RU2815332C1 - Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology - Google Patents
Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815332C1 RU2815332C1 RU2023103285A RU2023103285A RU2815332C1 RU 2815332 C1 RU2815332 C1 RU 2815332C1 RU 2023103285 A RU2023103285 A RU 2023103285A RU 2023103285 A RU2023103285 A RU 2023103285A RU 2815332 C1 RU2815332 C1 RU 2815332C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- subscribers
- switches
- demultiplexers
- multiplexers
- group
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к построению коммутируемых управляющих сетей. Коммутируемые управляющие сети (КУС) в настоящее время широко применяются в промышленности, авионике, робототехнике и других отраслях народного хозяйства. По сравнению с шинными управляющими сетями КУС за счет структурного параллелизма могут иметь более высокое быстродействие, возможность использования оборудования с более низкоскоростным интерфейсом и более высокой помехозащищенностью, отличаются более высокой масштабируемостью.The invention relates to the field of computer technology, namely to the construction of switched control networks. Switched control networks (SCNs) are currently widely used in industry, avionics, robotics and other sectors of the national economy. Compared to bus control networks, CUS, due to structural parallelism, can have higher performance, the ability to use equipment with a lower-speed interface and higher noise immunity, and are characterized by higher scalability.
Особенностью управляющих сетей является разделение абонентов сети по назначению на активные и пассивные устройства (АУ и ПУ). Активные устройства (обычно меньшая часть абонентов) обмениваются сообщениями между собой и пассивными устройствами, а обмен сообщений между пассивными устройствами отсутствует.A feature of control networks is the division of network subscribers by purpose into active and passive devices (AU and PU). Active devices (usually a minority of subscribers) exchange messages between themselves and passive devices, but there is no exchange of messages between passive devices.
В работе "Каравай М.Ф., Михайлов A.M. Design of local heterogeneous system control networks of a new generation with the preservation of the optimality of the main topological functionals of the network // Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT-2021). Astrakhan: IOP Publishing, 2021. Vol.2091. C. https://iopscience.iop.org/issue/1742-6596/2091/1" впервые предложено строить КУС как сети с топологией квазиполных графов (сети ТКГ). Исходно эти сети состоят из N=m(m-1)/σ+1 m-портовых АУ, связанных дуплексными каналами через N коммутаторов m×m. Они являются неблокируемыми самомаршрутизируемыми сетями на произвольных перестановках пакетов между всеми АУ, и имеют σ разных каналов между любыми двумя АУ. В таких сетях N имеет максимально возможное значение N при заданных значениях m и σ. Соединения между коммутаторами и АУ задаются таблицами инцидентности симметричных блок-схем (block-designs) B(N, m, σ), изучаемых в комбинаторике ("Каравай М.Ф., П.П. Пархоменко П.П., Подлазов B.C. Комбинаторные методы построения двудольных однородных минимальных квазиполных графов (симметричных блок-схем) // АиТ. 2009 №2 С.153-170").In the work "Karavai M.F., Mikhailov A.M. Design of local heterogeneous system control networks of a new generation with the preservation of the optimality of the main topological functionals of the network // Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT-2021). Astrakhan: IOP Publishing, 2021. Vol.2091. C. https://iopscience.iop.org/issue/1742-6596/2091/1" for the first time it was proposed to build CUS as networks with a topology quasicomplete graphs (TCG networks). Initially, these networks consist of N=m(m-1)/σ+1 m-port units connected by duplex channels through N m×m switches. They are non-blocking self-routing networks based on arbitrary permutations of packets between all AUs, and have σ different channels between any two AUs. In such networks, N has the maximum possible value of N for given values of m and σ. Connections between switches and ACs are specified by the incidence tables of symmetric block designs (block-designs) B(N, m, σ), studied in combinatorics ("Karavai M.F., P.P. Parkhomenko P.P., Podlazov V.S. Combinatorial methods for constructing bipartite homogeneous minimal quasicomplete graphs (symmetric block diagrams) // A&T. 2009 No. 2 P.153-170".
Назначая среди N устройств сети ТКГ α устройств активными, а π=N-α устройств пассивными, сокращая затем ненужные для обмена между ПУ связи и коммутаторы, получают коммутируемую управляющую сеть КУС(α; π, κ) с топологией квазиполных графов, где α, π, κ - число АУ, ПУ и коммутаторов.By assigning α devices among N devices of the TCG network as active, and π=N-α devices as passive, then reducing unnecessary connections and switches for exchange between PUs, we obtain a switched control network KUS(α; π, κ) with a topology of quasicomplete graphs, where α, π, κ - number of AU, PU and switches.
