CN109391547A - 网络拓扑系统及其拓扑建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络拓扑系统具有N个数据交换节点。所述的数据交换节点依序通讯连接以形成环状通讯。N为正整数且为偶数。第i个数据交换节点更用以依据连线规则而通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点。第j个数据交换节点更用以依据连线规则而通讯连接第[(j‑m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点。i与j为非负整数，m与p为正整数。其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为奇数，j与p为偶数。

Description

网络拓扑系统及其拓扑建立方法

技术领域

本发明关于一种网络拓扑系统及其拓扑建立方法，特别是一种具有均匀结构的网络拓扑系统及其拓扑建立方法。

背景技术

一个网络拓扑(network topology)，又可称为图(graph)或回路(circuit)，乃由多个节点(node)与将这些节点两两相连的线所构成。在网络术语上来说，一个节点常被称为一个顶点(vertex)，其与其他节点的连线被称为路径(path)，或称之为边缘(edge)。一个节点上所连接的路径数量则被称之为此节点的幂级(degree)，而这些连接数量的分布称为幂级分布(degree distribution)。

简要地来说，网络拓扑是定义一群点与点之间如何彼此连线的结构。点与点之间以线连结在一起，而这些点分别代表独立于拓扑空间中的元素，不同的点之间需要通过线来与彼此连接。在一个计算器网络拓扑中，每一节点可以是为芯片内部网络(network onchip)上的一个交换器(switch)、处理器(processor)的一个核心(core)、主机板上的处理器、一台计算器(computer)、一丛集计算机架构中的交换器、一个任意架构的服务器或是一个数据中心。

举超级计算机为例来说，网络结构会影响点与点之间信息封包流通的效率。于实务上，信息封包流通的延迟往往来自于交换器暂存信息封包的时间或是重新导向的时间等等。在一个网络拓扑系统中，如果信息封包平均需要经过非常多的交换器，则信息封包的传输时间会相当地长；另一方面，每个服务器也因此需要承受大量的负载。

因此，要是网络拓扑没有经过优化(optimization)的话，信息封包可能会被经由较不理想的路径传递。除了增加了交换器的负载之外，也拉长了传输时间。

发明内容

本发明提供了一种网络拓扑系统及其拓扑建立方法，以降低信息封包或是数据于节点间的传输时间，且降低了交换器的负载。

本发明公开了一种网络拓扑系统，所述的网络拓扑系统具有N个数据交换节点。所述的数据交换节点依序通讯连接以形成环状通讯。N为正整数且为偶数。第i个数据交换节点更用以依据连线规则而通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点。第j个数据交换节点更用以依据连线规则而通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点。其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。

本发明公开了一种网络拓扑系统的拓扑建立方法，适用于N个数据交换节点。所述的数据交换节点依序通讯连接以形成环状通讯。于所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法中，先定义N个数据交换节点中的多个第一数据交换节点为一组初始数据交换节点。第一数据交换节点对应于N个数据交换节点中的第二数据交换节点。接着，依据此组交换节点与连线规则决定每一数据交换节点通讯连接数据交换节点中的哪一个。其中，每一数据交换节点用以通讯连接至少一个数据交换节点，于该连线规则中，当第i个数据交换节点通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点时，则第j个数据交换节点进一步通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点。其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。

本发明公开了一种网络拓扑系统的路由表建立方法。所述的网络拓扑系统的路由表建立方法适用于一网络拓扑系统。此网络拓扑系统具有N个数据交换节点。这些数据交换节点依序通讯连接以形成一环状通讯。N为正整数且为偶数。第i个数据交换节点用以依据一连线规则而进一步通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点。第j个数据交换节点用以依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点。其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。此网络拓扑系统的路由表建立方法包括：取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一最短路径，x与y为非负整数，x与y小于N，x不等于y；取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一次短路径；依据这些最短路径与这些次短路径产生关联于第u个数据交换节点的一第一路由表，u为正奇数，u小于N；以及依据这些最短路径与这些次短路径产生关联于第v个数据交换节点的一第二路由表，v为非负偶数，v小于N；其中此第一路由表实质上相同于此第二路由表。

