消息傳遞的延時(shí)極其敏感，降低廣播的完成時(shí)間能夠有效提升計(jì)算速度。典型的IBM的BlueGene系列超極計(jì)算機(jī)采用獨(dú)立的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)用于加速?gòu)V播通信。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠有效降低廣播延時(shí)、提高了并行計(jì)算性能的并行計(jì)算廣播通信的方法
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種并行計(jì)算廣播通信的方法，所有需要發(fā)送廣播數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到列頭交換機(jī)，通過(guò)在列頭交換機(jī)的機(jī)柜頂上放置自由光發(fā)射設(shè)備將光纖中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為自由空間光；在接收數(shù)據(jù)的機(jī)柜上放置自由光分光及接收設(shè)備進(jìn)行分光和接收，使得機(jī)柜之間的廣播通信能夠通過(guò)自由光分光及接收設(shè)備將自由空間光在物理層發(fā)送到所有接收端；機(jī)柜內(nèi)部服務(wù)器之間的廣播通信則通過(guò)有線鏈路傳輸。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述自由光發(fā)射設(shè)備為光纖準(zhǔn)直器。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述光纖準(zhǔn)直器為單向光纖準(zhǔn)直器，用來(lái)經(jīng)光模塊發(fā)射端及光纖傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)方向的自由空間光。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述光纖準(zhǔn)直器為雙向光纖準(zhǔn)直器，用來(lái)經(jīng)光模塊發(fā)射端、光纖及光纖分路器傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向的自由空間光。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述方法通過(guò)四次交換機(jī)完成全網(wǎng)廣播時(shí)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為m排機(jī)柜，每排有η個(gè)機(jī)柜，具體步驟如下:
[0011]SlOO:(0,0)機(jī)柜頂上在水平方向和垂直方向分別放置自由光單向發(fā)射設(shè)備，用于向同一排和同一列的機(jī)柜發(fā)送廣播數(shù)據(jù)；(0，j) I ( j < η機(jī)柜頂上水平方向放置自由光分光及接收設(shè)備用于接收數(shù)據(jù)，垂直方向上放置自由光單向發(fā)射設(shè)備，用于將廣播數(shù)據(jù)在同一列進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；(i，j) I < i < m，I < j < η機(jī)柜頂上放置自由光分光及接收設(shè)備，用于接收垂直方向發(fā)送過(guò)的廣播數(shù)據(jù)；
[0012]S200:廣播源節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到柜頂交換機(jī)(i，j);
[0013]S300:柜頂交換機(jī)通過(guò)有線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到同一排列頭機(jī)柜的交換機(jī)(i，0);
[0014]S400:機(jī)柜(i，O)的柜頂交換機(jī)通過(guò)有線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到(0，O)機(jī)柜的柜頂交換機(jī)；
[0015]S500: (O, O)機(jī)柜的柜頂交換機(jī)利用自由光將廣播數(shù)據(jù)發(fā)送給同一排所有的機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜通過(guò)自由光分光及接收設(shè)備，接收到(0，0)機(jī)柜發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)；
[0016]S600: (O, j)0彡j彡η機(jī)柜向同一列的所有機(jī)柜轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)，完成全網(wǎng)廣播。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述方法通過(guò)三次交換機(jī)完成全網(wǎng)廣播，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為m排機(jī)柜，每排有η個(gè)機(jī)柜，具體步驟如下:
[0018]SlOO:(1,0)1 ^ i彡m機(jī)柜在柜頂?shù)牡?i，i)個(gè)位置下面放置自由光雙向發(fā)射設(shè)備，上面放置自由光單向發(fā)射設(shè)備，柜頂?shù)牡?k，k)0 < k < m，k # i個(gè)位置放置自由光分光及接收設(shè)備；(i, j)0< i < m, I < j < η機(jī)柜柜頂上第(i, i)個(gè)位置下面放置自由光雙向發(fā)射設(shè)備，上面放置自由光分光及接收設(shè)備，柜頂?shù)牡?k，k)0 < k < m，k # i個(gè)位置放置自由光分光及接收設(shè)備；
