RU2753147C1 - Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters - Google Patents

Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters Download PDF

Info

Publication number
RU2753147C1
RU2753147C1 RU2020138123A RU2020138123A RU2753147C1 RU 2753147 C1 RU2753147 C1 RU 2753147C1 RU 2020138123 A RU2020138123 A RU 2020138123A RU 2020138123 A RU2020138123 A RU 2020138123A RU 2753147 C1 RU2753147 C1 RU 2753147C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
routers
ports
port
router
extended
Prior art date
Application number
RU2020138123A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Федорович Каравай
Виктор Сергеевич Подлазов
Владимир Владимирович Соколов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2020138123A priority Critical patent/RU2753147C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753147C1 publication Critical patent/RU2753147C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units

Abstract

FIELD: computer technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of computer technology, namely to the construction of optimal system networks of supercomputers with the topology of multidimensional toroid. The effect is achieved by the fact that a method is proposed for constructing a system network in the form of multidimensional tori with a large number of subscribers, with a low data transmission delay and with channel fault tolerance from low-port routers and duplex channel splitters with a multiplexer/demultiplexer function, while extended routers are used in the torus nodes duplex ports, composed of small port routers with duplex ports and duplex channel splitters.
EFFECT: possibility of constructing a toroid network of large dimension with the possibility of increasing the scalability of the network, the speed of the network and its channel fault tolerance.
3 cl, 19 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно, к построению оптимальных системных сетей суперкомпьютеров с топологией многомерных торов. Оптимизация в процессе построения выполняется по таким важным функциональным характеристикам сети как число ее абонентов (процессоров), задержки передачи между ними, задаваемые диаметром сети и ее канальная отказоустойчивость. Построение осуществляется в элементной базе малопортовых маршрутизаторов и разветвителей дуплексных каналов с использованием топологии квазиполных графов в качестве шаблона и с сохранением маршрутных свойств базовых маршрутизаторов и дуплексных каналов.The invention relates to the field of computing, namely, to the construction of optimal system networks of supercomputers with the topology of multidimensional tori. Optimization in the construction process is carried out according to such important functional characteristics of the network as the number of its subscribers (processors), transmission delays between them, set by the network diameter and its channel fault tolerance. The construction is carried out in the element base of low-port routers and duplex channel splitters using the topology of quasi-complete graphs as a template and preserving the routing properties of basic routers and duplex channels.

В работе «Подлазов B.C. Повышение характеристик многомерных торов // Управление большими системами. М: ИПУ РАН. - 2014. - Выпуск 51. - С. 60-81. [Boosting Performance of Multidimensional Tores // Automation and Remote Control. - 2017. - V. 78. - No. 1. - P. 167-179]» рассмотрен метод сокращения диаметра тора путем введения дополнительных хордовых связей - преобразования колец в мультикольца. Решается задача повышения быстродействия тора за счет сокращения диаметров измерений и повышения их пропускной способности за счет их распараллеливания. Обе эти цели достигаются только за счет изменения топологии пар колец каждого измерения без увеличения числа портов узлов, используемых для подсоединения к кольцам. Для этого каждое дуплексное кольцо заменяется на минимальное коммутируемое мультикольцо. Однако не рассмотрены вопросы построения узлов тора из доступных малопортовых маршрутизаторов, вопросы масштабирования торов и возможности при построении вводить структурную канальную избыточность для повышения отказоустойчивости торов.In the work “Podlazov B.C. Improving the characteristics of multidimensional tori // Control of large systems. M: IPU RAS. - 2014. - Issue 51. - S. 60-81. [Boosting Performance of Multidimensional Tores // Automation and Remote Control. - 2017. - V. 78. - No. 1. - P. 167-179] ”a method of reducing the diameter of a torus by introducing additional chordal bonds - transforming rings into multi-rings is considered. The problem of increasing the speed of the torus by reducing the measurement diameters and increasing their throughput due to their parallelization is solved. Both of these goals are achieved only by changing the topology of the ring pairs of each dimension without increasing the number of node ports used to connect to the rings. To do this, each duplex ring is replaced with a minimum switched multi-ring. However, the issues of constructing torus nodes from available low-port routers, the issues of torus scaling, and the possibility of introducing structural channel redundancy during construction to increase the fault tolerance of tori are not considered.

В работе «Симонов А.С. и др. Высокоскоростная сеть Ангара. Архитектура и результаты применения // Вопросы кибербезопасности. - 2019. - №4(32). - С. 46-53» описано построение сети Ангара в виде многомерного тора. При создании больших сетей актуально иметь многопортовый маршрутизатор в виде БИС, однако в РФ в настоящее время нет таких маршрутизаторов. Имеется, приведенный в работе, функционально полный однокристальный маршрутизатор ЕС8430 сети «Ангара» с 8 сетевыми дуплексными портами PCI-express и одним процессорным портом PCI-express. Первоначально предполагалось его использование в одноплатном варианте для построения системной сети в виде 4-мерного тора на М=4K процессоров и с диаметром в D=16 скачков (по 8 маршрутизаторов в кольцах разных измерений). Потом было заявлено о возможности иметь на нем М=16K÷32K с диаметрами D=24÷32 скачков (до 16 маршрутизаторов в кольцах). Одноплатный вариант оказался не очень экономичным для построения малых сетей, т.к. расходовал один маршрутизатор для подсоединения к сети одного процессора.In the work “Simonov A.S. and others. High-speed network of the Angara. Architecture and application results // Cybersecurity issues. - 2019. - No. 4 (32). - P. 46-53 ”describes the construction of the Angara network in the form of a multidimensional torus. When creating large networks, it is important to have a multiport router in the form of an LSI, but there are currently no such routers in the Russian Federation. There is, given in the work, a functionally complete single-chip router EC8430 of the Angara network with 8 network duplex PCI-express ports and one PCI-express processor port. Initially, it was supposed to be used in a single-board version for building a system network in the form of a 4-dimensional torus on M = 4K processors and with a diameter of D = 16 hops (8 routers in rings of different dimensions). Then it was announced about the possibility of having M = 16K ÷ 32K on it with diameters D = 24 ÷ 32 hops (up to 16 routers in rings). The single-board option turned out to be not very economical for building small networks, because consumed one router to connect one processor to the network.

Затем был создан однокорпусный 24-портовый маршрутизатор ЕС8433 за счет сцепления четырех 8-портовых маршрутизаторов ЕС8430 (все порты дуплексные). Использование этого маршрутизатора резко упрощает построение сетей самого разного размера - от десятков процессоров до нескольких их тысяч (в топологии 1-мерного или 2-мерного тора). В таком виде сеть «Ангара» считается базовой сетью для построения отечественных суперкомпьютеров. На фиг. 1 приведена структура однокорпусного 24-портового маршрутизатора ЕС8433, собранного из однокристальных 8-портовых маршрутизаторов ЕС8430 (индексы + и - на номерах портов указывают в частности на последовательность соединения портов маршрутизаторов в кольца тора).Then a single-frame 24-port EC8433 router was created by interlocking four 8-port EC8430 routers (all ports are duplex). The use of this router greatly simplifies the construction of networks of various sizes - from tens of processors to several thousand of them (in the topology of a 1-dimensional or 2-dimensional torus). In this form, the Angara network is considered a basic network for building domestic supercomputers. FIG. Figure 1 shows the structure of a single-case 24-port EC8433 router, assembled from single-chip 8-port EC8430 routers (the + and - indices on the port numbers indicate, in particular, the sequence of connecting the ports of the routers in the torus rings).

На фиг. 2 приведена структура сети «Ангара», построенная на 24-портовых маршрутизаторах ЕС8433 в виде двумерного тора (кольца образованы с помощью 4-х дуплексных линий, сгруппированных как на фиг. 1, к каждому маршрутизатору тора можно подсоединить по 8 процессоров).FIG. 2 shows the structure of the Angara network, built on 24-port EC8433 routers in the form of a two-dimensional torus (rings are formed using 4 duplex lines, grouped as in Fig. 1, 8 processors can be connected to each router of the torus).

При этом максимальное число абонентов сети М опять достигается при размещении 16 маршрутизаторов в кольцах. Однако использование больше 8 маршрутизаторов в кольце не увеличивает его пропускную способность, но увеличивает задержки передачи по нему. Для увеличения пропускной способности сети было введено 4 дуплексных кольца в каждом измерении, что в значительной мере снижает эти задержки. Однако 3-мерный тор на базе 24-портового коммутатора уже не может быть создан подобным образом из-за недостаточного числа портов, что делает практически невозможным дальнейшее увеличения числа процессоров в сети «Ангара» без увеличения числа узлов в кольцах и задержек передачи по ним.In this case, the maximum number of network subscribers M is again achieved when 16 routers are placed in the rings. However, using more than 8 routers in a ring does not increase its throughput, but increases transmission delays over it. To increase the network throughput, 4 duplex rings were introduced in each dimension, which significantly reduces these delays. However, a 3-dimensional torus based on a 24-port switch can no longer be created in this way due to the insufficient number of ports, which makes it almost impossible to further increase the number of processors in the Angara network without increasing the number of nodes in the rings and transmission delays through them.

Способ построения сети «Ангара» выбран в качестве прототипа.The method of building the "Angara" network was chosen as a prototype.

Главный недостаток способа, описанного в прототипе, заключается в невозможности дальнейшего увеличения числа процессоров в сети «Ангара» без увеличения числа узлов в кольцах и задержек передачи по ним и в отсутствии возможности уменьшения диаметра сети. Также отсутствует методика введения в структуру тора канальной избыточности для повышения отказоустойчивости.The main disadvantage of the method described in the prototype is the impossibility of further increasing the number of processors in the Angara network without increasing the number of nodes in the rings and transmission delays along them and in the absence of the possibility of reducing the diameter of the network. There is also no technique for introducing channel redundancy into the torus structure to increase fault tolerance.

Технической задачей изобретения является разработка такого способа построения сети или проектного управления характеристиками) тора большой размерности из малопортовых маршрутизаторов, при котором удается улучшать функционально важные ее характеристики, а именно, увеличивать число абонентов при неизменных задержках, либо уменьшать задержки посредством сокращения диаметра измерений при неизменном числе абонентов, либо повышать канальную избыточность (что, следует иметь ввиду, может привести к уменьшению числа абонентов или к увеличению числа портов базовых маршрутизаторов), либо получать варианты организации сети наилучшим образом сочетающие число процессоров, диаметр сети и канальную отказоустойчивость.The technical objective of the invention is to develop such a method for constructing a network or project management of the characteristics of a large-scale torus made of low-port routers, in which it is possible to improve its functionally important characteristics, namely, to increase the number of subscribers with constant delays, or to reduce delays by reducing the diameter of measurements with a constant number subscribers, either to increase the channel redundancy (which, it should be borne in mind, can lead to a decrease in the number of subscribers or to an increase in the number of ports of the basic routers), or to obtain network organization options that best combine the number of processors, network diameter and channel fault tolerance.