综合以上所述，本发明提供了一种网络拓扑系统及其拓扑建立方法，所述的网络拓扑系统基本上具有弦环(chordal ring)的结构。于此网络拓扑系统的一实施例中，网络拓扑系统的编号为奇数的数据交换节点与编号为偶数的数据交换节点具有相反对称的连线方式。从另一个角度来说，当定义奇数节点往正向的方向通讯连接对应的偶数节点时，偶数节点被定义为往反向的方向通讯连接对应的奇数节点。此外，奇数节点进一步通讯连接对应的奇数节点，偶数节点进一步通讯连接对应的偶数节点。藉此，本发明所提供的网络拓扑系统或是以本发明所提供的拓扑建立方法所建立的网络拓扑系统不但具有均匀的结构，更具有足够小的直径(diameter)与平均距离(average distance)。因此，在经由本发明所提供的网络拓扑系统传输信息封包时，得以经由相对短的路径传输信息封包以降低延迟时间，并减少交换器的负载。

以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求书更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的网络拓扑系统的拓扑示意图。

图2为根据本发明一实施例所绘示的网络拓扑系统的拓扑建立方法的方法流程图。

图3为根据本发明另一实施例所绘示的网络拓扑系统的路由建立方法的方法流程图。

其中，附图标记：

0～13 数据交换节点

S 网络拓扑系统

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及图式，本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例所绘示的网络拓扑系统的拓扑示意图。如图1所示，网络拓扑系统S具有N个数据交换节点，N为正整数且为偶数。此N个数据交换节点依序通讯连接以形成一环状通讯。从另一个角度来说，此N个数据交换节点至少构成一环状拓扑(ring topology)。在一实施例中，上述与后续所指的通讯连接例如以实体线路相连。在此实施例中举数据交换节点0～13为例进行说明，亦即N值在此实施例中为14，然网络拓扑系统S中的数据交换节点数并不以此为限。所述的每一数据交换节点例如为一单核心芯片(single core on chip)、一处理器、一处理器中的核心、一计算机、一组计算机的内部优化组(group of internally optimized group of computers)、一交换器、一丛集计算机架构中的交换器、或一计算器中心(computer center)。

数据交换节点0～13中的每一个可以再通讯连接于一或多个计算单元。在一实施例中，数据交换节点0～13为如前述的交换器，数据交换节点0～13可分别再通讯连接一或多部计算机。在另一实施例中，数据交换节点0～13分别为主板上的交换器，数据交换节点0～13可分别通讯连接多颗中央处理器(central processing unit,CPU)。

数据交换节点0～13中的每一个用以依据一连线规则而通讯连接数据交换节点0～13的其中至少另一个。详言之，所述的连线规则为：第i个数据交换节点用以通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点，第j个数据交换节点用以通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点。其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。以实际数字来说，在此实施例中，N为14，i为1、3、5、7、9、11、13其中任一，j为0、2、4、6、8、10、12其中任一，m与p为0～13其中任一整数。需说明的是，本领域技术人员经详阅本说明书后应可理解，节点编号用以指称各数据交换节点在逻辑上或者是拓扑结构中的相对位置，并非用以限制各数据交换节点的实际位置。所述的mod为同余运算或称模除运算。以[(j-m)mod N]为例来说，[(j-m)modN]用以表达(j-m)除以N的余数。在此以及后续实施例中所提到的余数为正余数。

因此，依据所述的连线规则，数据交换节点0～13中的奇数节点会连接到至少一偶数节点，而数据交换节点0～13中的偶数节点会连接到至少一奇数节点。为了便于后续说明，在此定义“从一个数据交换节点通讯连接到另一个数据交换节点”的行为是“从一个数据交换节点跳跃(hop)至另一个数据交换节点”。而且依据两数据交换节点的节点编号差值，所述的跳跃可以被定义为奇数跳跃或是偶数跳跃。亦即，当两数据交换节点的节点编号差值为奇数时，所述的跳跃被定义为奇数跳跃。举例来说，由数据交换节点0通讯连接数据交换节点5即为奇数跳跃。而当两数据交换节点的节点编号差值为偶数时，所述的跳跃被定义为偶数跳跃。举例来说，由数据交换节点3通讯连接数据交换节点7即为偶数跳跃。

延续前述，由于m为奇数，则前述的第i个数据交换节点通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点即为奇数跳跃；前述的第j个数据交换节点通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点即为奇数跳跃。而由于p为偶数，前述的第i个数据交换节点通讯连接第[(i+p)mod N]个数据交换节点即为偶数跳跃，前述的第j个数据交换节点通讯连接第[(j+p)modN]个数据交换节点即为偶数跳跃。在图1中，以粗实线表示数据交换节点0所进行的奇数跳跃，并以粗虚线表示数据交换节点0所进行的偶数跳跃，藉以对比示意。

