[发明专利]无线片上网络中拥塞与故障感知无线路由器及其路由方法

说明书

本发明公开了一种无线片上网络中拥塞与故障感知无线路由器及其方法，其特征是：利用设计的无线通信拥塞和故障感知模块，感知无线通信对的拥塞和故障信息，并对其编码发送给子网中的路由器；子网中的路由器根据接收到的无线通信对状态信息，判断数据包是否使用无线传输。本发明能够提前感知禁用故障的无线通信对，并平衡有线和无线传输的利用率。实验表明本发明，能够有效地缓解网络拥塞，降低网络的延迟，提高网络的吞吐量。

技术领域

本发明属于集成电路芯片设计的应用技术领域，用于无线片上网络的通信优化，更具体地说是一种无线通信拥塞与故障的感知机制，以及相应的容错路由方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断进步，芯片上集成的处理核数目不断增加，传统金属互连片上网络(network-on-chip,NoC)面临着长距离多跳传输带来的高延迟、高能耗通信瓶颈。为此有研究者提出了无线NoC，其采用成熟的毫米波(mm-wave)技术及Zig-Zag天线，不仅可以实现高效的片上长距离通信，还拥有与CMOS兼容的优势。然而无线接口(Wireless Interface,WI)占据了较大的片上面积和功耗开销，并且可用的无线信道数量有限，因此无法为每个片上路由器配备专用的WI。为此有研究者提出混合无线NoC拓扑结构，将整个片上网络划分为多个子网，子网内配备无线路由器(Wireless Router，WR)，用于长距离通信。这种WiNoC分层架构能够很好地平衡片上网络性能、功耗和面积开销。

在采用分层架构的WiNoC中，WR承载着更多的通信任务，并且无线信道作为网络中的共享资源，在同一时刻只有一个WR通信对占用无线信道进行数据传输，因此容易在WR处发生拥塞。对于无线片上网络的拥塞问题已有不少研究，如使用无线传输的媒体访问控制(Media Access Control，MAC)协议，根据无线链路的利用率，MAC协议在CSMA与令牌协议之间动态切换；根据无线传输节省的跳数决定是否使用无线节点传输数据。但这些方法没有充分考虑分层无线片上网络的特点，无法解决当网络负载增大时，大量数据包涌入WR而形成热点的问题。此外WR负责大量长距离数据包的传输，当其发生故障时对网络性能的影响更大。当无线通信发生永久性故障时，如果按照传统NoC临近故障感知的方案处理，将导致大量数据包在WR附近重路由或重传，严重影响网络性能。

发明内容

本发明为避免上述现有技术的不足之处，提供一种无线片上网络中拥塞与故障感知无线路由器及其路由方法，以期能平衡有线和无线网络负载，确保有线和无线带宽的最佳利用率，并将无线节点发生故障的损失降到最低。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种无线片上网络中拥塞与故障感知无线路由器，应用于由若干个子网构成的无线片上网络中，任意一个子网由一个无线路由器WR及若干个有线路由器BR构成；其中，所述无线路由器WR是由自身有线路由器BR和基础无线接口构成，所述基础无线接口包括：发送端的发送缓冲区、串行化器，调制器、功率放大器；接收端的低噪放大器、解调器、解串行化器、接收缓冲区；其特点是，在所述基础无线接口内设置拥塞感知模块、故障感知模块、状态编码模块、解码器和编码器，从而形成改进的无线接口，并与自身有线路由器BR共同构成拥塞与故障感知的无线路由器CFWR；

所述故障感知模块包括：第一计数器、第二计数器、编解码控制单元、数据包判别单元；

所述改进的无线接口通过接收端的低噪放大器、解调器、解串行化器依次接收和处理其他无线路由器CFWR发送的无线数据，得到处理后的无线数据包并发送给所述编解码控制单元；由所述编解码控制单元判断所述处理后的无线数据包中是否存在编码控制位cf，若存在，则选通解码器所在的数据通路，用于将所述处理后的无线数据包发送给所述接收缓冲区；否则，直接将所述处理后的无线数据包发送给所述接收缓冲区；所述接收缓冲区接收到无线数据包后，判断自身的利用率是否达到阈值，并将判断结果D1发送其他无线路由器CFWR的拥塞感知模块；