В такой КУС все АУ сохраняют бесконфликтные соединения на произвольных перестановках пакетов между ними, каждый АУ имеет соединение с любым ПУ и все АУ имеют бесконфликтные соединения с ПУ.In such a CUS, all AUs maintain conflict-free connections on arbitrary permutations of packets between them, each AU has a connection to any PU, and all AUs have conflict-free connections to the PU.
Пример структуры сети КУС(4, 17, 15) с ТКГ, построенной на основе таблицы инцидентности симметричной блок-схемы B(21, 5, 1) приведен на фиг. 1.An example of the structure of the KUS(4, 17, 15) network with TCG, built on the basis of the incidence table of the symmetric block diagram B(21, 5, 1) is shown in Fig. 1.
Описанный способ выбран в качестве прототипа.The described method was chosen as a prototype.
Главный недостаток этого способа, заключается в том, что построенные КУС характеризуются слабой масштабируемостью, осуществляемой только за счет увеличения степени m, и довольно высокой сложностью за счет большого числа коммутаторов κ.The main disadvantage of this method is that the constructed CUSs are characterized by weak scalability, achieved only by increasing the degree m, and rather high complexity due to the large number of switches κ.
Технической задачей изобретения является разработка такого способа построения сети, который позволит получить КУС меньшей сложности и большей масштабируемости по сравнению с прототипом.The technical objective of the invention is to develop a method for constructing a network that will make it possible to obtain a network of less complexity and greater scalability compared to the prototype.
Техническим результатом способа является уменьшение коммутационной и канальной сложностей КУС с топологией квазиполных графов и возможность масштабирования сети без наращивания количества и размерности образующих ее коммутаторов.The technical result of the method is to reduce the switching and channel complexity of the network with the topology of quasi-complete graphs and the ability to scale the network without increasing the number and size of the switches that form it.
Технический результат достигается тем, что способ построения неблокируемой коммутируемой управляющей сети с топологией квазиполного орграфа, КУС(m, N-m, 2m-1) состоит из m активных абонентов, которые имеют полные связи между собой и с пассивными абонентами, N-m пассивных абонентов, которые имеют связи только с активными абонентами (причем количество всех абонентов N=m2), и 2m-1 коммутаторов m×m, характеризующийся тем, что КУС(m, N-m, 2m-1) редуцируют из коммутируемой сети с топологией квазиполного орграфа, состоящей из N=m2 абонентов, N коммутаторов m×m и N пар демультиплексоров 1×m и мультиплексоров m×1 следующим образом (при этом абоненты, коммутаторы, демультиплексоры и мультиплексоры пронумерованы от 1 до N):The technical result is achieved by the fact that the method of constructing a non-blocking switched control network with a quasi-complete digraph topology, KUS(m, Nm, 2m-1) consists of m active subscribers who have complete connections with each other and with passive subscribers, Nm passive subscribers who have communications only with active subscribers (and the number of all subscribers is N=m 2 ), and 2m-1 switches m×m, characterized by the fact that KUS(m, Nm, 2m-1) are reduced from a switched network with a quasi-complete digraph topology consisting of N=m 2 subscribers, N m×m switches and N pairs of 1×m demultiplexers and m×1 multiplexers as follows (subscribers, switches, demultiplexers and multiplexers are numbered from 1 to N):
связи от N-m коммутаторов с номерами от m+1 до N к абонентам с номерами от m+1 до N и одноименные этим абонентам демультиплексоры и мультиплексоры удаляют, эти коммутаторы с номерами от m+1 до N объединяют в порядке возрастания номеров по m коммутаторов в m-1 группу коммутаторов и заменяют каждую из этих групп на соответствующий эквивалентный коммутатор m×m;connections from N-m switches with numbers from m+1 to N to subscribers with numbers from m+1 to N and demultiplexers and multiplexers of the same name to these subscribers are removed, these switches with numbers from m+1 to N are combined in ascending order of numbers of m switches in m-1 group of switches and replace each of these groups with the corresponding equivalent m×m switch;
при этом в коммутируемой сети с топологией квазиполного орграфа коммутаторы и одноименные им абоненты, мультиплексоры и демультиплексоры разбивают на m равных групп, группы, а также абоненты, мультиплексоры и демультиплексоры в них нумеруют от 1 до m, причем i (1≤i≤m) задает номер группы, l (1≤l≤m) задает номер коммутатора, демультиплексора и мультиплексора в соответствующих группах, а r (1≤r≤m) задает номер порта коммутатора и k (1≤k≤m) - номер порта мультиплексора или демультиплексора;Moreover, in a switched network with a quasi-complete digraph topology, switches and subscribers of the same name, multiplexers and demultiplexers are divided into m equal groups, the groups, as well as subscribers, multiplexers and demultiplexers in them are numbered from 1 to m, with i (1≤i≤m) specifies the group number, l (1≤l≤m) specifies the number of the switch, demultiplexer and multiplexer in the corresponding groups, and r (1≤r≤m) specifies the switch port number and k (1≤k≤m) the multiplexer port number or demultiplexer;
для всех портов демультиплексоров, мультиплексоров и коммутаторов k-й выходной порт l-го демультиплексора i-й группы соединяют с l-м входным портом k-го коммутатора той же i-й группы, r-й выходной порт l-го коммутатора i-й группы соединяют с i-м входным портом l-го мультиплексора r-й группы;for all ports of demultiplexers, multiplexers and switches, the k-th output port of the l-th demultiplexer of the i-th group is connected to the l-th input port of the k-th switch of the same i-th group, the r-th output port of the l-th switch of i- the th group is connected to the i-th input port of the l-th multiplexer of the r-th group;
выходы абонентов подсоединяют к входам одноименных демультиплексоров, выходы мультиплексоров подсоединяют к входам одноименных абонентов.the subscriber outputs are connected to the inputs of the demultiplexers of the same name, the multiplexer outputs are connected to the inputs of the subscribers of the same name.
