端口故障粒度划分的虚通道动态分配式容错路由器设计

高可靠性是高性能片上网络路由器发展的重要方面,针对目前虚通道动态分配式路由器端口易发生故障的问题,提出了一种基于端口故障粒度划分的容错路由器设计。首先,结合虚通道动态分配方式的特殊性以及故障发生特性,建立了一种粒度划分的端口故障与拥塞预测模型;然后在此模型的基础上结合实时故障检测方法设计相关容错电路,增加邻端口共享模块,设计容错读写指针控制逻辑电路;最后依据设计的电路提出容错与拥塞缓解方案。实验结果表明,在各种端口故障模式下,该路由器均能保持较好的容错特性,性能衰减较小,并且具有较好的性能提升与面积开销比。     

NoC中基于路径多样性的交叉开关细粒度容错设计

在片上网络中,交叉开关是路由器的重要组成部分,当其出现故障会导致数据无法传到下一跳,易造成资源浪费,影响整个网络的性能.对此,通过详细考虑交叉开关中数据分配器、内部链路以及数据选择器的故障情况,充分利用交叉开关的可用资源,提出交叉开关细粒度容错设计方案,实现容错路径的多样性.当数据到达数据分配器时,查看故障信息表,若存在故障则顺序选择一个无故障的数据分配器传输数据;当数据经过数据分配器传至内部链路时,若存在链路故障,同样查找故障信息表快速选择合适的容错链路进行传输;最后数据到达数据选择器,若此时数据选择器出现故障,数据则经过额外的数据选择器到达输出端口.实验结果表明,故障率逐渐增大的时候,该方案比已有方法平均延时降低了6%~36%,吞吐率提高了6.7%~27.7%,且容错效果不会随着故障率增大而显著下降.     

3D NoC中故障感知的RVOQ容错架构设计

针对因路由器内部输入缓存和交叉开关故障引起的可靠性及网络拥塞问题,提出一种故障感知的RVOQ容错架构设计方案.首先在输入端口处增加冗余虚通道进行输入缓存故障的容错设计,通过故障信息的反馈和仲裁算法使得数据选择有效的路径进行传输;然后修改交叉开关的架构,增加多路选择开关和相应控制模块,输入数据优先考虑本地数据链路,故障情况下选择冗余路径进行数据传输.实验结果表明,在故障数为3时,该方案比已有方法的时延降低了11%~53.1%;在网络出现多个故障、面临网络重负载时,仍然能够保证系统的高可靠性以及传输性能.     

一种无虚通道NoC负载均衡容错路由算法

随着芯片复杂度的不断增大,设计一个高效的片上网络容错路由算法面临着巨大的挑战。由于芯片面积开销的限制,拥有低面积开销的无虚通道片上网络路由器受到学术界的广泛关注。但目前对无虚通道片上网络容错路由算法的研究却停留在容错性能上,而忽略了容错路由算法的路由路径过于单一所造成的负载不均、数据包平均延迟较大等问题。文章在借鉴已有的奇偶转向容错路由算法的基础上,对算法的故障模型和故障绕行策略进行优化,并在算法中融入负载均衡策略,以形成新的容错算法缓解上述问题。在9x9的2D mesh网络中对新提出的算法和参考算法的仿真结果表明：与参考算法相比,新算法在降低数据延迟和吞吐量方面有着明显的优势,在最优情况下能减少8.92%数据延迟和增加10.46%的吞吐量。     

基于2D-Mesh的容错路由算法

提出一种基于2D-Mesh只使用2条虚通道的容错路由算法,少于需要4条虚通道的Boppana算法,以及需要3条虚通道的Duan算法。算法基于块故障模型,故障块可以是f-ring,也可以是f-chain。无故障时算法用最短路径路由消息,当消息被故障块阻塞时使用绕道策略进行路由。在不重叠和重叠故障区情况下分别给出算法无死锁性的证明过程。     

基于故障链路缓存再利用的NoC容错路由算法

建立故障模型是进行片上网络容错研究的基础,传统的细粒度故障模型未能有效地区分链路故障和通道故障.为了进一步提高片上资源的利用率,构建了一种粒度更细的微粒度故障模型,并在该模型的基础上提出了基于故障链路缓存再利用的容错路由算法.该算法为每个通信节点增加4条自收发通道,并采用基于缓存再利用的透传机制,通过复用故障链路两端的正常缓存和通道来透传故障通道上的数据包,提高了数据包采用最优输出端口的概率.实验结果表明,文中算法在高故障比例的片上网络中优势明显,且能以相对较小的硬件开销换取平均吞吐量、平均延迟和数据包平均跳数等性能的大幅度提升.     

基于故障节点再利用的细粒度NoC容错路由算法

针对传统NoC容错算法中容错粒度过粗造成资源浪费的问题,提出了一种细粒度的自适应容错路由算法,对带有部分故障的节点重新利用。算法将各种故障映射为一种功能故障模型,结合新提出的路由端口优先级策略和嵌入的奇偶转向模型,实现数据包的无死锁容错路由。实验表明,随着负载和故障数目的增加,该算法具有更优越的容错性能,证明了算法的有效性。     

面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计

针对片上网络典型路由器的缓冲资源利用率不高、大容量缓存设计受限等问题,在不增加缓存和虚通道的情况下,提出一种新的面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计方案。在该路由器中,当某个输入端繁忙发生资源争用情况时,将阻塞数据包分配到其他拥有空闲缓存资源的输入端口,解决缓冲资源的争用问题,从而提高网络整体性能。SystemC仿真结果表明,相对于基本路由器,该路由器在热点模式和均衡模式下均具有较高的网络饱和率和吞吐量,尤其在热点模式下提高了约11.4%的饱和率。FPGA实现结果表明,该路由器的面积开销较小,能较好满足片上网络的应用需求。     

