CN113286348B - 一种互连网络及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互连网络及其通信方法。所述互连网络包括：多块电路板；各电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个芯片为一个计算节点；路由节点与所在电路板上的多个芯片无线连接；各路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块电路板上的多个芯片之间无线连接。本发明中一个电路板为一个簇，采用无线通信方式支持分簇式网络中的簇内通信，采用有线通信方式支持簇间通信，既解决了现有系统中由簇内布线复杂引起的相关问题，又能控制不同簇之间的相互干扰。

Description

一种互连网络及其通信方法

技术领域

本发明涉及互连网络及无线通信领域，特别是涉及一种互连网络及其通信方法。

背景技术

近年来，神经形态计算得到了人们的广泛关注。作为一种非冯·诺依曼体系的新型计算架构，神经形态计算有望能解决当前集成电路产业面临的摩尔定律放缓、能耗升高和冯·诺依曼瓶颈等诸多挑战，具有广阔的应用前景。截至目前，以TrueNorth、SpiNNaker为代表的神经形态系统先后问世。这些系统往往由上万块电路板组成，而每块电路板上又集成了数十枚神经形态芯片。海量的芯片之间可以互相通信，从而形成了大规模的互连网络。从拓扑结构的角度看，互连网络中的一个电路板可视为一个簇，一个芯片可视为一个计算节点。因此，神经形态系统中的芯片互连形成了一个包含了上万个簇、数十万个计算节点的分簇式网络。

在当前神经形态系统中，芯片间是通过有线方式连接的。然而，随着系统规模的日渐扩大，芯片间布线越来越复杂。这导致了有线连接在数据容量、功耗及线间串扰等方面的问题会越来越突出。不过，随着5G时代的到来，无线通信技术有望解决芯片间有线连接的这些困难。若在当前系统的分簇式网络中使用无线通信技术来实现互连，那么网络中的簇即可视为蜂窝小区，从而分簇式网络即可视为蜂窝网络。基于蜂窝通信原理，通过为不同的簇分配不同的信道可以有效避免邻簇之间的干扰，而通过时分多址的方式可以区分簇内的计算节点。此外，由于无线通信固有的广播特性，一个簇内的某个计算节点发射的信息可以同时被该簇内其他所有的计算节点都接收到。因此，一个簇内的计算节点将按照一种令牌总线的工作模式来通信。

在互连网络架构方面，当前神经形态系统中的芯片是有线互连的，芯片间布线复杂及其引起的相关问题会影响系统的工作性能。为了解决这个挑战，采用无线连接取代现有系统中的有线连接一个有前景的解决方案。在现有的无线互连方案中，一种方案为基于蜂窝Ad hoc的芯片间无线互连系统组网方法，其方案采用了纯无线互连架构。此外，另外一种芯片间无线互连结构，其方案主要设计了纯无线互连网络的物理层架构。然而，一个神经形态系统中包含上万个簇，若在簇间通信中采用无线连接会带来严重的干扰问题，同时还会大大增加通信复杂度，得不偿失。

发明内容

基于此，有必要提供一种互连网络及其通信方法，以采用无线通信方式支持分簇式网络中的簇内通信，采用有线通信方式支持簇间通信，既解决了现有系统中由簇内布线复杂引起的相关问题，又能控制不同簇之间的相互干扰。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种互连网络，包括：多块电路板；各所述电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个所述芯片为一个计算节点；

所述路由节点与所在电路板上的多个所述芯片无线连接；各所述路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块所述电路板上的多个所述芯片之间无线连接。

可选的，相邻电路板所采用的信道频率不同；所述电路板上任意两个计算节点之间采用集中式令牌总线通信。

可选的，所述互连网络，还包括多个无线模块；各所述路由节点和各所述计算节点均连接一个所述无线模块。

可选的，各所述路由节点和各所述计算节点与对应的所述无线模块通过有线方式连接。

本发明还提供了一种互连网络通信方法，所述方法用于上述所述的互连网络中，所述方法包括：

采用频率复用的方式，将所有的簇划分为多个小区，并为所述小区内不同的簇分配不同的信道频率；一个电路板为一个簇；

对于任意一个小区，各簇内的路由节点控制计算节点之间采用集中式令牌总线的工作方式通信。

可选的，所述各簇内的路由节点控制计算节点之间采用集中式令牌总线的工作方式通信，具体包括：

当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包；所述数据包包括目标节点的地址；

当前簇内的路由节点和剩余计算节点接收所述数据包；所述剩余计算节点为当前簇中除源节点之外的计算节点；

当前簇内接收所述数据包的节点判断自身是否为目标节点；

若当前簇内接收所述数据包的节点中存在目标节点，则所述目标节点保留所述数据包，当前簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包；