Следующие иллюстрации объясняют изобретение.The following illustrations explain the invention.
На фиг. 1 приведена Структура КУС(4, 17, 15) с ТКГ.In fig. Figure 1 shows the structure of KUS(4, 17, 15) with TCG.
На фиг. 2 приведена Системная сеть с ТКО при m=3.In fig. Figure 2 shows the System network with MSW at m=3.
На фиг. 3 приведена Таблица 1 соединения для сети ТКО при m=3.In fig. 3 shows Table 1 of connections for the MSW network at m=3.
На фиг. 4 приведена Таблица 2 соединения для сети ТКО при произвольном m.In fig. 4 shows Table 2 of connections for the MSW network at arbitrary m.
На фиг. 5 приведена Системная сеть КУС(3, 6, 9) с ТКО.In fig. Figure 5 shows the KUS(3, 6, 9) system network with MSW.
На фиг. 6 приведена Таблица 3 редукции таблицы соединений для КУС(3, 6, 9).In fig. 6 shows Table 3 of the reduction of the connection table for KUS(3, 6, 9).
На фиг. 7 приведена Таблица 4 соединений для редуцированной КУС(3, 6, 5).In fig. Figure 7 shows Table 4 of compounds for reduced KUS(3, 6, 5).
На фиг. 8 приведена Системная сеть редуцированной КУС(3, 6, 5).In fig. Figure 8 shows the System network of the reduced KUS(3, 6, 5).
На фиг. 9 приведена Таблица 5 редукции таблицы соединений для КУС(6, 30, 36).In fig. 9 shows Table 5 of the reduction of the connection table for KUS (6, 30, 36).
На фиг. 10 приведена Таблица 6 соединений для редуцированной КУС(6, 30, 36).In fig. 10 shows Table 6 of compounds for reduced KUS (6, 30, 36).
На фиг. 11 приведена Таблица 7 характеристик КУС ТКГ с α=4 и σ=1.In fig. Table 11 shows Table 7 of the characteristics of the CUS TCG with α=4 and σ=1.
На фиг. 12 приведена Системная сеть с частичным 1-ярусным масштабированием КУС(3, 6, 5) в КУС(3, 14, 5).In fig. Figure 12 shows the System network with partial 1-tier scaling KUS(3, 6, 5) to KUS(3, 14, 5).
Опишем способ построения коммутируемых управляющих сетей с топологией квазиполного орграфа.Let us describe a method for constructing switched control networks with a quasicomplete digraph topology.
В монографии "Каравай М.Ф., П.П. Подлазов B.C. Системные сети с прямыми каналами для параллельных вычислительных систем - комбинаторный подход. Глава 5. // https://www.ipu.ru/sites/default/files/publications/l8125/15058-18125.pdf были предложены теоретические основания построения системных сетей на базе квазиполных орграфов. Их преимущество - бесконфликтность на произвольных перестановках пакетов, самомаршрутизируемость, удобство масштабирования.In the monograph "Karavai M.F., P.P. Podlazov B.S. System networks with direct channels for parallel computing systems - a combinatorial approach. Chapter 5. // https://www.ipu.ru/sites/default/files/publications /l8125/15058-18125.pdf theoretical foundations were proposed for constructing system networks based on quasicomplete digraphs.Their advantages are conflict-free on arbitrary permutations of packets, self-routability, and ease of scaling.
