[發明專利]一種面向非均衡通信特征的射頻片上網絡應用映射方法

在審

• 申請號: 201410544934.1
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104270308A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 肖春華;沙行勉;諸葛晴鳳;吳剴劼;劉韋辰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04L12/701
• 分類號: H04L12/701
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

技術領域

本發明屬于片上網絡技術領域，具體涉及一種射頻片上網絡應用映射方法。

背景技術

隨著CMOS工藝的進步和片上網絡系統規模的增加，基于金屬銅的片上互聯面臨著嚴重的性能及功耗瓶頸。根據國際半導體技術藍圖的預測，金屬電氣導線特性的進步不再滿足未來應用對高效能通信互聯(高帶寬、低時延、低功耗)的巨大需求，光互聯、射頻互聯、3D互聯等新興片上互聯逐漸成為未來取代傳統RC電氣互聯的可能趨勢。與傳統RC電氣互聯相比，片上射頻互聯能夠受益于半導體工藝的進步，解決基于金屬銅的片上互聯技術在大規模片上網絡中存在的傳輸延遲問題、帶寬密度問題，以及功耗問題；與片上光互連等新興互聯技術相比，片上射頻互聯表現出更優良的CMOS兼容性和可實施性?；谏漕l的片上網絡融合了傳統RC電氣互聯和片上射頻互聯，已經成為技術過渡時期的主流設計方案之一，引起了國際上學術界和產業界的注意，成為未來片上網絡發展的趨勢之一。

與傳統片上網絡不同，射頻片上網絡為層級拓撲結構，包含底層通信子網和射頻通信子網兩個層級，底層通信子網由路由器及電氣有線互聯組成；射頻通信子網由射頻通信節點及射頻互聯組成。底層通信子網的各通信節點通過電氣有線鏈路實現互聯，非相鄰的通信節點之間遵循一定的路由策略，通過中間路由實現通信。射頻片上網絡中射頻通信節點之間不需要中間路由，可以通過射頻互聯實現高速one-hop通信，降低通信延時及能耗。與射頻通信節點相鄰的路由器在一定路由策略約束下也可以通過射頻通信節點及射頻互聯減少傳輸數據的通信路由跳數，提高通信能效。射頻互聯在邏輯上表現為定向的互聯鏈路，這些定向互聯的鏈路根據應用的互聯通信特征和設計目標進行自適應設計，通常分配給網絡中通信負載較重的熱點或關鍵路徑，從而提高系統的通信性能及網絡吞吐量。為了便于描述，本說明書中將射頻片上網絡中的定向射頻互聯鏈路稱為高速捷徑鏈路ES(Express?Shortcut)。合理的ES鏈路配置，能夠以較小的開銷獲得高效的系統通信效率，有效利用片上射頻互聯資源解決大規模片上網絡面臨的傳輸瓶頸問題。

因此，與傳統片上網絡的應用映射不同，射頻片上網絡的應用映射需要充分考慮層級網絡拓撲結構特征，以及射頻互連的特殊傳輸特性，不僅實現處理節點(默認處理節點已經完成了任務的分配)向射頻通信節點和路由器的合理映射，并且還要將射頻互聯鏈路合理映射給網絡中的射頻通信節點對。

由于目前關于射頻片上網絡的研究還處于起步階段，因此射頻片上網絡領域并未像傳統的基于電氣互聯的片上網絡研究那樣完善?，F有的研究僅僅關注了ES鏈路的映射問題，并將該問題與處理節點映射獨立，沒有把射頻片上網絡的層級拓撲結構當成一個整體來考慮，影響了設計效率及性能提升空間。并且現有的針對ES鏈路映射問題的研究，忽略了初始化配置和搜索空間的問題，初始化時只是將ES鏈路隨機地配置到網絡中的通信節點對，這在很大程度上影響了搜索結果及收斂速度。隨著片上規模的不斷擴大，搜索空間將急劇增加，這種映射方式導致的性能和計算開銷問題將變得越來越突出。

應用的通信軌跡特征分為均衡通信(Uniform-traffic)和非均衡通信(Non-uniform-traffic)兩個大類。均衡通信的應用中各節點之間的通信頻率和通信量基本相同，不存在熱點通信。非均衡通信的應用中存在熱點通信，通信熱點相比較其它節點，通信更為頻繁，通信量更高。

本發明針對非均衡通信特征的應用，提出了一種射頻片上網絡的應用映射方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種面向非均衡通信特征的射頻片上網絡應用映射方法，該方法采用聯合優化技術，將處理節點的映射與ES鏈路映射結合起來，實現應用向拓撲結構的最優映射，使得系統在某種條件的約束下獲得最好的性能/成本目標。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括有以下步驟：

步驟1、將通信軌跡圖及結構特征圖進行數學化描述，并計算通信軌跡圖中處理節點的通信權重及連接度，按照通信權重進行降序排列，得到映射隊列；同時計算結構特征圖中各路由節點的資源度；

所述處理節點的通信權重是指處理節點與通信軌跡圖中其它處理節點的通信數據量；

所述處理節點的連接度，是指通信軌跡圖中與該處理節點有共同邊的處理節點個數，即與該處理節點存在數據通信的節點個數；

所述路由節點的資源度是指，結構特征圖中與該路由節點有共同邊的節點個數，即與該路由節點直接相連接的節點個數。