若当前簇内接收所述数据包的节点中不存在目标节点，则执行簇间通信过程；

所述簇间通信过程包括：

当前簇内的路由节点保留所述数据包，当前簇内除所述路由节点之外的节点舍弃所述数据包；

当前簇内的路由节点查询路由表确定目标簇的路由节点，并将所述数据包通过有线方式传输给目标簇的路由节点；

目标簇的路由节点通过广播的方式将所述数据包传输给目标簇内的所有计算节点；

目标簇内的计算节点通过所述数据包确定目标节点，所述目标节点保留所述数据包，目标簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包。

可选的，在所述当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包之前，还包括：

确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；所述令牌传递次序表中一个时隙对应一个允许传输的计算节点；一个所述工作周期包括多个所述时隙；

所述路由节点产生令牌，所述令牌依据所述令牌传递次序表按照时隙在允许传输的计算节点中传递，并将所述令牌传递到的允许传输的计算节点确定为源节点。

可选的，所述确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表，具体包括：

判断当前工作周期是否为控制周期，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为否，则将上一工作周期的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；

若所述第一判断结果为是，则执行次序表更新过程；

所述次序表更新过程为：

所述路由节点接收变更请求；所述变更请求包括准备加入上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的加入请求和准备退出上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的退出请求；

所述路由节点统计前设定个工作周期内各个所述计算节点的流量，以确定各所述计算节点的负载量；

所述路由节点根据所述变更请求和所述负载量更新所述令牌传递次序表，并将更新后的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表。

可选的，所述判断当前工作周期是否为控制周期，具体包括：

判断当前工作周期之前是否有连续设定个通信周期，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为是，则当前工作周期为控制周期；若所述第二判断结果为否，则当前工作周期为通信周期。

可选的，在所述当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包之后，还包括：

判断当前簇内的路由节点是否接收到所述数据包，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为否，则确定所述源节点为故障节点，将所述故障节点从所述令牌传递次序表中删除，所述路由节点产生新令牌，并将所述新令牌传递给下一时隙对应的允许传输的计算节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提出了一种互连网络及其通信方法，所述互连网络包括：多块电路板；各电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个芯片为一个计算节点；路由节点与所在电路板上的多个芯片无线连接；各路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块电路板上的多个芯片之间无线连接，一个电路板为一个簇，采用无线通信方式支持分簇式网络中的簇内通信，采用有线通信方式支持簇间通信，既解决了现有系统中由簇内布线复杂引起的相关问题，又能控制不同簇之间的相互干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的互连网络结构图；

图2为本发明实施例提供的无线模块的结构框图；

图3为本发明实施例提供的芯片间互连网络拓扑架构图；

图4为本发明实施例提供的频率复用方案示意图；

图5为本发明实施例提供的芯片间通信流程图；

图6为本发明实施例提供的簇内工作模式示意图；

图7为本发明实施例提供的簇内工作周期示意图；

图8为本发明实施例提供的簇内工作流程图；

图9为本发明实施例提供的簇内故障检测和排除流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

相较于现有的纯无线互连架构，簇间通信采用有线连接，而簇内通信采用无线连接，是更具可行性的方案。目前，尚缺乏针对芯片间互连网络的有线无线混合架构方案。本实施例提供了一种芯片间有线无线混合架构互连网络。

图1为本发明实施例提供的互连网络结构图。参见图1，所述互连网络包括：多块电路板1；各所述电路板1上均设置路由节点2和多个芯片3，一个所述芯片3为一个计算节点。所述路由节点2与所在电路板1上的多个所述芯片3无线连接；各所述路由节点2均与相邻电路板上的路由节点2通过连线4有线连接；任意一块所述电路板1上的多个所述芯片3之间无线连接。所述电路板1为支持无线传输的电路板，所述路由节点2为混合通信路由节点。

在一块电路板1上，路由节点2用于实现三个通信功能：(1)控制本电路板内计算节点的通信；(2)支持与本电路板上的计算节点进行无线通信；(3)支持与其他电路板上的路由节点2进行有线通信。

