[發明專利]一種基于FPGA非對稱門限服務輪詢系統

有效

• 申請號: 201810254538.3
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108616570B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楊志軍;路秀迎;丁洪偉
• 申請（專利權）人: 楊志軍
• 主分類號: H04L67/60
• 分類號: H04L67/60;H04L67/1017;H04L47/62;H04L49/90
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發明涉及一種非對稱門限服務輪詢系統的FPGA實現，屬無線傳感器網絡通信領域。采用原理圖與文本輸入相結合的方法對系統進行自上而下的設計，利用FPGA內置異步fifo軟核對各站點所接收到的具有泊松分布特性的信息分組進行緩存與發送，并借助于分頻技術進行速度匹配、實現fifo存儲器讀與寫的獨立時鐘控制，滿足服務器在處理不同的業務時在處理速率方面的要求；設計采用門限規則對各站點提供服務，有效克服完全規則下的站點“忙碌”與“饑餓”問題、解決限定規則下的相位頻繁切換問題，利用Verilog HDL語言進行有限狀態機設置，控制各站點之間具有不同的轉換時間，保證站點之間服務的公平性。本發明控制靈活、開發周期短，可廣泛應用于多樣性業務處理場合。

技術領域

本發明涉及一種非對稱門限服務輪詢系統的FPGA實現，屬于無線傳感器網絡通信領域。

背景技術

現今社會不斷向數字化方向轉型，云計算、大數據、深度學習等實現萬物智能互聯的技術蔚然成風，基于異構的FPGA技術在其海量數據處理、網絡加速方面得到廣泛應用。

FPGA是用Verilog等硬件語言描述可綜合成實際電路的組合邏輯、時序邏輯、狀態機邏輯和復雜數字系統的半定制電路，兼具ASIC和處理器系統的優勢，并行計算能力強、響應速度快、開發周期短、控制靈活、性能穩定功耗低，成為搭建復雜應用系統底層硬件環境的首選。

輪詢技術基于點協調功能為各通信終端提供無競爭接入網絡的機會，使其接入信道后能夠利用全部帶寬資源進行無線通信，廣泛應用與工業、農業、軍事、醫療等領域。信息時代的發展促進了多業務系統的應用，服務器在處理不同業務時具有不同的QoS特性，這就對輪詢系統的適用性提出了更高的要求。傳統輪詢技術日益成熟，但其局限在于該技術各通信終端信息到達率、服務時間以及相鄰終端間轉換時間皆相同，大大限制了該技術的使用范圍。研究非對稱輪詢系統對研究多業務處理過程具有重要的理論意義與研究價值。

輪詢系統的性能與調度策略有著重要關系，基本的服務規則有完全、門限、限定三種。這三種服務策略各有特點，同樣條件下，完全服務具有最好的時延特性，限定服務具有最好的公平特性，在多業務處理系統中，要盡量避免服務器長時間為某一站點服務，或頻繁的切換服務站點造成較大的時延，門限服務策略在時延與控制靈活性方面性能居中，適用于多業務處理場合。

發明內容

本發明針對服務器在多業務系統中處理性能方面的差異性問題，提出一種基于FPGA非對稱門限服務輪詢系統的設計，設置不同的服務時間和轉換時間，并使用門限調度策略完成服務器對各站點信息分組的發送工作。

本發明工作機理：一個簡單的輪詢過程可以表述為各站點信息分組到達過程、信息分組服務過程以及相鄰站點輪詢轉換過程，設計采用原理圖自上而下把整個系統劃分為信源模塊、站點模塊、控制模塊、接收模塊四個部分進行設計，通過布局布線使之互聯通信，其主要內容有：

利用分頻技術提供了單位時隙產生多個信息分組、單位信息分組跨多個時隙發送的解決方案；

結合dcfifo技術給出各站點信息分組緩存與發送過程中的速度匹配方法。

利用邊緣檢測與計數器原理給出門限服務策略的實現方法。

各站點dcfifo緩存、發送信息分組過程中要設計有保護電路，防止其上溢或者下溢。設計中利用文本輸入的方法根據fifo寫入輸出端的容量信號與門限控制信號進行綜合控制，提供了一種防止fifo讀空時繼續讀出的下溢保護方案。

本發明提供一種服務器控制媒體接入網絡的輪詢控制方案，在時序電路基礎上充分結合計數器原理與有限狀態機設置方法對中央控制器的控制策略進行設計，實現站點服務過程與相鄰站點轉換過程的獨立控制，滿足系統服務時間與轉換時間的非對稱特性。

本發明引入了一種智能篩選、存儲有效信息的濾波方案，減小信息冗余。

本發明結合系統單跳通信的特點實現各站點發送數據的融合。