[發(fā)明專利]無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210245590.5
• 申請(qǐng)日: 2012-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102780936A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳可;顧華璽;楊銀堂;王琨;陳崢;李慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04Q11/00
• 分類號(hào): H04Q11/00;H04B10/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，支持芯片上處理器之間的無(wú)阻塞通信，提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和時(shí)延吞吐性能，并支持多到一無(wú)阻塞通信。

背景技術(shù)

基于總線結(jié)構(gòu)的片上系統(tǒng)，是將多個(gè)IP核通過(guò)總線互連集成到芯片上，這種片上系統(tǒng)在朝著多核化和異構(gòu)化方向發(fā)展的過(guò)程中，由于總線結(jié)構(gòu)的通信效率低、可擴(kuò)展性差等問(wèn)題逐漸成為限制片上通信性能的瓶頸。因此，片上網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。片上網(wǎng)絡(luò)的核心思想是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移植到芯片設(shè)計(jì)中，從而徹底解決總線結(jié)構(gòu)帶來(lái)的問(wèn)題。但隨著集成電路工藝特征尺寸的進(jìn)一步縮小，電路集成度和時(shí)鐘頻率的迅速提高，片上網(wǎng)絡(luò)中電互連帶來(lái)的帶寬有限、功耗較大、信號(hào)串?dāng)_等問(wèn)題將成為限制片上網(wǎng)絡(luò)性能提高的瓶頸。光片上網(wǎng)絡(luò)通過(guò)使用光互連技術(shù)，可提供高帶寬和低時(shí)延，從而解決了電互連面臨的帶寬瓶頸和功耗限制等諸多問(wèn)題。

現(xiàn)有的光片上網(wǎng)絡(luò)大多采用光電路交換機(jī)制，在源節(jié)點(diǎn)發(fā)送光信息之前，需要發(fā)送電建鏈信息來(lái)預(yù)約從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的光鏈路資源，已被預(yù)約的鏈路不能被其它節(jié)點(diǎn)使用，從而導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)阻塞，降低了網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和吞吐性能。現(xiàn)有的減少網(wǎng)絡(luò)阻塞的兩種方法分別是波分復(fù)用方法和空分復(fù)用方法。

波分復(fù)用方法，支持同一波導(dǎo)中同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信息，可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)阻塞的概率，但是現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方案主要通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)中所使用的波長(zhǎng)數(shù)量減少阻塞。由于目前光片上網(wǎng)絡(luò)中可用的波長(zhǎng)數(shù)目有限，單純使用該技術(shù)會(huì)限制網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。

空分復(fù)用方法，通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)中的波導(dǎo)數(shù)目為光信息提供多條傳輸通道，減少網(wǎng)絡(luò)阻塞。但隨著波導(dǎo)使用數(shù)量的增加，波導(dǎo)交叉數(shù)增加，從而增加了信號(hào)的損耗與串?dāng)_。過(guò)多的波導(dǎo)也會(huì)增大芯片面積和布局復(fù)雜度。

上述兩種方法盡管能減小阻塞發(fā)生的概率，卻不能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞通信；同時(shí)，這兩種方法的資源利用率較低，吞吐性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多到一無(wú)阻塞通信，提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和吞吐性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括光傳輸網(wǎng)絡(luò)和電控制網(wǎng)絡(luò)，該光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模為N×N，N是正偶數(shù)，4≤N≤32，其特征在于：

光傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸波長(zhǎng)為λ₀，λ₁，......λ_N，λ_N+1，......λ_2N-1的光信息，它包括N²個(gè)節(jié)點(diǎn)，N²個(gè)節(jié)點(diǎn)按照從左至右，從下至上的方式均勻規(guī)則排布，節(jié)點(diǎn)之間用波導(dǎo)相連并形成Torus拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)能夠產(chǎn)生并處理電信息和電控制信息的IP核、一個(gè)發(fā)送單元、一個(gè)接收單元和一個(gè)光交換單元，發(fā)送單元和接收單元均置于IP核與光交換單元之間；在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，以左下角的節(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標(biāo)系，依次確定所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y），每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的IP核、發(fā)送單元、接收單元和光交換單元共享該節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；

電控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)傳輸電控制信息，控制光傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部單元工作，它包括N²個(gè)電控制單元，每個(gè)電控制單元之間通過(guò)電連接，形成Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

上述無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的波導(dǎo)，分為水平波導(dǎo)和垂直波導(dǎo)，該水平波導(dǎo)為單向波導(dǎo)，以沿順時(shí)針?lè)较騻鬏敹鄠€(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)，該垂直波導(dǎo)為雙向波導(dǎo)，以雙向傳輸多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)。

上述無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)送單元由一個(gè)電光轉(zhuǎn)換單元和一個(gè)光平行開(kāi)關(guān)構(gòu)成，該電光轉(zhuǎn)換單元用于將IP核產(chǎn)生的電信息調(diào)制為波長(zhǎng)是λ_i的光信息，該光平行開(kāi)關(guān)用于將波長(zhǎng)是λ_i的光信息耦合進(jìn)波導(dǎo)，其中λ_i為發(fā)送單元的發(fā)送波長(zhǎng)，發(fā)送波長(zhǎng)λ_i由節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)決定，0≤i≤2N-1，其中x、y分別為發(fā)送單元的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，為向下取整運(yùn)算。

上述無(wú)阻塞通信的光片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，光平行開(kāi)關(guān)由兩根平行波導(dǎo)和一個(gè)微環(huán)諧振器構(gòu)成，該微環(huán)諧振器置于兩根平行波導(dǎo)之間，以將一根波導(dǎo)中的光信息耦合進(jìn)另一根波導(dǎo)中；微環(huán)諧振器的諧振波長(zhǎng)作為光平行開(kāi)關(guān)的工作波長(zhǎng)。