Такая системная сеть с топологией квазиполного орграфа (сеть ТКО) может быть представлена как двудольный квазиполный орграф с N=m2 коммутаторами m×m и N=m2 абонентами соответственно в верхней и нижней доле, фиг. 2. При этом связь между каждой парой абонентов осуществляется через один коммутатор, а множество m входных и m выходных портов каждого абонента создается посредством их подсоединения через мультиплексоры m×1 и демультиплексоры 1×m соответственно.Such a system network with a quasicomplete digraph topology (TKO network) can be represented as a bipartite quasicomplete digraph with N=m 2 m×m switches and N=m 2 subscribers in the upper and lower parts, respectively, Fig. 2. In this case, communication between each pair of subscribers is carried out through one switch, and a set of m input and m output ports of each subscriber is created by connecting them through m×1 multiplexers and 1×m demultiplexers, respectively.
В сетях с топологией квазиполного орграфа связи между абонентами во встречных направлениях проходят по симплексным каналам по разным маршрутам.In networks with a quasi-complete digraph topology, communications between subscribers in opposite directions pass through simplex channels along different routes.
Соединения в нем задаются разными таблицами инцидентности для дуг от абонентов к коммутаторам и дуг от коммутаторов к абонентам. На фиг. 3 приведена табл.1 соединения для сети ТКО с m=3, а на фиг. 4 для произвольного m. В таблицах по горизонтали указываются номера коммутаторов, по вертикали номера портов коммутаторов, на пересечении в левой части таблицы указывается номер абонента, с которого поступают данные на соответствующий порт соответствующего коммутатора, а в правой указывается номер абонента, на который передаются данные с соответствующего коммутатора.The connections in it are specified by different incidence tables for arcs from subscribers to switches and arcs from switches to subscribers. In fig. Figure 3 shows Table 1 of connections for a MSW network with m=3, and FIG. 4 for arbitrary m. In the tables, the numbers of switches are indicated horizontally, the numbers of switch ports are indicated vertically, at the intersection on the left side of the table the number of the subscriber from which data is received to the corresponding port of the corresponding switch is indicated, and on the right the number of the subscriber to which data is transferred from the corresponding switch is indicated.
Топология соединения может быть задана и не табличным способом следующим образом.The connection topology can also be specified in a non-tabular manner as follows.
Разобьем коммутаторы и одноименные им абоненты, мультиплексоры и демультиплексоры на m равных групп (на фиг. 2 группы обведены штриховой линией), группы, а также абоненты, мультиплексоры и демультиплексоры в них пронумеруем от 1 до m, при этом i (1≤i≤m) задает номер группы, l (1≤l≤m) задает номер коммутатора, демультиплексора и мультиплексора в соответствующих группах, а r (1≤r≤m) задает номер порта коммутатора и k (1≤k≤m) - номер порта мультиплексора или демультиплексора. Для всех портов демультиплексоров, мультиплексоров и коммутаторов соединим k-й выходной порт l-го демультиплексора i-й группы с l-м входным портом l-го коммутатора той же i-й группы; соединим r-й выходной порт l-го коммутатора i-й группы с i-м входным портом l-го мультиплексора r-й группы.Let's divide the switches and the subscribers of the same name, multiplexers and demultiplexers into m equal groups (in Fig. 2 the groups are circled with a dashed line), the groups, as well as the subscribers, multiplexers and demultiplexers in them, will be numbered from 1 to m, with i (1≤i≤ m) specifies the group number, l (1≤l≤m) specifies the number of the switch, demultiplexer and multiplexer in the corresponding groups, and r (1≤r≤m) specifies the switch port number and k (1≤k≤m) – port number multiplexer or demultiplexer. For all ports of demultiplexers, multiplexers and switches, we connect the k-th output port of the l-th demultiplexer of the i-th group with the l-th input port of the l-th switch of the same i-th group; connect the r-th output port of the l-th switch of the i-th group with the i-th input port of the l-th multiplexer of the r-th group.
