CN106804048B - 一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制，包括：1、通过在数据包头部路由信息中增加标志位来标记数据包的发送方式；2、判断所传输的数据包为长距离数据包还是短距离数据包，并为数据包安排不同的路由路径传输数据包。本发明能够提高无线片上网络中无线资源对于数据负载的承受能力，降低网络的通信延迟。

Description

一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制
技术领域
本发明属于集成电路芯片设计的应用技术领域，尤其是对于解决无线片上网络中无线接口拥塞所导致的网络性能下降问题所提出的一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制。
背景技术
片上网络(Network-on-Chip)逐渐成为实现片上多核的一个有效结构，但是随着网络中集成的核的数量的增加，网络中节点之间的通信延迟和功耗变得越来越高，通过在网络中插入长距离的链路，能够在不降低网络规模的情况下减少节点之间的平均跳数，进而降低整个网络的通信延迟。但是插入的长距离链路仍然是金属链路，ITRS中提出，长远看来，在网络中改进金属特性并不能提高网络的性能表现，提高需要新的技术应用。
无线片上网络(Wireless Network-on-Chip)最近被提出，通过在片上集成无线接口(Wireless Interface)，核之间能够实现无线互连。使用毫米波(mm-wave)的无线片上网络工作在10-100GHz并且传输距离为20mm，是一个构建长距离单跳能耗有效无线互连的可行选择。作为网络中的通信捷径，无线链路加在网络中能够减少网络的整体延迟和功耗开销。
随着网络流量负载的增加，发往无线接口的数据也随之增加，无线接口需要同时处理很多数据，在无线接口处就可能会产生热点现象。无线接口的数据拥塞不仅会降低网络中长距离通信的效率，并且在一定程度上会阻碍局部数据的传输。因此缓解无线片上网络中无线接口的拥塞现象对提高整个网络的性能有着重要意义。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制，以期能提高无线片上网络中无线接口对网络负载的承受能力，从而提高无线链路的利用率，并降低无线路由节点周围数据堵塞的可能性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制，所述无线片上网络是由若干个路由器组成，所述路由器分为无线路由器WR和有线路由器BR；所述若干个路由器之间是利用维序路由算法进行通信；任意一个路由器的输入端口为其自身的输出端口分配两个虚拟通道，包括：第一虚拟通道VC0和第二虚拟通道VC1；以所述二维网格中任一顶点上的路由器为原点O，与所述顶点上的路由器相通连的两条路由通道分别为X轴和Y轴，建立坐标系OXY；其特点是，所述通信机制是按如下步骤进行：
步骤1、设置所述无线片上网络中所传输的数据包头部的路由信息包含：路由策略RS和标志位WI_idc；若路由策略RS置为“0”，则表示数据包使用XY路由算法进行路由；若路由策略RS置为“1”，则表示数据包使用YX路由算法进行路由；若标志位WI_idc置为“0”，则表示所述数据包为短距离数据包；标志位WI_idc置为“1”，则表示所述数据包为长距离数据包；
步骤2、根据所传输的数据包中的源节点S(Xs,Ys)和目的节点D(Xd,Yd)的地址，利用式(1)判断所述数据包是否为长距离数据包，若是，则执行步骤3；否则，表示所述数据包为短距离数据包，并执行步骤7；
Path(S,WRs)+Path(WRd,D)+1<Path(S,D)-δ (1)
式(1)中，Path(S,WRs)表示与所述源节点S距离最近的无线路由器WRs和所述源节点S之间的最短路径长度；Path(WRd,D)表示与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd和所述目的节点D之间的最短路径长度；Path(S,D)表示与所述源节点S和所述目的节点D之间的最短路径长度；δ表示阈值；
步骤3、将所述数据包头部中的标志位WI_idc置为“1”、路由策略RS置为“0”；
步骤4、使用XY路由算法将所述数据包通过第二虚拟通道VC1发送至与源节点S距离最近的无线路由器WRs；
步骤5、所述无线路由器WRs将所接收到的数据包通过无线信道发送至与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd中；
步骤6、所述无线路由器WRd接收到所述数据包后，将数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”；并根据所述数据包中的目的节点地址，使用XY路由算法将所述数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤7、将所述数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”、路由策略RS置为“0”；
