[实用新型]树型光分组交换式机群结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种分级控制计算机，尤其涉及一种树型光分组交换式机群结构。

背景技术

过去的若干年里，在技术领域内，计算资源的发展往往跟不上应用的需求。在一些诸如量子物理实验、全球范围内的气候模拟等专门化的领域当中，需要共享大量的测量数据来加强分析计算的能力。同时，为了能满足科学研究、资源环境、制造业和服务业等行业与领域的需要，希望研制出一批基于高性能计算与网格技术的大型应用系统，实现行业与领域的资源共享和协同工作，提高行业的生产力，促进各部门的信息化建设。

传统的计算和通信资源已不能满足需求。在高性能计算的快速发展过程中，人们提出了通过高速的网络将分处不同区域的不同计算资源连接起来，以解决一些“大量级”应用的思想。90年代中期提出的“网格”概念，是实现这种思想的主要实现方法。

但是，电的带宽受到其固有的高频电容、电感效应以及电磁干扰等因素的影响，成为高速、高容量、低延时数据传输的瓶颈。

现在，光纤和DWDM技术日趋成熟，分布式计算被带到了一个新的高度。通过高速的光网络及光互连技术，把一系列分布的计算存储节点整合起来作为一个大计算存储单元的想法在技术和经济上都是可行的。

目前HPCS及Grid的设计从光交换的角度来看主要可以分为光电路交换(OCS)，光突发交换(OBS)及光分组交换(OPS)等方面。

基于OCS的HPCS尝试在节点之间建立永久的静态的光路的连接，适用于吞吐量较大的流量传输，但其静态特性降低了端口和链路的利用率，不能满足用户突发业务的需求。

采用OBS技术既可满足较大文件的传输对较高吞吐量的需求，又可满足较小命令的传输对较低时延的需求。但突发的组装会引入较大的突发装配时延，不能满足低时延的实时传输需求。

发明内容

本实用新型提供一种能够减小时延，满足用户业务突发性需求，提高链路和端口的利用率的树型光分组交换式机群结构。

本实用新型采用如下技术方案：

以两级HPCS为例，定义第一级为主节点，第二级为从节点。主节点带有n个从节点；每一个从节点带有m个CPUs。主节点具有最高管理级别，管理并控制n个从节点，从节点管理自己的m个CPUs，以此类推，可以实现多级扩展。定义从节点向主节点转发的信号为上路信号，主节点向从节点转发的信号为下路信号。

每一个从节点所带的m个CPUs产生的信号通过密集波分复用(DWDM)技术与从节点交换单元相连，同样，n个从节点产生的信号通过DWDM技术与主节点相连。

CPUs通过控制信道，定期把自己的空闲存储空间、空闲计算能力等信息传到从节点，从节点同样定期将自己所管理的CPUs的信息向主节点汇报。主，从节点将这些信息存储在自己控制单元的存储矩阵当中。

CPUs有任务产生以后，在边缘路由器(ER)处组装成光分组，分组头中带有任务所需的存储容量，计算能力等信息，若有明确的目的地，则带有地址信息。

分组首先在此CPU所在的从节点内部交换，控制单元根据分组头信息为任务分配或寻找目的地，若无满足需要的目的单元，则将分组转发至主节点。

主节点根据各从节点情况进行均衡，寻找满足合适的从节点，并将任务转发至相应的从节点，获得任务的从节点再根据分组头信息为任务分配合适的目的CPUs。

光交换单元采用组播技术实现高速大容量数据交换。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型能够实现大批量分布式高性能微处理器的互连和大量突发高速光数据流的实时交互和共享。高速大容量数据采用分布式控制、分级管理模式进行存储和处理，可以减小控制单元的计算和存储压力，有利于实现多级扩展，容易实现较远距离CPUs之间的连接。采用异步交换模式和OPS及组播技术可以减小时延，满足用户业务突发性需求，提高链路和端口的利用率和数据传输效率，同时避免时钟同步。

目前的HPCS多采用集中控制方式，每一个端口有业务产生后，必须向中央调度器发送请求信号，若距离较远，则可能引入请求和回答信号较大的往返时延。本实用新型采用分级控制的管理模式，节点只需向本地控制单元发送请求，可以大大减小此类时延，同时，可以减小每级控制单元的存储和计算压力；

本实用新型采用异步交换模式，可以减小数据等待时间，满足用户业务的突发性需求，避免对同步时钟信号的需求，增加了业务交换的灵活性。特别是在进行多级扩展的时候，若采用同步交换，各级节点之间的同步难度较大，采用异步交换模式可以避免这个问题；