[发明专利]实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法及路由器

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及片上光互连网络(Optical-Network-On-Chip)通信系统中的低阻塞通信方法及路由器，用于确定IP核之间的通信方式及光通信网络的构建。

背景技术

随着超大规模集成电路工艺的发展，电子元件的尺寸将进一步缩小，同时芯片的工作频率会提升至G赫兹甚至更高。此时，片上网络采用的传统电互连构架会出现明显的技术瓶颈诸如寄生效应，电磁干扰，信号时延等，这些问题会严重限制片上电互连网络的工作带宽。同时，电互连构架的能耗也成为研究人员关注的焦点问题。与电互连技术相比，在片上网络引入光互连技术能够有效解决带宽、时延以及能耗等技术瓶颈。近年来随着纳米光技术的发展，与COMS兼容的光发射器，调制器，探测器取得了突破性进展，这使片上网络的光互连具有较高的技术可行性。尤其是基于绝缘硅的微环谐振器布局紧凑，开关时延极小，损耗和功耗较低，成为设计片上网络的光传输层路由器的主流器件。

由于复杂的光逻辑技术和光缓存技术尚未成熟，目前片上网络光互连架构所采用的交换方式多为光电路交换，其不利因素在于带宽的利用率较低，随着源节点注入率的增加，网络阻塞会比较严重。尤其在目前片上网络领域广泛使用的Mesh网络构架中，由于光路由器仅使用单波长通信，建链分组在预约光路径的过程中一旦发现输出端口占用，只能阻塞在当前节点等待端口释放，但该分组所预约的前一段链路并未释放。因此，在Mesh网络中，单一节点的阻塞可能会影响到其他节点的通信。

通过波分复用技术可实现多路片上光信号共享路径传输，有效解决Mesh网络的阻塞问题，但目前缺乏有效的通信方法和路由器支持Mesh网络实现共享路径的多波长通信。M.Briere等人在文章“System level assessment of an optical NoC in MPSoC”(Automation and Test in Europe Conference，2007)中提出一种支持多波长通信的路由器λ-router，若使用该路由器构建Mesh网络的光传输网络，则需要在每个路由节点额外设置波长转换器以保证片上光信号沿正确路径传输，同时需要设计复杂的调度算法和控制机制以避免波长冲突，这会增加片上网络的成本开销，控制开销和网络能耗。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种实现光片上网络共享路径传输的低阻塞通信方法及路由器，以解决光片上网络Mesh结构中光链路利用率较低，网络阻塞严重的问题，保证网络的开销和能耗较低，提高网络的吞吐和性能。

为实现上述目的，本发明的通信方法，包括如下步骤：

(1)将路由器的本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，将该路由器的东向、西向、南向和北向输入输出端口分别与相邻的路由器相连，以建立光传输网络；

(2)在电控制网络和光传输网络中，分别建立二维坐标系并根据电控制网络的二维坐标确定当前通信源节点位置(x_sj，y_sj)和目的节点位置(x_dj，y_dj)；

(3)源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息，建链分组序号及初始分配的通信波长序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输过程中预约沿途路径和标记通信波长；

(4)电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口，该输出端口为当前建链分组的申请端口，查询该端口是否锁定：若端口已经锁定，执行步骤(5)；否则，中间节点锁定端口，记录该锁定端口建链分组的路径信息，发送建链分组；

(5)判定路径共享

5a)读取中间节点记录中锁定端口建链分组的路径信息，其源节点和目的节点位置分别为(x_si，y_si)和(x_di，y_di)；

5b)若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络X维方向传播，执行步骤5c)；若锁定端口的建链分组仅沿电控制网络Y维方向传播，执行步骤5d)；否则，执行步骤5e)；

5c)若锁定端口建链分组的目的节点(x_di，y_di)在申请端口建链分组的传播路径上，则申请端口的建链分组能共享路径，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；