一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法技术

本发明专利技术公开了一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法，其特征是：拥塞判别模块CJU与每个子网的无线路由器中的无线接口互连，拥塞判别模块CJU包括：读写单元RWU、拥塞信息表、算法单元AU、信号产生单元SGU和译码单元；在无线接口的发送端中设置地址解析单元ARU和发送微片计数单元FCUt；在无线接口的接收端中设置接收微片计数单元FCUr；在发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器之间设置有休眠控制单元SCU。本发明专利技术能缓解网络拥塞，降低网络功耗，提高网络的整体性能。

Congestion distinguishing module and method for wireless node in wireless network on chip

The invention discloses a method for distinguishing module and wireless node wireless network congestion on chip, which is characterized in that the wireless interface interconnection wireless router congestion discrimination module CJU and each subnet in the congestion discrimination module CJU includes: reading and writing unit RWU, congestion information table, algorithm unit AU, signal generating unit SGU and set the address decoding unit; analytical unit ARU and send microchip counting unit FCUt in transmitting wireless interface terminal; receiving FCUr microchip counting unit arranged on the receiving end of the wireless interface; between the low noise amplifier power amplifier of the sending end and the receiving end is provided with dormancy control unit SCU. The invention can alleviate network congestion, reduce network power consumption, and improve the overall performance of the network.

