CN114185844B - 一种适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力边缘计算和片上网络领域，公开了一种基于区域生长树的片上网络容错路由方法，包括如下步骤：步骤一、给出节点的定义；步骤二、定义当前数据包存在两种模式，分别为普通模式和树模式；步骤三、判断当前数据包的路由模式；步骤四、根据当前数据包的模式，即所在节点，进行不同的操作和使用路由算法。本发明通过广度优先搜索（Breadth‑First‑Search，BFS）重新激活故障块中经失效的一些节点，提高了故障覆盖率。
Description
技术领域
本发明属于电力边缘计算和片上网络领域，尤其涉及一种适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法。
背景技术
随着纳米级制造工艺的普及和集成电路工艺尺寸的缩小，单片芯片上能够集成数百亿个晶体管，集成电路设计的复杂性日益增加。目前，智能电网更多的通过电网信息化的方式，实现种更为高级的应用，其中电力边缘计算芯片适用于各种边缘端的业务场景，同时多核边缘计算芯片和众核并行系统的出现，对计算性能的需求显著提高。对于片上通信，传统的总线架构已经不足以支持多核之间的高带宽通信。片上网络 (Network-on-Chip，NoC)已成为一种业界通用的，具有良好前景的技术。其中数千个模块通过网络连接并通过发送数据包通过路由器进行通信。通过支持多核的模块化和重用，片上网络在架构建模中实现了更高级别的抽象。如图1所示，片上网络由若干个节点组成，节点主要由计算单元（Process Element，PE）和路由器（Router）构成。
片上网络容易受到规模和复杂性的影响，串扰、辐射效应、生产缺陷、电路老化都会导致故障率显着增加，因此，容错路由算法应运而生，以保持系统正常运行，防止组件缺陷或故障。由于物理故障是不可预测和不可避免的，容错路由方法已成为近年来片上网络研究中最活跃的领域。为了避免片上网络中的故障，一些路由算法使用替代路径来绕过不健康的节点。
离线路由算法使用路由表来存储重新计算后的新路径信息。基于区域的路由将故障区域定义为故障块，同时将故障块绕行一圈的节点路径定义为故障环。其中，数据包基于XY路由算法，添加Y轴的旁路功能，即如果目的节点和当前节点在同一列，则允许数据包以旁路的方式，通过Y方向的节点。另一种容错路由算法称为拓扑自适应路由算法，其通过遍历拓扑来构建生成树。拓扑自适应路由算法的最大特点是它可以适应所有不规则拓扑，包括由于节点或链路故障而导致的不规则网状拓扑。
在基于Mesh（网状网络）拓扑结构的片上网络路由算法中，已有基于区域路由算法，但由于会产生错误区域，并失效内部节点，故浪费了一些健康节点。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法
,以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明过广度优先搜索（Breadth-First-Search，BFS）重新激活故障块中经失效的一些节点来提高故障覆盖率。具体技术方案如下：
一种基于区域生长树的片上网络容错路由方法，包括如下步骤：
步骤一、给出节点的定义；
步骤二、定义当前数据包存在两种模式，分别为普通模式和树模式；
步骤三、判断当前数据包的路由模式；
步骤四、根据当前数据包的模式，即所在节点，进行不同的操作和使用路由算法。
进一步地，所述步骤一的节点的定义如下：
节点F代表故障节点，若某健康节点的东南西北四个邻居节点中有两个及以上为故障节点或不稳定节点，则该健康节点被定义为不稳定节点U，当网络中无节点更新时停止遍历，此时，错误节点和不稳定节点会产生若干个矩形错误区域，在该区域中的节点默认不可用；
若某故障节点位于网络中的南边界，则该节点被定义为南边界节点S，若某S节点周围8个邻居节点中存在错误节点F，则该错误节点被定义为南边界节点S；
当网络中无节点更新时停止遍历，此时在所有S节点中，所在行最靠近北边界的S节点所在行以南所有行被定义为南边界区域，区域中的健康节点被定义为不稳定节点U；
在每个错误区域中，存在若干个由不稳定节点所构成的不稳定区域，对于错误区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域中存在节点位于该错误区域的南边界，则定义该不稳定区域中位于南边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R；
相似的，对于南边界区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域存在节点位于该南边界区域的北边界，则定义该不稳定区域中位于北边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R。
进一步地，步骤二中，普通模式为位于健康节点时，数据包根据带有旁路功能的XY路由算法进行路由；树模式为数据包位于不稳定区域中，即位于生长树时，根据树路由算法的方法进行路由。
进一步地，步骤三的具体步骤为：
若当前模式等于0，则为普通模式：首先判断当前所在节点是否为健康节点，如果为健康节点，则通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点；若当前所在节点为不稳定节点但非根节点，此时代表当前节点为源节点且为不稳定节点，需要将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至当前生长树的根节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点；若当前所在节点为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至目的节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点；
