А.А. Карандашев1, В.Л. Оленев2

1,2 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
(Санкт-Петербург, Россия)

1 aleksandr.karandashev@guap.ru; 2 Valentin.Olenev@guap.ru

Постановка проблемы. В настоящее время востребована разработка современных специализированных вычислительных сетей, особенно сетей, реализующих технологию червячной коммутации, благодаря которой можно повысить скорость передачи данных и уменьшить стоимость оборудования сети. Проектирование таких сетей требует специализированного программного обеспечения, которое позволило бы автоматизировать некоторые процессы и избежать возможных ошибок. В частности, на сегодняшний день актуальна автоматизация этапов построения маршрутов передачи данных для информационных потоков задачей.

Цель. Предложить модели маршрутов передачи данных специализированных вычислительных сетей вида «(m´n)-решетка» и «(m´n)-сетка».

Результаты. Описаны особенности вычислительных сетей вида «(m´n)-решетка» и «(m´n)-сетка» и представлены модели для этих сетей. Разработана рекуррентная формула построения маршрутов и предложен алгоритм маршрутизации. Проведена проверка созданных моделей и процедуры описания маршрутов на вычислительных сетях вида «(1´2)-решетка» и «(7´5)-сетка». Сформирован пошаговый алгоритм анализа описанных маршрутов. В результате анализа описанных маршрутов обнаружены проблемные маршруты с блокировками различных типов. Сформулирована задача поиска оптимального маршрута. Для постановки оптимизационной задачи введен характеристический параметр в виде длины маршрута, на основе которого синтезированы две модели критериев. Приведены примеры получения оптимального маршрута.

Практическая значимость. Модели маршрутов для сетей с решетчатой структурой позволяют описать передачу данных в сети на классическом примере в наиболее полном виде, при этом предусматриваютсянаихудшие случаи информационной нагрузки.

Карандашев А.А., Оленев В.Л. Модели маршрутов в специализированных вычислительных сетях // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 9. С. 127−139. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202408-12