Возможен и такой способ задания топологии сети ТКО:It is also possible to specify the topology of the MSW network:
k-й выход порта демультиплексора абонента с номером А=r+(i-1)m подсоединяют к r-му входу порта коммутатора с номером С=k+(i-1)m, где А и С (1≤А≤N, 1≤С≤N) задают номера абонентов и коммутаторов, r (1≤r≤m) задает номер порта коммутатора, k (1≤k≤m) - номер порта демультиплексора, а i (1≤i≤m) - номер группы, в которой расположены соответствующие коммутаторы, абоненты и демультиплексоры;The k-th output of the subscriber's demultiplexer port with number A=r+(i-1)m is connected to the r-th input of the switch port with number C=k+(i-1)m, where A and C (1≤A≤N, 1 ≤С≤N) specify the numbers of subscribers and switches, r (1≤r≤m) specifies the switch port number, k (1≤k≤m) is the demultiplexer port number, and i (1≤i≤m) is the group number, in which the corresponding switches, subscribers and demultiplexers are located;
r-й выход порта коммутатора с номером С=l+(i-1)m подсоединяют к k-му входному порту мультиплексора абонента с номером А=l+(r-1)m, где l (1≤l≤m) задает номер коммутатора и мультиплексора в соответствующих группах, а номер входного порта мультиплексора k=i, где 1≤k≤m, i (1≤i≤m) - номер группы, в которой расположен коммутатор с номером С=l+(i-1)m.The r-th output of the switch port with number C=l+(i-1)m is connected to the k-th input port of the subscriber's multiplexer with number A=l+(r-1)m, where l (1≤l≤m) specifies the switch number and multiplexer in the corresponding groups, and the number of the multiplexer input port k=i, where 1≤k≤m, i (1≤i≤m) is the number of the group in which the switch with number C=l+(i-1)m is located.
На основе квазиполного орграфа можно построить коммутируемую управляющую сеть КУС(m, N-m, N) с двумя множествами абонентов - активных устройств Aj (1≤j≤m) и пассивных устройств Pj (m<j≤N), которая представлена на фиг. 5 для m=3. В схеме КУС(3, 6, 9) абоненты имеют двойную нумерацию - по таблице соединений (Таблица 1) и как АУ и ПУ.Based on a quasi-complete digraph, it is possible to construct a switched control network KUS(m, Nm, N) with two sets of subscribers - active devices A j (1≤j≤m) and passive devices P j (m<j≤N), which is presented in Fig. . 5 for m=3. In the KUS(3, 6, 9) scheme, subscribers have double numbering - according to the connection table (Table 1) and as AU and PU.
В такой КУС все АУ имеют бесконфликтные соединения на произвольных перестановках пакетов между ними, каждый АУ имеет соединение с любым ПУ и все АУ имеют бесконфликтные соединения с ПУ.In such a CUS, all AUs have conflict-free connections on arbitrary permutations of packets between them, each AU has a connection to any PU, and all AUs have conflict-free connections to the PU.
Учитывая, что в КУС обмен сообщений между пассивными устройствами отсутствует, связи между ПУ в таблице соединений можно устранить без ущерба для других маршрутов. Таким образом, КУС(m, N-m, N) редуцируем в КУС(m, N-m, 2m-1). Покажем этот способ на примере таблицы соединений КУС(3, 6, 9) на фиг. 3.Considering that in the CUS there is no exchange of messages between passive devices, connections between PUs in the connection table can be eliminated without affecting other routes. Thus, KUS(m, N-m, N) is reducible to KUS(m, N-m, 2m-1). Let us demonstrate this method using the example of the connection table KUS(3, 6, 9) in Fig. 3.
Выделим в таблице 1 соединения от ПУ к коммутаторам с номерами больше 3 (или m для табл.2 с произвольным m) и удалим их (таблица 3 на фиг. 6). Тогда в редуцированной таблице соединений образуются группы строк по m коммутаторов с входами от одинаковых наборов ПУ и с выходами к одному АУ, имеющего разные номера для разных строк в группе. Эти группы выделены разной заливкой. Каждую такую группу строк можно заменить на одну строку с одним коммутатором и с входами от ПУ в группе и с выходами ко всем АУ. При этом образуется табл.4 на фиг. 7, которая задает таблицу соединений уже для КУС(3, 6, 5) с минимальным числом коммутаторов равным 5 (2m-1 для таблицы 2). На фиг. 8 представлена схема КУС(3, 6, 5), которая имеет вид минимального квазиполного орграфа.Let us highlight in Table 1 the connections from the control unit to the switches with numbers greater than 3 (or m for Table 2 with arbitrary m) and delete them (Table 3 in Fig. 6). Then, in the reduced table of connections, groups of rows of m switches are formed with inputs from identical sets of control units and with outputs to one control unit, which has different numbers for different lines in the group. These groups are highlighted with different shading. Each such group of lines can be replaced by one line with one switch and with inputs from control units in the group and with outputs to all control units. In this case, Table 4 in Fig. is formed. 7, which specifies the connection table for the SSC(3, 6, 5) with a minimum number of switches equal to 5 (2m-1 for Table 2). In fig. Figure 8 shows the KUS(3, 6, 5) scheme, which has the form of a minimal quasicomplete digraph.