Техническим результатом изобретения является возможность построения сети тора большой размерности из малопортовых маршрутизаторов и разветвителей каналов, при котором в различных вариантах их совместного использования имеется возможность увеличения масштабируемости сети (повышения числа процессоров), быстродействия сети (сокращения ее диаметра) и ее канальной отказоустойчивости.The technical result of the invention is the possibility of constructing a large-scale torus network from low-port routers and channel splitters, in which, in various variants of their joint use, it is possible to increase the scalability of the network (increase the number of processors), the speed of the network (reduce its diameter) and its channel fault tolerance.

Технический результат достигается тем, что предложен способ построения системной сети в виде многомерных торов с большим числом абонентов, с малой задержкой передачи данных (с малым диаметром сети) и с канальной отказоустойчивостью из малопортовых маршрутизаторов и дуплексных разветвителей каналов с функцией мультиплексора/демультиплексора, характеризующийся тем, что в узлах тора используют расширенные маршрутизаторы с R дуплексными портами, образованные из N малопортовых маршрутизаторов с K дуплексными портами и R дуплексных разветвителей каналов 1×m при помощи дуплексных каналов связи, а именно,The technical result is achieved by the fact that a method is proposed for constructing a system network in the form of multidimensional tori with a large number of subscribers, with a low data transmission delay (with a small network diameter) and with channel fault tolerance from low-port routers and duplex channel splitters with a multiplexer / demultiplexer function, characterized by the fact that the nodes of the torus use extended routers with R duplex ports, formed from N small-port routers with K duplex ports and R duplex splitters of 1 × m channels using duplex communication channels, namely,

к R портам, пронумерованным от 1 до R, расширенного маршрутизатора подсоединяют R разветвителей, m противоположных портов которых подсоединяют к K портам N малопортовых маршрутизаторов согласно соответствующей таблице соединения N×K такой, что Rm≤KN, строки которой задают разные малопортовые маршрутизаторы с номерами от 1 до N, а столбцы - разные порты малопортовых маршрутизаторов с номерами от 1 до K, и в клетках таблицы содержатся номера портов расширенного маршрутизатора, подсоединенных через дуплексные разветвители к портам малопортовых маршрутизаторов, номера которых задаются номером столбца,R taps are connected to R ports numbered from 1 to R of the extended router, m opposite ports of which are connected to K ports of N low-port routers according to the corresponding N × K connection table such that Rm≤KN, the lines of which specify different low-port routers with numbers from 1 to N, and the columns are different ports of the low-port routers numbered from 1 to K, and the table cells contain the port numbers of the extended router connected through duplex splitters to the ports of the low-port routers, the numbers of which are specified by the column number,

причем таблицу соединения разбивают на

Figure 00000001
подтаблиц, пронумерованных от 1 до t, с N строками и m столбцами в каждой подтаблице, при этом, если Rem(K/m)=0, то R=(K/m)N, если Rem(K/m)=m-σ, то
Figure 00000002
-ю подтаблицу образуют N-m портов расширенного маршрутизатора и m-σ портов малопортовых маршрутизаторов,and the join table is split into
Figure 00000001
subtables numbered from 1 to t, with N rows and m columns in each subtable, and if Rem (K / m) = 0, then R = (K / m) N, if Rem (K / m) = m -σ, then
Figure 00000002
-th subtable consists of Nm ports of an extended router and m-σ ports of low-port routers,

при этом 1-ю подтаблицу получают из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(N, m, σ) заменой N блоков блок-схемы на N малопортовых маршрутизаторов с m первыми портами, N элементов блок-схемы - на N первых портов расширенного маршрутизатора, а принадлежности элементов блокам - на подсоединение N первых портов расширенного маршрутизатора к m первым портам N малопортовых маршрутизаторов через дуплексные разветвители каналов 1×m, причем к каждому малопортовому маршрутизатору подсоединяют m разных портов расширенного маршрутизатора, каждый порт расширенного маршрутизатора подсоединяют к m портам разных малопортовых маршрутизаторов, а каждую пару портов расширенного маршрутизатора подсоединяют к σ малопортовым маршрутизаторам, так что N=m(m-1)/σ+1,in this case, the 1st subtable is obtained from the table of incomplete balanced symmetric block diagram B (N, m, σ) by replacing N blocks of the block diagram with N low-port routers with m first ports, N elements of the block diagram - with N first ports of the extended router , and the elements belong to the blocks - to connect the first N ports of the extended router to the first m ports of the N low-port routers through duplex splitters of 1 × m channels, and m different ports of the extended router are connected to each low-port router, each port of the extended router is connected to m ports of different low-port routers, and each port pair of the extended router is connected to σ low-port routers, so that N = m (m-1) / σ + 1,

причем каждую следующую в порядке нумерации подтаблицу образуют из предыдущей, увеличивая номера портов малопортовых маршрутизаторов на m, а номера портов расширенного маршрутизатора на N, то есть номер порта расширенного маршрутизатора в ячейке i-ой подтаблицы

Figure 00000003
равен М+iN, где М - номер порта расширенного маршрутизатора в той же ячейке первой подтаблицы, при этом последнюю подтаблицу с номером
Figure 00000002
при Rem(K/m)=m-σ получают из остаточной неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) аналогичной заменой N-m блоков и m-σ элементов блок-схемы соответственно на N-m последних портов расширенного маршрутизатора и m-σ последних портов малопортовых маршрутизаторов;moreover, each subsequent subtable in the order of numbering is formed from the previous one, increasing the port numbers of low-port routers by m, and the port numbers of the extended router by N, that is, the port number of the extended router in the cell of the i-th subtable
Figure 00000003
is equal to M + iN, where M is the port number of the extended router in the same cell of the first subtable, while the last subtable with the number
Figure 00000002
for Rem (K / m) = m-σ is obtained from the residual incomplete balanced symmetric block diagram B * (Nm, m-σ, σ) by a similar replacement of Nm blocks and m-σ elements of the block diagram, respectively, by Nm of the last ports of the extended router and m-σ last ports of low-port routers;

построенные расширенные маршрутизаторы соединяют в кольца тора традиционным образом, то есть в каждом из пронумерованных и упорядоченных от 1 до Pr маршрутизаторах каждого измерения r наряду с портами для абонентов резервируют по паре портов (назовем их левый и правый кольцевые порты, ЛК и ПК порты), которые соединяют в кольца r-ых измерений, а именно, ПК порт каждого маршрутизатора соединяют дуплексным каналом с ЛК портом следующего по номеру маршрутизатора соответствующего кольца (для последнего маршрутизатора следующим является первый),the constructed extended routers are connected into torus rings in the traditional way, that is, in each of the numbered and ordered from 1 to P r routers of each dimension r, along with the ports for subscribers, a pair of ports are reserved (let's call them the left and right ring ports, LC and PC ports) , which are connected into rings of r-th measurements, namely, the PC port of each router is connected by a full-duplex channel to the LAN port of the next router in the corresponding ring (for the last router, the first is the next),

или для сокращения задержки передачи данных (уменьшения диаметра) и повышения канальной отказоустойчивости в предлагаемой сети вместо традиционных колец используют разреженные мультикольца, образованные несколькими кольцами с помощью 2Pr дуплексных разветвителей каналов 1×mt, следующим образом:or to reduce the delay in data transmission (reduce the diameter) and increase the channel fault tolerance in the proposed network, instead of traditional rings, sparse multi-rings are used, formed by several rings using 2P r duplex channel splitters 1 × m t , as follows:

к ЛК и ПК портам пронумерованных и упорядоченных от 1 до Pr маршрутизаторов каждого измерения подсоединяют одиночные порты соответственно левых и правых дуплексных разветвителей каналов 1×mt, причем mt дуплексных портов правого разветвителя каждого маршрутизатора соединяют с mt дуплексными портами левых разветвителей маршрутизаторов с большими номерами согласно определенной таблице соединения, в первом столбце которой задают номера образующих мультикольцо колец от 1 до Nt, а в каждой строке перечислены маршрутизаторы, образующие соответствующее строке кольцо с помощью соединения дуплексным каналом одного из портов mt правого разветвителя каждого маршрутизатора строки с одним из портов mt левого разветвителя маршрутизатора, следующего в порядке возрастания их номеров в строке (для последнего маршрутизатора в строке следующим является первый),to the LAN and PC ports of routers numbered and ordered from 1 to P r of each dimension, single ports of the left and right duplex channel splitters 1 × m t are connected, respectively, and the m t duplex ports of the right splitter of each router are connected to the m t duplex ports of the left splitters of the routers with large numbers according to a certain connection table, in the first column of which the numbers of the rings forming the multiring are set from 1 to N t , and each row lists the routers that form the ring corresponding to the row by using a duplex channel connection of one of the ports m t of the right splitter of each router of the row with one from the ports m t of the left splitter of the router, following in ascending order of their numbers on the line (for the last router on the line, the first is the next),

при этом, если Nt≤Pr, то Pr упорядоченных маршрутизаторов и таблицу соединения разбивают на pr пронумерованных от 1 до pr групп по Nt маршрутизаторов и подтаблиц с Nt строками и mt столбцами соответственно, в каждой из которых задают подсоединение соответствующих Nt маршрутизаторов в Nt колец одноименной группы,in this case, if N t ≤P r , then P r ordered routers and the connection table are divided into p r numbered from 1 to p r groups of N t routers and sub-tables with N t rows and m t columns, respectively, in each of which one sets connecting the corresponding N t routers to N t rings of the same group,

причем

Figure 00000004
Figure 00000005
и при Rem(Pr/Nt)>0, последняя группа маршрутизаторов содержит сокращенное количество маршрутизаторов Rem(Pr/Nt)<Nt, а последняя подтаблица имеет сокращенное количество заполненных ячеек,moreover
Figure 00000004
Figure 00000005
and for Rem (P r / N t )> 0, the last group of routers contains a reduced number of routers Rem (P r / N t ) <N t , and the last subtable has a reduced number of filled cells,

при этом первую подтаблицу получают из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(Nt, mt, σt) заменой блоков блок-схемы на Nt колец разреженного мультикольца, элементов блок-схемы на Nt расширенных маршрутизаторов первой группы упорядоченных маршрутизаторов Pr, а принадлежности элементов блокам на подсоединение маршрутизаторов первой группы в соответствующие кольца через Nt левых и Nt правых дуплексных разветвителей каналов 1×mt, причем в каждое кольцо мультикольца подсоединяют по mt разных маршрутизаторов из первой группы маршрутизаторов Pr, каждый маршрутизатор подсоединяют к mt кольцам, а каждую пару маршрутизаторов подсоединяют к σt кольцам, так что Nt=mt(mt-1)/σt+1,the first subtable is obtained from the table of the incomplete balanced symmetric block diagram B (N t , m t , σ t ) by replacing the blocks of the block diagram with N t rings of a sparse multiring, elements of the block diagram by N t extended routers of the first group of ordered routers P r , and the elements belong to the blocks for connecting the routers of the first group to the corresponding rings through N t left and N t right duplex channel splitters 1 × m t , and m t different routers from the first group of routers P r are connected to each ring of the multi-ring, each router are connected to m t rings, and each pair of routers is connected to σ t rings, so that N t = m t (m t -1) / σ t +1,

при этом каждую следующую подтаблицу в порядке возрастания pr образуют из предыдущей, увеличивая номера маршрутизаторов на Nt, то есть номер маршрутизатора в ячейке i-ой подтаблицы (1<i≤pr) равен L+iNt, где L - номер маршрутизатора в той же ячейке первой подтаблицы, в последней подтаблице при Rem(Pr/Nt)>0 маршрутизаторы с номерами больше Pr исключают.in this case, each subsequent subtable in ascending order p r is formed from the previous one, increasing the number of routers by N t , that is, the number of the router in the cell of the i-th subtable (1 <i≤p r ) is equal to L + iN t , where L is the number of the router in the same cell of the first subtable, in the last subtable for Rem (P r / N t )> 0 routers with numbers greater than P r are excluded.