若当前模式等于1，则为树模式，树模式只会出现在不稳定区域内的节点：首先判断当前所在节点是否为根节点，如果不是根节点，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点；如果为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点；若不在同一个区域内，将数据包的模式设置为0，即普通模式，并通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点。
进一步地，步骤四中数据包会在根结点处进行模式的转换，根据当前前进的方向，即从不稳定区域向外部发送或从外部向不稳定区域内部发送，将模式在普通模式和树模式之间进行切换，数据包在从普通模式切换为树模式时，会在当前节点进行树路径的计算，并存储至数据包的路径信息中，根据当前数据包的模式和所在节点的类型，会在XY路由和树路由之间进行选择，并根据所选择的路由算法将数据包发送至下一个节点。
进一步地，带有旁路功能的XY路由算法为：
在当前路由器中增加一个旁路选择器，当数据包以旁路的方式通过该路由器时，通过选择器选择绕行，则该数据包不经过路由器内部电路，发送至下一节点，该旁路方式仅支持在Y方向上的旁路，不允许X方向的旁路，对每个数据包来说，XY路由算法先尽可能的走完X方向，当数据包所在节点与目的节点在同一列上时，再朝Y方向前进，当数据包在X方向遇到错误区域时，沿错误环从南侧绕行；当遇到南边界区域则从北侧绕行，当数据包沿Y方向前进时遇到错误区域，则可以通过旁路方式通过该错误区域内的节点。
进一步地，树路由算法为：在拥有跟节点的不稳定区域内，从根节点进行广度优先搜索，生长为树，在树内的节点发送数据包时，根据当前节点和目的节点进行路径搜索，并设置当前数据包模式为树模式，后续节点路由器根据路径进行路由，在树中路由时，源节点根据目的节点在树中的位置，找到当前节点和目的节点最近的共享子根节点，数据包先沿着当前枝前进至共享子根节点，然后从共享子跟节点沿着枝前进至目的节点。
本发明的一种适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法具有以下优点：本发明通过广度优先搜索（Breadth-First-Search，BFS）重新激活故障块中经失效的一些节点，提高了故障覆盖率。
附图说明
图1 为片上网络架构示意图；
图2 本发明的节点定义示意图；
图3 本发明的适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法算法流程图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种适用于电力边缘计算的片上网路容错路由方法做进一步详细的描述。
一种基于区域生长树的片上网络容错路由方法，包括如下步骤：
步骤一，给出节点的定义，如图2所示，节点F代表故障节点，若某健康节点的东南西北四个邻居节点中有两个及以上为故障节点或不稳定节点，则该健康节点被定义为不稳定节点U，当网络中无节点更新时停止遍历，此时，错误节点和不稳定节点会产生若干个矩形错误区域，在该区域中的节点默认不可用。若某故障节点位于网络中的南边界，则该节点被定义为南边界节点S，若某S节点周围8个邻居节点中存在错误节点F，则该错误节点被定义为南边界节点S，当网络中无节点更新时停止遍历，此时在所有S节点中，所在行最靠近北边界的S节点所在行以南所有行被定义为南边界区域，区域中的健康节点被定义为不稳定节点U。在每个错误区域中，存在若干个由不稳定节点所构成的不稳定区域，对于错误区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域中存在节点位于该错误区域的南边界，则定义该不稳定区域中位于南边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R；相似的，对于南边界区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域存在节点位于该南边界区域的北边界，则定义该不稳定区域中位于北边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R。
步骤二、定义当前数据包存在两种模式，分别为普通模式和树模式。其中，普通模式为位于健康节点时，数据包根据带有旁路功能的XY路由算法进行路由；树模式为数据包位于不稳定区域中，即位于生长树时，根据树路由算法的方法进行路由。
步骤三、判断当前数据包的路由模式。
如图3所示，若当前模式等于0，则为普通模式。首先判断当前所在节点是否为健康节点，如果为健康节点，则通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点。若当前所在节点为不稳定节点但非根节点，此时代表当前节点为源节点且为不稳定节点，需要将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至当前生长树的根节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点。若当前所在节点为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至目的节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点。
若当前模式等于1，则为树模式。树模式只会出现在不稳定区域内的节点。首先判断当前所在节点是否为根节点，如果不是根节点，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点。如果为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点。若不在同一个区域内，将数据包的模式设置为0，即普通模式，并通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点。
步骤四、根据当前数据包的模式，即所在节点，进行不同的操作和使用路由算法。
数据包会在根结点处进行模式的转换，根据当前前进的方向，即从不稳定区域向外部发送或从外部向不稳定区域内部发送，将模式在普通模式和树模式之间进行切换。数据包在从普通模式切换为树模式时，会在当前节点进行树路径的计算，并存储至数据包的路径信息中。根据当前数据包的模式和所在节点的类型，会在XY路由和树路由之间进行选择，并根据所选择的路由算法将数据包发送至下一个节点。