一种基于二步流控方法的片上动态虚通道路由器

片上硅面积和功耗受到严重限制,报文缓冲区容量也受到严重限制,如何高效使用报文缓冲区是NoC设计的关键问题之一.动态划分虚通道缓冲区是高效使用报文缓冲区的有效方法之一,但会增加拥塞程度,甚至出现无限拥塞的情况.提出一种基于二步流控方法的片上动态虚通道(DAVC)路由器,该二步流控方法将报文分成报文头和报文体两部分分别运用流控算法.实验结果表明:与静态虚通道(SAVC)片上路由器相比,在缓存容量相等的情况下,DAVC路由器能提高23.2%的吞吐率,传输延迟降低27.2%;在DAVC缓存容量减半的情况下可获得相近的性能,节省28.3%的面积与23.8%的漏电流功耗.     

低功耗片上网络路由器设计

针对片上网络路由器功耗问题,在系统级层次上对影响路由器功耗的虚通道数目、缓存深度和数据微片位数等关键因素进行了研究。提出了综合多种功耗关键因素以及虚拟通道共享交叉开关输入端口的功耗降低方法,设计实现了一种低能耗的NoC路由器。实验结果表明,与Alpha 21364路由器和IBM InfiniBand路由器相比,所设计的路由器具有较低的功耗。     

虚网叠加构造自适应路由算法的有效框架

大规模并行处理机系统中路由算法对互联网络通信性能和系统性起着重要作用。     

iSCSI存储解决方案的设计与实现

分析了存储技术的发展现状，介绍了最新的iSCSI协议及其优势，提出了一种基于虚拟iSCSI存储通道技术的iSCSI存储解决方案的构想，给出了此构想的设计和实现的方法和此方案的文件传输速率测试数据，并做了简要的分析。     

Using iterations for finding the optimal virtual channel in telecommunication networks

We model telecommunication systems using two-state discrete Markov processes. Using the methods of dynamic programming we find the optimal virtual channel with minimal probability of a busy state. A simple example is also considered for the purpose of illustration.     

网络故障诊断和排除技术研究

当一个网络建设完成之后,将会有大量的维护工作需要做。任何物理设备都可能出现故障或损坏,另外网络在运行过程中也经常会遇到各种各样的问题,作为网络管理员就要尽快找出故障点并排除故障,使网络尽快恢复正常运行。网络的故障诊断与排除是每个网络管理员所面临的一个很重要的工作任务。     

基于解析冗余的传感器故障检测、分离与辨识

深入研究了基于解析冗余技术的传感器故障检测、分离与辨识方法 ,并用实验评价该方法的性能。     

航空电子嵌入式实时操作系统的安全策略

新一代航空电子系统是一种高度综合化、模块化的系统。为了确保系统工作的安全与可靠,需要具有高安全性能的实时操作系统。该文介绍软件的分区管理和信息安全管理、分区间通信的虚通道等技术,讨论航空电子嵌入式实时操作系统中的数据安全策略。实验结果表明了该策略的有效性。     

Fault-tolerant control of linear systems using adaptive virtual actuator

In this paper, design and development of fault-tolerant control (FTC) is investigated for linear systems subject to loss of effectiveness and time-varying additive actuator faults as well as an external disturbance using the fault-hiding approach. The main aim of this approach is to keep the nominal controller and to design a virtual actuator that is inserted between the faulty plant and the nominal controller in order to hide actuator faults and disturbances from the nominal controller, and consequently the performance of the system before and after the occurrence of actuator faults is kept to be the same. The proposed adaptive virtual actuator does not require a separated fault detection, isolation and identification (FDII) unit and both state and output feedback cases are considered. An illustrative example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed adaptive virtual actuator in both cases.     

RapidIO高性能通信中间件设计

针对RapidIO总线互联系统中网络节点间高效端对端通信功能的缺失,实现了基于消息机制的RapidIO通信中间件,以虚通道的方式为应用提供数据传输功能。虚通道采用HOST节点集中控制的管理方式,易于实现系统功能的迁移与重构。实物环境中的带宽、时延测试表明,RapidIO通信中间件具有很高的传输效率。     

一个新颖的模块化NoC路由器设计

片上网络（NoC）作为复杂片上系统的有效解决方案,已经成为研究的热点。互连网络的性能很大程度取决于构建网络的路由器结构。基于时延、吞吐和可靠性等考虑,提出一种基于虫孔交换的模块化设计的路由器结构。该结构采用路径分组,使用更小的交叉开关,同当前设计相比,很大程度上减少了输出端口竞争。且该结构自身具有一定的容错功能。     

具有拥塞缓解策略的动态虚拟通道研究及其VLSI实现

虚拟通道技术改善了片上网络性能,却带来了巨大的面积与功耗开销.通过分析静态虚拟通道的不足,提出了基于拥塞缓解策略的动态虚拟通道结构.它采用链表方式组织缓冲,可以自动调整通道结构来适应各种流量负载:在较低流量下,该结构扩展通道队列深度,减小了报文传输延迟;在较高流量下,它增加虚拟通道数量,消除队列头阻塞与通道不足阻塞,并缓解拥塞现象发生,减少流反馈次数,提高了网络吞吐率.在90nm CMOS工艺下完成了DVC路由器的VLSI设计,与传统路由器相比,不仅改善了报文传输延迟与吞吐率,而且有效降低了面积与功耗开销.