Если при построении расширенного маршрутизатора R<N и R=N-m, К=m-σ, то соответствующую таблицу соединения получают из остаточной неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) заменой N-m блоков и m-σ элементов блок-схемы соответственно на R портов расширенного маршрутизатора и К портов малопортовых маршрутизаторов.If, when building an extended router, R <N and R = Nm, K = m-σ, then the corresponding connection table is obtained from the residual incomplete balanced symmetric block diagram B * (Nm, m-σ, σ) by replacing Nm blocks and m-σ elements of the block diagram, respectively, on the R ports of the extended router and K ports of the low-port routers.

Если при получении соответствующей таблицы соединения разреженного мультикольца из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(Nt, mt, σt) Nt>Pr, то на расширенные маршрутизаторы заменяют только первые Pr элементов блок-схемы.If, when obtaining the corresponding sparse multiring connection table from the table of the incomplete balanced symmetric block diagram B (N t , m t , σ t ) N t > P r , then only the first P r elements of the block diagram are replaced with extended routers.

Техническая сущность предложенного способа организации оптимальных отказоустойчивых многомерных торов поясняется чертежами.The technical essence of the proposed method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена структура однокорпусного 24-портового маршрутизатора ЕС8433, собранного из однокристальных 8-портовых маршрутизаторов ЕС8430.FIG. 1 shows the structure of a single-frame 24-port EC8433 router, assembled from single-chip 8-port EC8430 routers.

На фиг. 2 приведена структура сети «Ангара», построенной на 24-портовых маршрутизаторах ЕС8433 в виде двумерного тора.FIG. 2 shows the structure of the Angara network built on 24-port EC8433 routers in the form of a two-dimensional torus.

На фиг. 3 и фиг. 4 приведены соответственно Таблица 1, представляющая Таблицу соединения, и схема простейшего расширенного маршрутизатора ПС(7, 4, 2).FIG. 3 and FIG. 4 shows, respectively, Table 1, which represents the Connection Table, and the diagram of the simplest extended SS router (7, 4, 2).

На фиг. 5 и фиг. 6 приведены соответственно Таблица 2, представляющая Таблицу соединения, и схема расширенного маршрутизатора РасМ(14, 8, 4, 2).FIG. 5 and FIG. 6 shows, respectively, Table 2, which represents the Connection Table, and the diagram of the extended PascM router (14, 8, 4, 2).

На фиг. 7 и фиг. 8 приведены соответственно Таблица 3, представляющая Таблицу соединения, и схема расширенного маршрутизатора РасМ(18, 8, 3, 1).FIG. 7 and FIG. 8 shows, respectively, Table 3, which represents the Connection Table, and the diagram of the extended PascM router (18, 8, 3, 1).

На фиг. 9 и фиг. 10 приведены соответственно Таблица 4, представляющая Таблицу соединения, и схема разреженного мультикольца РазМк(7, 4, 2).FIG. 9 and FIG. 10 shows, respectively, Table 4, representing the Connection Table, and the diagram of the rarefied RazMk multiring (7, 4, 2).

На фиг. 11 и фиг. 12 приведены соответственно Таблица 5, представляющая Таблицу соединения, и схема разреженного мультикольца РазМк(9, 3, 2, 1).FIG. 11 and FIG. 12 shows, respectively, Table 5, representing the Connection Table, and the diagram of the rarefied RazMk multiring (9, 3, 2, 1).

На фиг. 13 и фиг. 14 приведены соответственно Таблица 6, представляющая Таблицу соединения, и схема разреженного мультикольца РазМк(9, 7, 3, 1).FIG. 13 and FIG. 14 shows, respectively, Table 6, representing the Connection Table, and the diagram of the rarefied RazMk multiring (9, 7, 3, 1).

На фиг. 15 приведена схема одномерного тора на базе РасМ(12, 8, 2, 1) и РазМк(3, 3, 2, 1) c D=5.FIG. 15 shows a diagram of a one-dimensional torus based on RasM (12, 8, 2, 1) and RazMk (3, 3, 2, 1) with D = 5.

На фиг. 16 фиг. 17 и фиг. 18 приведены соответственно Таблица 7, Таблица 8 и Таблица 9 с характеристиками торов, построенных соответственно из следующих пар маршрутизаторов и мультиколец: РасМ(12, 8, 2, 1) и РазМк(Pr, 3, 2, 1), РасМ(18, 8, 3, 1) и РазМк(Pr, 7, 3, 1), РасМ(14, 8, 4, 2) и РазМк(7pr, 7, 4, 2).FIG. 16 fig. 17 and FIG. 18 shows, respectively, Table 7, Table 8 and Table 9 with the characteristics of tori built, respectively, from the following pairs of routers and multicircles: RasM (12, 8, 2, 1) and RazMk (P r , 3, 2, 1), RasM (18 , 8, 3, 1) and RazMk (P r , 7, 3, 1), RasM (14, 8, 4, 2) and RazMk (7p r , 7, 4, 2).

На фиг. 19 приведена Таблица 10 со сравнительными характеристиками сети «Ангара» и сети, построенной предложенным способом.FIG. 19 shows Table 10 with comparative characteristics of the "Angara" network and the network built by the proposed method.

Опишем предложенный способ организации многомерного тора.Let us describe the proposed way of organizing a multidimensional torus.

Предлагаемый способ включает два этапа: построение расширенного маршрутизатора из малопортовых маршрутизаторов и расширенного разреженного мультикольца из простейших мультиколец и, затем, построение многомерного тора из полученных на первом этапе расширенных маршрутизаторов с использованием расширенных разреженных мультиколец. Практически построение сводится к соединению исходных для этапа маршрутизаторов в маршрутизаторы большей размерности на первом этапе и в многомерные торы на втором некоторым оптимальным образом с сохранением их маршрутных свойств и канальной избыточности согласно соответствующей таблице соединения.The proposed method includes two stages: building an extended router from low-port routers and an extended sparse multiring from the simplest multi-rings and, then, building a multidimensional torus from the extended routers obtained at the first stage using extended sparse multi-rings. In practice, the construction is reduced to connecting the initial routers for the stage into routers of a larger dimension at the first stage and into multidimensional tori at the second in some optimal way while preserving their routing properties and channel redundancy according to the corresponding connection table.

Эти таблицы получаем на основе такого математического объекта как неполная уравновешенная симметричная блок-схема B(N, m, σ) (Холл М. Комбинаторика // Главы 10-12. - Мир. М. - 1970. - 424 с. [Hall Marshall Combinatorial Theory // Blaisdell Publishing Company. Waltham. - 1967.]). Блок-схема B(N, m, σ) содержит N блоков и N элементов, которые размещены по блокам так, что каждый блок содержит точно m различных элементов, каждый элемент входит точно в m различных блоков и каждая пара элементов входит точно в σ блоков и N=m(m-1)/σ+1. При этом B(N, m, σ) задает максимальное N при заданных m и σ, и наоборот, минимальное m при заданных N и σ. Табличное представление блок схемы состоит из N строк и m+1 столбцов, в первом столбце указываются номера блоков, а в соответствующей строке перечислены номера элементов, входящих в этот блок, при этом соблюдены свойства, определяющие блок-схему. Множество таких таблиц построены и приведены в работе Каравай М.Ф., Пархоменко П.П., Подлазов B.C. Комбинаторные методы построения двудольных однородных минимальных квазиполных графов (симметричных блок-схем) // АиТ. 2009. №2. С. 153-170.These tables are obtained on the basis of such a mathematical object as an incomplete balanced symmetric block diagram B (N, m, σ) (Hall M. Combinatorics // Chapters 10-12. - World. M. - 1970. - 424 p. [Hall Marshall Combinatorial Theory // Blaisdell Publishing Company. Waltham. - 1967.]). The block diagram B (N, m, σ) contains N blocks and N elements, which are arranged in blocks so that each block contains exactly m different elements, each element is included in exactly m different blocks, and each pair of elements is included in exactly σ blocks and N = m (m-1) / σ + 1. Moreover, B (N, m, σ) specifies the maximum N for given m and σ, and vice versa, the minimum m for given N and σ. The tabular representation of the block diagram consists of N rows and m + 1 columns, the first column indicates the block numbers, and the corresponding line lists the numbers of the elements included in this block, while observing the properties that define the block diagram. Many such tables are constructed and presented in the work of M.F. Karavay, P.P. Parkhomenko, B.C. Podlazov. Combinatorial Methods for Constructing Bipartite Homogeneous Minimal Quasicomplete Graphs (Symmetric Block Diagrams) // Autom. 2009. No. 2. S. 153-170.

На первом этапе будем использовать таблицы соединения простейших схем расширенных маршрутизаторов ПС(N, m, σ), изоморфных блок-схемам B(N, m, σ), интерпретацией блоков как исходных базовых малопортовых маршрутизаторов, элементов - как портов расширенного маршрутизатора, а вхождения элемента в m различных блоков как соединения входного порта расширенного маршрутизатора с m портами различных малопортовых маршрутизаторов через разветвители дуплексных каналов 1×m.At the first stage, we will use the connection tables of the simplest schemes of extended SS routers (N, m, σ), which are isomorphic to the block schemes B (N, m, σ), by interpreting blocks as initial basic low-port routers, elements as ports of an extended router, and occurrences element in m different blocks as connections of the input port of the extended router with m ports of various low-port routers through splitters of duplex channels 1 × m.

