针对多层网络和Fat tree网络的仿真研究

随着密集型应用和高性能计算的发展,近些年来有越来越多针对数据中心网络的网络构架、可伸缩性、流量优化和成本效益等方面的研究。为了比较和分析不同网络拓扑结构之间的差异,文章通过使用Qualnet网络仿真软件按照数据中心网络的流量特点来实现对多层网络和Fat tree网络拓扑的仿真模拟,并设置节点失效状况,来对容错性进行分析,评估其网络性能。

软件定义Fat-Tree数据中心网络的多组播树动态切换机制

数据中心网络中单组播树传输往往难以应付网络拥塞和故障,从而导致可靠性和网络资源利用率较低.多组播树动态切换机制虽然能够灵活地对数据传输进行均衡和故障恢复,但在传统网络中难以部署和实现.软件定义网络将控制面和数据面分离,具有良好的可控性和可编程性.在支持Open Flow的Fat-Tree数据中心网络中,提出一种基于自适应滤波预测的多组播树动态分级切换算法.该算法首先为每个组播会话建立多个备选组播树,并根据收集的网络链路状态为每个组播树计算优先级值;然后采用自适应滤波算法对优先级值进行预测,并利用预测的优先级值设计组播树的动态分级切换策略和数据分发比例.最后,通过在Mininet平台进行了仿真实验,验证了本文所提算法的可行性和性能.

水下采油树关键部件FAT测试技术研究

针对目前水下采油树FAT测试技术被国外公司垄断以及我国正加紧海洋石油开采步伐的现状,依据ISO及API相关规范,详细阐述水下采油树关键部件-水下采油树连接器和油管悬挂器的FAT测试程序,为将来的水下采油树国产化提供测试理论支持;以1500m水深、额定工作压力5000psi(1psi=6.895kPa)的卧式采油树为例,采用ABAQUS软件对油管悬挂器内部生产通道在测试时的结构强度进行计算分析,可作为油管挂FAT测试前的初步测试评估。

基于离散粒子群算法的数据中心网络流量调度研究

数据中心网络利用多个并行路径为集群计算等网络服务提供高对分带宽.然而,现有的流量调度算法可能会引起链路负载不均衡,核心交换机冲突加剧,造成网络总体性能降低.本文将流调度问题转化成0-K背包问题求解,提出基于离散粒子群的流调度算法DPSOFS(Discrete Particle Swarm Optimization Flow Scheduling).该算法根据Fat-Tree结构特点定义了粒子速度、位置和运算规则,以两次迭代冲突流个数差值作为目标函数,并限定路径搜索范围,减少随机搜索的盲目性.仿真实验验证了该算法对减少流冲突快速有效,能提高网络对分带宽.

基于SDN的胖树数据中心网络多路径路由算法

现有的多数路由算法未综合考虑链路实时传输状态和流量特征。为此,基于软件定义网络集中控制和全网管控的思想,提出一种基于链路实时状态和流量特征的多路径路由算法。该算法将数据流分为大流和小流,大流吞吐量要求较高,根据路径权重值进行路由,而小流数较多,处理复杂性要求较低,选择可用剩余带宽最大的路径作为其路由路径。仿真实验结果表明,与等价多路径算法和软件定义混合路由机制相比,该算法能够提高胖树数据中心网络的平均链路利用率和网络吞吐量。

曙光5000高性能计算机Barrier网络的设计

为优化Barrier操作的性能,提高大规模并行计算应用在曙光5000系统中的执行效率,文中提出了一种基于硬件的Barrier加速设计.该设计是采用树形Barrier算法,通过增强曙光5000互联网络交换芯片的功能,实现低延迟、可扩展、高可靠和可管理的Barrier网络.该网络支持并发16个Barrier操作,可在Fat-Tree拓扑环境下实现较低的Barrier操作延迟.相比已有实现,是更适合Fat-Tree拓扑的设计方案.理想情况下,1024个节点的同步操作在1.7μs内完成.根据Barrier操作归约和分发过程的特点,分别采用请求应答和超时催促两种机制,为Barrier操作的可靠性提供保障.以该设计实现的Barrier网络原型系统已通过FPGA验证.

