[发明专利]一种顺序感知的片上网络路由方法和网络路由器

说明书

在本发明中，我们从路由器结构的角度来解决乱序问题，首先提出一个数据包重排序度量标准：OOD。它的定义是所有节点中最大的缓存占用率。为了最小化OOD的目标，该发明提出了一个能够减轻多路径数据包重排序的顺序感知片上网络路由器，该路由器从两个方面来对通过其的数据包进行重排序，首先，通过重排序逻辑来重排序输入缓存中的数据包，其次，本发明通过顺序感知开关分配器来对自不同输入端口的数据包重排序。通过两层重排序，从该发明的路由器排出的数据包能够保持顺序。该发明中的路由器能够感知数据包的顺序，并且对它们重排序，而不是限制数据包的传输，因此具有高效率并且不降低网络性能的优点。

技术领域

本发明涉及一种片上网络路由方法及装置，尤其涉及一种可以减轻多路径数据包重排序的顺序感知片上网络路由方法和网络路由器。

背景技术

随着多核芯片核心数目的增加，高效的片上互连网络的设计变得越来越重要。给定一个网络的拓扑，它的性能很大程度上取决于路由算法。自适应路由算法能够将负载平衡到整个网络通道，从而改善网络性能并且提供容错。然而，多路径的并行传输会引起严重的乱序传输，其主要问题在于接收端的数据包只能被顺序接收。考虑到乱序数据包到达时间的不确定性，重排序缓冲通常需要设置得很大，这造成了严重的硬件开销。实际上，如果数据包顺序到达目的地，重排序缓冲就不需要了。因此，本发明致力于减轻自适应路由引起的乱序问题。

乱序主要由自适应路由中多路径传输引起的。路由算法可以分为确定性，无意识和自适应路由算法。确定性路由始终沿着同一条路径传输数据包，不管网络状态的变化。无意识路由算法路由数据包的时候不考虑网络状态。作为对比，自适应路由算法为数据包选择一条合适的路径基于网络状态。自适应路由算法促进负载均衡，因此在非均衡数据流中能够提高网络性能。此外，自适应路由算法的路径多样性增强网络的鲁棒性，并且允许网络容忍出错的通道和节点。路由算法也可以分为最短和非最短路由算法。最短路由算法总是选择从源到目的地之间最短的路径，而非最短路由算法从所有最短和非最短路径中选择。理论上，非最短路由算法能够在一定程度上改善负载均衡，但是很难在实际中应用，因为延迟极大增加而且易于遭受活锁和死锁。因此，在本发明中，本发明集中于设计最短自适应路由。

近年来，许多自适应路由方法已经被提出来改善网络性能。然而，由于多路径传输，自适应路由会造成严重的数据包乱序，尤其是对于非均衡流量模型。在非均衡的流量模型下，由于选择了一个较为拥挤的路径，一个流中前面的数据包可能比后面的数据包更晚到达目的地。不仅仅局限于乱序问题，顺序传输对于很多应用来说都是广泛假定的基础，例如多媒体，文件传输协议和缓存一致性协议。直接通信计算模型的实现，例如流计算，也需要数据包顺序传输，和显式消息传递应用程序一样。

自适应路由算法的自适应粒度是数据包，多路径传输导致数据包无法实现顺序传输。为了保证顺序传输，之前的工作选择确定性或无意识路由而不是自适应路由。为了使用自适应路由，必须抛弃顺序传输。如果数据包顺序是必须的，则只能在目的地上执行重排序，同时尽可能减轻数据包重排序来减少重排序的缓冲和延迟开销。

发明内容

在本发明中，从路由器结构的角度来解决乱序问题，首先提出一个数据包重排序量化度量标准：乱序程度(OOD)。它的定义是所有节点中最大的缓存占用率。为了最小化OOD的目标，该发明提出了一种能够减轻多路径数据包重排序的顺序感知片上网络路由方法和网络路由器，该路由器从两个方面来对通过其的数据包进行重排序，首先，通过重排序逻辑来重排序输入缓存中的数据包，其次，本发明通过顺序感知开关分配器来对自不同输入端口的数据包重排序。通过两层重排序，从该发明的路由器排出的数据包能够保持顺序。该发明中的路由器能够感知数据包的顺序，并且对它们重排序，而不是限制数据包的传输，因此具有高效率并且不降低网络性能的优点。