【技术实现步骤摘要】
一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法
本专利技术属于集成电路芯片的设计领域，特别是一种无线片上网络中针对无线节点拥塞的低功耗模块及其方法。
技术介绍
随着集成电路技术的不断发展，传统的基于总线架构的片上系统(System-on-Chip，SoC)出现了可扩展性差，通信效率低等问题。为了克服这些弊端，片上网络(Network-on-Chip，NoC)应运而生。NoC作为一种新型通信架构，具有高带宽，可扩展性强等优良特性。但是，当NoC网络规模增大时，多跳节点之间的通信延迟增加，网络性能受到了较大制约。基于此，国内外研究者提出了一种新的解决方案—无线片上网络(WirelessNetwork-on-Chip，WiNoC)。WiNoC作为一种新型互连技术，可以有效解决片上网络多跳节点之间高延迟的问题。依托当前的微电子工艺，无线片上路由器的zig-zag天线和无线接口(WirelessInterface，WI)可以集成在芯片上，WiNoC的研究具有了现实依据。研究者针对WiNoC提出了若干可行的互连方案，GangulyA等提出了一种small-world通信架构，作为一种典型的无线互连方案，其将整个网络划分为若干个子网，子网之间采用无线路由器(WirelessRouter，WR)进行数据通信，降低了多跳节点之间的数据通信延迟。WangL等提出了一种基于无线多跳的混合无线NoC(2-LevelHybridMesh，2LHM-WiNoC)，并提出了一种竞争避免的路由算法。DebS等提出了一种基于毫米波(mm-wave)技术的无线NoC架构mWNoC，通过高效路由算法和无线节点最优放置，提高了网络性能。但是，WiNoC也面临着网络拥塞等问题。有线节点往多跳之外的目的节点发送数据时，需要先将数据发送至相邻的无线路由器，然后由无线路由器将数据发送至目的节点相邻的无线路由器，最后发送至其子网内的目的节点。显然，WR承载着长距离多跳节点之间的数据收发任务，具有较大的数据流量，易出现节点拥塞，形成网络热点。WangL等针对WiNoC中易出现拥塞问题，提出了一种端到端的流控机制，实时反馈网络中的拥塞程度，从而动态调整数据包注入率。DaiP等采用了一种基于p-坚持的载波侦听多路访问(CarrierSenseMultipleAccess，CSMA)的通信机制，每个无线接口在发送数据帧之前进行载波监听，当通道空闲时，以p的概率发送数据，这在一定程度上降低了链路冲突。WangC等以有线/无线拓扑为基础，构建了一种NePA无线NoC阵列(NePA-WiNoC)，通过设置双向数据通道，提高了网络吞吐率。MansoorN提出了一种MAC协议，可以根据WI实时需求动态分配令牌，通过历史流量预测，动态分配链路带宽。上述机制均有效降低了网络拥塞，但是没有考虑网络全局中各无线节点中无线接口的拥塞程度，若无线接口本身出现拥塞，会导致丢包现象的发生，降低网络性能。功耗问题也是WiNoC中不可忽视的重要问题。在WiNoC中，相较于传统有线路由器，无线路由器添加了无线接口，具有更大的功耗开销。基于该问题，MineoA等设计了一种在线闭环可调节功率机制，节省了功耗开销，但是增大了数据误码率。MondalHK等提出了一种基于广播的粗粒度休眠机制，WR将数据广播至其他WR，经过地址校验后，非目的地址的WR将进入休眠模式。该机制节省了一定的功耗开销，但是硬件结构较为复杂。MineoA等通过模拟仿真，设计了一种可调节天线功率机制，减小了系统的功耗，但是未考虑到实际应用时的复杂状况。
技术实现思路
本专利技术是为了避免上述现有研究存在的不足之处，提出了一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法，以期保证网络的整体性能，并降低网络功耗。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：本专利技术一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块，是应用于由若干个子网构成的无线片上网络中，任意一个子网是由若干个无线路由器WR和若干个有线路由器构成；任意一个无线路由器WR是由有线路由器和无线接口WI构成；所述无线接口WI包括：发送端的功率放大器PA和发送数据缓冲区TDB、接收端的低噪放大器LNA和接收数据缓冲区RDB；其特点是，所述拥塞判别模块CJU与每个子网的无线路由器中的无线接口WI互连，所述拥塞判别模块CJU包括：读写单元RWU、拥塞信息表、算法单元AU、信号产生单元SGU和译码单元decoder；在所述无线接口的发送端中设置地址解析单元ARU和发送微片计数单元FCUt；在所述无线接口的接收端中设置接收微片计数单元FCUr；在所述发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器之间设置有休眠控制单元SCU；任意一个子网中的无线路由器的无线接口的地址解析单元ARU解析所述发送数据缓冲区中下一个微片的目的地址并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述发送微片计数单元FCUt计算所述发送数据缓冲区中的发送区微片数量T并发送给所述拥塞判别模块CJU，所述接收微片计数单元FCUr计算所述接收数据缓冲区中的接收区微片数量R并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述拥塞判别模块CJU中的读写单元RWU接收到所有子网中的无线路由器的无线接口发送的目的地址、发送区微片数量T和接收区微片数量R并依次写入所述拥塞信息表中；所述算法单元AU读取所述拥塞信息表中所有的信息并进行拥塞判别，确定优先级最高的无线接口的发送端后通过所述信号产生单元SGU产生相应的使能信号，所述使能信号经过所述译码单元的处理后得到译码信号ack再分别发送给相应无线接口中的休眠控制单元SCU；每个无线接口中的休眠控制单元SCU根据各自所接收的译码信号ack控制相应的发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器开启或关闭，从而实现所述无线片上网络的低功耗控制和拥塞缓解。本专利技术所述的无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块的特点也在于，所述拥塞判别模块CJU中的算法单元AU是按如下步骤进行拥塞判别：步骤1、记所述拥塞信息表中任意一个发送区微片数量为Ti、任意一个接收区微片数量为Ri；记所述发送数据缓冲区和接收数据缓冲区的深度为B；定义接收数据缓冲区的剩余位数阈值为a；步骤2、判断B-Ri＝0是否成立，若成立，则表明所述接收区微片数量Ri所对应的接收数据缓冲区的占用率为100％，并将所述接收区微片数量Ri所对应的源路由器无线接口的发送端设置为最低优先级；否则，执行步骤3；步骤3、判断B-Ri>a是否成立，若成立，则表明所述接收区微片数量Ri所对应的接收数据缓冲区的占用率较低，并将所述接收区微片数量Ri所对应的源路由器无线接口的发送端设置为最高优先级；否则，执行步骤4；步骤4、计算拥塞度量值Ci＝Ti+B-Ri，从而得到所有无线接口的拥塞度量值，并从中选取最大值，将最大值所对应的源路由器无线接口的发送端设置为最高优先级。本专利技术一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别方法，是应用于由若干个子网构成的无线片上网络中，任意一个子网是由若干个无线路由器和若干个有线路由器构成；任意一个无线路由器是由有线路由器和无线接口构成；所述无线接口包括：发送端的功率放大器和发送数据缓冲区、接收端的低噪放大器和接收数据缓冲区；其特点是按如下步骤进行：步骤1、在所述无线片上网络中设置拥塞判别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块，是应用于由若干个子网构成的无线片上网络中，任意一个子网是由若干个无线路由器WR和若干个有线路由器构成；任意一个无线路由器WR是由有线路由器和无线接口WI构成；所述无线接口WI包括：发送端的功率放大器PA和发送数据缓冲区TDB、接收端的低噪放大器LNA和接收数据缓冲区RDB；其特征是，所述拥塞判别模块CJU与每个子网的无线路由器中的无线接口WI互连，所述拥塞判别模块CJU包括：读写单元RWU、拥塞信息表、算法单元AU、信号产生单元SGU和译码单元decoder；在所述无线接口的发送端中设置地址解析单元ARU和发送微片计数单元FCUt；在所述无线接口的接收端中设置接收微片计数单元FCUr；在所述发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器之间设置有休眠控制单元SCU；任意一个子网中的无线路由器的无线接口的地址解析单元ARU解析所述发送数据缓冲区中下一个微片的目的地址并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述发送微片计数单元FCUt计算所述发送数据缓冲区中的发送区微片数量T并发送给所述拥塞判别模块CJU，所述接收微片计数单元FCUr计算所述接收数据缓冲区中的接收区微片数量R并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述拥塞判别模块CJU中的读写单元RWU接收到所有子网中的无线路由器的无线接口发送的目的地址、发送区微片数量T和接收区微片数量R并依次写入所述拥塞信息表中；所述算法单元AU读取所述拥塞信息表中所有的信息并进行拥塞判别，确定优先级最高的无线接口的发送端后通过所述信号产生单元SGU产生相应的使能信号，所述使能信号经过所述译码单元的处理后得到译码信号ack再分别发送给相应无线接口中的休眠控制单元SCU；每个无线接口中的休眠控制单元SCU根据各自所接收的译码信号ack控制相应的发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器开启或关闭，从而实现所述无线片上网络的低功耗控制和拥塞缓解。...

