混合无线片上网络架构的研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuzhuzhilian
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片上网络(Network on Chip,NoC)是在集成电路芯片上实现的互联通信系统,是对于片上系统(System on Chip,SoC)的改进。其核心思想是将计算机网络技术移植到芯片上来,在芯片上实现处理单元之间的互联,从而在体系结构上解决了传统总线结构带来的一系列问题,逐渐成为目前较为活跃的研究课题之一,具有很好的发展前景。片上网络主要研究的有三个方面,即路由算法、拓扑结构和交换技术,这些技术决定了网络中节点的布局、连接方式以及节点之间的通信方式。由于传统的片上网络在节点之间采用金属链路建立信道进行数据的传输,随着芯片上IP核数量的增加一方面增加了网络布线的复杂度,另一方面导致了片上网络功耗和网络延时的增加。因此,需要新的替代方案来解决传统有线片上互联结构带来的通信瓶颈问题。无线片上网络(Wireless Network on Chip,WNoC)由于其具有高扩展等性能互联结构而受到人们的广泛关注。片上天线的成功研制,使得片上网络的各节点之间能够通过无线信道进行数据的传输。无线信道本身所具有的低延时、低功耗以及高带宽等特性恰好能够解决当前传统有线片上网络发展所遇到的问题。对于WNoC而言,拓扑结构和路由算法是其最为重要的研究内容。其中拓扑结构更是无线片上网络的基础,它决定了网络中无线节点的摆放位置以及无线节点和无线链路的数量,对于网络的整体性能有着直接的影响。在对现有的无线片上网络结构进行研究分析之后,本文提出了一种基于无线多跳的混合无线片上网络。将一个有线的二维mesh结构划分成若干个相同的子网,然后在二维NoC的基础上添加无线集线器(Radio Hub),节点与无线集线器连接之后,实现无线通信功能。在给出拓扑结构后,针对该架构我们对传统的维序XY路由算法进行改进,使其适用于文中所提出的混合拓扑结构。最后,本文通过仿真实验,验证了文章提出的混合拓扑以及路由算法的性能。仿真实验是在Noxim仿真器上实现的,运行于Ubuntul4操作系统下,采用均匀流量模型。仿真实验表明,和传统有线片上网络结构相比,本文提出的混合WNoC结构具有较高的网络吞吐量、较低的网络平均延时以及网络总功耗,有效降低了网络的拥塞水平。
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