基于异步光分组交换的高性能计算机系统

计算机工程与应用 ›› 2012, Vol. 48 ›› Issue (31): 30-35.

基于异步光分组交换的高性能计算机系统

赵俊1，许立国1，须雷1，孙小菡2

1.南京南瑞继保电气有限公司研发中心，南京 211102
2.东南大学电子科学与工程学院，南京 210096

出版日期:2012-11-01 发布日期:2012-10-30

Asynchronous optical packet switching based high performance computing system

ZHAO Jun1, XU Liguo1, XU Lei1, SUN Xiaohan2

1.R & D Center, Nanjing Nari-Relays Electric Co., LTD., Nanjing 211102, China
2.School of Electronics Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China

Online:2012-11-01 Published:2012-10-30

摘要/Abstract

摘要： 基于异步光分组交换及光组播技术，提出一种新型高性能计算机系统（HPCS）。采用分布式控制结构进行系统的分级管理，有利于处理大批量突发业务及系统的全光多级扩展。基于循环光纤延时线（Rec-FDL），提出一种紧凑、大容量的异步全光分组冲突解决机制，并与传统的分组重传冲突解决算法（PRA）进行了性能比较；建立了系统的稳定性、丢包率及时延分析模型。仿真结果表明，对于一个能够实现40 320个CPU互连的两级系统，Rec-FDL机制的平均分组等待时延TRec-FDL约为0.004 ns，而PRA算法的平均分组等待时延Trerans随分组传输距离D增加而增加，在D为10 m和20 m时，Trerans分别等于0.006 ns和0.01 ns。因此，对于分布式HPCS而言，Rec-FDL机制具有更优秀的时延特性。

关键词: 高性能计算机系统, 异步光分组交换, 光组播, 循环光纤延时线, 分组重传算法, 时延

Abstract: An asynchronous optical-packet-switching and optical-multicast based High Performance Computing System（HPCS） with multistage distributed management features is presented, which can process the massive burst services and realize all-optical scalability. A compact and huge-capacity Recycling-Fiber-Delay-Line（Rec-FDL） based collision resolution mechanism is proposed to resolve the contentions for asynchronous arriving packets, and its performances are compared with the traditional Packet Retransmission Algorithm（PRA）. The system analysis models for the stabilities, packet loss rates and average packet waiting latencies of the PRA（Trerans） and Rec-FDL（TRec-FDL） schemes are built. The simulations show that, for a two-stage system with 40 320 CPUs, TRec-FDL is fixed as 0.004 ns, while Trerans increases with the packet transmission distance D, and equals to 0.006 ns and 0.01ns when D is 10 m and 20 m, respectively. Hence, as the HPCS is typically highly distributed, the Rec-FDL scheme can induce lesser latencies than the PRA.

Key words: High Performance Computing System（HPCS）, asynchronous optical packet switching, optical multicast, Recycling-Fiber-Delay-Line（Rec-FDL）, Packet Retransmission Algorithm（PRA）, latency

赵俊1，许立国1，须雷1，孙小菡2. 基于异步光分组交换的高性能计算机系统[J]. 计算机工程与应用, 2012, 48(31): 30-35.

ZHAO Jun1, XU Liguo1, XU Lei1, SUN Xiaohan2. Asynchronous optical packet switching based high performance computing system[J]. Computer Engineering and Applications, 2012, 48(31): 30-35.

[1]	张晖，李风乐，赵海涛，孙雁飞，朱洪波. 5G动态异构场景下无线回程优化算法[J]. 计算机工程与应用, 2020, 56(16): 62-68.
[2]	谈超群，刘飞. 带参数摄动的时延分段仿射系统事件触发控制[J]. 计算机工程与应用, 2020, 56(1): 232-237.
[3]	吴波，许道强，邹云峰，王甜甜，李鑫. 阶段感知的跨域数据分析作业保障机制[J]. 计算机工程与应用, 2019, 55(23): 78-85.
[4]	刘富春，贺云，陈奕峰. 时延MPC自主车辆协同控制算法与仿真[J]. 计算机工程与应用, 2019, 55(23): 222-227.
[5]	周飞杰，张坤丽，王国卿，庄雷. SDN中基于遗传机制的自适应路由算法研究[J]. 计算机工程与应用, 2019, 55(2): 86-91.
[6]	王剑峰，姜顺，潘丰. 一类网络控制系统的非脆弱耗散滤波器设计[J]. 计算机工程与应用, 2018, 54(7): 114-120.
[7]	贾枭，张国良，徐君，杜柏阳，林志林. 异构多机器人编队相互通信时延精确控制[J]. 计算机工程与应用, 2018, 54(12): 258-263.
[8]	曹芮浩1，方贤文1，王晓悦1，刘祥伟2. 业务流程的时延预测队列挖掘方法[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(9): 226-230.
[9]	张晓蔚，姜顺，潘丰. 带有状态观测器的网络控制系统非脆弱H∞控制[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(8): 38-43.
[10]	赵海军1，李敏2，李明东1，罗宇1. 基于流量特性和时序约束的动态带宽分配算法[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(3): 116-119.
[11]	黄旭方1，2，王旭阳1，孙鑫1，陈冰雪1. 有效减小时延的自适应p-坚持CSMA协议研究[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(12): 99-104.
[12]	潘鹏，姜顺，潘丰. 带有参数摄动的网络化控制系统非脆弱[H∞]控制[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(1): 249-254.
[13]	滕飞，宋常建，钟子发. 一种用于LTE终端的粒子群加权重构定位算法[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(5): 99-103.
[14]	王广明1，陈光亭2. 星形2-hub选址问题的多项式时间算法[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(3): 27-31.
[15]	茅惠达，张玲华. 声源定位中广义互相关时延估计算法的研究[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(22): 138-142.