另一方面，当定义偶数节点往图面的顺时针方向进行奇数跳跃时，奇数节点则是往图面的逆时针方向进行相同于偶数节点的奇数跳跃。因此，当第i个数据交换节点连向第[(i+m)mod N]个数据交换节点时，第j个数据交换节点连向第[(j-m)mod N]个数据交换节点。而当定义偶数节点往图面的顺时针方向进行偶数跳跃时，奇数节点则也是往图面的顺时针方向进行相同跳跃数的偶数跳跃。因此，如前述地，当第i个数据交换节点连向第[(i+p)mod N]个数据交换节点时，第j个数据交换节点即连向第[(j+p)mod N]个数据交换节点。藉由这样的连线方式，每个数据交换节点的连线数量为可预测的，而不会在连线过程当中产生预期之外的连线，让设计人员得以更方便的评估拓扑的结构。

需注意的是，在此实施例中举偶数节点往顺时针方向进行奇数跳跃，奇数节点往逆时针方向进行奇数跳跃，但于实务上也可以是令偶数节点往逆时针方向进行奇数跳跃，奇数节点往顺时针方向进行奇数跳跃，而不以所举之例为限。而所有的节点无论是都往顺时针方向进行偶数跳跃或是都往逆时针方向进行偶数跳跃，最后所产生的拓扑结构都会相同，在此亦不对偶数跳跃的方向进行限制。

此外，由于所有的节点形成环状通讯，因此当节点的编号与正的跳跃数相加的结果大于所有编号的最大值时，相当于从编号最小的节点再重新依照小至大的顺序开始计数。反过来说，当节点的编号与负的跳跃数相加的结果小于所有编号的最小值时，相当于从编号最大的节点再重新开始依据大至小的顺序倒数。上述的mod运算用以表示这样的循环计数概念。

延续前述，以图1所示的网络拓扑系统S来说，数据交换节点0为偶数节点，且数据交换节点0通讯连接至数据节点3与数据交换节点9；而数据交换节点1为奇数节点，因此，相对于数据交换节点0，数据交换节点1通讯连接数据交换节点12与数据交换节点6。从另一个角度来说，数据交换节点0与数据交换节点3的之间的跳跃数被定义为+3，数据交换节点0与数据交换节点9之间的跳跃数被定义为+9；数据交换节点1与数据交换节点12之间的跳跃数被定义为-3，而数据交换节点1与数据交换节点6之间的跳跃数被定义为-9。于此更以跳跃数的正负来表示跳跃的方向。其他节点当可依此类推，不再赘述。

在图1所对应的实施例中，每一数据交换节点进行了两次奇数跳跃与一次的偶数跳跃，然此实施例仅为一示范例，每一数据交换节点实际上可以进行一次或多次的奇数跳跃，且每一数据交换节点实际上可以进行一次或多次的偶数跳跃，并不以所举之例为限。

如上述，藉由奇数节点与偶数节点相反且对称的通讯连接方式，除了可以有效地降低节点的连线数之外，网络拓扑系统S还可以具有均匀(homogeneous)的拓扑结构，亦即网络拓扑系统S中的每个数据交换节点向外连线的数目以及跳跃数(在此不论方向)都相同。

另一方面，藉由奇数跳跃所形成的通讯连接，信息封包由偶数节点出发时可以访问奇数节点，而信息封包由奇数点出发时也可以访问偶数节点。换句话说，在本发明所提供的网络拓扑系统当中的任一节点都可以经由适当的路由(routing)方式而与任意的节点进行通讯，从而使得信息封包可以经由适当的路由方式到达所欲的节点，其中此路由方式请容后续再述。

而藉由偶数跳跃所形成的通讯连接，一偶数节点与另一偶数节点之间会存在有一条直接的路径，使得信息封包要由此偶数节点传递至所述的另一偶数节点时，不须再经过另一个奇数节点，而至少节省一次转传信息封包的程序。相仿地，藉由偶数跳跃所形成的通讯连接，一奇数节点与另一奇数节点之间会存在有一条直接的路径，使得信息封包要由此奇数节点传递至所述的另一奇数节点时，不须再经过另一个偶数节点，而至少节省一次转传信息封包的程序。

