NoC在纳米计算结构下的延迟与拥塞优化映射

片上网络(NoC)映射的性能严重依赖于该网络拥有的互联结构.在自组装的纳米计算结构上探索了NoC映射问题,特别研究了在该结构上与最小延迟与拥塞相关的映射问题.提出了一个用于评估传输延迟的模型,并提出了SWMAP映射算法,使应用任务能够映射到具有小世界特性的纳米计算结构上.该算法使用了两种应用任务测试样例进行测试,实验结...     

一种基于遗传算法的片上网络映射算法

片上网络NoC以其高可扩展性成为片上多核的互连解决方案。IP核到NoC结点的映射是片上网络设计的重要阶段。映射对芯片的性能和功耗有重要的影响。本文详细阐述了映射算法的研究现状,给出了映射算法的分类方法,并且分析各种方法的特点。最后,给出一种采用顺序表示的基于遗传算法的NoC映射算法。实验结果表明,该映射算法能够取得较好的准确性和较高的效率。     

改进量子算法的片上网络映射研究

片上网络（NoC）是解决片上系统（SoC）之间各个IP核通信的主要方法。其中NoC的映射是整个NoC设计过程中最为关键的步骤之一。采用一种改进的方法解决NoC映射问题,该方法基于量子进化算法,并在算法中采用一种改进的更新方法,之后引入精英策略,让所有中间过程的解都参与到迭代中,选择其中最好的解作为每次迭代的NoC映射最终解。使用该方法建立在延时约束下的NoC映射功耗数学模型,实验表明,该方法在NoC映射中能达到降低通信功耗的目的。     

面向实时复杂系统的基于片上网络多核平台的映射技术研究

为了提高通信与信号处理系统向片上网络(NoC)平台映射的性能,提出一种面向系统能耗和响应时间的新型NoC映射模型。该模型改进了传统映射算法中能耗的计算方法,同时考虑交换网络的能耗和处理节点的能耗,采用多对多映射技术,在带宽约束的基础上,结合复杂通信系统特有的注入率、迭代边界等约束,同时优化能耗和响应时间,提高了映射算法的实用性。仿真实例证明,该映射模型得到的优化方案能降低约15%的系统能耗,能够获得综合的最优性能。     

基于2D Mesh拓扑结构的NoC模拟器设计

片上网络模拟器的设计涉及到片上网络的拓扑结构、路由器结构、路由算法、性能分析等诸多方面.从NoC模拟器设计的角度,研究并讨论模拟器所采用的拓扑结构,路由器结构及数据包格式,介绍拓扑结构模拟、IP核模拟、路由模拟,并且用面向对象语言C++实现一个NoC模拟器系统.     

支持双拓扑结构的片上网络评估高层仿真平台

为实现高效的NoC（片上网络）性能评估, 缩短系统芯片的开发周期, 针对时钟精确级的NoC仿真方法进行研究, 提出了一种新型的高层次、高效率仿真平台, 与仅支持网格拓扑结构的传统仿真器相比, 其创新地支持了网格和环型双拓扑结构的性能评估, 同时支持虚通道扩展的路由器结构设计, 能快速得到网络的延迟、吞吐率、功耗等性能结果。实验结果表明, 该仿真平台能准确模拟NoC功能行为, 快速获得其仿真性能, 为NoC设计验证提供了高效的方法。     

基于云自适应遗传算法的NoC映射研究

NoC映射是NoC设计中的重要步骤,映射结果的优劣对NoC的QoS约束和通信功耗有着很大的影响。提出一种采用云自适应遗传算法实现NoC映射的方案,该算法利用云模型对传统遗传算法加以改进,以此新方法自动调整遗传算法过程中的交叉概率和变异概率,从而达到优化遗传算法的目的。结合NoC映射中的具体问题,在功耗和延时约束的限制条件下,建立了延时约束下的NoC映射功耗数学模型。实验表明,该方法在NoC映射中取得了良好的效果,降低了通信功耗。     

