CN109995652A - 一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，所述感知网络采用N×N 2D Mesh片上网络，包括预警信息路由过程、任务信息路由过程以及数据信息路由过程。本发明通过设置有三条传输通道——预警信息通道、任务信息通道和数据信息通道，分别传输NoC各网络节点状态及待传输数据余量的预警信息、各数据路由方案的任务信息和用户所需的数据信息，传输效率高，能快速地求得最佳路径，有效地改善传统NoC中存在的拥塞问题，杜绝死锁、活锁、饥饿现象的出现。

Description

一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法
技术领域
本发明涉及一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，属于片上网络技术领域。
背景技术
随着“大数据”时代的到来，现代社会信息爆炸式增长，海量的信息需要处理，用户对信息数据量的需求不断增长，追求信息速度越来越快。采用传统的单核处理器或简单的多核处理器已无法满足实际系统的实时性需求，研究表明，未来的大规模并行处理技术将取代传统的串行处理方式，日益提高的处理能力和处理速度要求将由空间域中的并行计算处理能力及其扩展能力提供，即通过增加相同的处理单元并辅以相关的调度机制实现高速大容量的计算和处理能力，未来的处理系统中将会集成成百上千个处理器，片上网络(Network on Chip，NoC)作为一种新型的片上通讯架构应运而生。
片上网络参考了传统的计算网络通信方式，将多核处理器系统和常规通信网络相结合，在进行通信时使用广域网中路由算法和交换技术来替换传统的总线方式，从而克服总线架构互连技术的传输效率低、可扩展性差、全局同步难等问题。
2D Mesh拓扑结构由于其简洁直观性，目前在片上网络系统中得到了广泛应用。该拓扑结构下的NoC可采用多种路由算法，并支持不止一种流控策略与通信协议，节点数量可以根据实际设计需求来调节的，配置灵活，可扩展性非常强。
用户信息数据量的不断增长，更强实时性和更大带宽的传输，成为了当前传输技术的目标。面对瀑布式数据，传统的NoC仍存在一个重要的通讯问题——拥塞问题。传统的NoC都是通过路由算法改善上述问题，通过判断下一节点的状态来不断更改路由方向，寻求临时的较佳路径，但是其并不能高效地判断多级之后的路由节点状态，对拥塞的缓解程度有限，延时较高，而且容易引发更多的问题，例如死锁、活锁、饥饿等问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，设置有三条传输通道——预警信息通道、任务信息通道和数据信息通道，分别传输NoC各网络节点状态及待传输数据余量的预警信息、各数据路由方案的任务信息和用户所需的数据信息，传输效率高，能快速地求得最佳路径，有效地改善传统NoC中存在的拥塞问题，杜绝死锁、活锁、饥饿现象的出现。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，所述感知网络采用N×N2D Mesh片上网络，包括预警信息路由过程、任务信息路由过程以及数据信息路由过程，其中预警信息路由过程包括以下步骤：
(a1)从感知网络的第一级节点d1开始，节点d1将其预警信息传递给两个相邻的下一级节点，此时下一级节点成为当前节点；所述预警信息为载有节点状态以及待传输数据余量的信息；
(a2)从第二级节点开始至第2N-2级节点，每一级中的节点分别将收到的预警信息与自身节点的预警信息融合后传递给与自身节点相邻的下一级节点；其中，若节点收到来自上一级两个节点传递的预警信息，则将两路预警信息与自身节点的预警信息融合传递给与自身节点相邻的下一级节点；若节点的下一级相邻节点有两个，则同时将融合后的预警信息传递至两个下一级节点；
(a3)最后一级节点d2收到上一级两个节点传递的预警信息，即收集到整个感知网络的预警信息，根据整个感知网络的预警信息确定最佳自适应路由算法，生成整个感知网络的任务调度分配方案；
任务信息路由过程包括以下步骤：