从另一个角度来说，网络拓扑系统S中的每一个数据交换节点都可以进行至少一个奇数跳跃与至少一个偶数跳跃，也就是说每一个数据交换节点都可以通讯连接奇数节点或是偶数节点。此举增加了不同节点间的通讯可能性，避免让偶数节点只能通讯连接奇数节点，或是避免让偶数节点只能通讯连接偶数节点，以及避免让奇数节点只能通讯连接奇数节点，而使得网络拓扑系统S的平均距离得以降低。

此外，本发明所提供的网络拓扑系统S的总节点数可以是任意的偶数。相比较于本发明所提供的网络拓扑系统，以往fat-tree、torus、flattened butterfly、dragonfly或是Slim Fly等拓扑所产生的网络系统的总节点数并不能为任意的偶数。这些算法所构筑出来的网络拓扑系统结构受限于总节点数的因子分解形式或是质因子分解形式，因而限制了网络拓扑系统的效能以及设计上的自由度。而从另一个角度来说，当用户所欲采用的网络拓扑系统总节点数的性质不符合这些算法的要求时，用户无法依据这些算法产生所欲的网络拓扑系统。相反地，本发明所提供的网络拓扑系统的总节点数可以是任意的偶数，提供了用户相当大的弹性。以下就如何产生本发明所提供的网络拓扑系统进行说明。

依据上述，本发明对应地提供了一种网络拓扑系统的拓扑建立方法，请参照图2以对此进行说明，图2为根据本发明一实施例所绘示的网络拓扑系统的拓扑建立方法的方法流程图。于步骤S101中，设定网络拓扑系统所具有的数据交换节点的数量为N，N为正整数且为偶数。于步骤S103中，设定每一数据交换节点向外通讯连接的通讯连接数，通讯连接数为每一数据交换节点所通讯连接的其他数据交换节点的数量。

于实务上，当拓扑结构较单纯时(例如数据交换节点数不多或是每一数据交换节点向外进行的跳跃数不多)，在步骤S103后可依据前述的连线规则与每一数据交换节点所通讯连接的奇数节点数量与偶数节点数量判断出所有可能的拓扑，再分别依据相应的指标评价各个拓扑，并从所有可能的拓扑中选取出最佳的一个。所述的指针例如为拓扑的平均距离或是直径，但并不以此为限。此外，拓扑结构单纯与否取决于用以分析拓扑时所采用的机器效能，在此并不限制什么样的拓扑结构为单纯。

另一方面，当拓扑结构较复杂时，(例如数据交换节点数较多或是每一数据交换节点向外进行的跳跃数较多)，则可进行如图2中的步骤S105，以取得一个相对较佳的解。于步骤S105中，依据通讯连接数、连线规则与一自学习算法决定每一数据交换节点通讯连接所述的数据交换节点中的哪一个。所述的自学习算法例如为基因算法，以下即以基因算法为例进行说明。

在一实施例中，于步骤S103更设定每一数据交换节点所通讯连接的奇数节点数量与偶数节点数量。或者是说，更设定每一数据交换节点所能进行奇数跳跃数与偶数跳跃数。相应地，于此实施例的步骤S105中，更依据每一数据交换节点所通讯连接的奇数节点数量与偶数节点数量、前述的连线规则与基因算法决定每一数据交换节点所述的数据交换节点中的哪一个。

在一实施例中，于基因算法中例如在某些条件下以随机的方式连续地产生多组的解，并自所产生的解中取得一个相对较佳的解。所述的每一组解例如代表每一数据交换节点所进行的奇数跳跃与偶数跳跃。于实务上，依据数据交换节点的数量与每一数据交换节点向外通讯连接的通讯连接数，前述的步骤S105的运算结果会具有相应大小的解集合。而依据解集合大小以及解出其中一个解所需要的时间，前述的步骤S105的运算过程会具有相应的运算复杂度。依据运算复杂度不同，前述的步骤S105更可有不同的实施态样。