用胖树拓扑构建InfiniBand集群系统的分析与研究

对高性能集群来说,网络结构的互连模式对系统的性能有着举足轻重的影响。InfiniBand规范大大地提高了网络传输带宽,而胖树拓扑结构则以其突出优点——无阻塞传输和等分带宽等特性,目前已被广泛应用。在简要描述InfiniBand技术和胖树拓扑结构的基础上,尝试把二者结合起来,针对剪枝胖树拓扑对平均传输延迟的影响这一关键问题进行分析研究,并据此对构建大规模集群系统做出设计。

源路由胖树网络路由生成验证与查询方法研究

路由生成是构建源路由胖树互连网络的重要步骤之一。针对源路由胖树网络路由生成问题,采用面向对象的方法,首先建立胖树网络的拓扑结构模型并提出分段路由方法,接着研究路由生成、正确性验证、路径查询的相关算法,最后探讨路由生成验证与查询软件的设计与实现。目前,该软件已经成功应用于多个源路由胖树网络的路由生成和故障路径诊断过程中。

曙光5000高性能计算机多播网络的设计

本文介绍了曙光5000高性能计算机多播网络设计的关键技术.减少多播与单播/多播与多播间的网络竞争是降低多播延迟的主要途径之一,而无死锁则是保障多播操作正确完成的前提.为了解决死锁问题,本文提出了一种基于全局资源公告的死锁避免方法;为了获得较低的多播延迟,本文充分利用胖树拓扑特点,提出了一种基于重载交换机去除的多播路径选择策略.测试结果表明,在网络重载情况下,相比于已有多播路径选择算法,本文的路径选择策略可以获得近三倍的性能提升.对于many-to-many多播通信,曙光5000多播网络可以获得90%以上的多播吞吐率.

基于超算环境的面向多租户的轻量级虚拟HPC集群的设计与实现

为了给用户提供按需使用的HPC服务并解决用户应用部署的软件依赖性问题,在不破坏现有超大规模高性能集群管理的前提下,基于Fat-Tree网络拓扑和虚拟集群模型,通过对部分资源进行云化管理,设计并实现了一种轻量级的HPC集群交付模式。从而为面向租户需求的高性能应用提供一种云化的HPC租用服务,并解决了HPC应用软件栈的僵化问题,以易用的方式为更多的HPC租户提供服务。实验结果表明,该方法以近似物理节点的性能使HPC具备了云的按需使用的特性,并具有较为理想的植入效率。

源路由胖树网络的端节点动态容错路由方法

容错路由是一种提高互连网络可用性的重要技术。针对源路由胖树网络,本文提出一种端节点动态容错路由方法。该方法采用三级路由存储层次结构,即端节点网卡存储路由表(RT),端节点内存存储扩展路由表(ERT),管理服务器硬盘存储系统扩展路由表(SERT)。同时,节点的路径管理进程负责本节点扩展路由表的多路径状态管理,并在网络出现链路故障时选择可用路径代替当前的失效路径。分析表明,本文提出的容错路由方法具有实现代价低、可扩展性高且不会导致死锁问题等优点。

SDN数据中心网络基于流分类的负载均衡方案

随着数据中心内的数据流量不断增加,导致网络中部分链路负载过重。传统的ECMP机制由于没有考虑链路状态以及流量特征,因此不再适用数据中心网络。同时ECMP可能会将多条大流映射到同一条路径上,造成大流映射冲突,导致链路瓶颈问题。基于SDN(Software Defined Network)架构提出一种面向Fat-Tree拓扑的动态流量负载均衡机制(Load Balancing based on Flow Classification,LBFC),同时考虑了链路状态信息与流量特征进行负载均衡。LBFC机制动态调整流分类阈值来判定大流和小流,采用不同的方式为大流和小流选择转发路径,以满足大流和小流不同的传输性能需求。仿真结果表明LBFC机制能够根据网络链路状态以及流量特征动态地判定大流和小流并实现负载均衡,与ECMP、GFF和DLB算法相比,LBFC机制提高了网络吞吐量以及链路利用率,降低了传输时延。

基于胖树的片上网络容错互联结构设计

针对片上树型网络设计,采用胖树结构来降低根节点阻塞的瓶颈效应,同时以低响应时间作为主要指标,基于该胖树结构提出了一种由交叉点开关网格组成的网络结构.网络设计中,采用了一种面向变消息优先级的树型结构来缩短部分关键路径的级数;同时利用设置参数的方式增强对向上和向下消息传输路径的控制,使得整体级数从2logn减少到logn+log(logn).该设计仍保持着树型结构传输局部性的优点,最差响应时间为Ο(logn),且网络规模越大,树中相应节点间的可行路径越多、容错能力越强.