[0019]S200:廣播源節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到柜頂交換機(jī)(i，j);
[0020]S300:柜頂交換機(jī)通過(guò)有線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到同一排列頭機(jī)柜的交換機(jī)(i，0);
[0021]S400: (i, O)機(jī)柜的柜頂交換機(jī)利用自由光將廣播數(shù)據(jù)發(fā)送給同一排所有的機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜通過(guò)自由光分光及接收設(shè)備，接收到(i，0)機(jī)柜發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)；
[0022]S500: (i, j)0 ^ j ^ η機(jī)柜向同一列的所有機(jī)柜轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)，完成全網(wǎng)廣播。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1、本發(fā)明并行計(jì)算廣播通信的方法，采用自由光進(jìn)行廣播，自由光與光纖相比，自由光物理層具有天然的廣播特性，能夠承載廣播通信應(yīng)用。傳輸具有低延時(shí)的特點(diǎn)，利用自由光物理層進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播的方法能夠有效降低廣播延時(shí)，提高了并行計(jì)算的性能。
[0025]2、本發(fā)明并行計(jì)算廣播通信的方法，利用自由光的廣播網(wǎng)絡(luò)與其他單播流量隔離，降低網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載。
[0026]3、本發(fā)明并行計(jì)算廣播通信的方法，能夠有效降低交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)仲裁等硬件功能的復(fù)雜度，減少轉(zhuǎn)發(fā)表的容量需求。
[0027]4、本發(fā)明并行計(jì)算廣播通信的方法，利用自由光物理層進(jìn)行廣播通信，即用無(wú)線鏈路代替有線鏈路，可以降低布線復(fù)雜度，使得系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中構(gòu)建廣播系統(tǒng)的示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中采用自由光單向發(fā)射設(shè)備的示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中采用自由光分光及接收設(shè)備的示意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中采用自由光雙向發(fā)射設(shè)備的示意圖。
[0032]圖5是本發(fā)明在實(shí)施例1中經(jīng)過(guò)四次交換機(jī)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)廣播方法的原理示意圖。
[0033]圖6是本發(fā)明在實(shí)施例2中經(jīng)過(guò)三次交換機(jī)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)廣播方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明并行計(jì)算廣播通信的方法，為基于自由空間光物理層優(yōu)化并行計(jì)算廣播通信的方法；在本發(fā)明的方法中，所有需要發(fā)送廣播數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到列頭交換機(jī)，通過(guò)在列頭交換機(jī)的機(jī)柜頂上放置光纖準(zhǔn)直器I將光纖中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為自由空間光A ;在接收數(shù)據(jù)的機(jī)柜上放置波分束器2進(jìn)行分光，使得機(jī)柜之間的廣播通信能夠通過(guò)波分束器2將自由空間光A在物理層發(fā)送到所有接收端；機(jī)柜內(nèi)部服務(wù)器之間的廣播通信則通過(guò)有線鏈路傳輸。
[0036]具體步驟為:
[0037]S1:構(gòu)建廣播系統(tǒng)；參見(jiàn)圖1，在列頭交換機(jī)的機(jī)柜頂上放置自由光單向發(fā)射設(shè)備(如:光纖準(zhǔn)直器I)，在接收數(shù)據(jù)的機(jī)柜上放置自由光分光及接收設(shè)備(如:波分束器2);其中，光纖準(zhǔn)直器I可以用來(lái)經(jīng)光模塊發(fā)射端3及光纖傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)方向的自由空間光A(如圖2所示)，或者用來(lái)經(jīng)光模塊發(fā)射端3、光纖及光纖分路器4傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向的自由空間光A (如圖3所示)。波分束器2可以將自由空間光A進(jìn)行分光(如圖4所示)，使得機(jī)柜之間的廣播通信能夠通過(guò)波分束器將自由空間光在物理層發(fā)送到所有接