在一实施例中，于步骤S105中更可依据数据交换节点的数量与每一数据交换节点向外通讯连接的通讯连接数先判断所有解的解集合的数量级大小。当判断所有解的集合的数量级小于一预设数量级时，于步骤S105中对所有解进行分析比对，以选取当中的最佳解。而当判断所有解的集合大小不小于一预设数量级大小时，于步骤S105中对基因算法产生的部分解进行分析比对，以选取当中的相对最佳解。在一种做法中，当有其中一组解符合预设的门槛条件时，此组解即可以被作为基因算法的最后结果；或者是，当基因算法所产生的解的数量已到达一门槛数量，此时亦可在所有解当中选择一个效能最佳的解以作为基因算法的最后结果；或者是，当于基因算法中经过多次演化都没有最佳解，即可停止并以前一个最佳解为最后的解。所述的门槛条件与效能例如为整体拓扑结构的直径不大于对应的门槛值、平均距离不大于对应的门槛值，但并不以此为限。另一方面，基因算法的演化过程的相关细节为本领域技术人员经详阅本说明书后可依实际所需自行定义，在此并不加以限制。以图1的实施例来说，图1所示的网络拓扑系统S的平均距离为1.538，直径为2，且平均线长为0.333。

以产生图1所示的网络拓扑系统S为例来说，于一开始例如是先设定总节点数(如前述的N)为14(对应于步骤S101)，并设定编号为0的数据交换节点在通讯连接相邻的编号为1的数据交换节点与编号为13的数据交换节点之外，更进行2次奇数跳跃与1次的偶数跳跃(对应于步骤S103)。图1的尺度虽复杂度相对简单，可轻易列举所有可能的解，因为仍可以以自学习算法求解，在此仅以说明的目的为由列举之。于是，在此条件下依据基因算法产生第一组解，所述的解例如为编号为0的数据交换节点所通讯连接的其他数据交换节点的编号。如前述地，由于本发明所提供的网络拓扑结构具有均匀的结构，且奇数节点所成的集合为旋转对称以及偶数节点所成的集合为旋转对称，因此当取得一个数据交换节点相对于其他节点的连接关系时，也相当于取得所有节点的连接关系，并能产生对应的拓扑结构。是故，藉由评估对应的拓扑结构的效能，即能评价当前的解。所述的拓扑结构的效能例如是指拓扑结构的直径大小或是平均距离大小。然后，再依据当前产生的解、前述的连线规则与基因算法产生下一组解，直到有其中一组解符合预设的门槛条件，或是基因算法所产生的解的数量已到达一门槛数量。

从另一个角度来说，藉由本发明所提供的网络拓扑系统的拓扑建立方法，可以在确定每个数据交换节点对外的通讯连接数的情况下建立出网络拓扑系统。就目前的技术发展而言，研究人员对于大规模的网络拓扑系统(如具有数百万个数据交换节点或者具有更多个数据交换节点的网络拓扑系统)所提出的解决方案皆面临直径或平均距离过大的困境。但是，在限制每个数据交换节点对外的通讯连接数的情况下，本发明所提供的网络拓扑系统的拓扑建立方法可以有效率地建立这样大规模的网络拓扑系统，并有极佳的直径、平均距离、低路由能量及时间的成本(low time and energy cost)及交通模式的适应性，相当具有实用价值。

请接着参照图3，图3为根据本发明另一实施例所绘示的网络拓扑系统的路由建立方法的方法流程图。在图3所示的实施例中，网络拓扑系统的路由建立方法具有以下步骤。在步骤S201中，取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一最短路径，x与y为非负整数，x与y小于N，x不等于y；在步骤S203中，取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一次短路径；在步骤S205中，依据所述的最短路径与所述的次短路径产生关联于第u个数据交换节点的一第一路由表，u为正奇数，u小于N；在步骤S207中，依据所述的最短路径与所述的次短路径产生关联于第v个数据交换节点的一第二路由表，v为非负偶数，v小于N。其中，第一路由表实质上相同于第二路由表。所述的最短路径的定义例如为路径上所经过的节点数最少，相仿地，所述的次短路径的定义例如为路径上所经过的节点数为次少。