步骤8、将所述源节点S(Xs,Ys)的纵坐标与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd的横坐标XWRs进行比较；将目的节点D(Xd,Yd)的横坐标与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd的纵坐标YWRs进行比较；若满足Xd＝XWRs且Ys＝YWRs且Yd≠YWRs，则执行步骤9；否则，使用XY路由算法路由将所述数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤9、路由策略RS置为“0”后，使用YX路由算法路由将所述数据包通过第二虚拟通道VC1发送至所述目的节点D。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过为网络路由数据包设计数据包格式，限制网络中可以路由至无线路由器中无关数据包的数量，在不限制网络对无线资源使用率的情况下缓解网络中的数据包的通信堵塞现象。并且在本发明中无线路由节点缓冲区拥有更快的清空速度，从而降低了无线接口处的数据拥塞进而提高无线资源的工作效率。
2、通过在网络中的数据包头部添加标记信息，使得数据包的属性可以携带于数据包本身，在进行路由计算时仅仅通过读取这些信息便可快速的获得数据包的种类以及将要进行的路由路径选择，大大加快了路由计算的速度，提高了数据包在网络中转发的效率。
3、本发明中提出的通信机制使得网络中一部分数据包在路由时使用不同的路由策略进行路由，这些数据包在新的路由路径中没有增加路由的长度，同时降低了无线路由节点周围路由路径上的数据压力，降低了出现数据拥塞的可能性。
附图说明
图1是现有技术中网络拓扑结构；
图2是本发明中路由算法示意图；
图3是本发明中数据包结构。
具体实施方式
本实施例中，一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制，如图1所示，无线片上网络是由若干个路由器组成，路由器分为无线路由器WR和有线路由器BR；若干个路由器之间是利用维序路由算法进行通信；任意一个路由器的输入端口为其自身的输出端口分配两个虚拟通道，包括：第一虚拟通道VC0和第二虚拟通道VC1；以二维网格中任一顶点上的路由器为原点O，与顶点上的路由器相通连的两条路由通道分别为X轴和Y轴，建立坐标系OXY，图1是一个基于10x10二维网格的无线片上网络，网络中有四个无线路由器WR；通信机制是按如下步骤进行：
步骤1、设置无线片上网络中所传输的数据包头部的路由信息包含：路由策略RS和标志位WI_idc，如图3所示，添加的路由策略RS和标志位WI_idc均为一个比特位大小；若路由策略RS置为“0”，则表示数据包使用XY路由算法进行路由；若路由策略RS置为“1”，则表示数据包使用YX路由算法进行路由；若标志位WI_idc置为“0”，则表示数据包为短距离数据包；标志位WI_idc置为“1”，则表示数据包为长距离数据包，在数据包中使用这两个比特位来标记数据包的种类以及以什么样的路由路径进行路由，简化了数据包在经过路由器时路由计算的时间；
步骤2、根据所传输的数据包中的源节点S(Xs,Ys)和目的节点D(Xd,Yd)的地址，利用式(1)判断数据包是否为长距离数据包，若是，则执行步骤3；否则，表示数据包为短距离数据包，并执行步骤7；
Path(S,WRs)+Path(WRd,D)+1<Path(S,D)-δ (1)
式(1)中，Path(S,WRs)表示与源节点S距离最近的无线路由器WRs和源节点S之间的最短路径长度；Path(WRd,D)表示与目的节点D距离最近的无线路由器WRd和目的节点D之间的最短路径长度；Path(S,D)表示与源节点S和目的节点D之间的最短路径长度；δ表示阈值，阈值δ取值的不同可以平衡网络中数据对无线资源的访问，δ值越大，更多的数据包将被定义为短距离数据包，无线信道的通信压力降低，δ值越小，则更多的数据包将被定义为长距离数据包，无线信道的通信压力也随之变大；
步骤3、将数据包头部中的标志位WI_idc置为“1”、路由策略RS置为“0”；
步骤4、使用XY路由算法将数据包通过第二虚拟通道VC1发送至与源节点S距离最近的无线路由器WRs；
步骤5、无线路由器WRs将所接收到的数据包通过无线信道发送至与目的节点D距离最近的无线路由器WRd中；
步骤6、无线路由器WRd接收到数据包后，将数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”；并根据数据包中的目的节点地址，使用XY路由算法将数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤7、将数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”、路由策略RS置为“0”；