Использование блок-схем при подобных схемотехнических интерпретациях позволяет утверждать, что схемы сетей, полученные с использованием описываемых таблиц соединения являются оптимальными, так как блок-схема B(N, m, σ) задает максимальное N при заданных m и σ, и наоборот, минимальное m при заданных N и σ.The use of block diagrams for such circuit design interpretations allows us to assert that the network diagrams obtained using the described connection tables are optimal, since the block diagram B (N, m, σ) sets the maximum N for given m and σ, and vice versa, the minimum m for given N and σ.

В такой интерпретации полученная простейшая схема расширенного маршрутизатора, изоморфная B(N, m, σ), задается двудольным графом, одна доля которого содержит N исходных малопортовых маршрутизаторов ИсхМ(m), другая доля - N узлов (абонентов), соединяемых m ребрами (дуплексными каналами) с разными исходными малопортовыми маршрутизаторами. Между любыми абонентами имеется σ разных путей длины в 2 ребра, и любой путь проходит только через один ИсхМ(m). Этот граф мы называем квазиполным графом, в котором абонент имеет степень m за счет подключения к ИсхМ(m) через разветвитель дуплексных каналов 1×m.In this interpretation, the obtained simplest extended router scheme isomorphic to B (N, m, σ) is given by a bipartite graph, one part of which contains N initial low-port routers RxM (m), the other part contains N nodes (subscribers) connected by m edges (duplex channels) with different source low-port routers. Between any users there are σ different paths of length 2 edges, and any path passes through only one ExM (m). We call this graph a quasicomplete graph, in which the subscriber has degree m due to connection to ExM (m) through a splitter of 1 × m duplex channels.

Пример таблицы соединения и соответствующей простейшей схемы расширенного маршрутизатора, построенной из исходных маршрутизаторов ИсхМ(m) на основе блок-схемы B(N, m, σ) при N=7, m=4 и σ=2 приведены соответственно на фиг. 3 и фиг. 4 (для содержательной наглядности порты расширенного маршрутизатора и подсоединенные к ним абоненты в дальнейшем будем отождествлять).An example of a connection table and the corresponding simplest scheme of an extended router built from the original routers ExM (m) based on the block diagram B (N, m, σ) with N = 7, m = 4, and σ = 2 are shown in Figs. 3 and FIG. 4 (for meaningful clarity, the ports of the extended router and the subscribers connected to them will be identified in what follows).

В маршрутизаторах расширенных таким образом связь между любыми двумя абонентами может быть осуществлена через σ малопортовых маршрутизаторов с задержкой в один маршрутизатор. Если ИсхМ(m) является неблокируемым маршрутизатором m×m, то ПС(N, m, σ) является неблокируемым маршрутизатором N×N, составленным из маршрутизаторов m×m и разветвителей дуплексных каналов 1×m. При этом PacM(N, m, σ) имеет статическую самомаршрутизацию, при которой абоненты задают бесконфликтные маршруты независимо друг от друга. Эти маршруты прокладываются между абонентами по прямым каналам (без промежуточной буферизации пакетов). Поэтому ПС(N, m, σ) имеет диаметр D=1 и является (σ-1)-отказоустойчивой по каналам и исходным маршрутизаторам.In routers extended in this way, the connection between any two subscribers can be carried out through σ low-port routers with a delay of one router. If ExM (m) is an m × m non-blocking router, then the MS (N, m, σ) is an N × N non-blocking router composed of m × m routers and 1 × m duplex link taps. In this case, PacM (N, m, σ) has static self-routing, in which subscribers specify conflict-free routes independently of each other. These routes are laid between subscribers via direct channels (without intermediate packet buffering). Therefore, the SS (N, m, σ) has a diameter D = 1 and is (σ-1) -fault-tolerant across links and source routers.

Может быть ситуация, когда исходные маршрутизаторы имеют число портов K>m. В этом случае таблицу соединения расширенного маршрутизатора с нужными свойствами получаем из табличного представления простейшей схемы ПС(N, m, σ) следующим образом. Таблица состоит из N+1 строк и K+1 столбцов, в первом столбце и первой строке указываются соответственно номера исходных маршрутизаторов и их портов, а в каждой строке, соответствующей исходному маршрутизатору перечислены номера портов расширенного маршрутизатора, подсоединенных к портам этого исходного маршрутизатора. Таблицу разбиваем на

Figure 00000001
подтаблиц по m столбцов. Первая подтаблица N×m (в порядке возрастания номеров портов ИсхМ(K)) получается из табличного представления ПС(N, m, σ) также как было описано выше. Она задает соединение первых N портов расширенного маршрутизатора с первыми m портами исходных N в виде простейшей схемы ПС(N, m, σ). Каждую последующую подтаблицу (включающую очередную группу m столбцов) получаем копированием предыдущей с увеличением номеров портов расширенного маршрутизатора на N, то есть, если L это номер порта в какой-то ячейке первой подтаблицы (1<L≤N), то номер порта в той же ячейке i-й подтаблицы (1≤i≤t) будет равен L+(i-1)N. Таким образом i-я подтаблица задает соединения в i-й ПС(N, m, σ) между i-й группой N портов расширенного маршрутизатора и i-й группой из Nm портов исходных маршрутизаторов. Для размножения линий с N портов i-й группы расширенного маршрутизатора также используются N разветвителей дуплексных каналов 1×m. Расширенные маршрутизаторы построенные из исходных согласно такой таблице будем обозначать PacM(R, K, m, σ), где R - число портов (абонентов) расширенного маршрутизатора, K - число портов исходных малопортовых маршрутизаторов, m и σ - параметры простейшей схемы ПС(N, m, σ) (напомним, N=m(m-1)/σ+1), тиражируемой при построении расширенного маршрутизатора. Пример таблицы соединения и соответствующей схемы расширенного маршрутизатора PacM(R, K, m, σ), построенной из исходных маршрутизаторов ИсхМ(m) на основе ПС(N, m, σ) при R=14, K=8, N=7, m=4 и σ=2 приведены соответственно на фиг. 5 и фиг. 6.There may be a situation when the source routers have K> m ports. In this case, the connection table of the extended router with the required properties is obtained from the table representation of the simplest SS scheme (N, m, σ) as follows. The table consists of N + 1 rows and K + 1 columns, the first column and the first row indicate the numbers of the source routers and their ports, respectively, and each line corresponding to the source router lists the port numbers of the extended router connected to the ports of this source router. We split the table into
Figure 00000001
subtables with m columns. The first N × m sub-table (in ascending order of the numbers of ports Ref (K)) is obtained from the table representation of the PS (N, m, σ) as described above. It defines the connection of the first N ports of the extended router with the first m ports of the original N in the form of the simplest PS scheme (N, m, σ). Each subsequent subtable (including the next group of m columns) is obtained by copying the previous one with increasing the port numbers of the extended router by N, that is, if L is the port number in some cell of the first subtable (1 <L≤N), then the port number in that the same cell of the i-th subtable (1≤i≤t) will be equal to L + (i-1) N. Thus, the i-th subtable defines the connections in the i-th SS (N, m, σ) between the i-th group of N ports of the extended router and the i-th group of Nm ports of the source routers. To multiply lines from N ports of the i-th group of the extended router, N splitters of 1 × m duplex channels are also used. Extended routers built from the original ones according to such a table will be denoted by PacM (R, K, m, σ), where R is the number of ports (subscribers) of the extended router, K is the number of ports of the original low-port routers, m and σ are the parameters of the simplest SS scheme (N , m, σ) (recall, N = m (m-1) / σ + 1), replicated when building an extended router. An example of the connection table and the corresponding scheme of the extended router PacM (R, K, m, σ), built from the original routers ExhM (m) based on the SS (N, m, σ) with R = 14, K = 8, N = 7, m = 4 and σ = 2 are shown in FIG. 5 and FIG. 6.

По построению связь между любыми двумя абонентами, номера которых не совпадают по modN, может быть осуществлена через а исходных малопортовых маршрутизаторов с задержкой в один маршрутизатор. Наоборот, любые два абонента, номера которых совпадают по modN, соединены друг с другом параллельно через m разных исходных ИсхМ(K). Эти свойства обеспечивают сохранение в РасМ(R) маршрутных свойств ИсхМ(K). При этом образуются N подмножеств по t абонентов, с увеличенной в m раз пропускной способностью между ними. Таким образом если ИсхМ(K) имеет диаметр D, то PacM(R, K, m, σ) имеет диаметр D+1.By construction, the connection between any two subscribers whose numbers do not coincide in modN can be carried out through the original low-port routers with a delay of one router. On the contrary, any two subscribers whose numbers coincide in mod N are connected to each other in parallel through m different initial RxM (K). These properties ensure that the routing properties of ExhM (K) are saved in RasM (R). In this case, N subsets of t subscribers are formed, with the capacity between them increased by a factor of m. Thus, if ExxM (K) has diameter D, then PacM (R, K, m, σ) has diameter D + 1.

Однако в результате деления K на m может получиться остаток, равный m-σ, то есть K=tm+m-σ, тогда (t+1)-я подтаблица задает остаточную простейшую схему ПС*(N-m, m-σ, σ) с абонентами, номера которых задаются как tN+j (1≤j≤N-m). Эту (t+1)-ю подтаблицу получаем из остаточной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) (Холл М. Комбинаторика // Глава 10, стр. 114 - Мир. М. - 1970. - 424 с.), где N-m=(m-1)(m-σ)/σ, аналогично тому как получали таблицу соединения для ПС(N, m, σ) из блок-схемы B(N, m, σ). В результате, расширенный маршрутизатор содержит либо R=tN, либо R=tN+N-m абонентов. Пример таблицы соединения и схемы расширенного маршрутизатора для такого случая при построении РасМ(18, 8, 3, 1), когда K=tm+m-σ (где t=⎣K/m⎦, то есть целая часть от деления K на m) приведены на фиг. 7 и на фиг. 8.However, dividing K by m may result in a remainder equal to m-σ, that is, K = tm + m-σ, then the (t + 1) -th subtable sets the residual simplest PS scheme * (Nm, m-σ, σ) with subscribers whose numbers are specified as tN + j (1≤j≤Nm). This (t + 1) -th subtable is obtained from the residual block diagram B * (Nm, m-σ, σ) (Hall M. Combinatorics // Chapter 10, p. 114 - Mir. M. - 1970. - 424 p. .), where Nm = (m-1) (m-σ) / σ, similarly to how the connection table for PS (N, m, σ) was obtained from the block diagram B (N, m, σ). As a result, the extended router contains either R = tN or R = tN + N-m subscribers. An example of a connection table and a diagram of an extended router for such a case when constructing PASM (18, 8, 3, 1), when K = tm + m-σ (where t = ⎣K / m⎦, that is, the integer part of dividing K by m ) are shown in Fig. 7 and in FIG. eight.