在一块电路板1上，每个计算节点用于实现两个通信功能：(1)支持与本电路板上的其他计算节点进行无线通信；(2)支持与本电路板上的路由节点2进行无线通信。

作为一种可选的实施方式，所述互连网络，还包括多个无线模块5；各所述路由节点2和各所述计算节点均连接一个所述无线模块5。各所述路由节点2和各所述计算节点与对应的所述无线模块5通过有线方式连接。图1展示了4块电路板1构成的互连网络结构，电路板1以二维网格状排布。每块电路板1上包含了16个计算节点(即芯片3)和1个路由节点2。每个节点都配置了一个无线模块5，即共包括17个无线模块5。

作为一种可选的实施方式，图2给出了与计算节点连接的无线模块5的一种结构，而与路由节点2连接的无线模块5的结构同理。需要说明的是，图2所示的结构仅是无线模块5的一种参考实例，并非唯一结构。无线模块5还可以采用其他类型的结构。如图2所示，无线通信模块包含了基带处理器、本地振荡器、调制器、功率放大器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、解调器等部件。在发射信息时，首先，基带处理器对待传输的基带数据进行处理，并控制本地振荡器产生载频信号；然后，调制器将基带数据调制到本地振荡器产生的载频信号上；接着，功率放大器将待发射信号的功率放大；最后，发射天线将待传输信号发射出去。在接收信息时，首先，接收天线接收到信号；然后，低噪声放大器用于放大微弱的接收信号、降低噪声；接着，解调器根据本地振荡器产生的载频信号，将接收信号解调到基带上；最后，基带处理器对接收到的基带信号进行处理。

本实施例的互连网络具有分簇式的拓扑结构，其结构示意图如图3所示。该互连网络中的每个电路板可视为一个簇，其中：路由节点可视为簇头，每个计算节点可视为簇内的一个成员。这个分簇式拓扑结构中包含了簇间通信和簇内通信两种通信场景。其中，簇间通信即不同簇的簇头之间的通信，该通信为有线通信。不同簇的簇头可组成多种拓扑结构的通信网络。图3所示的结构为其一种可能实例，即网状拓扑结构。参见图3，簇头呈二维网格状排布，每个簇头用R表示，而该簇头所位于的行的序号用i表示，该簇头所位于的列的序号用j表示。此外，簇内通信即同簇内不同成员之间的通信，该通信为无线通信。由于无线通信的特性，每个成员都可以与本簇内的簇头和其他成员通信。

本实施例的互连网络为了避免无线通信特性带来的簇间干扰，相邻电路板所采用的信道频率不同，即该互连网络在通信时采用频率复用的方式，将所有的簇划分为各个小区，并为小区内不同的簇分配不同的频率。

在簇内工作模式方面，若采用传统的令牌总线工作模式，那么随着通信流量的增加，可能会面临效率低下、可靠性难以保证等挑战。在现有的令牌总线改进方案中，一种为基于私有协议的户外施工设备无线网络控制系统，其中包括了一种适用于令牌总线的动态优先级划分方法，能够让节点在通信流量过大或面临突发事件时通过中断机制来争取到令牌总线中更多的时间资源。此外，另一种令牌总线时隙预定义方法，能够为令牌总线中的所有节点预先定义好传输信息的时间，从而克服了节点故障带来的中断问题。以上两种方案在一定程度上克服了传统的令牌总线效率低和可靠性差的问题。然而，一个神经形态系统中包含了上万个簇，采用中断机制会大幅增加控制成本，并且不利于网络的全局控制。此外，神经形态系统中的故障节点需要被及时移出网络，而时隙预定义的方法不能排除故障节点，并且不利于网络的扩展。

因此，本实施例的互连网络，在簇内工作模式方面，每个簇内的任意两个计算节点之间采用集中式令牌总线通信。该簇内的路由节点负责管理本簇内计算节点的通信，可实现令牌传递优先级动态调节、增加和删减计算节点、检测和排除故障节点等功能，使网络具有较高的效率、灵活性、可扩展性和可靠性。

基于同一发明构思，本发明另一实施例还提供了一种互连网络通信方法，所述方法用于上述所述的互连网络中，该方法可应用于网络中的任意两个计算节点之间，既可支持同簇计算节点之间的通信，又可支持异簇计算节点之间的通信。所述方法包括：