从另一个角度来说，在步骤S201中取得第x个数据交换节点至其他任一节点的至少一条最短路径；而于步骤S203中取得第x个数据交换节点至其他任一节点的至少一条次短路径。在一实施例中，于上述步骤例如是依据戴克斯特拉算法(Dijkstra algorithm)判断出节点间的最短路径，并藉由戴克斯特拉算法判断节点间最短路径的过程所产生的候选路径信息取得所述的至少一条次短路径。在此实施例中，前述的第x个数据交换节点至前述的第y个数据交换节点的一次短路径包含一第一子路径与一第二子路径。此第一子路径为第x个数据交换节点至第z个数据交换节点的路径，而第二子路径为第z个数据交换节点至第y个数据交换节点；其中，第z个数据交换节点直接通讯连接第y个数据交换节点。换句话说，第x个数据交换节点经由第一子路径将相关数据提供给第y个数据交换节点的邻居节点。

于实务上，由于本发明所提供的网络拓扑系统具有均匀的结构，且本发明所提供的网络拓扑系统的奇偶节点相反对称性质，使得本发明所提供的网络拓扑系统中的每一个奇数节点都可以使用相仿的路由表(routing table)或绕送方式，而每一个偶数节点也都可以使用另一个相仿的路由表或绕送方式。此特性使得本发明的路由规则可以为O(N)的复杂度，而非其它不规则拓扑的O(N²)复杂度。因此，在步骤S205中，依据第x个数据交换节点至其他节点的最短路径与次短路径产生关联于第u个数据交换节点的第一路由表；在步骤S207中，依据第x个数据交换节点至其他节点的最短路径与次短路径产生关联于第v个数据交换节点的第二路由表。其中，第u个数据交换节点用以泛指所有数据交换节点中的奇数节点，第v个数据交换节点用以泛指所有数据交换节点中的偶数节点。也就是说，依据本发明所提供的网络拓扑的拓扑建立方法可从一个数据交换节点相对于其他数据交换节点的通讯连接关系取得前述的网络拓扑系统中所有节点的路由表。

延续前述，于本发明所提供的网络拓扑系统中，在不论节点编号而只看节点连线的情况下，任意奇数节点看到的世界是相同的(对任两个奇数节点而言，所述的网络拓扑系统架构是相同的)；任意偶数节点看到的世界是相同的(对任两个偶数节点而言，所述的网络拓扑系统架构是相同的)。然而，奇数节点与偶数节点看到的世界是相反的(对任一奇数节点及任一偶数节点而言，所述的网络拓扑系统架构是相反的)。因此，当决定一个奇数节点的路由表内容时，此奇数节点的路由表可被依此奇数节点与其他奇数节点的相对位置(例如为编号差值)而调整为其他奇数节点的路由表。相仿地，当决定一个偶数节点的路由表内容，此路由表可被依此偶数节点与其他偶数节点的相对位置(例如为编号差值)而调整为其他偶数节点的路由表。然而，于实务上，依据奇数节点与偶数节点连线方向相反的性质，奇数节点的路由表也可以被调整为偶数节点的路由表，或者是说，偶数节点的路由表也可被调整为奇数节点的路由表。

在一实施例中，第u个数据交换节点的第一路由表中定义有一第一路径，第v个数据交换节点的第二路由表中定义有一第二路径，该第一路径的起点为第u个数据交换节点。第一路径的终点为第u1个数据交换节点，第二路径的起点为第v个数据交换节点，第二路径的终点为第v1个数据交换节点。其中，u1为[(u+du1)mod N]，v1为[(v+N-du1)mod N]，u1与v1为非负整数，u1、v1小于N。以图1所示的网络拓扑系统来说，假设u为1、u1为6且v为2，则v1为11。

在另一实施例中，第u个数据交换节点的第一路由表中定义有一第一路径，第v个数据交换节点的第二路由表中定义有一第二路径。第一路径的起点为第u个数据交换节点，第一路径的终点为第u3个数据交换节点，第一路径经过第u2个数据交换节点。第二路径的起点为第v个数据交换节点，第二路径的终点为第v3个数据交换节点，第二路径经过第v2个数据交换节点。其中，u2为[(u+du2)mod N]，u3为[(u+du3)mod N]，v2为[(v+N-du2)mod N]，v3为[(v+N-du3)mod N]，u2、u3、v2与v3为非负整数，u2、u3、v2与v3小于N。以图1所示的网络拓扑系统来说，假设u为1、u2为5、u3为10且v为2，则v2为12且v3为7。

