[发明专利]基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法

权利要求书

1.一种基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法，其特征在于有下列步骤：

步骤一：对Torus网络结构进行区域划分；

采用区域块划分条件进行Torus网络结构的节点－区域块划分，得到改进Torus网络结构；按照行节点数Row及列节点数Col进行，其中Row和Col均为大于2的整数；

区域块划分条件中所有节点采用行数、列数的矩阵形式记为

Row为改进Torus网络结构中位于行的节点总数；a表示改进Torus网络结构中任意一行的标识号，且a∈Row；

Col为改进Torus网络结构中位于列的节点总数；b表示改进Torus网络结构中任意一列的标识号，且b∈Col；

node_a,b表示改进Torus网络结构中位于第a行第b列的节点标识号；

node_Row,Col表示改进Torus网络结构中位于最后一行最后一列的标识号；

步骤二：在改进Torus网络结构中设置区域块－处理单元和区域块－路由器；

节点－区域块划分完以后，每个节点－区域块中心设置一个区域块－处理单元DPE和区域块－路由器DR，所述DPE和所述DR的特点是在无故障时均处于休眠状态；

在节点－区域块内部，每个DR通过一个5选1的复用器MUX选择与四个本地处理单元PE之一或DPE建立数据链路；

在节点－区域块内部，每个DPE通过一个5选1的复用器MUX选择与四个本地路由器R之一或DR建立数据链路；

每个R可以跟本地处理单元PE或DPE进行数据的收发；

每个PE可以跟本地路由器R或DR进行数据的收发；

DR与四个R之间都有链路相连，可代替节点－区域块内任意一个故障的R继续工作；DPE中事先备份四个PE中的处理任务，可代替节点－区域块内任意一个故障的PE继续工作，所有多路复用器MUX的信号均由控制器产生；

本地路由器R上还设有拓扑重构开关TRS；所述的拓扑重构开关TRS由若干个多路复用器MUX及一条环型链路组成，多路复用器MUX的控制信号由控制器产生，无故障时，拓扑重构开关TRS处于休眠状态，仅起到数据链路的作用；当R发生故障时，原本传向故障的R的数据包会通过其外层的拓扑重构开关TRS传向DR，从DR传过来的数据包则通过TRS绕过故障的R传向其他路由器；

步骤三：根据故障信息进行拓扑重构，若拓扑重构后仍存在故障执行步骤四，否则结束；

步骤301：利用内建自测试机制对改进Torus网络结构中的故障进行定位，并将故障信息发送给控制器；执行步骤302；

步骤302：控制器接收到故障信息后进行判断；

若仅发生本地处理单元PE故障，则执行步骤303；

若仅发生本地路由器R故障，则执行步骤304；

若同时发生PE和R故障，则依次执行步骤303及304；

步骤303：控制器将控制信号发送到相应的多路复用器MUX，使原本与故障的PE连接的本地路由器与区域块－处理单元DPE建立数据链路；所述DPE事先对当前节点－区域块内所有的本地处理单元的任务进行备份，根据故障的位置选择执行哪个本地处理单元的任务；

步骤304：故障的R外围的拓扑重构开关TRS接收到多路复用器MUX的控制信号后，使原本与故障的R连接的本地处理单元与区域块－路由器DR建立数据链路；原本与故障的R直接相连的其他路由器通过TRS与区域块－路由器DR相连；

任意一条TT消息为一个五元组信息表示，记为TTINF＝[tt.src,tt.dest,tt.length,tt.period,tt.hop]；

tt.src表示TT消息的源节点编号；

tt.dest表示TT消息的目的节点编号；

tt.length表示TT消息的帧长，为64～1518B；

tt.period表示TT消息的周期；

tt.hop表示TT消息的最短路径的跳数；

其中，与TTINF＝[tt.src,tt.dest,tt.length,tt.period,tt.hop]中前四个元素相比，所述tt.hop并非消息的固有属性，需要在确定拓扑的行数和列数之后根据源节点和目的节点求得；并且，tt.hop恒大于0，即不允许源节点和目的节点为同一个节点；