Такую редукцию можно провести для любой КУС с ТКО. Например, для КУС(6, 30, 36), задаваемой табл.5 на фиг. 9, в которой заливкой выделена одна группа строк с одинаковым набором номеров ПУ. В результате описанного выше редуцирования образуется табл.6, которая является таблицей соединений для КУС(6, 30, 11) с минимальным числом коммутаторов.Such a reduction can be carried out for any CSS with MSW. For example, for KUS(6, 30, 36), specified by Table 5 in Fig. 9, in which one group of lines with the same set of PU numbers is highlighted. As a result of the reduction described above, Table 6 is formed, which is a table of connections for KUS(6, 30, 11) with a minimum number of switches.
Для такой КУС(m, N-m, 2m-1) заголовки пакетов от АУ должны содержать номера выходных портов демультиплексоров и коммутаторов в маршрутах к соответствующим ПУ, а заголовки от ПУ - номера выходных портов коммутаторов в маршрутах к соответствующим АУ.For such a KUS(m, N-m, 2m-1), the headers of packets from the AU must contain the numbers of the output ports of demultiplexers and switches in the routes to the corresponding PU, and the headers from the PU - the numbers of the output ports of the switches in the routes to the corresponding AU.
Покажем, что оценки коммутационной и канальной сложности полученных сетей ниже, чем в прототипе.Let us show that estimates of the switching and channel complexity of the resulting networks are lower than in the prototype.
Напомним, что множество портов каждого АУ создаются посредством их подсоединения через встречные демультиплексоры 1×m и мультиплексоры 1×m сложности m каждый. Тогда коммутационная сложность КУС(α; π, κ) с ТКГ задается как S=κm2+2mN=πγ, где γ=logπS, а канальная сложность - как L=mN=πλ, где λ=logπL, и по ним рассчитываются удельные сложности s=S/π=πγ-1 и l=L/π=πλ-1. В табл. 7 приводятся характеристики КУС(4, N-4, κ) при разных m.Recall that a plurality of ports of each unit are created by connecting them through counter 1×m demultiplexers and 1×m multiplexers of complexity m each. Then the switching complexity of the KUS(α; π, κ) with the TCG is given as S=κm 2 +2mN=π γ , where γ=log π S, and the channel complexity - as L=mN=π λ , where λ=log π L , and from them the specific complexities s=S/π=π γ-1 and l=L/π=π λ-1 are calculated. In table Figure 7 shows the characteristics of the SSC(4, N-4, κ) for different m.
В предлагаемой КУС(m, N-m, 2m-1) с ТКО все каналы являются полудуплексными. Поэтому канальная сложность сети в дуплексных каналах задается как L=m2+N-m=2m2-m. Коммутационная сложность этой сети задается как S=m(m2+2m)+(m-1)m2=2m3+m2. В частности, при m=4 для КУС(4, 12, 7) имеем L=28=π1,34, l=π2,0 и S=144=π2,0, s=π1,0. Это существенно меньше, чем в КУС(4, 9, 10) с топологией квазиполного графа (табл. 7) при меньшем числе ПУ в последней.In the proposed SSC(m, Nm, 2m-1) with TKO, all channels are half-duplex. Therefore, the channel complexity of the network in duplex channels is given as L=m 2 +Nm=2m 2 -m. The switching complexity of this network is given as S=m(m 2 +2m)+(m-1)m 2 =2m 3 +m 2 . In particular, with m=4 for KUS(4, 12, 7) we have L=28=π 1.34 , l=π 2.0 and S=144=π 2.0 , s=π 1.0 . This is significantly less than in KUS(4, 9, 10) with the topology of a quasicomplete graph (Table 7) with a smaller number of PUs in the latter.
Полученную сеть КУС(m, π, κ) можно легко масштабировать, а именно преобразовать в сеть КУС(m, πr, κ) с πr=πmr, увеличивая число ПУ в mr раз. Для этого надо добавить r ярусов демультиплексоров и мультиплексоров. Масштабирование можно представить как итерационный процесс, начиная с первого яруса, следующим образом. Во входной и выходной каналы каждого ПУ вставляют соответственно демультиплексор 1×m и мультиплексор m×1, дополнительные свободные m-1 выходов демультиплексора и m-1 входов мультиплексора подсоединяют одноименными парами соответственно к парам входов-выходов m-1 дополнительных ПУ, таким образом увеличивая число ПУ в m раз. На фиг. 12 приведен пример частичного 1-ярусного масштабирования сети КУС(3, 6, 5).The resulting KUS(m, π, κ) network can be easily scaled, namely converted into a KUS(m, π r , κ) network with π r =πm r , increasing the number of PUs by m r times. To do this, you need to add r tiers of demultiplexers and multiplexers. Scaling can be represented as an iterative process, starting from the first tier, as follows. A demultiplexer 1×m and a multiplexer m×1 are inserted into the input and output channels of each control unit, respectively; additional free m-1 outputs of the demultiplexer and m-1 inputs of the multiplexer are connected in pairs of the same name, respectively, to pairs of input-output m-1 additional control units, thus increasing the number of PUs is m times. In fig. Figure 12 shows an example of partial 1-tier scaling of the KUS(3, 6, 5) network.