基于自适应模拟退火的NoC映射算法

在片上网络(Network on Chip,NoC)系统中,如何完成应用特征图到结构特征图的映射是影响系统实际性能的关键步骤之一。针对NoC系统越发庞大,映射算法耗时也随之增加的问题,提出了自适应模拟退火(Self-Adaptive Simulated Annealing,SASA)的NoC映射算法。采用相对平滑方式实现温度下降过程,针对模拟退火算法易陷于局部最优的缺点,采用自适应方法改变新解生成方式,提高了算法收敛于全局最优的概率。实验结果表明,该算法与常见NoC映射算法(如基于遗传的映射算法)相比,平均性能提升了5.3%,耗时缩短了11.1%。     

基于虫孔交换的NoC映射和通讯参数自动化设计方法研究

NoC映射和通讯参数设计是NoC设计过程中非常重要的部分,其结果直接影响NoC的性能、面积和功耗。本文将NoC映射问题和通讯参数设计问题统一考虑,首先对NoC映射问题进行了形式化定义,然后提出了基于虫孔交换的NoC延迟性能分析方法,根据应用的通讯延迟约束,将应用模型映射到NoC拓扑结构上,并自动设计出NoC通讯参数。实验表明,本文所提出的延迟性能分析方法比以往方法精确7%~13%,映射结果和通讯参数设计更优。     

一种实时细颗粒度片上网络功率分配方法

为满足应用对计算性能的需求,众核芯片集成了众多处理器。然而,其快速上升的功耗成为众核芯片设计的挑战之一。片上网络(NoC)是众核芯片中处理器核之间数据通信的网络,它不仅直接影响众核芯片的性能,而且消耗了芯片部分功率。在给定功率条件下使得片上网络的性能最优已经成为迫切需求。片上网络中路由器的工作负载(包的到达率)差异很大,需要对每一个路由器进行异构调整功率才能得到很好的性能。为此,针对如何在给定功率条件下优化NoC性能进行了研究,提出了一个实时细颗粒度的功率分配方法,它能够根据每一个路由器的工作负载实时快速的分配功率,实现片上网络性能最优。实验结果表明相比其他功率分配方法,该方法平均减少28.3%的应用执行时间且具有较低的硬件开销。     

Analytical modeling of a multi-queue nodes network router

This paper presents the derivation of an analytical model for a multi-queue nodes network router, which is referred to as the multi-queue nodes (mQN) model. In this model, expressions are derived to calculate two performance metrics, namely, the queue node and system utilization factors. In order to demonstrate the flexibility and effectiveness of the mQN model in analyzing the performance of an mQN network router, two scenarios are performed. These scenarios investigated the variation of queue nodes and system utilization factors against queue nodes dropping probability for various system sizes and packets arrival routing probabilities. The performed scenarios demonstrated that the mQN analytical model is more flexible and effective when compared with experimental tests and computer simulations in assessing the performance of an mQN network router.     

An analytical model for Network-on-Chip with finite input buffer

An analytical model is proposed for input buffer router architecture Network-on-Chip (NoC) with finite size buffers. The model is developed based on M/G/1/K queuing theory and takes into consideration the restriction of buffer sizes in NoC. It analyzes the packet’s sojourn time in each buffer and calculates the packets average latency in NoC The validity of the model is verified through simulation. By comparing our analytical outcomes to the simulation results, we show that the proposed model successfully captures the performance characteristics of NoC, which provides an efficient performance analysis tool for NoC design.     

一种基于进程代数的路由器性能评价算法

性能评价是路由器设计中的一个重要环节，目前有多种方法，提出了一种基于进程代数的形式化方法，它能在系统进行正确性验证的同时得到系统的性能参数．首先定义了描述路由器模型的进程代数方法，然后介绍了建立路由器模型的方法，并给出了一个简单的例子，最后给出了计算路由器两个性能指标吞吐率和延时的算法．     

Performance analysis of a QoS capable cluster interconnect

The growing use of clusters in diverse applications, many of which have real-time constraints, requires quality-of-service (QoS) support from the underlying cluster interconnect. All prior studies on QoS-aware cluster routers/networks have used simulation for performance evaluation. In this paper, we present an analytical model for a wormhole-switched router with QoS provisioning. In particular, the model captures message blocking due to wormhole switching in a pipelined router, and bandwidth sharing due to a rate-based scheduling mechanism, called VirtualClock. Then we extend the model to a hypercube-style cluster network. Average message latency for different traffic classes and deadline missing probability for real-time applications are computed using the model.