步骤8、将源节点S(Xs,Ys)的纵坐标与目的节点D距离最近的无线路由器WRd的横坐标XWRs进行比较；将目的节点D(Xd,Yd)的横坐标与目的节点D距离最近的无线路由器WRd的纵坐标YWRs进行比较；若满足Xd＝XWRs且Ys＝YWRs且Yd≠YWRs，表明有无线路由器存在于源节点S到目的节点D进行XY路由算法时的路由路径上，且正好位于路由路径的拐点，此时由于本通信机制不允许数据包以这种方式通过无线路由器，执行步骤9；否则，使用XY路由算法路由将数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤9、路由策略RS置为“0”后，使用YX路由算法路由将数据包通过第二虚拟通道VC1发送至目的节点D。图2为本发明中路由算法的示意图，当面对长距离数据包和短距离数据包时，本发明根据不同的情形为数据包安排不同的路由路径，避免了过多的数据包占据通往无线路由器的路径资源，降低了数据在通往无线路由器时数据阻塞的可能性，此外，将数据包分配在两个不同的虚拟通道中可以有效的避免网络中死锁的发生，提高了网络的通信效率和可靠性。
针对上述通信机制，对数据路由的方法进行了分析说明。图1中在基于10x10二维网格的无线片上网络中由节点(0,2)产生的数据包若目的节点为(2,3)，首先计算得出通过使用无线信道进行通信其最短路径长度为2加0加1等于3跳，仅使用有线链路进行路由最短路径长度为2加1等于3跳，设δ为3，则该数据包被判定为短距离数据包，置WI_idc为0，但是由于距离该节点最近的无线路由节点的坐标为(2,2)，位于源节点使用XY路由算法路由至目的节点的路径的拐弯处，则将数据包包头标志位RS置为1，数据包采用YX路由算法路由至目的节点，路由路径为(0,2)，(0,3)，(1,3)，(2,3)。

Claims (1)

1.一种基于二维网格的无线片上网络的通信机制，所述无线片上网络是由若干个路由器组成，所述路由器分为无线路由器WR和有线路由器BR；所述若干个路由器之间是利用维序路由算法进行通信；任意一个路由器的输入端口为其自身的输出端口分配两个虚拟通道，包括：第一虚拟通道VC0和第二虚拟通道VC1；以所述二维网格中任一顶点上的路由器为原点O，与所述顶点上的路由器相通连的两条路由通道分别为X轴和Y轴，建立坐标系OXY；其特征是，所述通信机制是按如下步骤进行：
步骤1、设置所述无线片上网络中所传输的数据包头部的路由信息包含：路由策略RS和标志位WI_idc；若路由策略RS置为“0”，则表示数据包使用XY路由算法进行路由；若路由策略RS置为“1”，则表示数据包使用YX路由算法进行路由；若标志位WI_idc置为“0”，则表示所述数据包为短距离数据包；标志位WI_idc置为“1”，则表示所述数据包为长距离数据包；
步骤2、根据所传输的数据包中的源节点S(Xs,Ys)和目的节点D(Xd,Yd)的地址，利用式(1)判断所述数据包是否为长距离数据包，若是，则执行步骤3-步骤6；否则，表示所述数据包为短距离数据包，并执行步骤7-步骤9；
Path(S,WRs)+Path(WRd,D)+1<Path(S,D)-δ(1)
式(1)中，Path(S,WRs)表示与所述源节点S距离最近的无线路由器WRs和所述源节点S之间的最短路径长度；Path(WRd,D)表示与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd和所述目的节点D之间的最短路径长度；Path(S,D)表示与所述源节点S和所述目的节点D之间的最短路径长度；δ表示阈值；
步骤3、将所述数据包头部中的标志位WI_idc置为“1”、路由策略RS置为“0”；
步骤4、使用XY路由算法将所述数据包通过第二虚拟通道VC1发送至与源节点S距离最近的无线路由器WRs；
步骤5、所述无线路由器WRs将所接收到的数据包通过无线信道发送至与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd中；
步骤6、所述无线路由器WRd接收到所述数据包后，将数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”；并根据所述数据包中的目的节点地址，使用XY路由算法将所述数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤7、将所述数据包头部中的标志位WI_idc置为“0”、路由策略RS置为“0”；
步骤8、将所述源节点S(Xs,Ys)的纵坐标与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd的纵坐标YWRs进行比较；将目的节点D(Xd,Yd)的横坐标与所述目的节点D距离最近的无线路由器WRd的横坐标XWRs进行比较；若满足Xd＝XWRs且Ys＝YWRs且Yd≠YWRs，则执行步骤9；否则，使用XY路由算法路由将所述数据包通过第一虚拟通道VC0发送至目的节点D；
步骤9、路由策略RS置为“0”后，使用YX路由算法路由将所述数据包通过第二虚拟通道VC1发送至所述目的节点D。
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