На втором этапе, используя построенные расширенные маршрутизаторы, организуем многомерные торы. Это можно сделать традиционным образом, поместив расширенные маршрутизаторы в узлы тора. Для включения маршрутизаторов в кольца r измерений тора необходимо для каждого измерения выделить в маршрутизаторах по паре портов, которые при обходе кольца в порядке возрастания номеров узлов будем называть левый порт и правый порт.At the second stage, using the constructed extended routers, we organize multidimensional tori. This can be done in the traditional way by placing extended routers at the nodes of the torus. To include the routers in the ring r of the torus dimensions, it is necessary for each dimension to select a pair of ports in the routers, which, when traversing the ring in ascending order of node numbers, will be called the left port and the right port.

Для уменьшения диаметра тора, увеличения отказоустойчивости и повышения пропускной способности при организации тора в каждом его измерении будем использовать разреженные мультикольца. В разреженном мультикольце вместо одного кольца, соединяющего маршрутизаторы кольца, используют несколько более коротких колец, образующих мультикольцо, которые в описываемом способе инвариантного расширения являются исходными для мультикольца. Таблицу соединения простейшего разреженного мультикольца с Nt узлами (обозначим его РазМк(Nt, mt, σt)), задающую включение маршрутизаторов в узлы исходных колец, как и на первом этапе получаем из неполной уравновешенной блок-схемы B(Nt, mt, σt), в которой Nt=mt(mt-1)/σt+1, интерпретируя ее следующим образом: блоки интерпретируются как Nt исходных для расширенного разреженного мультикольца дуплексных колец из mt пронумерованных узлов, элементы - как Nt пронумерованных маршрутизаторов расширенного разреженного дуплексного мультикольца, а вхождение каждого элемента в mt различных блоков как включение соответствующего маршрутизатора в mt разных исходных колец с помощью пары разветвителей дуплексных каналов 1×mt. При этом разветвители (левый и правый) подсоединяем соответственно к левому и правому портам маршрутизатора, выделенным для его включения в кольцо, последовательность соединения маршрутизаторов в кольце совпадает с последовательностью их размещения в таблице, последний маршрутизатор соединяют с первым. В данной интерпретации σt это число исходных колец, через которые могут связаться любые два маршрутизатора мультикольца. Наличие в структуре мультикольца σt параллельных цепей между любыми узлами делает ее (σt-1)-отказоустойчивой по каналам. Заметим, что индекс t в параметрах блок схемы B(Nt, mt, σt), указывает на возможность использования (при построении разреженных мультиколец для организации тора) блок-схем с параметрами, отличающимися от выбранных на этапе построения расширенных маршрутизаторов.To reduce the diameter of the torus, increase the fault tolerance and increase the throughput when organizing the torus in each of its dimensions, we will use sparse multi-rings. In a sparse multiring, instead of one ring connecting the routers of the ring, several shorter rings are used that form a multiring, which in the described method of invariant extension are the initial for the multiring. The table of the connection of the simplest sparse multiring with N t nodes (we denote it by RTMk (N t , m t , σ t )), which specifies the inclusion of routers in the nodes of the original rings, as at the first stage, we obtain from the incomplete balanced block diagram B (N t , m t , σ t ), in which N t = m t (m t -1) / σ t +1, interpreting it as follows: the blocks are interpreted as N t initial for the extended sparse multiring of duplex rings of m t numbered nodes, the elements - as N t numbered routers of the extended sparse duplex multi-ring, and the occurrence of each element in m t different blocks as the inclusion of the corresponding router in m t different initial rings using a pair of duplex channel splitters 1 × m t . In this case, the splitters (left and right) are connected respectively to the left and right ports of the router, allocated for its inclusion in the ring, the sequence of connecting the routers in the ring coincides with the sequence of their placement in the table, the last router is connected to the first. In this interpretation, σ t is the number of original rings through which any two routers in the multi-ring can communicate. The presence in the structure of the multiring σ t of parallel circuits between any nodes makes it (σ t -1) -fail-safe along the channels. Note that the index t in the parameters of the block diagram B (N t , m t , σ t ) indicates the possibility of using (when constructing sparse multi-rings for organizing a torus) block diagrams with parameters that differ from those selected at the stage of constructing extended routers.

Разреженное мультикольцо РазМк(Nt, mt, σt) по построению является кольцом с Nt узлами и минимальным диаметром

Figure 00000006
скачков, заменяющим кольцо с Nt узлами и диаметром
Figure 00000007
The sparse multiring RazMk (N t , m t , σ t ), by construction, is a ring with N t nodes and the minimum diameter
Figure 00000006
jumps replacing a ring with N t nodes and diameter
Figure 00000007

Пример таблицы соединения и соответствующей схемы разреженного мультикольца РазМк(Nt, mt, σt) при Nt=7, mt=4 и σt=2 приведены на фиг. 9 и на фиг. 10. В строках таблицы соединений РазМк(7, 4, 2) находятся номера исходных колец ИсхК(4) и номера, подсоединенных к его узлам маршрутизаторов.An example of a connection table and the corresponding scheme of a sparse multiring RazMk (N t , m t , σ t ) for N t = 7, m t = 4 and σ t = 2 are shown in Fig. 9 and FIG. 10. The rows of the RazMk connection table (7, 4, 2) contain the numbers of the original rings ExhK (4) and the numbers of routers connected to its nodes.

На схеме на фиг. 10 мультикольцо с 7-ю узлами, составлено из 7-и исходных дуплексных колец с 4-я узлами, 14-и дуплексных разветвителей 1×m, имеет диаметр D=2 и является 1-отказоустойчивым по параллельным кольцам, например, между узлами 1 и 6 две цепи по кольцам 1 и 3.In the diagram in FIG. 10 multi-ring with 7 nodes, composed of 7 original duplex rings with 4 nodes, 14 duplex splitters 1 × m, has a diameter of D = 2 and is 1-fault tolerant in parallel rings, for example, between nodes 1 and 6 two chains on rings 1 and 3.

Однако в общем случае количество узлов Pr в измерениях тора может быть больше Nt. Таблицу соединения для таких расширенных разреженных мультиколец с Pr>Nt (которые обозначим как РазМк(Pr, Nt, mt, σt)) будем строить следующим образом. В первом столбце таблицы задаем номера колец от 1 до Nt, а в каждой строке перечисляем маршрутизаторы, образующие соответствующее строке исходное кольцо с помощью соединения дуплексным каналом одного из портов m правого разветвителя каждого маршрутизатора строки с одним из портов m левого разветвителя маршрутизатора, следующего в порядке возрастания их номеров в строке (для последнего маршрутизатора в строке следующим является первый). Таблицу разбиваем на pr пронумерованных слева направо от 1 до pr

Figure 00000008
подтаблиц Ntmt. Первую подтаблицу получаем для первой группы Nt маршрутизаторов первых Pr узлов, также как выше была получена таблица для простейшего разреженного мультикольца РазМк(Nt, mt, σt) из неполной уравновешенной блок-схемы B(Nt, mt, σt). Затем каждую следующую подтаблицу в порядке возрастания ее номера образуем из предыдущей, увеличивая номера маршрутизаторов на Nt, то есть номер маршрутизатора в ячейке i-ой подтаблицы (1<i≤pr) равен L+(i-1)Nt, где L - номер маршрутизатора в той же ячейке первой подтаблицы. В последней подтаблице при Nt>Rem(Pr/Nt)>0 маршрутизаторы с номерами больше Pr исключаем, при этом
Figure 00000009
However, in the general case, the number of nodes P r in the dimensions of the torus can be greater than N t . The join table for such extended sparse multiring with P r > N t (which we will denote as RTMk (P r , N t , m t , σ t )) will be constructed as follows. In the first column of the table, we set the ring numbers from 1 to N t , and in each row we list the routers that form the source ring corresponding to the row by using a duplex connection of one of the m ports of the right splitter of each router in the row with one of the m ports of the left splitter of the router that follows in in ascending order of their numbers on the line (for the last router on the line, the first is the next). Divide the table into p r numbered from left to right from 1 to p r
Figure 00000008
subtables N t m t . We obtain the first subtable for the first group N t of routers of the first P r nodes, just as above we obtained a table for the simplest sparse multiring RazMk (N t , m t , σ t ) from an incomplete balanced block diagram B (N t , m t , σ t ). Then each subsequent subtable in ascending order of its number is formed from the previous one, increasing the number of routers by N t , that is, the number of the router in the cell of the i-th subtable (1 <i≤p r ) is equal to L + (i-1) N t , where L - router number in the same cell of the first subtable. In the last subtable, for N t > Rem (P r / N t )> 0, we exclude routers with numbers greater than P r, while
Figure 00000009

Диаметр такого мультикольца РазМк(Pr, Nt, mt, σt) по построению определяется как

Figure 00000010
На фиг. 11 и фиг. 12 приведены соответственно таблица соединения и схема расширенного разреженного мультикольца РазМк(9, 3, 2, 1), построенные описанным способом из первой подтаблицы и схемы простейшего мультикольца РазМк(3, 2, 1).The diameter of such a multiring RZMk (P r , N t , m t , σ t ) is defined by construction as
Figure 00000010
FIG. 11 and FIG. 12 shows, respectively, the connection table and the diagram of the extended sparse multiring RazMk (9, 3, 2, 1), constructed in the described way from the first subtable and the diagram of the simplest multiring RazMk (3, 2, 1).

На фиг. 11 хорошо виден результат описанного тиражирования первой подтаблицы, когда номера маршрутизаторов в последующей подтаблице отличаются от предыдущей на N=3, а на фиг. 12 способ объединения простейших разреженных мультиколец РазМк(3, 2, 1) из 3-х узлов, соответствующих первой подтаблице, когда исходные кольца простейшего разреженного мультикольца РазМк(3, 2, 1) из 3-х узлов разрываются и соединяются в общие исходные кольца для 9 узлов. Диаметр этого мультикольца D=3.FIG. 11 clearly shows the result of the described replication of the first subtable, when the router numbers in the next subtable differ from the previous one by N = 3, and in FIG. 12 a way of combining the simplest sparse multiring RazMk (3, 2, 1) of 3 nodes corresponding to the first subtable, when the original rings of the simplest sparse multiring RazMk (3, 2, 1) of 3 nodes are broken and connected into common initial rings for 9 knots. The diameter of this multiring is D = 3.