1. Kim J., Kim T., Hashemi M., Brinton C.G., Love D.J. Joint Optimization of Signal Design and Resource Allocation in Wireless D2D Edge Computing // IEEE INFOCOM 2020 - IEEE Conference on Computer Communications. 2020. V. 1. №1. P. 2086-2095. DOI:10.1109/INFOCOM41043.2020.9155510/.
2. Hook J.V., Vaquero T.S., Rossi F., Troesch M., Net M.S., Schoolcraft J., Croix J.D., Chien S.A. Mars On-Site Shared Analytics Information and Computing. International Conference on Automated Planning and Scheduling, 2019. V. 29. № 1. P. 707-715..
3. Resch M., Bez W., Focht E., Kobayashi H., Patel N. FPGA-Based Scalable Custom Computing Accelerator for Computational Fluid Dynamics Based on Lattice Boltzmann Method // Sustained Simulation Performance 2014. 2015. V. 16. № 1. P. 187–201. DOI:10.1007/978-3-319-10626-7_16.
4. Schmoll P., Jahromi S.S., Hörmann M., Mühlhauser M., Schmidt K.P., Orús R. Fine Grained Tensor Network Methods. Physical review letters, 2020. V. 124. № 20. P. 1-5. DOI:10.1103/PhysRevLett.124.200603.
5. Santhuja P., Srinivasan D.S., Sabapathy C., Latha D.N., Kumar S. Route Stability with Node Reliability-Based Auto Reconfiguration in Wireless Mesh Network. 2023 Second International Conference on Smart Technologies for Smart Nation (SmartTechCon), 2023. V. 1. № 1. P. 1271-1275. DOI:10.1109/SmartTechCon57526.2023.10391314.
6. Murray K., Petelin O., Zhong Sh., Wang J.M., Eldafrawy M., Legault J.-P., Sha E., Graham A.G., Wu J., Walker M., Zeng H., Patros P., Luu J., Kent K.B., Betz V. VTR 8: High-performance CAD and Customizable FPGA Architecture Modelling. ACM Trans. Reconfigurable Technol. V. 13. № 2. 2020. P. 1-55. DOI:10.1145/3388617.
7. Thiemann T., Bostelmann T., Sawitzki S. Improving the Gradient Descent Based FPGA-Placement Algorithm. CENICS 2020: The Thirteenth International Conference on Advances in Circuits, Electronics and Micro-electronics. 2020. V. 13. № 1. P. 12-24.
8. Chen Y., Liu Y., Shi X.G., Song J., Liu X., Gan L., Guo C., Fu H., Gao J., Chen D., Yang G. Lifetime-Based Optimization for Simulating Quantum Circuits on a New Sunway Supercomputer. Proceedings of the 28th ACM SIGPLAN Annual Symposium on Principles and Practice of Parallel Programming. 2022. V. 1. № 1. P. 1-12. DOI:10.1145/3572848.3577529.
9. Shim K.S., Greskamp B., Towles B., Edwards B., Grossman J.P., Shaw D., Greskamp B., Shaw D. The Specialized High-Per-formance Network on Anton 3. 2022 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA). 2022. V. 1. № 1. P. 1211-1223. DOI:10.1109/HPCA53966.2022.00092.
10. Shao E., Tan G., Wang Z., Yuan G., Cao Z., Sun N. A New Optoelectronic Hybrid Network Based on Scheduling Optimization of Optical Links. IEEE Transactions on Computers. 2021. V. 70. № 1. P. 863-876. DOI:10.1109/TC.2021.3054308.
11. Klenk B., Jiang N., Thorson G., Dennison L.R. An In-Network Architecture for Accelerating Shared-Memory Multiprocessor Collectives // 2020 ACM/IEEE 47th Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA). 2020. V. 47. № 1. P. 996-1009. DOI:10.1109/ISCA45697.2020.00085.
12. Stergiou E. A study of multistage interconnection networks operating with wormhole routing and equipped with multi-lane storage // International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems. 2020. V. 36. № 1. P. 221-239. DOI:10.1080/17445760.2020.1793981.
13. Jiang Z.P., Yang Z., Zhang P., Dong C. Design of a high speed router for NOC // Modern Physics Letters B. 2021. V. 35. № 27.
    P. 27-35. DOI:10.1142/S0217984921400121.
14. Shao E., Wang Z., Yuan G., Tan G., Sun N. Wormhole optical network: a new architecture to solve long diameter problem in exascale computer // CCF Transactions on High Performance Computing. 2019. V. 1. № 1. P. 73-91. DOI:10.1007/s42514-019-00006-8.
15. Yasrebi S., Reza A., Nikravan M.H., Vazifedan S. A fuzzy integrated congestion-aware routing algorithm for network on chip // Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2021. V. 22. № 1. P. 741-755. DOI:10.1631/FITEE.2000069.
16. Карандашев А.А., Оленев В.Л., Бритов Г.С. Моделирование динамики информационных потоков в маршрутах вычисли-тельных сетей // Информационно-управляющие системы. 2023. Вып. 124. № 3. С. 39-50. DOI:10.31799/1684-8853-2023-3-39-50.
17. Карандашев А.А. Достоверность моделирования динамических характеристик вычислительных сетей // Вестник рязанского государственного радиотехнического университета. 2023. Т. 18. № 85. С. 23–35. DOI: 10.21667/1995-4565-2023-85-23-35.
18. Бритов Г.С. Верификация, валидация и тестирование компьютерных моделей линейных динамических систем // Информа-ционно-управляющие системы. 2013. Т. 63. № 2. С. 75-82.
19. Бритов Г.С. Бизнес-процесс тестового диагностирования линейных динамических систем на основе передаточных функ-ций // Системный анализ и логистика. 2016. Т. 12. № 1. С. 4–11.
20. Gogula S., Damodaran V. Design of a VLSI Router for the Faster Data Transmission using Buffer // 2023 2nd International Con-ference on Smart Technologies and Systems for Next Generation Computing (ICSTSN). 2023. V. 2. № 1. P. 1-5. DOI:10.1109/ICSTSN57873.2023.10151568.
21. Shruthi R., Shashidhara H.R., Bhargavi R., Dharanendra H.N., Divyashree N., Rahul E.R. Study and Analysis of Wired and Wireless Network-on-Chip Using Noxim // 2023 International Conference on Network, Multimedia and Information Technology (NMITCON). 2023. V. 1. № 1. P. 1-6. DOI:10.1109/NMITCON58196.2023.10276064.
22. Kumari B.A., AnkithaD V., Anupama N., Keerthana D., PoonamK S. Comparative Analysis of Network Parameters using Noxim Simulator // International Journal of Engineering Technology and Management Sciences. 2022. V. 6. № 6. P. 435-441. DOI:10.46647/ijetms.2022.v06i06.077.
23. Kamu I.Y., Parinsi M.T., Kuhu M.W., Mananggel A.V. Computer Network Design in Vocational School Using Network Simulator // International Journal of Information Technology and Education. 2022. V. 2. № 1. P. 22-31 DOI:10.62711/ijite.v2i1.86.
24. Зуенко А.А. Компактное представление ограничений на основе новой интерпретации понятия «кортеж многоместного отношения» // Онтология проектирования. 2020. Вып. 10. № 4. С. 503-515. DOI:10.18287/2223-9537-2020-10-4-503-515.