步骤101：采用频率复用的方式，将所有的簇划分为多个小区，并为所述小区内不同的簇分配不同的信道频率；一个电路板为一个簇。

该步骤中为了避免无线通信特性带来的簇间干扰，所以采用频率复用的方式，将所有的簇划分为各个小区，并为小区内不同的簇分配不同的频率。不同的频率复用方案，其通信复杂度和计算节点间干扰水平也不同。具体来说，一个小区内包含的簇越多，则需要的频点越多，通信复杂度越高，但计算节点间干扰水平会越低。

步骤102：对于任意一个小区，各簇内的路由节点控制计算节点之间采用集中式令牌总线的工作方式通信。

所述步骤102，具体包括：

(1)当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包；所述数据包包括目标节点的地址；一个电路板为一个簇。

(2)当前簇内的路由节点和剩余计算节点接收所述数据包；所述剩余计算节点为当前簇中除源节点之外的计算节点。

(3)当前簇内接收所述数据包的节点判断自身是否为目标节点。

①若当前簇内接收所述数据包的节点中存在目标节点，则所述目标节点保留所述数据包，当前簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包。

②若当前簇内接收所述数据包的节点中不存在目标节点，则执行簇间通信过程。所述簇间通信过程包括：

当前簇内的路由节点保留所述数据包，当前簇内除所述路由节点之外的节点舍弃所述数据包。当前簇内的路由节点查询路由表确定目标簇的路由节点，并将所述数据包通过有线方式传输给目标簇的路由节点。目标簇的路由节点通过广播的方式将所述数据包传输给目标簇内的所有计算节点。目标簇内的计算节点通过所述数据包确定目标节点，所述目标节点保留所述数据包，目标簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包。

作为一种可选的实施方式，在步骤(1)之前，还包括：

确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；所述令牌传递次序表中一个时隙对应一个允许传输的计算节点；一个所述工作周期包括多个所述时隙。

所述路由节点产生令牌，所述令牌依据所述令牌传递次序表按照时隙在允许传输的计算节点中传递，并将所述令牌传递到的允许传输的计算节点确定为源节点。

作为一种可选的实施方式，所述确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表，具体包括：

判断当前工作周期是否为控制周期，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为否(当前工作周期为通信周期)，则将上一工作周期的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；若所述第一判断结果为是，则执行次序表更新过程。

所述次序表更新过程为：

所述路由节点接收变更请求；所述变更请求包括准备加入上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的加入请求和准备退出上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的退出请求。

所述路由节点统计前设定个工作周期内各个所述计算节点的流量，以确定各所述计算节点的负载量。

所述路由节点根据所述变更请求和所述负载量更新所述令牌传递次序表，并将更新后的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表。

作为一种可选的实施方式，所述判断当前工作周期是否为控制周期，具体包括：

判断当前工作周期之前是否有连续设定个通信周期，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则当前工作周期为控制周期；若所述第二判断结果为否，则当前工作周期为通信周期。

作为一种可选的实施方式，在步骤(1)之后，还包括：

判断当前簇内的路由节点是否接收到所述数据包，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为否，则确定所述源节点为故障节点，将所述故障节点从所述令牌传递次序表中删除，所述路由节点产生新令牌，并将所述新令牌传递给下一时隙对应的允许传输的计算节点。

下面具体以四块电路板为例，采用四色频率复用方式对上述互连网络通信方法进行详细说明。

为了避免无线通信特性带来的簇间干扰，该具体实施例采用了四色频率复用方式，如图4所示。将网络中的四个簇划为一个小区，并通过四个信道支持小区内的四个簇完成通信。图4中的黑色框即代表一个小区，其中四个信道的中心频率分别记为f₁、f₂、f₃和f₄。采用四色频率复用方案的原因在于，网络中的一个簇相当于实际中的一块电路板，其物理形状为矩形。从空间上看，这些电路板呈网格状排布，每个电路板会与其他四个电路板相邻。因此，在这个场景下，采用四色频率复用方式较为恰当。由于相邻的簇使用的信道频率不相同，相邻的簇之间便不会产生干扰；而采用相同信道的簇并不相邻，所以它们之间的相互干扰也可控制在较低的水平。需要说明的是，此处采用四色频率复用方式的方法仅是互连网络通信方法的一种复用方案。上述实施例中互连网络通信方法仍然可以支持不同的频率复用方案。