При максимальном 1-ярусном масштабировании сеть КУС(3, 6, 5) преобразуется в КУС(3, 14, 5).At maximum 1-tier scaling, the network KUS(3, 6, 5) is transformed into KUS(3, 14, 5).
Важно подчеркнуть, что в масштабированной сети КУС(m, πr, κ) каждое АУ имеет двустороннюю связь с каждым из ПУ.It is important to emphasize that in a scaled network KUS(m, π r , κ) each AU has two-way communication with each of the PUs.
При 1-ярусном масштабирования канальная сложность КУС(m, π1, κ) задается как L1=L+πm=m2+N-m+(N-m)m=Nm+N-m=m3+m2-m, а коммутационная сложность - как S1=S+2mπ=2m3+m2+2(N-m)m=4m3-m2. В частности, при m=4 для КУС(4, 48, 7) имеем L1=76=π1,12, l1=π0,12, S1=240=π1,42, s1=π0,42, что существенно меньше, чем в КУС(4, 53, 27) с топологией квазиполного графа (табл. 7) при близком числе ПУ.With 1-tier scaling, the channel complexity of the KUS(m, π 1 , κ) is given as L 1 =L+πm=m 2 +N-m+(Nm)m=Nm+Nm=m 3 +m 2 -m, and the switching complexity - as S 1 =S+2mπ=2m 3 +m 2 +2(Nm)m=4m 3 -m 2 . In particular, with m=4 for KUS(4, 48, 7) we have L 1 =76=π 1.12 , l 1 =π 0.12 , S 1 =240=π 1.42 , s 1 =π 0 ,42 , which is significantly less than in KUS(4, 53, 27) with the topology of a quasicomplete graph (Table 7) with a similar number of PUs.
Для масштабированной КУС(m, πr, κ) заголовки пакетов от АУ должны дополнительно содержать номера выходных портов демультиплексоров в каждом добавленном ярусе.For a scaled KUS(m, π r , κ), the packet headers from the AC must additionally contain the numbers of the output ports of the demultiplexers in each added tier.
В изобретении описан способ построения коммутационных управляющих сетей с топологией квазиполных орграфов, обеспечивающий бесконфликтные соединения на произвольных перестановках пакетов между АУ, а также между АУ и ПУ.The invention describes a method for constructing switching control networks with a topology of quasi-complete digraphs, providing conflict-free connections on arbitrary permutations of packets between AUs, as well as between AUs and PUs.
Показано, что они имеют существенно меньшую коммутационную сложность и существенно лучшую масштабируемость, чем ранее предложенные сети с топологией квазиполных графов. Например, коммутационная и канальная сложности построенной предлагаемым способом КУС(4, 12, 7), состоящей из 4-х АУ, 12- и ПУ и 7 коммутаторов тхт соответственно в 1,83 и 1,43 раза меньше по сравнению с аналогичной КУС(4, 9, 10) с топологией квазиполных графов, состоящей из 4-х АУ, 9-и ПУ и 10-и коммутаторов m×m с меньшим числом ПУ. А при масштабировании КУС(4, 12, 7) предлагаемым способом до КУС(4, 48, 7) увеличением количества ПУ в 4 раза ее коммутационная и канальная сложности соответственно в 10 и 2,7 раз меньше по сравнению с аналогичной КУС(4, 53, 27) с топологией квазиполного графа при близком числе ПУ.It is shown that they have significantly lower switching complexity and significantly better scalability than previously proposed networks with a quasicomplete graph topology. For example, the switching and channel complexity of the KUS(4, 12, 7) constructed by the proposed method, consisting of 4 AU, 12- and PU and 7 txt switches, respectively, are 1.83 and 1.43 times less compared to a similar KUS( 4, 9, 10) with a topology of quasicomplete graphs, consisting of 4 AUs, 9 PUs and 10 m×m switches with a smaller number of PUs. And when scaling KUS(4, 12, 7) using the proposed method to KUS(4, 48, 7) by increasing the number of control units by 4 times, its switching and channel complexity are respectively 10 and 2.7 times less compared to a similar KUS(4, 53, 27) with the topology of a quasicomplete graph for a close number of PUs.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815332C1 true RU2815332C1 (en) | 2024-03-13 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4002455A1 (en) * | 1990-01-27 | 1991-08-01 | Thomas Prof Dr Beth | TDM signal path connection network with permutation selection - incorporates switching elements clocked at controlled rate corresp. to permutations among input and output signal positions |
| US20090046732A1 (en) * | 2007-04-13 | 2009-02-19 | Hart Communication Foundation | Routing Packets on a Network Using Directed Graphs |
| US7561584B1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-07-14 | Sun Microsystems, Inc. | Implementation of a graph property in a switching fabric for fast networking |