前述的各第一路径与各第二路径仅为举例说明奇数节点与偶数节点对应的路径差异，并非用以代表前述起点与终点间的最短路径货次短路径。

在一实施例中，信息封包中并不需要记载完整的绕送路径，而减少信息封包的表头(header)长度。也就是说，网络拓扑系统S可以避免采用来源绕送(source routing)的绕送方式，以避免增加系统的信息流量。于另一实施例中，信息封包中只要记载起点节点与终点节点于网络拓扑系统中的相对位置，当其他的数据交换节点接收到此信息封包时，其他的节点可依此封包的起点与终点决定要将此封包提供给其他节点中的哪一个。甚至，当最短路径上的节点发生壅塞时，接收到信息封包的节点也可以适时地改变绕送策略，将信息封包提供至另一条最短路径或是提供至一次短路径。

综合以上所述，本发明提供了一种网络拓扑系统、其拓扑建立方法及路由方法，所述的网络拓扑系统基本上具有经改良的弦环(chordal ring)结构。于此网络拓扑系统的一实施例中，网络拓扑系统的编号为奇数的数据交换节点与编号为偶数的数据交换节点具有相反对称的连线方式。从另一个角度来说，当定义奇数节点往正向的方向进行奇数跳跃时，偶数节点被定义为往反向的方向进行奇数跳跃。藉此，以节省数据交换节点之间的连线数量。而且，对于设计人员来说，设计人员可以确定数据交换节点的总连线数量相同于数据交换节点向外的连线数量，而有助于设计过程中的分析判断。此外，奇数节点与偶数节点更分别往同一方进行相仿的偶数跳跃。藉此路径，以避免从一个奇数节点出发尚需要多次的转发才能到达另一个奇数节点，并避免从一个偶数节点出发尚需要多次的转发才能到达另一个偶数节点。

藉此，本发明所提供的网络拓扑系统或是以本发明所提供的拓扑建立方法所建立的网络拓扑系统不但具有均匀的结构，更具有足够小的直径与平均距离。此外，本发明所提供的网络拓扑系统的奇数节点所乘的集合具有旋转对称性质，且偶数节点所乘的集合具有旋转对称性质。因此，所有的节点都能使用实质上相同的路由表，使得绕送协议(protocol)可以被进一步地简化，绕送的策略也更有弹性，而不会因为单节点的壅塞造成多数节点的交通瘫痪。是故，在经由本发明所提供的网络拓扑系统传输信息封包时，得以经由相对短的路径传输信息封包以降低延迟时间，并减少交换器的负载。另外，本方法所产生的路由方法为O(N)复杂度，而非为其它不规则拓扑的O(N²)复杂度，大量减轻交换器可能用来记忆路由表的内存空间。另一方面，过去并没有人提出任何规律的弦环拓扑的可路由的方法论，而且并没有人提出可以以对称的优势大量减轻路由负担的方法论。本发明所提供的网络拓扑系统、网络拓扑系统建立方法与网络拓扑系统的路由表建立方法揭示了一种连线规则，使得简化的路由方法得以实现。于弦环结构的小直径基础上，结合所揭示的连线规则与路由规则，可以实现更高效能的并行计算的目的。

虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求书。

Claims (12)

1.一种网络拓扑系统，其特征在于，包括：

N个数据交换节点，该些数据交换节点依序通讯连接以形成一环状通讯，N为正整数且为偶数，第i个数据交换节点用以依据一连线规则而进一步通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点，第j个数据交换节点用以依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点，其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。

2.根据权利要求1所述的网络拓扑系统，其特征在于，第i个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(i+n)mod N]个数据交换节点，第j个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j-n)mod N]个数据交换节点，第i个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(i+q)mod N]个数据交换节点，第j个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j+q)mod N]个数据交换节点，n为正奇数，q为正偶数。

3.根据权利要求1所述的网络拓扑系统，其特征在于，每一数据交换节点为交换器。

4.一种网络拓扑系统的拓扑建立方法，适用于一网络拓扑系统，其特征在于，该网络拓扑系统具有多个数据交换节点，该些数据交换节点依序通讯连接以形成一环状通讯，该网络拓扑系统的拓扑建立方法包括：

设定该网络拓扑系统所具有的该些数据交换节点的数量为N，N正整数且为偶数；

设定每一数据交换节点向外通讯连接的一通讯连接数，该通讯连接数为每一数据交换节点所通讯连接的其他数据交换节点的数量；以及

依据该通讯连接数与一连线规则决定每一数据交换节点通讯连接该些数据交换节点中的哪一个；

其中，每一数据交换节点用以通讯连接至少一个数据交换节点，于该连线规则中，当第i个数据交换节点通讯连接第[(i+m)mod N]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点时，则第j个数据交换节点通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)modN]个数据交换节点，其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数。