Таким образом процесс построения расширенного разреженного мультикольца с числом узлов Pr>Nt можно рассматривать как объединение однородных исходных колец в pr простейших разреженных мультикольцах с Nt узлами, где

Figure 00000008
(при Nt>Rem(Pr/Nt)>0 в последнем мультикольце маршрутизаторы с номерами больше Pr исключаются). При этом диаметр расширенного разреженного мультикольца задается как
Figure 00000010
Thus, the process of constructing an extended sparse multiring with the number of nodes P r > N t can be considered as a union of homogeneous original rings in p r simplest sparse multi- rings with N t nodes, where
Figure 00000008
(for N t > Rem (P r / N t )> 0, routers with numbers greater than P r are excluded in the last multi-ring). In this case, the diameter of the expanded sparse multiring is given as
Figure 00000010

Пример построения мультикольца для случая, когда Pr не кратно Nt, то есть при Nt>Rem(Pr/Nt)>0, приведен на фиг. 13 и на фиг. 14. Простейшим разреженным мультикольцом в данном примере является РазМк(7, 3, 1), таблица соединения которого задана в первой подтаблице. Если мы хотим построить из него мультикольцо РазМк(9, 7, 3, 1), то следующая подтаблица включает соединения только для 8 и 9 узла и имеет сокращенное число ячеек.An example of constructing a multiring for the case when P r is not a multiple of N t , that is, for N t > Rem (P r / N t )> 0, is shown in Fig. 13 and FIG. 14. The simplest sparse multiring in this example is RazMk (7, 3, 1), the join table of which is specified in the first subtable. If we want to construct a multiring RazMk (9, 7, 3, 1) from it, then the next subtable includes connections for only 8 and 9 nodes and has a reduced number of cells.

На фиг. 13 исходные кольца 1, 2, 3, 4 и 5 были расширены для подсоединения узлов 8 и 9 аналогично тому как в те же кольца были подсоединены узлы 1 и 2 в первом простейшем мультикольце. Диаметр у полученного мультикольца D=2.FIG. 13, the original rings 1, 2, 3, 4 and 5 were expanded to connect nodes 8 and 9 in the same way as nodes 1 and 2 in the first simplest multiring were connected to the same rings. The diameter of the resulting multi-ring is D = 2.

Аналогичным образом могут быть построены мультикольца РазМк(16, 7, 3, 1) с pr=3 и диаметром D=4 или РазМк(24, 7, 3, 1) с pr=4 и диаметром D=6.Similarly, multi-rings RazMk (16, 7, 3, 1) with p r = 3 and diameter D = 4 or RazMk (24, 7, 3, 1) with p r = 4 and diameter D = 6 can be constructed.

Реальный диаметр между абонентами, подключенными к маршрутизаторам узлов кроме диаметра мультикольца включает и задержки в маршрутизаторах. Например, на фиг. 15 показан одномерный тор на базе РасМ(12, 8, 2, 1) и РазМк(3, 3, 2, 1). Его диаметр с учетом 2-х скачков в расширенных маршрутизаторах (входной порт - без скачка, малопортовый маршрутизатор, выходной порт) равен 5. Например, маршрут между абонентами 7 и 23 включает входной порт, малопортовый маршрутизатор 2 и выходной порт расширенного маршрутизатора 1, исходное кольцо 3 разреженного мультикольца, входной порт, малопортовый маршрутизатор 1 и выходной порт расширенного маршрутизатора 3, то есть D=5 (счет маршрутизаторов ведется сверху вниз).The real diameter between the subscribers connected to the routers of the nodes, in addition to the diameter of the multi-ring, also includes the delays in the routers. For example, in FIG. 15 shows a one-dimensional torus based on RasM (12, 8, 2, 1) and RazMk (3, 3, 2, 1). Its diameter, taking into account 2 hops in extended routers (input port - no hop, low-port router, output port) is 5. For example, the route between subscribers 7 and 23 includes the input port, low-port router 2 and the output port of extended router 1, the source ring 3 of the sparse multi-ring, ingress port, low port router 1, and egress port of extended router 3, that is, D = 5 (routers are counted from top to bottom).

Аналогично из этих же маршрутизаторов РасМ(12, 8, 2, 1) и мультиколец РазМк(Pr, 3, 2, 1) можно построить r-мерные торы с r=2, 3, 4. Для соединения маршрутизаторов в кольцах разных измерений достаточно отсоединить от каждого маршрутизатора по два абонента для каждого измерения. Освободившиеся дуплексные порты необходимо использовать для подсоединения к соседним маршрутизаторами в направлении + и - в каждом измерении. Характеристики создаваемых торов задаются в табл. 7 на фиг. 16 (М - количество абонентов). Здесь

Figure 00000011
Similarly, from the same routers RasM (12, 8, 2, 1) and multicircles RazMk (P r , 3, 2, 1), one can construct r-dimensional tori with r = 2, 3, 4. To connect routers in rings of different dimensions it is enough to disconnect from each router two subscribers for each measurement. The freed duplex ports must be used to connect to neighboring routers in the + and - directions in each dimension. The characteristics of the created tori are specified in table. 7 in FIG. 16 (M is the number of subscribers). Here
Figure 00000011

Характеристики создаваемых торов при использовании маршрутизаторов РасМ(18, 8, 3, 1) и мультиколец РазМк(Pr, 7, 3, 1) приведены в Таблице 8 на фиг. 17. В данном торе маршруты одинаковой длины в каждом измерении расщепляются по трем разным путям, что существенно снижает средние задержки передачи.The characteristics of the created tori when using routers RasM (18, 8, 3, 1) and multicircles RazMk (P r , 7, 3, 1) are shown in Table 8 in Fig. 17. In this torus, routes of the same length in each dimension are split along three different paths, which significantly reduces the average transmission delays.

Несколько более слабые характеристики имеет 1-отказоустойчивые торы, которые строятся из маршрутизаторов РасМ(14, 8, 4, 2) и мультиколец РазМк(Pr, 7, 4, 2) в каждом измерении (изображенных соответственно на фиг. 6 и фиг. 10). Однако в данном торе маршруты одинаковой длины в каждом измерении расщепляются по четырем разным путям, что дополнительно снижает средние задержки передачи. Характеристики этих торов задаются в табл. 9 на фиг. 18. Значения М для табл. 9 рассчитываются по формуле М=Pr r(14-2r).Somewhat weaker characteristics have 1-fault-tolerant tori, which are built from routers PacM (14, 8, 4, 2) and multicircles RazMk (P r , 7, 4, 2) in each dimension (shown, respectively, in Fig. 6 and Fig. ten). However, in this torus, routes of the same length in each dimension are split along four different paths, which further reduces average transmission delays. The characteristics of these tori are given in table. 9 in FIG. 18. The values of M for table. 9 are calculated by the formula M = P r r (14-2r).

Сравним характеристики построенных многомерных торов и торов системной сети «Ангара». На фиг. 19 в Таблице 10 приведены характеристики торов сети «Ангара» и торов, составленных из маршрутизаторов РасС(18, 8, 3, 1) и разреженных мультиколец РазМк(Pr, 7, 3, 1).Let us compare the characteristics of the constructed multidimensional tori and tori of the Angara system network. FIG. 19 Table 10 shows the characteristics of the tori of the "Angara" network and tori composed of routers PAC (18, 8, 3, 1) and sparse multicircles RazMk (P r , 7, 3, 1).

Видно, что построенный выше 1-мерный тор имеет в 1,3-2 раза меньший диаметр, чем 1-мерный тор сети «Ангара» при близком числе абонентов. Построенный 2-мерный тор имеет в 1,5-2 раза меньший диаметр, чем 2-мерный тор сети «Ангара» при несколько большем числе абонентов. В остальных случаях построенные торы имеют меньший диаметр и существенно большее число абонентов, чем может обеспечить сеть «Ангара» в любом варианте.It can be seen that the 1-dimensional torus constructed above has a diameter 1.3-2 times smaller than the 1-dimensional torus of the Angara network with a close number of subscribers. The constructed 2-dimensional torus has a diameter 1.5-2 times smaller than the 2-dimensional torus of the Angara network with a slightly larger number of subscribers. In other cases, the constructed tori have a smaller diameter and a significantly larger number of subscribers than can be provided by the Angara network in any case.

Отметим еще два особых случая, которые могут возникнуть при построении расширенного маршрутизатора и расширенного разреженного мультикольца.We note two more special cases that can arise when constructing an extended router and an extended sparse multiring.

Если при построении расширенного маршрутизатора R<N и R=N-m, К=m-σ, то соответствующую таблицу соединения получают из остаточной неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) заменой N-m блоков и m-σ элементов блок-схемы соответственно на R портов расширенного маршрутизатора и К портов малопортовых маршрутизаторов. Если при получении соответствующей таблицы соединения расширенного разреженного мультикольца из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(Nt, mt, σt) Nt>Pr, то на расширенные маршрутизаторы заменяют только первые Pr элементов блок-схемы.If, when building an extended router, R <N and R = Nm, K = m-σ, then the corresponding connection table is obtained from the residual incomplete balanced symmetric block diagram B * (Nm, m-σ, σ) by replacing Nm blocks and m-σ elements of the block diagram, respectively, on the R ports of the extended router and K ports of the low-port routers. If, upon obtaining the corresponding connection table of the extended sparse multiring from the table of the incomplete balanced symmetric block diagram B (N t , m t , σ t ) N t > P r , then only the first P r elements of the block diagram are replaced with extended routers.

Построенные выше многомерные торы мы считаем оптимальными, т.к. они построены на базе оптимального распараллеливания сетевой структуры на основе квазиполного графа. Она позволяет строить расширенные маршрутизаторы с максимальным числом абонентов при заданных исходных маршрутизаторах. И наоборот, она позволяет иметь минимальный диаметр сети за счет использования разреженных мультиколец.We consider the multidimensional tori constructed above to be optimal, since they are based on the optimal parallelization of a network structure based on a quasicomplete graph. It allows you to build extended routers with the maximum number of subscribers given the initial routers. Conversely, it allows you to have a minimum network diameter through the use of sparse multi-rings.

Подобное распараллеливание структур сети сопровождается, конечно, увеличением ее аппаратных и кабельных затрат. Оценим их.Such parallelization of network structures is accompanied, of course, by an increase in its hardware and cable costs. Let's evaluate them.

Примем, что сложность маршрутизатора пропорциональна квадрату числа портов. Тогда сложность sК однокристального маршрутизатора «Ангара» ЕС8430 составляет sК=с64, где с - коэффициент пропорциональности. Сложность sX одного разветвителя 1×3 можно оценить как sX=с6 (мультиплексор + демультиплексор).Let's assume that the complexity of a router is proportional to the square of the number of ports. Then the complexity s K of the single-chip Angara EC8430 router is s K = c64, where c is the proportionality coefficient. The complexity s X of one 1 × 3 splitter can be estimated as s X = c6 (multiplexer + demultiplexer).

