[發明專利]一種脈沖神經網絡多播路由器及方法

有效

• 申請號: 202111118621.6
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113807511B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 吳建軍;馮春;徐開明;萬斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/049;G06F15/173;G06F7/58
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 申龍華

1.一種脈沖神經網絡多播路由器及方法，其特征在于：所述的路由器包括輸入緩存器組、交換陣列、輸出緩沖器組、仲裁控制單元、兩種防止環回轉發單元、交換控制單元、多個輸入/輸出端口及一個連接本地計算單元的輸入/輸出端口，所述的路由器采用多播轉發的方式即每個端口輸入的脈沖數據包將分別向其他端口轉發，如果脈沖數據包是由本節點的計算單元所產生，則向所有的端口發送，所述的脈沖數據包的基本幀結構包括脈沖源地址SID、數據載荷PL及轉發次數N，當脈沖數據包從初始節點發出時，轉發次數N=0；每經過一個路由器節點轉發，則脈沖數據包中的轉發次數字段數值增加1，所述的防止環回轉發單元判斷輸入的脈沖數據包是否為近期曾轉發過的數據包，并決定是否丟棄，以防止數據包環回重復轉發，所述的仲裁控制單元判決本地計算單元產生的脈沖數據包及各輸入緩存器中的脈沖數據包的路由計算處理先后順序；判斷各輸入脈沖數據包的目的地之一是否是本地計算單元，如是則同時輸出至本地計算單元，所述的交換控制單元根據脈沖數據包的輸入端口以及防止環回轉發單元的判決結果來確定需要連接的輸出端口，進行交換轉發；

其中一種所述的防止環回轉發單元包括一個地址存儲單元組、比同器組、地址重復判決邏輯、輸入地址暫存單元、存儲控制模塊，一個輸入數據包源地址和一個集中同步清零信號輸入信號，一個地址重復指示信號輸出信號，所述的地址存儲單元用于保存近期經由本路由器轉發的脈沖數據包源地址，以比對最新輸入數據包的地址，所述的比同器用于比較地址存儲單元中的數值與輸入地址暫存單元中的數值是否相同，如果相同則給出有效指示信號，所述的地址重復判決邏輯采用或邏輯，用于判決所有比同器的輸出結果，并輸出地址重復指示信號，輸入地址暫存單元用于暫存待分析處理的輸入數據包源地址，存儲控制模塊用于管理控制地址存儲單元組；如果地址重復指示信號為無效，則說明該數據包是一個新的數據包，將輸入地址暫存單元中的源地址保存入地址存儲單元中的適當位置；如果輸入到存儲控制模塊的集中同步清零信號有效，表示數據包的本輪生存周期到期，則對地址存儲單元中的數據進行集中清零。

2.根據權利要求1所述的一種脈沖神經網絡多播路由器及方法，其特征在于：另一種所述的防止環回轉發單元包括一個地址存儲單元組、比同器組、地址重復判決邏輯、輸入數據包暫存單元、存儲控制模塊，一個輸入數據包輸入信號，一個地址重復指示信號輸出信號，所述的地址存儲單元用于保存近期經由本路由器轉發的脈沖數據包源地址，以比對最新輸入數據包的地址，地址存儲單元增加了一個生存計數值部分，生存計數初始預置值是輸入數據包轉發次數的一個函數，生存計數預置初值對所有的輸入數據包都設定為一個固定的常數數值，與其轉發次數無關，比同器用于比較地址存儲單元中的數值與輸入數據包中的源地址數值是否相同，如果相同則給出有效指示信號，地址重復判決邏輯采用或邏輯，用于判決所有比同器的輸出結果，并輸出地址重復指示信號，輸入數據包暫存單元用于暫存待分析處理的輸入數據包源地址和轉發次數，存儲控制模塊用于管理控制地址存儲單元組；如果輸入的地址重復指示信號為無效，則說明該數據包是一個新的數據包，將輸入地址暫存單元中的源地址保存入地址存儲單元中的適當位置，同時根據數據包中的轉發次數字段值N計算生存計數預置初值，并保存到對應地址存儲單元的生存計數部分中；存儲控制模塊控制地址存儲單元中的生存計數值以一定頻率進行減計數操作，當計數值變為0時對相應的地址存儲單元進行清零操作。

3.根據權利要求2所述的一種脈沖神經網絡多播路由器及方法，其特征在于：所述的地址存儲單元組采用一種內容可尋址存儲器CAM，所述的生存計數值的存儲則采用普通的隨機存儲器RAM，所述的CAM存儲器將輸入數據包的源地址與存儲的已轉發源地址直接進行比較，如果CAM中有與輸入源地址相同的已存源地址，則輸出一個選中信號及存儲單元地址，否則選中信號無效，該選中信號作為地址重復指示信號輸出。

4.根據權利要求3所述的一種脈沖神經網絡多播路由器及方法，其特征在于：所述的路由器具有超時丟棄數據包功能，所述的路由器包括時間戳插入模塊和超時檢測模塊，輸入數據包在保存進入輸入緩存器時，時間戳插入模塊在數據包后面附加上一個當前時間戳部分；超時檢測模塊循環檢測輸入緩存器組和輸出緩沖器組中數據包的時間戳與當前時間計數值的差值，如果大于一個門限值，則將相應緩存/緩沖器中的數據包丟棄，超時門限值要求小于生存計數預置初值。

5.根據權利要求4所述的一種脈沖神經網絡多播路由器及方法，其特征在于：所述的交換控制單元為一個概率交換控制單元，所述的交換控制單元采用遞減性概率函數選擇下一次轉發的各個輸出端口，離源節點越遠、轉發次數越大，則輸出端口被選中轉發的概率越小，所述的概率交換控制單元包括轉發概率及門限計算模塊、偽隨機碼發生器組、門限比較判決器組、交換陣列控制模塊，以及一個輸入數據包轉發次數和一個地址重復指示信號輸入信號，一組交換陣列控制信號輸出信號，轉發概率及門限計算模塊根據當前輸入的數據包轉發次數以及設定的概率函數計算至路由器各個輸出端口的轉發概率，并據此計算相應的概率比較門限值，提供給比較判決器進行判決，偽隨機碼發生器組產生輸出端口數個具有隨機概率屬性的數字，提供給比較判決器與門限進行比較判決，比較判決器將偽隨機碼發生器隨機產生的數字與轉發概率及門限技術模塊產生的門限數值進行比較，判決是否轉發到相應的輸出端口，如果輸入的地址重復指示信號有效，則比較判決器輸出轉發無效指示，交換陣列控制模塊根據各比較判決器輸出的轉發指示信號，對路由器的交換陣列進行切換控制。