进一步地，在本具体实施例中，网络中任意两个计算节点n_s和n_d之间通信的流程图如图5所示，其中n_s为源节点，n_d为目标节点。具体步骤如下所示：

S1：源节点n_s发射数据包，该包中包含了目标节点n_d的地址。

S2：路由节点R₁和其他计算节点接收数据包，并获取目标节点n_d的地址。

S3：本簇内所有接收到数据包的节点判断自身是否为目标节点，即相当于判断目标节点n_d是否与源节点n_s同簇。

若本簇内的某一计算节点为目标节点，即目标节点n_d与源节点n_s同簇，则执行如下子步骤：

SS1：目标节点n_d将数据包保留，路由节点R₁和其他计算节点将数据包舍弃。

若本簇内的计算节点均非目标节点，即目标节点n_d与源节点n_s不同簇，则执行如下子步骤：

SS1：路由节点R₁将数据包保留，其他计算节点将数据包舍弃。

SS2：路由节点R₁查询路由表，并通过有线连接将数据包传给目标簇路由节点R₂。

SS3：路由节点R₂通过广播的方式将数据包传给目标簇内的所有计算节点。

SS4：目标节点n_d将数据包保留，其他计算节点将数据包舍弃。

在本具体实施例中，每个簇内的计算节点通过一种集中式令牌总线的工作模式通信，如图6的(a)部分表示。具体来说，每个簇的路由节点会控制所有计算节点完成通信。通信的过程是以周期为单位进行的。每个通信周期被划分为N个时隙，每个时隙内仅允许一个计算节点进行通信，时隙的个数N可能会大于计算节点的数量。

进一步地，在一个通信周期开始时，路由节点会产生一个令牌，如图6所示。令牌代表了计算节点的通信权限：只有持有令牌的计算节点才能发射信息，没有令牌的计算节点不允许发射信息。令牌以时隙为单位进行有次序的传输。在某一个时隙内持有令牌的计算节点仅允许在该时隙内发射信息。发射完成之后，该计算节点需要按照传递次序把令牌传递给下一个计算节点。

进一步地，为了规定令牌的传递次序，路由节点会产生一个令牌传递次序表，如图6的(b)部分表示。表中记录了各个节点的传递次序，该次序并不要求与节点的序号顺序相一致。此外，一个计算节点允许在一个通信周期中使用多个时隙，而一个时隙仅能用于一个计算节点的通信。在一个通信周期开始后，路由节点会首先将令牌传给表中的第一个计算节点，随后各个计算节点按照表中的顺序来传递令牌。在正常情况下，系统中同时只允许有一个令牌。因此，这种基于令牌传递的通信方式相当于在时间维度上区分了各个计算节点，即时分多址方式，从而簇内的各个计算节点在通信时不会产生冲突。当令牌传递次序表遍历过一次之后，最后传输的计算节点会将令牌递交给路由节点，自此便完成了一个通信周期。还需说明的是，由于路由节点不需要传输信息，所以不需要占用时隙。而相比于时隙的长度，路由节点用于控制的时间成本可以忽略不计。因此，令牌传递次序表中并不包含路由节点。

进一步地，某一持有令牌的计算节点在通信时，会发射一个数据包，该数据包中需要包括目标计算节点的地址。若某一持有令牌的计算节点并没有通信需求，该节点仍需发射一个空数据包，其中包含了空地址。

需要强调的是，本具体实施例中采用了令牌总线的工作模式，并不是令牌环。在令牌总线中，每个计算节点传输的信息可以被同簇内其他计算节点都接收到，而接收到信息的计算节点可以判断该信息是否是本计算节点所需要的信息；但是，在令牌环中，每个计算节点仅能按传输次序将信息传输给下一个计算节点，同簇内其他计算节点无法接收到该信息。在具体实施例中，由于无线通信的广播特性，每个计算节点可以收到同簇内其他计算节点发射的信息。因此，这种工作模式属于令牌总线。此外，本具体实施例中的令牌总线是集中式的，因为本具体实施例中是通过路由节点来控制令牌在计算节点中的传递的，而这与传统的分布式令牌总线是不同的。

在具体实施例中，每个簇的路由节点会定期地管理簇内令牌总线中计算节点的通信。具体来说，每完成了5个通信周期后，路由节点会进入1个控制周期，如图7所示。在控制周期中，路由节点会依次经过变动信息管理、流量统计和次序表更新三个阶段。

