无线片上网络中拥塞控制和低功耗设计研究

摘要

WiNoC是在射频互连基础上发展起来的一种新型网络架构，通过在片上路由器中集成无线接口部件，能使片上路由器成为具有无线数据收发功能的无线路由器，无线路由器之间可以使用无线链路进行数据通信。无线链路的数据带宽与传输能耗都优于传统有线链路，并且无线固有的广播属性使得WiNoC具有很强的灵活和可扩展性。目前已经实现了不少可以集成在片上的天线，这使得WiNoC已经成为一个可实现有前景的多核片上互连通信范式。本课题对于无线片上网络中拥塞问题与低功耗设计分别进行研究。
　　(1)对于WiNoC中出现的拥塞问题，设计了一种名为转弯限制的通信机制，通过对于流入无线路由节点中的数据进行筛选，降低进入无线路由节点的数据量。我们称网络中被筛选数据的源目的节点为限制节点对，这些限制节点对拥有共同的属性，即源节点与目的子网的无线节点位于同一行或者目的节点与目的子网无线节点位于同一列。对于限制节点对，本方案为他们选择一条新的路由路径进行数据通信，新路径不会增加数据包的路由距离，这样可以降低数据路由对通往WR路径上的链路资源的占用。此外，本方案在网络中使用VOQ路由器，并且为无线路由节点设计基于VOQ的新型路由器结构，一方面VOQ机制的引入消除了出现在WiNoC中的头阻塞问题，另一方面，在这样的新型路由器中，无线路由节点将能更高效的对无线接收端数据进行处理，这样降低无线通信节点对之间出现拥塞的可能性。实验结果表明，使用本方案有效的缓解了WiNoC无线路由节点的数据拥塞问题。
　　(2)在WiNoC的低功耗设计方面，设计了一种动态的，细粒度的功率门控方案。WiNoC的无线链路是共享资源，不同的MAC协议下，WiNoC的信道利用方式与各无线接口工作状态也不同。WiNoC中常用的MAC协议包括基于Token的MAC与CSMA，对于这两种MAC协议有学者提出构建一个两者相结合的动态MAC协议以最大化对无线信道的利用率。基于动态MAC的WiNoC本文设计了一种动态的功率门控机制，对于无线接口中的TX与RX中的PA与LNA进行细粒度的功率门控。作为无线接口收发两端各自最耗能的部件，对PA与LNA进行相应的功率门控能达到简单而高效的目的。实现表明，通过对WiNoC进行的动态的，细粒度功率门控设计能有效降低数据包传输功耗。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 无线片上网络研究背景

1．1．1 WiNoC的引出及其发展

1．1．2 WiNoC相关介绍

1．2 WiNoC拥塞问题及研究现状

1．3 WiNoC功耗问题及研究现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 论文结构

第二章 WiNoC通讯架构

2．1 WiNoC通讯架构概述

2．2 片上路由器及片上路由

2．2．1 传统虫孔路由器

2．2．2 传统VC路由器与VOQ路由器

2．2．3 无线路由器

2．2．4 VC路由器数据流水阶段

2．3 本章小结

第三章 针对WiNoC中无线路由节点处拥塞缓解问题研究

3．1 问题的引入

3．2 WiNoC架构

3．2．1 拓扑结构

3．2．2 无线路由器结构与转弯限制机制

3．3 路由机制

3．3．1 路由策略

3．3．2 数据包格式与流水分析

3．4 死锁避免

3．5 实验

3．5．1 实验的建立

3．5．2 性能评估

3．5．3 开销评估

3．6 本章小结

第四章 基于功率门控的WiNoC低功耗设计

4．1 问题的引入

4．2 动态MAC机制

4．2．1 动态MAC机制的引入

4．2．2 MAC机制的动态转换

4．3 动态功率门控

4．3．1 CSMA下的功率门控

4．4．2 Token下的功率门控

4．4 功率门控控制器

4．5 实验与分析

4．5．1 实验参数

4．5．2 功率门控的影响与功率门控开销

4．5．3 能耗分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 对未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况