一种基于二叉胖树模型的并行FFT算法

二叉胖树网络结构是一种易于实现蝶式计算的网络拓扑结构,基于这一特点,首先构造了一种二叉胖树的逻辑模型,并提出了一种基于该模型的并行快速傅立叶变换算法。该算法使得进程间有良好的负载平衡,相对于串行算法来说,大大降低了时间复杂度。在集群系统和MPI环境下,给出了该算法的实现及实验数据分析。

数据中心网络发展简析

从数据中心整体承载网络出发,阐述了数据中心的链路协议、内部组网方式、外部组网连接等方面如何发展的问题,提出了数据中心的扁平化胖树模型以解决扩展性问题,最后总结出网络发展的主要变化点。

ESPP:基于SDN的节能路径规划系统

基于Fat-tree拓扑的数据中心网络中存在一系列保证通信可靠性的富连接。这些富连接导致网络低负载情况下有大量设备处于空闲状态,而传统网络无法在保证网络可靠性的同时对设备进行调度。为解决该问题,设计ESPP:基于软件定义网络SDN(Software Defined Network)的节能路径规划系统。客户端通过控制器收集网络信息,计算节能路径,调节数据流向,调度物理设备。在Mininet搭建的模拟网络环境中进行测试的结果表明,该系统能够实时计算节能路径,下发节能策略,有效降低能量消耗,实现数据中心网络的绿色节能。

Modeling and Optimization of a Special Multistage Star Switching （SMSSS） System with SEs at Unequal Port Rates

There has been lack of an efficient design and evaluation method for the multistage star switching(MSSS) architecture in which the ports' rates of each switching element(SE) are unequal.Thus,we identify and propose a special MSSS(SMSSS) model for the first time,where all special SEs,known as basic switching modules(BSMs),are connected hierarchically into a tree profile.Unlike the existing investigations,each BSM in this model is characterized by one highrate port and several low-rate ports.This study focuses on the analysis,design and optimization of the SMSSS model.Moreover,we propose a novel BSM cost model which relates to its flux factor considered rarely in existing studies.Two examples are demonstrated to obtain the optimal structure parameters of the SMSSS system with a minimum overall cost.The comparison of the proposed SMSSS with similar fat tree structures indicates its relative advantages.

基于Mininet的胖树SDN网络仿真

相较于传统网络体系结构的僵化,软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)架构可以更好地适应与满足当前复杂多变的网络需求。以采用胖树(Fat-tree)拓扑的数据中心网络为例,介绍如何采用SDN网络仿真软件——Mininet方便而快捷地部署SDN仿真环境,调整链路性能。可为数据中心的管理与部署提供参考,有利于简化数据中心网络的工作,加速应用上线。

基于FPGA的时间数字转换器的编码器

时间数字转换器的编码器需要把温度计码转换1-0(0-1)跳变处的二进制位置码。针对FPGA的查找表结构,实现了处理任意2m位温度计码的3种行为级编码器(顺序查找法、折半查找法和累加法)和4种数据流级编码器(wallace树、胖树、MUX和ROM)的算法描述,并在EP3C25E144I7中实现。通过对比编码器的LUT使用个数、最短路径延时、最长路径延时和毛刺,发现在FPGA上性能相近且最优的是胖树结构和ROM结构的编码器。ROM结构比胖树结构更易于被编程实现和移植。

广东省珠江三角洲城市森林抗火树种筛选研究

在广东省珠江三角洲地区(火烧迹地和污染区、公园、风景区、村旁风景林等不同类型区林地)进行城市林业抗火树种的筛选研究,对所调查的52个树种进行含水率、粗脂肪含量、粗灰分含量以及对其中的6个树种的燃烧热值作了测定。结果表明:同时满足含水率≥40%、粗脂肪含量≤20‰以及粗灰分含量≥5%三个条件的有16个树种(铁冬青、假苹婆、细叶榕、腺叶野樱、红桂木、多花山竹子、半枫荷、牛矢果、朴树、秋枫、白颜、枫香、麻楝、阿丁枫、蝴蝶果、吊瓜木),可初步肯定这些树种具有较高的抗火性。其中白颜树、枫香、秋枫、麻楝、吊瓜木、蝴蝶果6个树种的燃烧热值比较低,均比木荷低,具有较高的抗火性,可作为城市林业生物防火推荐树种。