[发明专利]一种混合无线光片上网络系统及其多播路由方法

说明书

本发明请求保护一种混合无线光片上网络架构及其多播路由算法，其中，混合无线光片上网络架构包括光传输层、电控制层和无线传输层，并采用适用于Zenneck表面波传输的波导结构及Walsh编码技术；相应多播路由方法包括无线传输层和光传输层的灵活分配机制以及在分区内基于节点分布的多播路由机制。相较于传统ONoC多播路由方法，本发明在平均跳数(平均时延)等方面体现更好的性能。

技术领域

本发明属于移动通信技术，具体涉及到一种混合无线光片上网络系统及其多播路由方法。

背景技术

随着大数据时代的来临，现代人工智能等技术越来越依赖于高性能多核芯片。在高性能多核芯片的发展阶段中，片上光网络(Optical Network on-Chip,ONoC)高带宽、低功耗和低时延等优点解决了以往发展中片上系统(System on Chip,SoC)难以扩展，以及片上网络(Network on Chip,NoC)中电互连可靠性差、能耗高等缺点。但是，高性能计算应用往往具有高度并行化的特点，会在ONoC各节点间产生大量交互数据，其中多播消息占比较高。将多播消息视为多个重复的单播消息进行传输，无疑增加ONoC能耗、导致片上资源浪费，恶化资源竞争，从而提高网络拥塞的风险。另外，消息源节点重复发送同一份消息使得该节点内其他消息将一直处于等待状态，导致平均时延变大。因此，亟需从网络系统与路由机制两方面改善ONoC多播消息传输性能。

传统ONoC系统由电控制层与光传输层组成，电控制层用于从源节点逐跳传送控制报文(消息头部)到目的节点，进行光路预留；在光传输层上，沿预留的光路，将消息传输至目的节点。由于多播消息具有多个目的地，因此，电控制层逐跳传送控制报文产生的较长延迟是限制多播传输性能的主要因素之一。若能在电控制层上形成一个无线传输层，则可以实现远距离单跳、多方向传输消息，既分担光传输层压力，也提高多播传输效率。在新的网络系统下，路由机制也会发生变化，将涉及无线传输层与光传输层的高效协同。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种混合无线光片上网络系统及其路由方法。本发明的技术方案如下：

一种混合无线光片上网络系统，其包括：光传输层、电控制层及无线传输层：光传输层位于最底层，电控制层设置于光传输层和无线传输层之间，其中，光传输层负责传输数据量较大的负载，当光路预留好后，负载会在光传输层上沿着该光路从源节点转发至目的节点，光传输层中的每个节点均由预置光交换开关的电控制单元与转换负载传输方向的五端口光路由器组成。

电控制层：用于传输数据量较小的控制信息，当负载在网络中传输时，会先从源节点发送一个控制报文，然后在电控制层上逐跳传输至目的节点，控制报文每到一个端点便对相应的光路由器进行配置，进行光路预留；将网格拓扑均分为多个分区，在位于每个分区中心位置的节点的电控制层单元上集成无线收发模块，并将无线收发模块与本地光路由器的弹出端口相连，形成无线功能节点，无线功能节点节点同时具有光传输能力。

无线传输层：位于电控制层之上，用于取代光传输层远距离多跳传输以及在多播消息传输时优先选择该传输层，无线传输层由无线功能节点依附表面波导的无线链路相互连接在一起而形成，同时为每个无线功能节点分配唯一的Walsh序列码。

进一步的，所述光路由器的五个端口为东、西、南、北，以及注入/弹出，其结构主要由微环谐振器和光波导组成，且本地IP核通过注入/弹出端口分别负责数据的产生和接收，东南西北端口用于接收来自其他端点的数据以及将数据转发到其他端点，光传输层上路由功能的实现主要是通过判断光信号波长与微环谐振器MR的谐振波长是否相等，若相等，光信号耦合进开启的MR，反之从关闭的MR的直通端口输出，MR的开闭由本地电控制单元负责，从而实现光路由器内部不同端口间的消息转发。

进一步的，默认情况下，所有微环谐振器MR均处于关闭状态.