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《华南理工大学》 2017年
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新型规则网络嵌入性及故障诊断研究

归伟夏  
【摘要】:在全球对大数据处理和分析需求急剧增加的影响下,对大规模多处理器系统在处理速度、可靠性、容错性方面提出了更多和更高的要求。大规模多处理器系统的性能提升可从其所对应的规则互连网络模型拓扑结构进行理论研究和分析。但一些传统的规则互连网络模型如超立方体网络随着系统规模的不断扩大会导致硬件成本的快速上升,因此专家学者们提出了一些性能更为优越的新型规则网络。其中交换超立方网络是通过在超立方体网络基础上系统地删除掉网络中的部分边而获得的,在许多性能上比超立方体网络具有强大的优势。规则互连网络容错性和可靠性研究的核心内容是网络嵌入能力和诊断性的研究,同时容错性和诊断能力也是衡量规则互连网络性能极为重要的指标。虽然交换超立方网络白问世以来已得到许多关注,但在网络嵌入能力和诊断性方面仍有许多值得探讨的问题。本文的主要目的是通过对新型规则网络的嵌入能力及其诊断性进行分析研究,为新型规则网络的有效实施和推广应用提供理论上的支撑,有助于今后我国发展性能更加卓越的超级计算机系统。本文主要以新型规则网络——交换超立方网络为研究对象,在借鉴前人研究成果的基础之上,着重考虑了星型网络到交换超立方网络中的嵌入性能、以交换超立方网络为基础设计的新型规则互连网络——扩展交换超立方网络、交换超立方网络的故障诊断算法等。本文的主要工作及创新之处如下:1、根据交换超立方网络的相关性质研究了星型网络到交换超立方网络的嵌入问题,给出了星型网络Sn交换超立方网络EH(s,t)的几种嵌入策略及嵌入性能指标,得到如下主要结论:(1)当s+t=[log_2n!]=N时,,如果φ,φ是星型网络Sn到交换超立方网络EH(s,t)的嵌入映射,那么dilation≤N+1;(2)当s+t+1=[log_2n!]且max(s,t)<n-2时,星型网络Sn不能以dilation=1,expansion = 1嵌入到交换超立方网络EH(s,t)中;(3)当1rn,l1=[log_2r!],l2=log_2H!],s+t=[log_2n!]=N,则存在Sn到EH(s,t)嵌入映射φ,φ,使得它的扩张数dilation≤L1+L2+2;(4)假设n=n1+n2+n3+n4,1≤n(i=1,2,3,4),li=[log_2(ni)!],s+t=4∑i=1li+4n-3,存在从星型网络Sn到交换超立方网络EH/(s,t)的一个嵌入映射φ,φ,其扩张数满足dilation≤max(li+li+4)。研究结果表明交换超立方网络具有良好的通用性和容错能力,具有广阔的应用前景。2、为了进一步提高交换超立方网络的通信效率并且期望获得良好的可扩展能力,本文提出一种新型的规则互连网络——扩展交换超立方网络(Extended Exchanged Hypercube,EEH)。通过对EEH的拓扑结构属性进行分析后发现其不仅尽最大程度保留了交换超立方网络原有的良好特性,同时还结合了其他优秀网络的拓扑特征,从而得到层次化、高扩展性和包含有预定义模块的递归性的特点。即当互连网络的结点数量不断递增时,无需改变原有结点的硬件配置就能很好地进行网络扩展。3、通过引入集团和广度优先搜索的思想提出一个交换超立方网络在PMC模型下的条件诊断算法,算法的时间复杂度为O(N2)。另外还对交换超立方网络在MM*模型下的强诊断度进行了分析和证明,确定了交换超立方网络EH(S,p)(2≤s≤p)是强(s+1)可诊断的。这部分研究内容为后续交换超立方网络在其他测试模型下的诊断策略和诊断能力提供了重要的参考价值。4、采用与智能算法相结合的思想来实现比较模型下的高效故障诊断算法,首次将改进的遗传算法应用到经典的Malek比较模型中,算法的正确性得到了证明并且通过实验结果验证了算法的有效性。这一方法的实现对于提高故障诊断算法的速度、诊断能力等方面有着重要的理论价值和现实意义。上述研究成果不仅丰富了交换超立方网络作为重要的新型规则互连网络之一的相关理论内容,而且也为实际系统故障诊断方法提供了科学的依据和新的思路。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP393.06

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