步骤四：对待调度TT消息进行路径规划并依次增量化调度，执行步骤五；

步骤401，计算TT消息最短路径跳数；

计算每条TT消息从源节点到目的节点中仅包括普通直连链路的最短路径的跳数，计算方法为：任意两个节点node_a,b与node_c,d之间包括直连链路的最短路径的跳数h为：abs(a-c)+abs(c-d)；计算出源节点到目的节点包括环绕链路的最短路径跳数，计算方法为：任意两个节点node_a,b与node_c,d之间包括环绕链路的最短路径的跳数为：h＝min(abs(a-c),Row-abs(a-c))+min(abs(b-d),Col-abs(b-d))，其中，Row和Col分别表示行节点总数及列节点总数，abs表示取绝对值；

对每条TT消息，直连最短路径跳数大于等于环绕路径跳数，当二者跳数相等时选择路径更短的直连链路，否则选择跳数更小的环绕链路；

步骤402，对TT消息进行可调度排序；

计算出每条TT消息的最短路径跳数后，将TT消息按照周期由小到大、跳数由大到小、帧长由长到短进行可调度性排序；

步骤403，计算最短路径和备用路径；

用经过节点的所有TT消息的帧长周期比之和计算当前节点的繁忙度相邻节点实时互传数据包来获取对方的繁忙度，若某个节点收不到相邻节点的互传数据包，则将此方向的相邻节点的繁忙度视为无穷大；首先将源节点加入到最短路径P_最短及备用路径P_备用中，计算出源节点的四个相邻节点到目的节点的跳数，根据跳数由小到大进行排序，若存在两个以上的节点到目的节点的跳数相同，则按照繁忙度由小到大排序，并将排在首位的结点加入到当前的最短路径P_最短，将排在次位的结点加入到备选路径P_备用；P_最短和P_备用中的最后一个节点依次重复所述源节点确定下一跳结点的步骤，直至P_最短和P_备用中的节点数等于当前TT消息的最短路径跳数；最后将目的节点加入到P_最短和P_备用中，计算P_最短和P_备用中的所有节点的繁忙度之和，若P_备用的繁忙度之和小于P_最短的繁忙度之和，则将二者交换；

步骤404，增量化调度；

采用TT流量约束条件对TT消息按其最短路径P_最短依次增量化调度；

若某条TT消息无可行解，则采用备选路径P_备用进行增量化调度；

当所有TT消息完成增量化调度后，然后执行步骤五；

步骤五：检查待调度消息组是否完成调度；

将计数变量count初始值置为0，每成功调度一条TT消息，count值加1，当所有TT消息完成求解后，若count值等于TT消息总数，表示成功完成故障隔离；若count值小于TT消息总数，表示未能成功完成故障隔离。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法，其特征在于：节点－区域块划分条件为：

改进Torus网络结构的行数标记为Row，列数标记为Col；

节点－区域块划分条件A：

行数Row和列数Col均为偶数，具有Torus结构的航空电子片上网络中的所有节点从第一个节点开始，然后平均分为的节点－区域块；

节点－区域块划分条件B：

若行数Row为偶数，列数Col为奇数，具有Torus结构的航空电子片上网络中的节点除最后一列节点以外，剩余节点从第一个节点开始，然后平均分为的节点－区域块；最后一列从上到下顺次相连的四个节点为一个节点－区域块，剩余不满四个的节点为一个节点－区域块，共计得到个节点－区域块；

节点－区域块划分条件C：

若行数Row为奇数，列数Col为偶数，具有Torus结构的航空电子片上网络中的节点除最后一行节点以外，剩余节点从第一个节点开始，然后平均分为的节点－区域块；最后一行从左到右顺次相连的四个节点为一个节点－区域块，剩余不满四个的节点为一个节点－区域块，共计得到个节点－区域块；

节点－区域块划分条件D：

若行数Row和列数Col均为奇数，具有Torus结构的航空电子片上网络中的节点除最后一行及最后一列以外，剩余节点从第一个节点开始，然后平均分为2×2的节点－区域块；最后一行从左到右顺次相连的四个节点为一个节点－区域块，最后一列从上到下顺次相连的四个节点为一个节点－区域块，共计得到个节点－区域块。