【技术特征摘要】
1.一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块，是应用于由若干个子网构成的无线片上网络中，任意一个子网是由若干个无线路由器WR和若干个有线路由器构成；任意一个无线路由器WR是由有线路由器和无线接口WI构成；所述无线接口WI包括：发送端的功率放大器PA和发送数据缓冲区TDB、接收端的低噪放大器LNA和接收数据缓冲区RDB；其特征是，所述拥塞判别模块CJU与每个子网的无线路由器中的无线接口WI互连，所述拥塞判别模块CJU包括：读写单元RWU、拥塞信息表、算法单元AU、信号产生单元SGU和译码单元decoder；在所述无线接口的发送端中设置地址解析单元ARU和发送微片计数单元FCUt；在所述无线接口的接收端中设置接收微片计数单元FCUr；在所述发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器之间设置有休眠控制单元SCU；任意一个子网中的无线路由器的无线接口的地址解析单元ARU解析所述发送数据缓冲区中下一个微片的目的地址并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述发送微片计数单元FCUt计算所述发送数据缓冲区中的发送区微片数量T并发送给所述拥塞判别模块CJU，所述接收微片计数单元FCUr计算所述接收数据缓冲区中的接收区微片数量R并发送给所述拥塞判别模块CJU；所述拥塞判别模块CJU中的读写单元RWU接收到所有子网中的无线路由器的无线接口发送的目的地址、发送区微片数量T和接收区微片数量R并依次写入所述拥塞信息表中；所述算法单元AU读取所述拥塞信息表中所有的信息并进行拥塞判别，确定优先级最高的无线接口的发送端后通过所述信号产生单元SGU产生相应的使能信号，所述使能信号经过所述译码单元的处理后得到译码信号ack再分别发送给相应无线接口中的休眠控制单元SCU；每个无线接口中的休眠控制单元SCU根据各自所接收的译码信号ack控制相应的发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器开启或关闭，从而实现所述无线片上网络的低功耗控制和拥塞缓解。2.根据权利要求1所述的无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块，其特征是，所述拥塞判别模块CJU中的算法单元AU是按如下步骤进行拥塞判别：步骤1、记所述拥塞信息表中任意一个发送区微片数量为Ti、任意一个接收区微片数量为Ri；记所述发送数据缓冲区和接收数据缓冲区的深度为B；定义接收数据缓冲区的剩余位数阈值为a；步骤2、判断B-Ri＝0是否成立，若成立，则表明所述接收区微片数量Ri所对应的接收数据缓冲区的占用率为100％，并将所述接收区微片数量Ri所对应的源路由器无线接口的发送端设置为最低优先级；否则，执行步骤3；步骤3、判断B-Ri>a是...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳一鸣，李哲，黄正峰，梁华国，易茂祥，徐秀敏，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34