5.根据权利要求4所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，于依据该通讯连接数与一连线规则决定每一该数据交换节点通讯连接该些数据交换节点中的哪一个的步骤中，还包括：依据该通讯连接数、一连线规则与基因算法决定每一数据交换节点通讯连接该些数据交换节点中的哪一个。

6.根据权利要求5所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，于设定每一数据交换节点向外的通讯连接数的步骤中，分别设定每一数据交换节点连接于奇数节点的连线数量与每一数据交换节点连接于偶数节点的连线数量。

7.根据权利要求5所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，于该连线规则中，当第i个数据交换节点进一步通讯连接第[(i+n)mod N]个数据交换节点时，则第j个数据交换节点进一步通讯连接第[(j-n)mod N]个数据交换节点，第i个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(i+q)modN]个数据交换节点，第j个数据交换节点依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j+q)mod N]个数据交换节点，n为正奇数，q为正偶数。

8.一种网络拓扑系统的路由表建立方法，适用于一网络拓扑系统，其特征在于，该网络拓扑系统具有N个数据交换节点，该些数据交换节点依序通讯连接以形成一环状通讯，N为正整数且为偶数，第i个数据交换节点用以依据一连线规则而进一步通讯连接第[(i+m)modN]个数据交换节点与第[(i+p)mod N]个数据交换节点，第j个数据交换节点用以依据该连线规则而进一步通讯连接第[(j-m)mod N]个数据交换节点与第[(j+p)mod N]个数据交换节点，其中i与j小于N，m与p不大于N，i与m为正奇数，j为非负偶数，p为正偶数，该网络拓扑系统的路由表建立方法包括：

取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一最短路径，x与y为非负整数，x与y小于N，x不等于y；

取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一次短路径；

依据该些最短路径与该些次短路径产生关联于第u个数据交换节点的一第一路由表，u为正奇数，u小于N；以及

依据该些最短路径与该些次短路径产生关联于第v个数据交换节点的一第二路由表，v为非负偶数，v小于N；

其中该第一路由表实质上相同于该第二路由表。

9.根据权利要求8所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，还包括：

取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一最短路径，x与y为非负整数，x与y小于N，x不等于y；

取得第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的至少一次短路径；

依据该些最短路径与该些次短路径产生关联于第u个数据交换节点的一第一路由表，u为正奇数，u小于N；以及

依据该些最短路径与该些次短路径产生关联于第v个数据交换节点的一第二路由表，v为非负偶数，v小于N；

其中该第一路由表实质上相同于该第二路由表。

10.根据权利要求9所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，第u个数据交换节点的第一路由表中定义有一第一路径，第v个数据交换节点的第二路由表中定义有一第二路径，该第一路径的起点为第u个数据交换节点，该第一路径的终点为第u1个数据交换节点，该第二路径的起点为第v个数据交换节点，该第二路径的终点为第v1个数据交换节点；

其中，u1为[(u+du1)mod N]，v1为[(v+N-du1)mod N]，u1与v1为非负整数，u1、v1小于N。

11.根据权利要求9所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，第u个数据交换节点的第一路由表中定义有一第一路径，第v个数据交换节点的第二路由表中定义有一第二路径，该第一路径的起点为第u个数据交换节点，该第一路径的终点为第u3个数据交换节点，该第一路径经过第u2个数据交换节点，该第二路径的起点为第v个数据交换节点，该第二路径的终点为第v3个数据交换节点，该第二路径经过第v2个数据交换节点；

其中，u2为[(u+du2)mod N]，u3为[(u+du3)mod N]，v2为[(v+N-du2)mod N]，v3为[(v+N-du3)mod N]，u2、u3、v2与v3为非负整数，u2、u3、v2与v3小于N。

12.根据权利要求9所述的网络拓扑系统的拓扑建立方法，其特征在于，第x个数据交换节点至第y个数据交换节点的一次短路径包含一第一子路径与一第二子路径，第一子路径为第x个数据交换节点至第z个数据交换节点的路径，第二子路径为第z个数据交换节点至第y个数据交换节点；

其中，第z个数据交换节点直接通讯连接第y个数据交换节点。