(b)最后一级节点d2生成整个感知网络的任务调度分配方案后，从最后一级节点d2开始，将携带任务调度分配方案的任务信息逐级向第一级节点d1传递，其中若当前节点的上一级相邻节点有两个，则同时将任务信息传递给两个上一级节点；若当前节点同时收到来自下一级节点的任务信息，则仅向当前节点的上一级节点传递一次任务信息；
数据信息路由过程包括以下步骤：
(c)各个节点收到任务信息后，获取下一节点的实时状态，根据任务信息中携带的任务调度分配方案，结合下一节点的实时状态实现用户数据信息的自适应路由。
步骤(a1)中，第一级节点每个预设时间向下一级节点发出更新的预警信息。
步骤(c)中，通过DyXY路由算法、奇偶转弯模型算法和XY-YX路由算法中的一种实现用户数据信息的自适应路由。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法将是预警信息通道、任务信息通道和数据信息通道三者并行路由传输，由预警信息通道和任务信息通道构成感知网络，实时调整数据调度方案，省去了传统路由算法中数据传输通道对各节点状态的传递工作，可以减小数据传输通道的传输量，并可整合全部片上网络资源，求出用户数据信息的最佳路径方案，避免了传统的片上网络占用传输通道时的优先级判断和延时等待，有效避免拥塞现象的产生；
(2)本发明提供的一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法采用预警信息两路传输，可保证信息的可靠性，提高结构的容错性。除第一级节点和最后一级节点之外，少数节点故障不会影响信息传递。即使部分节点出现故障，也可以通过故障节点上一级的传输情况和最后一级节点接收到的两路节点预警信息快速得到故障节点的位置；
(3)本发明提供的一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法在第一级节点d1发出一次预警信息一段时间之后，自动发出第二次预警信息，无需等待任务信息的到达，实现预警信息和任务信息的并行路由传输。
附图说明
图1为N×N2D Mesh感知网络结构图。
图2为预警信息路由过程示意图。
图3为任务信息路由过程示意图。
图中：1-预警信息通道，2-任务信息通道，3-数据信息通道，4-第一级节点，5-第二级节点，6-第三级节点，7-中间级节点，8-第五级节点，9-第六级节点，10-最后一级节点，11-边缘节点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，所述感知网络采用N×N2D Mesh片上网络，参照图1，利用预警信息通道1、任务信息通道2和数据信息通道3实现预警信息路由过程、任务信息路由过程以及数据信息路由过程，三个过程分别通过三条通道实现。预警信息、任务信息与数据信息是通过分离通道并行路由传输的，通过与数据信息分离传输，以及预警与任务的并行传输，实现预警信息和任务信息的快速传输。
其中预警信息路由过程包括以下步骤：
(a1)从感知网络的第一级节点d1开始，节点d1将其预警信息传递给两个相邻的下一级节点，此时下一级节点成为当前节点；所述预警信息为载有节点状态以及待传输数据余量的信息；
(a2)从第二级节点开始至第2N-2级节点，每一级中的节点分别将收到的预警信息与自身节点的预警信息融合后传递给与自身节点相邻的下一级节点；其中，若节点收到来自上一级两个节点传递的预警信息，则将两路预警信息与自身节点的预警信息融合传递给与自身节点相邻的下一级节点；若节点的下一级相邻节点有两个，则同时将融合后的预警信息传递至两个下一级节点；
(a3)最后一级节点d2收到上一级两个节点传递的预警信息，即收集到整个感知网络的预警信息，根据整个感知网络的预警信息确定最佳自适应路由算法，生成整个感知网络的任务调度分配方案；