| RU2556458C2 (en) * | 2013-03-21 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Network having extended generalised hypercube topology |
| RU2580100C2 (en) * | 2014-05-16 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Generalized two-stage non-blocking clos network |
| RU2720553C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-05-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of organizing a system network in the form of a fail-safe non-blocking three-dimensional sparse p-ary hypercube |
| RU2753147C1 (en) * | 2020-11-20 | 2021-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4002455A1 (en) * | 1990-01-27 | 1991-08-01 | Thomas Prof Dr Beth | TDM signal path connection network with permutation selection - incorporates switching elements clocked at controlled rate corresp. to permutations among input and output signal positions |
| US7561584B1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-07-14 | Sun Microsystems, Inc. | Implementation of a graph property in a switching fabric for fast networking |
| US20090046732A1 (en) * | 2007-04-13 | 2009-02-19 | Hart Communication Foundation | Routing Packets on a Network Using Directed Graphs |
| RU2556458C2 (en) * | 2013-03-21 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Network having extended generalised hypercube topology |
| RU2580100C2 (en) * | 2014-05-16 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Generalized two-stage non-blocking clos network |
| RU2720553C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-05-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of organizing a system network in the form of a fail-safe non-blocking three-dimensional sparse p-ary hypercube |
| RU2753147C1 (en) * | 2020-11-20 | 2021-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6696917B1 (en) | Folded Clos architecture switching | |
| US10554583B2 (en) | VLSI layouts of fully connected generalized and pyramid networks with locality exploitation | |
| DE69227394T2 (en) | Network control arrangement | |
| RU2815332C1 (en) | Method for constructing switched control networks with quasi-complete digraph topology | |
| Suh et al. | All-to-all personalized communication in multidimensional torus and mesh networks | |
| CN110568559A (en) | Chip architecture based on large-scale optical switch topology array | |
| Ge et al. | Multicast routing and wavelength assignment in AWG-based Clos networks | |
| US9854337B1 (en) | Method for constructing an AWG based N×N non-blocking optical multicast switching network | |
| CN106936708B (en) | NxN wavelength routing network topology, photonic integrated chip and optical router | |
| RU2435295C2 (en) | Method to build non-blocked self-routed expanded commutator | |
| US6567858B1 (en) | Optimal all-to-all personalized exchange in optical multistage networks | |
| CN110568552B (en) | Large-scale array crossed waveguide recombination and separation structure and design method thereof | |
| CN107079205B (en) | PIC type optical switch matrix routing configuration method and device | |
| RU2753147C1 (en) | Method for organizing optimal fault-tolerant multidimensional tori based on low-port routers and duplex channel splitters | |
| Kannan | The KR-Benes network: a control-optimal rearrangeable permutation network | |
| RU2556458C2 (en) | Network having extended generalised hypercube topology | |
| Chen et al. | Rearrangeable nonblocking optical interconnection network fabrics with crosstalk constraints | |
| RU2720553C1 (en) | Method of organizing a system network in the form of a fail-safe non-blocking three-dimensional sparse p-ary hypercube | |
| Turner | Practical wide-sense nonblocking generalized connectors | |
| Zheng et al. | A Parallel Self-Routing Rearrangeable Nonblocking Multi-$\log_ {2} N $ Photonic Switching Network | |
| Jiang et al. | Permutation in rearrangeable nonblocking optical MINs with zero first-order switching-element-crosstalk | |
| EP3493495B1 (en) | Strict non-blocking switching network | |
| Chung et al. | A problem on blocking probabilities in connecting networks | |
| Chau et al. | An optical multistage interconnection network for optimal all-to-all personalized exchange | |
| Koloko et al. | Structure and non‐blocking properties of bidirectional unfolded two‐stage switches |