Сложность 1-одномерного тора «Ангара» с 8 корпусами маршрутизаторов ЕС8433 в кольце задается как SA,1=с2048. Сложность 2-одномерного тора «Ангара» с 8 корпусами маршрутизаторов ЕС8433 в кольце каждого измерения задается как SA,2=с16384. Они содержат MA,1=128 и MA,2=502 абонентов соответственно. Поэтому их удельная сложность составляет sA,1=SA,1/MA,1=16с и sA,2=SA,2/MA,2=32с.The complexity of the 1-one-dimensional "Angara" torus with 8 frames of EC8433 routers in the ring is set as S A, 1 = с2048. The complexity of the 2-one-dimensional "Angara" torus with 8 cases of EC8433 routers in the ring of each dimension is set as S A, 2 = c16384. They contain M A, 1 = 128 and M A, 2 = 502 subscribers, respectively. Therefore, their specific complexity is s A, 1 = S A, 1 / M A, 1 = 16s and s A, 2 = S A, 2 / M A, 2 = 32s.

Маршрутизатор РасМ(18, 8, 3, 1) содержит 7 маршрутизаторов ЕС8430 сложности sК и 18 разветвителей 1×3 сложности sX. В результате сложность SP расширенного маршрутизатора составляет SP=7с64+18с6=556с.Router RasM (18, 8, 3, 1) contains 7 routers EC8430 of complexity sK and 18 splitters 1 × 3 of complexity s X. As a result, the complexity S P of the extended router is S P = 7c64 + 18c6 = 556s.

1-мерный тор содержит 7 таких маршрутизаторов и еще 14 разветвителей для образования разреженных мультиколец общей сложности SP,1=3976с. Он содержит МР,1=112 абонентов. Поэтому его удельная сложность составляет sP,1=35,5с.The 1-dimensional torus contains 7 such routers and 14 more splitters to form sparse multi- rings with a total of S P, 1 = 3976 s. It contains M R, 1 = 112 subscribers. Therefore, its specific complexity is s P, 1 = 35.5 s.

2-мерный тор содержит 49 таких маршрутизаторов и еще 4 разветвителя при каждом маршрутизаторе для образования разреженных мультиколец общей сложности SP,2=28420с. Он содержит MP,2=686 абонентов. Поэтому его удельная сложность составляет sP,2=41,4с.A 2-dimensional torus contains 49 such routers and 4 more splitters at each router to form sparse multi- rings of total S P, 2 = 28420s. It contains M P, 2 = 686 subscribers. Therefore, its specific complexity is s P, 2 = 41.4 s.

Введем комплексную характеристику торов ℵ (удельную по числу каналов и быстродействию) как произведение диаметра на удельную сложность. Тогда ℵA,1=128с и ℵP,1=177,5с, аналогично ℵA,2=416с и ℵP,2=331,2с. Отсюда можно сделать вывод, что повышенная сложность торов из расширенных маршрутизаторов обеспечивает их малые диаметры сопоставимо по размерностям. При этом одновременно обеспечивается и большее число абонентов. Однако маршрутизаторы с разреженными мультикольцами имеют в 7/4 раза больший расход кабеля.Let us introduce a complex characteristic of tori ℵ (specific with respect to the number of channels and speed) as the product of the diameter and the specific complexity. Then ℵ A, 1 = 128s and ℵ P, 1 = 177.5s, similarly ℵ A, 2 = 416s and ℵ P, 2 = 331.2s. Hence, we can conclude that the increased complexity of tori from extended routers ensures their small diameters are comparable in dimensions. At the same time, a greater number of subscribers are provided at the same time. However, sparse multi-ring routers have 7/4 times the cable consumption.

В заключение описания изобретения отметим, что предложен метод построения оптимальных системных сетей с топологией многомерных торов в расширенном схемном базисе. При предлагаемом управляемом проектировании оптимизация осуществляется по таким важным функциональным характеристикам сети как число ее абонентов и задержки передачи, задаваемые диаметром сети. Оптимизация осуществляется в элементной базе малопортовых маршрутизаторов и разветвителей за счет построения или использования сетей с топологией квазиполных графов, которая позволяет также на этапе проектирования структуры многомерного тора задавать канальную избыточность для повышения отказоустойчивости. Используется метод инвариантного по маршрутным свойствам расширения сетей для увеличения в них числа абонентов и уменьшения их диаметра в заданной элементной базе, а также введения канальной избыточности. Оптимизация по числу абонентов и задержкам передачи сопровождается некоторым усложнением сети по схемным и кабельным затратам, мера которых (в разах) оказываются меньше меры (в разах) улучшения обеих характеристик.In conclusion of the description of the invention, we note that the proposed method for constructing optimal system networks with the topology of multidimensional tori in an extended circuit basis. In the proposed controlled design, optimization is carried out according to such important functional characteristics of the network as the number of its subscribers and transmission delays set by the network diameter. Optimization is carried out in the element base of low-port routers and splitters by building or using networks with a quasi-complete graph topology, which also allows at the design stage of a multidimensional torus structure to specify channel redundancy to increase fault tolerance. The method of network expansion invariant in terms of routing properties is used to increase the number of subscribers in them and reduce their diameter in a given element base, as well as introduce channel redundancy. Optimization in terms of the number of subscribers and transmission delays is accompanied by some complication of the network in terms of circuit and cable costs, the measure of which (in times) is less than the measure (in times) of improving both characteristics.

Claims (14)

