直接互连网络(Direct Interconnection Network),简称直连网络,是互连网络的一个重要分支,其应用涉及图论、算法设计与分析、计算机体系结构、并行与分布式计算、计算机网络与通信以及大规模集成电路设计等诸多领域。本文从拓扑结构、交换机制以及路由算法等方面对直连网络的若干关键技术进行了研究,重点研究直连网络应用于太比特路由器交换网络系统的技术与理论,并设计一种新的实现方案。 首先,第2章对直连网络中几种常见的交换机制的特点进行对比分析,按照太比特路由器的要求,对几种交换机制在不同业务环境下的性能进行了仿真。结果表明相比其他交换机制,虚切通具有更高的吞吐率和更低的时延,是太比特路由器的首选方案。在虚切通交换机制下,针对不同网络参数进行了仿真,结论有益于系统设计。 其次,研究了直连网络中的路由算法设计问题,重点解决路由算法设计中的流量均衡和容错问题。第3章提出一种新的分布式流量均衡路由算法。该算法基于有限全局信息,根据当前结点r跳内的链路状态选择路由,在全局信息和局部信息之间求得折中。与以往基于死锁避免的流量均衡算法相比,新算法采用死锁检测与恢复机制来解决死锁问题,实现真正意义上的完全自适应路由。仿真结果表明,在不同流量模式下,新算法都取得了比现有算法更好的网络性能。 第4章提出“均衡环”和“洞”的概念来提高现有容错路由算法的性能。均衡环的提出是为了解决现有容错路由算法中故障环成为热点环导致网络过早饱和的缺陷。均衡环是与故障环相邻的同心环,具有相同的形状。根据两环上的拥塞状况,合理分配流量,可以充分利用网络资源,提高网络性能。引入均衡环不需要增加虚信道,不改变原有算法的虚信道分配规则及绕行规则,修改成本低,易于实现。仿真结果表明引入均衡环后,现有容错路由算法的时延吞吐性能都得到明显改善。 “洞”的提出是为了弥补现有容错路由算法无法容忍凹型故障区域的不足。利用“洞”,通过设计合理的规则引导分组在洞内外路由,可以使现有的凸型故障容错路由算法能够容忍凹型故障区域,不需要将正常结点标记为故障。引入“洞”不需要增加虚信道,不改变绕行规则,修改过程简单,易于实现。 在对上述关键技术研究的基础上,第5章提出了一种基于XD网络的太比特路由器交换网络的设计方案。首先研究了XD网络的一些基本网络特性,并与当前流行的太比特路由器交换网络结构进行比较。然后结合XD网络的网络特性,