以图2和图3所示的4×4 2D Mesh片上网络为例，从第一级节点4d1开始，将其节点状态及待传输数据余量的预警信息传递给两个相邻的第二级节点5，每个第二级节点5分别将其收到的预警信息和自身节点预警信息融合后传递给相邻的两个第三级节点6，以此类推，每一个节点分成两路同时发出预警信息；预警信息传递至中间级节点7后，每一级的节点数开始缩减，每两个节点传输预警信息至共同相邻的下一级节点，其中每一个边缘节点发出一路预警信息。图2的四个中间级节点7传输预警信息至三个第五级节点8，其中除边缘节点11之外的网络节点还是发出两路信息至相邻的两个第五级节点8，边缘节点11只发出一路信息至相邻的第五级边缘节点11，第五级节点8分别将上一级的两路信息融合后，按上一级的传输方式传输至第六级节点9，最终将整个网络的预警信息传递至最后一级节点10即d2节点。
参照图3，任务信息路由过程包括以下步骤：
(b)最后一级节点d2生成整个感知网络的任务调度分配方案后，从最后一级节点d2开始，将携带任务调度分配方案的任务信息逐级向第一级节点d1传递，其中若当前节点的上一级相邻节点有两个，则同时将任务信息传递给两个上一级节点；若当前节点同时收到来自下一级节点的任务信息，则仅向当前节点的上一级节点传递一次任务信息；
数据信息路由过程包括以下步骤：
(c)各个节点收到任务信息后，获取下一节点的实时状态，根据任务信息中携带的任务调度分配方案，结合下一节点的实时状态实现用户数据信息的自适应路由。
步骤(a1)中，第一级节点每个预设时间向下一级节点发出更新的预警信息。
步骤(c)中，通过DyXY路由算法、奇偶转弯模型算法和XY-YX路由算法中的一种实现用户数据信息的自适应路由。
本发明提供的一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，设置有三条传输通道——预警信息通道、任务信息通道和数据信息通道，分别传输NoC各网络节点状态及待传输数据余量的预警信息、各数据路由方案的任务信息和用户所需的数据信息，传输效率高，能快速地求得最佳路径，有效地改善传统NoC中存在的拥塞问题，杜绝死锁、活锁、饥饿现象的出现。

Claims (3)

1.一种基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，其特征在于：所述感知网络采用N×N2D Mesh片上网络，预警信息路由过程、任务信息路由过程以及数据信息路由过程，其中预警信息路由过程包括以下步骤：
(a1)从感知网络的第一级节点d1开始，节点d1将其预警信息传递给两个相邻的下一级节点，此时下一级节点成为当前节点；所述预警信息为载有节点状态以及待传输数据余量的信息；
(a2)从第二级节点开始至第2N-2级节点，每一级中的节点分别将收到的预警信息与自身节点的预警信息融合后传递给与自身节点相邻的下一级节点；其中，若节点收到来自上一级两个节点传递的预警信息，则将两路预警信息与自身节点的预警信息融合传递给与自身节点相邻的下一级节点；若节点的下一级相邻节点有两个，则同时将融合后的预警信息传递至两个下一级节点；
(a3)最后一级节点d2收到上一级两个节点传递的预警信息，即收集到整个感知网络的预警信息，根据整个感知网络的预警信息确定最佳自适应路由算法，生成整个感知网络的任务调度分配方案；
任务信息路由过程包括以下步骤：
(b)最后一级节点d2生成整个感知网络的任务调度分配方案后，从最后一级节点d2开始，将携带任务调度分配方案的任务信息逐级向第一级节点d1传递，其中若当前节点的上一级相邻节点有两个，则同时将任务信息传递给两个上一级节点；若当前节点同时收到来自下一级节点的任务信息，则仅向当前节点的上一级节点传递一次任务信息；
数据信息路由过程包括以下步骤：
(c)各个节点收到任务信息后，获取下一节点的实时状态，根据任务信息中携带的任务调度分配方案，结合下一节点的实时状态实现用户数据信息的自适应路由。
2.根据权利要求1所述的基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，其特征在于：步骤(a1)中，第一级节点每个预设时间向下一级节点发出更新的预警信息。
3.根据权利要求1所述的基于冗余通道构筑的片上网络感知预警路由方法，其特征在于：步骤(c)中，通过DyXY路由算法、奇偶转弯模型算法和XY-YX路由算法中的一种实现用户数据信息的自适应路由。
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