1. Способ построения системной сети в виде многомерных торов с большим числом абонентов, с малой задержкой передачи данных (с малым диаметром сети) и с канальной отказоустойчивостью из малопортовых маршрутизаторов и дуплексных разветвителей каналов с функцией мультиплексора или демультиплексора, характеризующийся тем, что в узлах тора используют расширенные маршрутизаторы с R дуплексными портами, образованные из N малопортовых маршрутизаторов с K дуплексными портами и R дуплексных разветвителей каналов 1×m при помощи дуплексных каналов связи, а именно1. A method of building a system network in the form of multidimensional tori with a large number of subscribers, with a low data transmission delay (with a small network diameter) and with channel fault tolerance from low-port routers and duplex channel splitters with the function of a multiplexer or demultiplexer, characterized by the fact that in the nodes of the torus use extended routers with R duplex ports, formed from N small-port routers with K duplex ports and R duplex 1 × m channel splitters using duplex communication channels, namely к R портам, пронумерованным от 1 до R, расширенного маршрутизатора подсоединяют R разветвителей, m противоположных портов которых подсоединяют к K портам N малопортовых маршрутизаторов согласно соответствующей таблице соединения N×K такой, что Rm≤KN, строки которой задают разные малопортовые маршрутизаторы с номерами от 1 до N, а столбцы - разные порты малопортовых маршрутизаторов с номерами от 1 до K, и в клетках таблицы содержатся номера портов расширенного маршрутизатора, подсоединенных через дуплексные разветвители к портам малопортовых маршрутизаторов, номера которых задаются номером столбца,R taps are connected to R ports numbered from 1 to R of the extended router, m opposite ports of which are connected to K ports of N low-port routers according to the corresponding N × K connection table such that Rm≤KN, the lines of which specify different low-port routers with numbers from 1 to N, and the columns are different ports of the low-port routers numbered from 1 to K, and the table cells contain the port numbers of the extended router connected through duplex splitters to the ports of the low-port routers, the numbers of which are specified by the column number, причем таблицу соединения разбивают на
Figure 00000012
подтаблиц, пронумерованных от 1 до t, с N строками и m столбцами в каждой подтаблице, при этом если Rem(K/m)=0, то R=(K/m)N, если Rem(K/m)=m-σ, то
Figure 00000013
-ю подтаблицу образуют N-m портов расширенного маршрутизатора и m-σ портов малопортовых маршрутизаторов,
and the join table is split into
Figure 00000012
subtables, numbered from 1 to t, with N rows and m columns in each subtable, and if Rem (K / m) = 0, then R = (K / m) N, if Rem (K / m) = m- σ, then
Figure 00000013
-th subtable consists of Nm ports of an extended router and m-σ ports of low-port routers,
при этом 1-ю подтаблицу получают из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(N, m, σ) заменой N блоков блок-схемы на N малопортовых маршрутизаторов с m первыми портами, N элементов блок-схемы - на N первых портов расширенного маршрутизатора, а принадлежности элементов блокам - на подсоединение N первых портов расширенного маршрутизатора к m первым портам N малопортовых маршрутизаторов через дуплексные разветвители каналов 1×m, причем к каждому малопортовому маршрутизатору подсоединяют m разных портов расширенного маршрутизатора, каждый порт расширенного маршрутизатора подсоединяют к m портам разных малопортовых маршрутизаторов, а каждую пару портов расширенного маршрутизатора подсоединяют к σ малопортовым маршрутизаторам, так что N=m(m-1)/σ+1,in this case, the 1st subtable is obtained from the table of incomplete balanced symmetric block diagram B (N, m, σ) by replacing N blocks of the block diagram with N low-port routers with m first ports, N elements of the block diagram - with N first ports of the extended router , and the elements belong to the blocks - to connect the first N ports of the extended router to the first m ports of the N low-port routers through duplex splitters of 1 × m channels, and m different ports of the extended router are connected to each low-port router, each port of the extended router is connected to m ports of different low-port routers, and each port pair of the extended router is connected to σ low-port routers, so that N = m (m-1) / σ + 1, причем каждую следующую в порядке нумерации подтаблицу образуют из предыдущей, увеличивая номера портов малопортовых маршрутизаторов на m, а номера портов расширенного маршрутизатора на N, то есть номер порта расширенного маршрутизатора в ячейке i-й подтаблицы
Figure 00000014
равен М+iN, где М - номер порта расширенного маршрутизатора в той же ячейке первой подтаблицы, при этом последнюю подтаблицу с номером
Figure 00000013
при Rem(K/m)=m-σ получают из остаточной неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) аналогичной заменой N-m блоков и m-σ элементов блок-схемы соответственно на N-m последних портов расширенного маршрутизатора и m-σ последних портов малопортовых маршрутизаторов;
moreover, each subsequent subtable in the order of numbering is formed from the previous one, increasing the port numbers of low-port routers by m, and the port numbers of the extended router by N, that is, the port number of the extended router in the cell of the i-th subtable
Figure 00000014
is equal to M + iN, where M is the port number of the extended router in the same cell of the first subtable, while the last subtable with the number
Figure 00000013
for Rem (K / m) = m-σ is obtained from the residual incomplete balanced symmetric block diagram B * (Nm, m-σ, σ) by a similar replacement of Nm blocks and m-σ elements of the block diagram, respectively, by Nm of the last ports of the extended router and m-σ last ports of low-port routers;
построенные расширенные маршрутизаторы соединяют в кольца тора традиционным образом, то есть в каждом из пронумерованных и упорядоченных от 1 до Pr маршрутизаторов каждого измерения г наряду с портами для абонентов резервируют по паре портов (назовем их левый и правый кольцевые порты, ЛК и ПК порты), которые соединяют в кольца r-х измерений, а именно ПК порт каждого маршрутизатора соединяют дуплексным каналом с ЛК портом следующего по номеру маршрутизатора соответствующего кольца (для последнего маршрутизатора следующим является первый),the built extended routers are connected into torus rings in the traditional way, that is, in each of the numbered and ordered from 1 to P r routers of each dimension r, along with the ports for subscribers, a pair of ports are reserved (let's call them the left and right ring ports, LC and PC ports) , which are connected into rings of r-x dimensions, namely, the PC port of each router is connected by a duplex channel to the LAN port of the next router in the corresponding ring (for the last router, the first is the next), или для сокращения задержки передачи данных (уменьшения диаметра) и повышения канальной отказоустойчивости в предлагаемой сети вместо традиционных колец используют разреженные мультикольца, образованные несколькими кольцами с помощью 2Pr дуплексных разветвителей каналов 1×mt, следующим образом:or to reduce the delay in data transmission (reduce the diameter) and increase the channel fault tolerance in the proposed network, instead of traditional rings, sparse multi-rings are used, formed by several rings using 2P r duplex channel splitters 1 × m t , as follows: к ЛК и ПК портам пронумерованных и упорядоченных от 1 до Pr маршрутизаторов каждого измерения подсоединяют одиночные порты соответственно левых и правых дуплексных разветвителей каналов 1×mt, причем mt дуплексных портов правого разветвителя каждого маршрутизатора соединяют с mt дуплексными портами левых разветвителей маршрутизаторов с большими номерами согласно определенной таблице соединения, в первом столбце которой задают номера образующих мультикольцо колец от 1 до Nt, а в каждой строке перечислены маршрутизаторы, образующие соответствующее строке кольцо с помощью соединения дуплексным каналом одного из портов mt правого разветвителя каждого маршрутизатора строки с одним из портов mt левого разветвителя маршрутизатора, следующего в порядке возрастания их номеров в строке (для последнего маршрутизатора в строке следующим является первый),to the LAN and PC ports of routers numbered and ordered from 1 to P r of each dimension, single ports of the left and right duplex channel splitters 1 × m t are connected, respectively, and the m t duplex ports of the right splitter of each router are connected to the m t duplex ports of the left splitters of the routers with large numbers according to a certain connection table, in the first column of which the numbers of the rings forming the multiring are set from 1 to N t , and each row lists the routers that form the ring corresponding to the row by using a duplex channel connection of one of the ports m t of the right splitter of each router of the row with one from the ports m t of the left splitter of the router, following in ascending order of their numbers on the line (for the last router on the line, the first is the next), при этом если Nt≤Pr, то Pr упорядоченных маршрутизаторов и таблицу соединения разбивают на pr пронумерованных от 1 до pr групп по Nt маршрутизаторов и подтаблиц с Nt строками и mt столбцами соответственно, в каждой из которых задают подсоединение соответствующих Nt маршрутизаторов в Nt колец одноименной группы,moreover, if N t ≤P r , then P r ordered routers and the connection table are divided into p r numbered from 1 to p r groups of N t routers and sub-tables with N t rows and m t columns, respectively, in each of which a connection is specified corresponding N t routers in N t rings of the same group, причем
Figure 00000015
Figure 00000016
и при Rem(Pr/Nt)>0 последняя группа маршрутизаторов содержит сокращенное количество маршрутизаторов Rem(Pr/Nt)<Nt, а последняя подтаблица имеет сокращенное количество заполненных ячеек,
moreover
Figure 00000015
Figure 00000016
and for Rem (P r / N t )> 0, the last group of routers contains a reduced number of routers Rem (P r / N t ) <N t , and the last subtable has a reduced number of filled cells,
при этом первую подтаблицу получают из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(Nt, mt, σt) заменой блоков блок-схемы на Nt колец разреженного мультикольца, элементов блок-схемы на Nt расширенных маршрутизаторов первой группы упорядоченных маршрутизаторов Pr, а принадлежности элементов блокам на подсоединение маршрутизаторов первой группы в соответствующие кольца через Nt левых и Nt правых дуплексных разветвителей каналов 1×mt, причем в каждое кольцо мультикольца подсоединяют по mt разных маршрутизаторов из первой группы маршрутизаторов Pr, каждый маршрутизатор подсоединяют к mt кольцам, а каждую пару маршрутизаторов подсоединяют к σt кольцам, так что Nt=mt(mt-1)/σt+1,the first subtable is obtained from the table of the incomplete balanced symmetric block diagram B (N t , m t , σ t ) by replacing the blocks of the block diagram with N t rings of a sparse multiring, elements of the block diagram by N t extended routers of the first group of ordered routers P r , and the elements belong to the blocks for connecting the routers of the first group to the corresponding rings through N t left and N t right duplex channel splitters 1 × m t , and m t different routers from the first group of routers P r are connected to each ring of the multi-ring, each router are connected to m t rings, and each pair of routers is connected to σ t rings, so that N t = m t (m t -1) / σ t +1, при этом каждую следующую подтаблицу в порядке возрастания pr образуют из предыдущей, увеличивая номера маршрутизаторов на Nt, то есть номер маршрутизатора в ячейке i-й подтаблицы (1<i≤pr) равен L+iNt, где L - номер маршрутизатора в той же ячейке первой подтаблицы, в последней подтаблице при Rem(Pr/Nt)>0 маршрутизаторы с номерами больше Pr исключают.in this case, each subsequent subtable in ascending order p r is formed from the previous one, increasing the number of routers by N t , that is, the number of the router in the cell of the i-th subtable (1 <i≤p r ) is equal to L + iN t , where L is the number of the router in the same cell of the first subtable, in the last subtable for Rem (P r / N t )> 0 routers with numbers greater than P r are excluded. 2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что если при построении расширенного маршрутизатора R<N и R=N-m, К=m-σ, то соответствующую таблицу соединения получают из остаточной неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B*(N-m, m-σ, σ) заменой N-m блоков и m-σ элементов блок-схемы соответственно на R портов расширенного маршрутизатора и К портов малопортовых маршрутизаторов.2. The method according to claim 1, characterized in that if, when building an extended router R <N and R = Nm, K = m-σ, then the corresponding connection table is obtained from the residual incomplete balanced symmetric block diagram B * (Nm, m -σ, σ) by replacing Nm blocks and m-σ elements of the block diagram with R ports of the extended router and K ports of low-port routers, respectively. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что если при получении соответствующей таблицы соединения разреженного мультикольца из таблицы неполной уравновешенной симметричной блок-схемы B(Nt, mt, σt) Nt>Pr, то на расширенные маршрутизаторы заменяют только первые Pr элементов блок-схемы.3. The method according to claim 1, characterized in that if, when obtaining the corresponding sparse multiring connection table from the table of incomplete balanced symmetric block diagram B (N t , m t , σ t ) N t > P r , then extended routers are replaced only the first P r elements of the block diagram.
RU2020138123A 2020-11-20 2020-11-20 Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters RU2753147C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138123A RU2753147C1 (en) 2020-11-20 2020-11-20 Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138123A RU2753147C1 (en) 2020-11-20 2020-11-20 Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753147C1 true RU2753147C1 (en) 2021-08-12

Family

ID=77349029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138123A RU2753147C1 (en) 2020-11-20 2020-11-20 Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753147C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815332C1 (en) * 2023-02-14 2024-03-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9674116B2 (en) * 2012-03-21 2017-06-06 Lightfleet Corporation Data distribution packet-flow interconnect fabric modular management optimized system
EP3400688B1 (en) * 2016-01-04 2020-05-20 Gray Research LLC Massively parallel computer, accelerated computing clusters, and two dimensional router and interconnection network for field programmable gate arrays, and applications
US10693767B2 (en) * 2014-02-13 2020-06-23 Rockport Networks Inc. Method to route packets in a distributed direct interconnect network

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9674116B2 (en) * 2012-03-21 2017-06-06 Lightfleet Corporation Data distribution packet-flow interconnect fabric modular management optimized system
US10693767B2 (en) * 2014-02-13 2020-06-23 Rockport Networks Inc. Method to route packets in a distributed direct interconnect network
EP3400688B1 (en) * 2016-01-04 2020-05-20 Gray Research LLC Massively parallel computer, accelerated computing clusters, and two dimensional router and interconnection network for field programmable gate arrays, and applications

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРАВАЙ М. Ф. и др.: "Системная сеть с малым диаметром из малопортовых маршрутизаторов", Управление большими системами, Выпуск 56, 31.07.2015. *
ПОДЛАЗОВ В.С.: "Повышение характеристик многомерных торов", Управление большими системами, N51, 2014. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815332C1 (en) * 2023-02-14 2024-03-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Melen et al. Nonblocking multirate networks
US6696917B1 (en) Folded Clos architecture switching
Smyth Nonblocking photonic switch networks
RU2753147C1 (en) Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters
Barabanova et al. Non-blocking fault-tolerant two-stage dual photon switches
RU2435295C2 (en) Method to build non-blocked self-routed expanded commutator
Kabaciński et al. The control algorithm and the FPGA controller for non-interruptive rearrangeable Log2 (N, 0, p) switching networks
Lu et al. Parallel routing algorithms for nonblocking electronic and photonic switching networks
Jia et al. Multiwavelength optical networks
RU2815332C1 (en) Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology
Jiang et al. Rearrangeable f-cast multi-log 2 N networks
Podlazov Non-blocking fault-tolerant dual photon switches with high scalability
Podlazov A Comparison of system area networks: generalized extended multiring vs flattened butterfly
RU2720553C1 (en) Method of organizing a system network in the form of a fail-safe non-blocking three-dimensional sparse p-ary hypercube
Barabanova et al. Two-stage dual photon switches in an extended scheme basis
Salisbury et al. A high speed scheduler/controller for unbuffered banyan networks
Hwang et al. On noninterruptive rearrangeable networks
RU2013878C1 (en) Uniform commutation network similar topologically to ramified torus
RU2703351C1 (en) Method of organizing a system network in the form of a non-blocking self-routable three-dimensional p-ary multi-ring
Al-Shabi et al. New algorithm to avoid crosstalk in optical multistage inter connection networks
Podlazov A Non-Blocking System-Area Network with Multiple Direct Channels
Chau et al. An optical multistage interconnection network for optimal all-to-all personalized exchange
Zheng et al. A Parallel Self-Routing Rearrangeable Nonblocking Multi-$\log_ {2} N $ Photonic Switching Network
Chen et al. Rearrangeable nonblocking optical interconnection network fabrics with crosstalk constraints
Chung et al. A problem on blocking probabilities in connecting networks