其中，带有旁路功能的XY路由算法为：
在当前路由器中增加一个旁路选择器，当数据包以旁路的方式通过该路由器时，通过选择器选择绕行，则该数据包不经过路由器内部电路，发送至下一节点，该旁路方式仅支持在Y方向上的旁路，不允许X方向的旁路。对每个数据包来说，XY路由算法先尽可能的走完X方向，当数据包所在节点与目的节点在同一列上时，再朝Y方向前进。当数据包在X方向遇到错误区域时，沿错误环从南侧绕行；当遇到南边界区域则从北侧绕行。当数据包沿Y方向前进时遇到错误区域，则可以通过旁路方式通过该错误区域内的节点。
其中，树路由算法为：
在拥有跟节点的不稳定区域内，从根节点进行广度优先搜索，生长为树。在树内的节点发送数据包时，根据当前节点和目的节点进行路径搜索，并设置当前数据包模式为树模式，后续节点路由器根据路径进行路由。在树中路由时，源节点根据目的节点在树中的位置，找到当前节点和目的节点最近的共享子根节点，数据包先沿着当前枝前进至共享子根节点，然后从共享子跟节点沿着枝前进至目的节点。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种基于区域生长树的片上网络容错路由方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、给出节点的定义；
节点F代表故障节点，若某健康节点的东南西北四个邻居节点中有两个及以上为故障节点或不稳定节点，则该健康节点被定义为不稳定节点U，当网络中无节点更新时停止遍历，此时，故障节点和不稳定节点会产生若干个矩形错误区域，在该区域中的节点默认不可用；
若某故障节点位于网络中的南边界，则该节点被定义为南边界节点S，若某S节点周围8个邻居节点中存在故障节点F，则该故障节点被定义为南边界节点S；
当网络中无节点更新时停止遍历，此时在所有S节点中，所在行最靠近北边界的S节点所在行以南所有行被定义为南边界区域，区域中的健康节点被定义为不稳定节点U；
在每个错误区域中，存在若干个由不稳定节点所构成的不稳定区域，对于错误区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域中存在节点位于该错误区域的南边界，则定义该不稳定区域中位于南边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R；
相似的，对于南边界区域中的不稳定区域来说，若该不稳定区域存在节点位于该南边界区域的北边界，则定义该不稳定区域中位于北边界的所有U节点中最靠近西侧的节点为根节点R；
步骤二、定义当前数据包存在两种模式，分别为普通模式和树模式；
普通模式为位于健康节点时，数据包根据带有旁路功能的XY路由算法进行路由；树模式为数据包位于不稳定区域中，即位于生长树时，根据树路由算法的方法进行路由；
步骤三、判断当前数据包的路由模式；
若当前模式等于0，则为普通模式：首先判断当前所在节点是否为健康节点，如果为健康节点，则通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点；若当前所在节点为不稳定节点但非根节点，此时代表当前节点为源节点且为不稳定节点，需要将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至当前生长树的根节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点；若当前所在节点为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则将数据包的模式设置为1，即树模式，并计算当前节点至目的节点的路径，将数据包根据树路由算法发送至相应下一跳节点；
若当前模式等于1，则为树模式，树模式只会出现在不稳定区域内的节点：首先判断当前所在节点是否为根节点，如果不是根节点，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点；如果为根节点，则判断目的节点是否在当前根节点所在不稳定区域，即当前生长树内，若区域相同，则继续通过树路由算法，将数据包法发送至相应下一跳节点；若不在同一个区域内，将数据包的模式设置为0，即普通模式，并通过XY路由算法，将数据包发送至相应下一跳节点；
步骤四、根据当前数据包的模式，即所在节点，进行不同的操作和使用路由算法；
数据包会在根结点处进行模式的转换，根据当前前进的方向，即从不稳定区域向外部发送或从外部向不稳定区域内部发送，将模式在普通模式和树模式之间进行切换，数据包在从普通模式切换为树模式时，会在当前节点进行树路径的计算，并存储至数据包的路径信息中，根据当前数据包的模式和所在节点的类型，会在XY路由和树路由之间进行选择，并根据所选择的路由算法将数据包发送至下一个节点。
2.根据权利要求1所述的基于区域生长树的片上网络容错路由方法，其特征在于，带有旁路功能的XY路由算法为：
在当前路由器中增加一个旁路选择器，当数据包以旁路的方式通过该路由器时，通过选择器选择绕行，则该数据包不经过路由器内部电路，发送至下一节点，旁路的方式仅支持在Y方向上的旁路，不允许X方向的旁路，对每个数据包来说，XY路由算法先尽可能的走完X方向，当数据包所在节点与目的节点在同一列上时，再朝Y方向前进，当数据包在X方向遇到错误区域时，沿错误环从南侧绕行；当遇到南边界区域则从北侧绕行，当数据包沿Y方向前进时遇到错误区域，则通过旁路方式通过该错误区域内的节点。
3.根据权利要求1所述的基于区域生长树的片上网络容错路由方法，其特征在于，树路由算法为：在拥有跟节点的不稳定区域内，从根节点进行广度优先搜索，生长为树，在树内的节点发送数据包时，根据当前节点和目的节点进行路径搜索，并设置当前数据包模式为树模式，后续节点路由器根据路径进行路由，在树中路由时，源节点根据目的节点在树中的位置，找到当前节点和目的节点最近的共享子根节点，数据包先沿着当前枝前进至共享子根节点，然后从共享子跟节点沿着枝前进至目的节点。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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