在变动信息管理阶段，打算加入网络的新计算节点或打算退出网络的旧计算节点需要向路由节点发出加入或退出的请求，路由节点会汇总在这一阶段收到的所有请求。

在流量统计阶段，路由节点会统计令牌总线中各个计算节点的流量，并以此为依据对令牌传递的优先级进行动态调节。具体来说，由于无线通信的特性，每个计算节点传输的信息均可被路由节点接收到。因此，在控制周期时，路由节点可以统计在过去5个通信周期内各个计算节点的流量，以确定负载较重和负载较轻的计算节点。

在次序表更新阶段，路由节点会根据变动信息管理阶段中的请求调整令牌传递次序表：将新增的计算节点加入次序表，并为之安排一个时隙；将退出的计算节点移出次序表，并删除对其的时隙安排。此外，路由节点会根据流量统计阶段的统计结果调整令牌传递次序表：为负载较重的计算节点增加时隙，为负载较轻的计算节点减少时隙。

当控制周期结束后，令牌总线将开始新的通信周期。每经过一个通信周期或控制周期，运行周期数都加1。网络按照这种方式往复运行，直到运行到网络预先设定的最大周期数为止。令牌总线的工作流程如图8所示，其中，工作周期数为C，最大工作周期数为C_max，当前工作周期之前的连续设定个通信周期数为i。

在具体实施例中，每个簇的路由节点能够在通信周期内检测故障节点并将之排除。具体来说，在传统的令牌总线结构中，当一个计算节点存在故障时，令牌传递会在该节点处中止，从而使得令牌总线的通信中断。然而，在具体实施例中，故障节点可以被路由节点检测到。这是因为，根据无线通信的特性，每个计算节点发射的数据包都可被路由节点接收到。若在一个通信周期内的某个时隙结束后，路由节点没有接收到任何数据包，则可判断该时隙对应的计算节点发生了故障。当路由节点检测到故障时，路由节点会立即执行如下两个步骤：

S1：将故障节点从次序表中删除并更新令牌传递次序表，从而保证之后的通信周期中该故障节点不会影响令牌总线整体的通信。

S2：产生一个新令牌，并将之传输给会在下一个时隙内对应的计算节点。

上述过程的流程图如图9所示。当该故障节点恢复正常后，若要重新加入网络，那么它须在路由节点的控制周期中的变动信息管理阶段发送加入请求。

在本具体实施例中，每个簇内的计算节点通过集中式令牌总线来通信。与传统的令牌总线相同的是，各个计算节点依然是通过令牌传递完成通信的，即：只有持有令牌的计算节点才能发射信息，没有令牌的计算节点不允许发射信息。因此，基于令牌传递的时分特性，簇内的各个计算节点不会产生冲突。但是，在传统的令牌总线中，各个计算节点是分布式工作的；而本具体实例中，需要通过路由节点来控制本簇内的令牌传递，以协调所有计算节点完成通信。

在本具体实施例中，通过路由节点来管理本簇内计算节点的通信，可以对令牌传递的优先级进行动态调节，即为负载较重的计算节点分配更多的资源，以提升系统的效率。这种集中式的动态调节会比分布式的动态调节更加灵活，而且有利于对系统的全局控制。此外，路由节点可以灵活地增加和删减簇内的计算节点，以提升系统的扩展性。最后，路由节点能有效地检测故障节点并将之从网络中删除，从而克服了当前方案中只能检测故障不能排除故障的缺陷，进一步提升了系统的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种互连网络，其特征在于，包括：多块电路板；各所述电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个所述芯片为一个计算节点；

所述路由节点与所在电路板上的多个所述芯片无线连接；各所述路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块所述电路板上的多个所述芯片之间无线连接；

相邻电路板所采用的信道频率不同；所述电路板上任意两个计算节点之间采用集中式令牌总线通信，具体包括：

当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包；所述数据包包括目标节点的地址；

当前簇内的路由节点和剩余计算节点接收所述数据包；所述剩余计算节点为当前簇中除源节点之外的计算节点；

当前簇内接收所述数据包的节点判断自身是否为目标节点；

若当前簇内接收所述数据包的节点中存在目标节点，则所述目标节点保留所述数据包，当前簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包；

