WiNoC中的容错无线接口设计及容错路由算法研究

发布时间：2020-05-03 20:11

【摘要】：无线片上网络(Wireless Network on Chip,WiNoC)采用无线技术,结合传统的金属互连有线网络,构成有线和无线混合的片上网络架构,这种技术在功耗和延迟等方面较其他片上网络架构有更好的性能表现。但是,无线片上网络通信架构受天线、信道等物理特性的限制,运行过程中存在较高的错误率,导致网络整体性能提升不明显。在无线片上网络中,通过传统金属互连导线传输数据的比特错误率远低于通过无线传输的数据的比特错误率。因此,在无线片上网络中,负责无线传输任务的无线节点处容易形成故障热点,使得无线传输的性能优势无法体现,严重限制了网络的性能。另外,随着天线间直线距离增加,无线信号能量衰减较快,同时受到热噪声等影响,导致信噪比较高,无线信号损耗严重。随着芯片的老化,芯片中无线节点的比特错误率也会有显著的增加。基于此,本文针对无线片上网络中承担通信主干任务的无线接口,所可能发生的瞬时性故障和永久性故障进行了深入的研究。论文主要工作如下:(1)针对无线传输中所可能发生的瞬时性故障,本文设计了一种基于ACK数据包(Efficient Acknowledgement Feedback,EF-ACK)的高效容错接口(Wireless Interface,WI)。该设计改进了通过无线传输数据的确认方式,利用无线片上网络中无线传输的多播特性,将多个确认信息组合成一个数据包,无线节点间互相广播本地无线节点的数据包接收情况,以此来确认数据包的正确传输,根据确认信息数据包对检测到的错误进行准确地数据包重传;另外,提出了一种基于网络故障情况的动态编码控制方案,在网络中故障率较高的情况下采用容错能力较高的编码方案来提高数据的鲁棒性。实验结果表明,本文所提出的数据确认方案减少了网络中无线数据重传所带来的额外开销,基于网络状态的动态编码方案可以较好地保证网络的网络延迟和饱和吞吐率,本文所采用方案有效地提高了网络性能和鲁棒性。(2)针对无线路由器中无线接口所可能发生的永久性故障,本文提出一种无线片上网络中无线接口故障动态检测及容错路由算法,将无线路由器中无线接口的故障情况分类,并对其采取了全覆盖式的检测策略,来实现无线片上网络运行时的无线接口故障检测;并提出了一种基于无故障无线路由器表的最近无线容错路由算法,能够在无线片上网络中发生无线路由器故障时将数据包利用最近的无故障无线路由器传输,最大程度地保证网络的性能。实验表明,本文方案可以在网络中无线路由器出现故障时有效地保证网络性能,且在无线路由器出现中度故障率时,效果明显。
【图文】：

拓扑结构图,拓扑结构

图 1. 3 常见 NoC 拓扑结构Fig 1. 3 Common NoC topologies随着片上集成度的进一步提高，传统有线金属导线互连的 NoC 架构由于数传输距离的增长，出现了高延迟、高功耗、低吞吐量等问题。为了弥补传统金连的性能瓶颈，研究学者们提出了三维集成互连(3DNoC)[8]、光(Optical)互连[9频（RadioFrequency，RF）互连[10]、无线片上网络（WirelessNetwork-on-ChiiNoC）[11]。如图 1.4 所示是 3D NoC 的拓扑结构示意图， 3D NoC 可以被拆分为传统路由以及硅通孔(ThroughSiliconVias，TSV)技术的垂直通路。3DNoC 与 CM有兼容的特性，且有更短的垂直链路，但是由于路由器交叉开关复杂度、制造以及热效应的控制问题，3D NoC 的应用还处于起步阶段[12]。

示意图,拓扑结构,示意图,三维集成

图 1. 3 常见 NoC 拓扑结构Fig 1. 3 Common NoC topologies着片上集成度的进一步提高，传统有线金属导线互连的 NoC 架构距离的增长，，出现了高延迟、高功耗、低吞吐量等问题。为了弥补性能瓶颈，研究学者们提出了三维集成互连(3DNoC)[8]、光(OpticaladioFrequency，RF）互连[10]、无线片上网络（WirelessNetwork-o）[11]。图 1.4 所示是 3D NoC 的拓扑结构示意图， 3D NoC 可以被拆分以及硅通孔(ThroughSiliconVias，TSV)技术的垂直通路。3DNoC 容的特性，且有更短的垂直链路，但是由于路由器交叉开关复杂度热效应的控制问题，3D NoC 的应用还处于起步阶段[12]。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN47

【参考文献】