[发明专利]包括分组成单元的节点的层级结构的网络拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电子通信。

背景技术

网络节点和链路的布置由网络拓扑来定义。网络拓扑能够确定网络节点之间的物理和逻辑互连，其中每个节点具有到一个或多个其它节点的一个或多个链路。网络的物理拓扑由节点之间的物理连接的配置所确定。该配置可以通过例如环、星、线、晶格、超立方体、环的多维几何形状来表示。网络的逻辑拓扑由节点之间的数据流动所所确定。

处理节点的网络可以被用于超级计算应用。例如，大型超级计算应用可以被分为在网络的不同处理节点上运行的不同指令子集。为了减少等待时间并提高效率，跨整个网络的业务分布以及本地级别的节点间的最大通信是优选的。

典型地，网络的寻址和路由方案的复杂度随着网络拓扑的复杂度的增加而增加。复杂的路由表会需要大量的中央处理单元(CPU)时间来实现。传统的分组路由要求在能够对分组报头中的目的地地址能够进行解码并且能够转发分组之前必须在节点完全接收该分组，这导致了等待时间。等待时间也会随着复杂的寻址方案而增加。复杂的网络拓扑会具有高的跳数与节点比，其中每一跳引入了分组等待时间的若干个时钟周期。

发明内容

本说明书描述了与网络拓扑相关的系统、方法和计算机程序产品。通常，在一个方面，本发明公开了一种包括节点的层级结构的网络。节点的结构包括n个层，所述n个层包括n-1个切换(switch)节点层以及1个计算节点层。该结构中的每一层包括分组成单元的m^n-L个节点，其中m表示一个单元中节点的数目并且为大于1的整数。L表示结构中的层并且为整数，其中L＝0表示最低层而L＝n-1表示最高层。除了计算层外的层中的每个节点包括用于该结构中下一个较低层中的单元的切换节点。对于每个单元，该单元中的每个节点通过点对点链路连接到该单元中的每个其它节点，该单元中的每个节点通过点对点链路连接到用于该单元的本地切换节点，并且该单元中的每个节点通过用于该单元的本地广播网络连接到该单元中的每个其它节点以及本地切换节点。

所述网络的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。每个计算节点可以包括可操作以执行一个或多个应用的指令的处理元件。该结构中的最低层可以是计算节点层并且可以包括mⁿ个计算节点。单元中的每个节点可以通过以太网连接到单元中的每个其它节点以及本地切换节点。每个计算节点可以包括处理元件、控制器和存储器。每个计算节点可以包括实现为现场可编程门阵列的通信硬件。

通常，在另一方面，本发明公开了一种包括节点的层级结构的网络，所述层级结构包括n个层。所述n个层包括n-1个切换节点层以及1个计算节点层。该结构中的每一层包括一个或多个节点单元，其中L表示该结构中的层并且为整数，其中L＝0表示最低层而L＝n-1表示最高层，并且一个单元中节点的数目大于1。除了计算层外的层中的每个节点包括用于该结构中下一个较低层中的单元的切换节点。对于每个单元而言，该单元中的每个节点通过点对点链路连接到该单元中的每个其它节点，该单元中的每个节点通过点对点链路连接到用于该单元的本地切换节点，并且该单元中的每个节点通过用于该单元的本地广播网络连接到该单元中的每个其它节点和本地切换节点。

所述网络的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。一个或多个单元中所包括的一个或多个点对点链路可以被无效。该结构中的一个层中的每个单元可以具有相同数量的节点。该结构中的每一个层中的每个单元可以具有相同数量的节点。每个单元可以包括由包括8个节点的2×2×2立方体所表示的本地三维网络拓扑。每个计算节点可以包括可操作以执行一个或多个应用的指令的处理元件。

该结构中的最低层可以是计算节点层。单元中的每个节点可以通过以太网连接到该单元中的每个其它节点和本地切换节点。每个计算节点可以包括处理元件、控制器和存储器。每个计算节点可以包括实现为现场可编程门阵列的通信硬件。

通常，在另一方面，本发明公开了一种包括节点的层级结构和处理器的联网设备。所述节点的层级结构包括n个层，所述n个层包括n-1个切换节点层以及1个计算节点层。L表示该层级结构中的层并且为整数，其中L＝0表示最低层而L＝n-1表示最高层。所述处理器被配置为对分组中所接收的n个位组进行处理，其中每个计算节点完全通过所述n个位组进行寻址，而层L的每个切换节点完全通过n-L个最高有效位组进行寻址。