We evaluate a 16-port router and hypercubes of different dimensions with a mixed workload of real-time and best-effort (BE) traffic. Comparison with the simulation results shows that the single router and the network models are quite accurate in providing the performance estimates, and thus can be used as efficient design tools.     

基于树结构的分布式BGP路由计算迭代算法

随着互联网规模的迅速增长,下一代核心路由器的研究重点正在向可扩展体系结构的方向发展.分布式路由协议计算是可扩展路由器需要解决的关键问题之一.作为已经在骨干网上广泛部署的重要路由协议,BGP协议的分布式模型及其相关算法的研究是可扩展路由器体系结构中的重要研究课题.本文基于BGP路由计算模型,对“路径选优”这一BGP基本操作的特性进行了深入分析,提出了一种按照树状结构来组织路由计算过程的模型,基于此模型可以分布式计算BGP路由.针对两类典型的可扩展路由器体系结构,本文分别提出了相应的迭代树算法,对算法给出了性能改进的理论分析.通过模拟实验,验证了本文所述模型的实际性能.     

PIM-SM协议的建模与改进

PIM-SM(protoc01-independent multicast-dense mode)协议是目前Internet首选的域内组播路由协议.影响其广泛应用的一个主要问题是该协议的控制报文负载比较大.为了对协议进行改进和优化,首先需要建立性能模型并进行准确的性能分析.利用随机Petri网(stochastic Petri net,简称SPN)模型对整个PIM-SM复杂的协议行为进行了建模,并在其SPN模型的基础上,结合路由器的实现,对协议中每种消息消耗的路由器处理负载和占用的网络带宽进行了分析和实验,发现Register消息和Join/Prune消息消耗的路由器处理负载比较多,而Join/Prune消息和Bootstrap消息占用的网络带宽比较大.根据性能分析的结论对PIM-SM协议进行了改进.与原来的协议相比,改进后的协议性能明显提高.     

分布式路由器转发引擎性能分析

提出了一种基于泊松分布的排队模型，该模型能够有效地描述分布式路由器体系结构，通过对该模型的分析和计算，可以得了分布式路由体系结构中系统的性能，在多处理器分布式路由器样机上，采集了真实网络环境的性能数据，这种经过验证的性能分析方法可以用于系统的前期设计，与软件仿真或样机仿真相比，该方法具有简单性和先验性。     

Compressionless wormhole routing: an analysis for hypercube with virtual channels

Several recent studies have shown that adaptive routing algorithms based on deadlock recovery have superior performance characteristics than those based on deadlock avoidance. Most of these studies, however, have relied on software simulation due to the lack of analytical modelling tools. In an effort towards filling this gap, this paper presents a new analytical model of compressionless routing in wormhole-routed hypercubes. This routing algorithm exploits the tight coupling between wormhole routers for flow control to detect and recover from potential deadlock situations. The advantages of compressionless routing include deadlock-free adaptive routing with no extra virtual channels, simple router design, and order-preserving message transmission. The proposed analytical model computes message latency by determining the message transmission time, blocking delay at each router, multiplexing delay at each network channel, and waiting time in the source before entering the network. The validity of the model is demonstrated by comparing analytical results with those obtained through simulation experiments.     

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。     

基于移动Ad-Hoc无线网络MAODV组播路由协议研究

分析了按需组播路由协议MAODV,并且在此基础上提出了基于最优化路径(path optimized aware)算法~([7])的PA-MAODV协议,并对相关路由发现方案算法进行了描述、分析、改进,最后对PA-MAODV协议在NS2中的实现,仿真和性能分析的整个过程做了详细的阐述.并将其与MAODV,AODV协议进行了性能上的比较,通过对仿真结果的分析表明,所给出的PA-MAODV协议在延迟、数据包投递率等方面能更好地适应网络环境.