一種并行計算廣播通信的方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及到大規模并行計算系統中的廣播通信領域，特指一種并行計算廣播通信的方法。
【背景技術】
[0002]大規模并行計算系統在科學計算、天氣預報、醫療新藥物研究等計算能力需要高的領域，在國家的經濟發展和戰略能力提升上具有至關重要的地位和作用。高性能計算機通過技術創新不斷提升計算能力，典型的架構是通過計算集群協同進行并行計算。
[0003]MPI (Message Passing Interface)等并行編程模型通過將任務進行劃分實現節點間的協同計算。其中常見的廣播、柵欄同步等操作中one-to-all和all-to_one需要將消息分發到全網的所有節點并匯聚。高性能計算對消息傳遞的延時極其敏感，降低廣播的完成時間能夠有效提升計算速度。典型的IBM的BlueGene系列超極計算機采用獨立的樹形網絡用于加速廣播通信。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種能夠有效降低廣播延時、提高了并行計算性能的并行計算廣播通信的方法
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0006]—種并行計算廣播通信的方法，所有需要發送廣播數據的節點將數據發送到列頭交換機，通過在列頭交換機的機柜頂上放置自由光發射設備將光纖中的信號轉化為自由空間光；在接收數據的機柜上放置自由光分光及接收設備進行分光和接收，使得機柜之間的廣播通信能夠通過自由光分光及接收設備將自由空間光在物理層發送到所有接收端；機柜內部服務器之間的廣播通信則通過有線鏈路傳輸。
[0007]作為本發明的進一步改進:所述自由光發射設備為光纖準直器。
[0008]作為本發明的進一步改進:所述光纖準直器為單向光纖準直器，用來經光模塊發射端及光纖傳來的信號轉化為一個方向的自由空間光。
[0009]作為本發明的進一步改進:所述光纖準直器為雙向光纖準直器，用來經光模塊發射端、光纖及光纖分路器傳來的信號轉化為兩個方向的自由空間光。
[0010]作為本發明的進一步改進:所述方法通過四次交換機完成全網廣播時，假設網絡規模為m排機柜，每排有η個機柜，具體步驟如下:
[0011]SlOO:(0,0)機柜頂上在水平方向和垂直方向分別放置自由光單向發射設備，用于向同一排和同一列的機柜發送廣播數據；(0，j) I ( j < η機柜頂上水平方向放置自由光分光及接收設備用于接收數據，垂直方向上放置自由光單向發射設備，用于將廣播數據在同一列進行轉發；(i，j) I < i < m，I < j < η機柜頂上放置自由光分光及接收設備，用于接收垂直方向發送過的廣播數據；
[0012]S200:廣播源節點通過有線的方式將數據發送到柜頂交換機(i，j);
[0013]S300:柜頂交換機通過有線的方式將數據發送到同一排列頭機柜的交換機(i，0);
[0014]S400:機柜(i，O)的柜頂交換機通過有線的方式將數據發送到(0，O)機柜的柜頂交換機；
[0015]S500: (O, O)機柜的柜頂交換機利用自由光將廣播數據發送給同一排所有的機柜，每個機柜通過自由光分光及接收設備，接收到(0，0)機柜發送的廣播數據；
[0016]S600: (O, j)0彡j彡η機柜向同一列的所有機柜轉發廣播數據，完成全網廣播。
[0017]作為本發明的進一步改進:所述方法通過三次交換機完成全網廣播，假設網絡規模為m排機柜，每排有η個機柜，具體步驟如下:
[0018]SlOO:(1,0)1 ^ i彡m機柜在柜頂的第(i，i)個位置下面放置自由光雙向發射設備，上面放置自由光單向發射設備，柜頂的第(k，k)0 < k < m，k # i個位置放置自由光分光及接收設備；(i, j)0< i < m, I < j < η機柜柜頂上第(i, i)個位置下面放置自由光雙向發射設備，上面放置自由光分光及接收設備，柜頂的第(k，k)0 < k < m，k # i個位置放置自由光分光及接收設備；
[0019]S200:廣播源節點通過有線的方式將數據發送到柜頂交換機(i，j);
[0020]S300:柜頂交換機通過有線的方式將數據發送到同一排列頭機柜的交換機(i，0);
[0021]S400: (i, O)機柜的柜頂交換機利用自由光將廣播數據發送給同一排所有的機柜，每個機柜通過自由光分光及接收設備，接收到(i，0)機柜發送的廣播數據；
[0022]S500: (i, j)0 ^ j ^ η機柜向同一列的所有機柜轉發廣播數據，完成全網廣播。
[0023]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0024]1、本發明并行計算廣播通信的方法，采用自由光進行廣播，自由光與光纖相比，自由光物理層具有天然的廣播特性，能夠承載廣播通信應用。傳輸具有低延時的特點，利用自由光物理層進行數據廣播的方法能夠有效降低廣播延時，提高了并行計算的性能。
[0025]2、本發明并行計算廣播通信的方法，利用自由光的廣播網絡與其他單播流量隔離，降低網絡流量負載。
[0026]3、本發明并行計算廣播通信的方法，能夠有效降低交換機網絡仲裁等硬件功能的復雜度，減少轉發表的容量需求。
[0027]4、本發明并行計算廣播通信的方法，利用自由光物理層進行廣播通信，即用無線鏈路代替有線鏈路，可以降低布線復雜度，使得系統維護簡單。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明在具體應用實例中構建廣播系統的示意圖。
[0029]圖2是本發明在具體應用實例中采用自由光單向發射設備的示意圖。
[0030]圖3是本發明在具體應用實例中采用自由光分光及接收設備的示意圖。
[0031]圖4是本發明在具體應用實例中采用自由光雙向發射設備的示意圖。
[0032]圖5是本發明在實施例1中經過四次交換機實現全網廣播方法的原理示意圖。
[0033]圖6是本發明在實施例2中經過三次交換機實現全網廣播方法的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0035]本發明并行計算廣播通信的方法，為基于自由空間光物理層優化并行計算廣播通信的方法；在本發明的方法中，所有需要發送廣播數據的節點將數據發送到列頭交換機，通過在列頭交換機的機柜頂上放置光纖準直器I將光纖中的信號轉化為自由空間光A ;在接收數據的機柜上放置波分束器2進行分光，使得機柜之間的廣播通信能夠通過波分束器2將自由空間光A在物理層發送到所有接收端；機柜內部服務器之間的廣播通信則通過有線鏈路傳輸。
[0036]具體步驟為:
[0037]S1:構建廣播系統；參見圖1，在列頭交換機的機柜頂上放置自由光單向發射設備(如:光纖準直器I)，在接收數據的機柜上放置自由光分光及接收設備(如:波分束器2);其中，光纖準直器I可以用來經光模塊發射端3及光纖傳來的信號轉化為一個方向的自由空間光A(如圖2所示)，或者用來經光模塊發射端3、光纖及光纖分路器4傳來的信號轉化為兩個方向的自由空間光A (如圖3所示)。波分束器2可以將自由空間光A進行分光(如圖4所示)，使得機柜之間的廣播通信能夠通過波分束器將自由空間光在物理層發送到所有接