若当前簇内接收所述数据包的节点中不存在目标节点，则执行簇间通信过程；

所述簇间通信过程包括：

当前簇内的路由节点保留所述数据包，当前簇内除所述路由节点之外的节点舍弃所述数据包；

当前簇内的路由节点查询路由表确定目标簇的路由节点，并将所述数据包通过有线方式传输给目标簇的路由节点；

目标簇的路由节点通过广播的方式将所述数据包传输给目标簇内的所有计算节点；

目标簇内的计算节点通过所述数据包确定目标节点，所述目标节点保留所述数据包，目标簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包；

在所述当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包之前，还包括：

确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；所述令牌传递次序表中一个时隙对应一个允许传输的计算节点；一个所述工作周期包括多个所述时隙；

所述路由节点产生令牌，所述令牌依据所述令牌传递次序表按照时隙在允许传输的计算节点中传递，并将所述令牌传递到的允许传输的计算节点确定为源节点。

2.根据权利要求1所述的一种互连网络，其特征在于，还包括多个无线模块；各所述路由节点和各所述计算节点均连接一个所述无线模块。

3.根据权利要求2所述的一种互连网络，其特征在于，各所述路由节点和各所述计算节点与对应的所述无线模块通过有线方式连接。

4.一种互连网络通信方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1-3中任意一项所述的互连网络中，所述方法包括：

采用频率复用的方式，将所有的簇划分为多个小区，并为所述小区内不同的簇分配不同的信道频率；一个电路板为一个簇；

对于任意一个小区，各簇内的路由节点控制计算节点之间采用集中式令牌总线的工作方式通信；

所述各簇内的路由节点控制计算节点之间采用集中式令牌总线的工作方式通信，具体包括：

当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包；所述数据包包括目标节点的地址；

当前簇内的路由节点和剩余计算节点接收所述数据包；所述剩余计算节点为当前簇中除源节点之外的计算节点；

当前簇内接收所述数据包的节点判断自身是否为目标节点；

若当前簇内接收所述数据包的节点中存在目标节点，则所述目标节点保留所述数据包，当前簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包；

若当前簇内接收所述数据包的节点中不存在目标节点，则执行簇间通信过程；

所述簇间通信过程包括：

当前簇内的路由节点保留所述数据包，当前簇内除所述路由节点之外的节点舍弃所述数据包；

当前簇内的路由节点查询路由表确定目标簇的路由节点，并将所述数据包通过有线方式传输给目标簇的路由节点；

目标簇的路由节点通过广播的方式将所述数据包传输给目标簇内的所有计算节点；

目标簇内的计算节点通过所述数据包确定目标节点，所述目标节点保留所述数据包，目标簇内除所述目标节点之外的节点舍弃所述数据包；

在所述当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包之前，还包括：

确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；所述令牌传递次序表中一个时隙对应一个允许传输的计算节点；一个所述工作周期包括多个所述时隙；

所述路由节点产生令牌，所述令牌依据所述令牌传递次序表按照时隙在允许传输的计算节点中传递，并将所述令牌传递到的允许传输的计算节点确定为源节点。

5.根据权利要求4所述的一种互连网络通信方法，其特征在于，所述确定所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表，具体包括：

判断当前工作周期是否为控制周期，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为否，则将上一工作周期的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表；

若所述第一判断结果为是，则执行次序表更新过程；

所述次序表更新过程为：

所述路由节点接收变更请求；所述变更请求包括准备加入上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的加入请求和准备退出上一工作周期的令牌传递次序表中的计算节点发出的退出请求；

所述路由节点统计前设定个工作周期内各个所述计算节点的流量，以确定各所述计算节点的负载量；

所述路由节点根据所述变更请求和所述负载量更新所述令牌传递次序表，并将更新后的令牌传递次序表确定为所述路由节点在当前工作周期的令牌传递次序表。

6.根据权利要求5所述的一种互连网络通信方法，其特征在于，所述判断当前工作周期是否为控制周期，具体包括：

判断当前工作周期之前是否有连续设定个通信周期，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为是，则当前工作周期为控制周期；若所述第二判断结果为否，则当前工作周期为通信周期。

7.根据权利要求4所述的一种互连网络通信方法，其特征在于，在所述当前簇内的源节点通过广播的方式发射数据包之后，还包括：

判断当前簇内的路由节点是否接收到所述数据包，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为否，则确定所述源节点为故障节点，将所述故障节点从所述令牌传递次序表中删除，所述路由节点产生新令牌，并将所述新令牌传递给下一时隙对应的允许传输的计算节点。

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