WiNoC中拥塞避免的低功耗路由器设计

无线片上网络中无线路由器承担着大量的数据通信任务,容易产生拥塞,影响网络性能。基于此,设计了一种拥塞避免的低功耗路由器。首先,在无线接收缓冲区与路由器的输入缓冲区之间添加数据包分流模块,将无线接收端的大量数据包,存储到空闲端口输入缓冲区;其次,添加全局仲裁模块,授权无线发送端口拥塞度较高的无线路由器,优先使用无线信道;最后,对无通信任务的无线收发器组件进行功率门控。实验结果表明,该方案使得网络的吞吐率最多增加了25%,网络延时最多降低40%,功耗最多降低33.87%,面积开销稍有增加。该设计有针对性地解决了高负载引起的无线收发端拥塞问题,提升了网络整体性能。     

NoC中负载均衡的AVOQ路由器设计

针对片上网络中使用虚拟输出队列(VOQ)机制的路由器在网络拥塞时存在的头阻塞问题,提出负载均衡的AVOQ路由器架构。首先,输入缓冲区仍使用VOQ机制来处理头阻塞问题。其次,在路由计算模块自适应地选择输出端口,确保数据从较不拥塞的端口输出;在单个虚通道内自适应地读取数据包,确保下游不拥塞的流量能够在网络里流通。实验结果表明,相较于虚通道路由器和VOQ路由器,AVOQ路由器平均延时最多减少83.2%和57.1%,吞吐率最多增加72.7%和33.3%,功耗和面积开销可接受。该方案通过两个层级的自适应均衡全网的流量分布,缓解拥塞,进而降低头阻塞出现的可能性,并在头阻塞出现时消除其影响,提升网络性能。     

基于故障感知容错路由算法的可重构架构设计

当路由器发生永久性故障时会影响网络的通信性能,现有的容错方法大多都是采用重路由策略,绕行路径的不确定性不仅会带来较长的绕行延迟甚至故障节点周围形成热点导致死锁。针对二维网状网络中的各种故障情况,设计了一种新的路由器架构——DRRA,通过添加的组件将不同的输入端口和输出端口连接起来,并定义了3种不同的具体连接方式,当数据包遇到故障节点时,会根据具体故障位置及路由信息选择合适方式直接绕过该故障节点,保证网络的连接性。实验结果表明,本文所提出的方案与其他容错方案性比不会产生过多的硬件开销,并且在网络存在多个故障节点的情况下保持良好的性能和可靠性。在热点流量模式下,本文提出的方案与ReRS方案相比可以降低57.4%的平均数据包传输延迟,与MiCoF相比可以降低38.9%的平均数据包传输延迟。     

基于时空冗余的容软错误锁存器设计

随着集成电路工艺尺寸的不断降低,电路对空间辐射引起的单粒子效应越来越敏感。为了提高电路的可靠性,基于时间和空间冗余技术提出了一种高性能的容软错误锁存器DSH-CG。该锁存器包括两个内部冗余模块和一个由C单元与保持器组成的输出级,不但可以过滤上游组合逻辑传播过来的SET脉冲,而且对SEU完全免疫。并且该锁存器适用于门控时钟电路或低频电路。SPICE仿真结果表明,与同类锁存器相比,该锁存器平均延迟增加32.4%,可过滤的SET脉冲宽度平均增加73.5%,并且功耗平均降低44.5%,功耗延迟积(PDP)平均降低31.5%,面积平均增加28.6%。     

WiNoC中基于Edge first算法的流量平衡设计

在无线片上网络中,无线节点拥塞以及不同子网和全局网络内的流量平衡情况对整个片上网络的通信效率有着重要的影响,为此提出了基于Edge first算法的全局流量平衡机制（GTB）。首先优化了划分有线无线数据包的机制,减少了无线节点处的拥塞;其次根据无线路由器（WR）的拥塞情况,提出Edge first路由算法平衡子网内的流量;最后在全局网络中提出了全局子网拥塞感知（GSCA）判断机制,使得长距离数据包优先从低拥塞子网通过,平衡了全局网络的流量。实验表明,该方案在可接受的硬件开销、功耗开销下,保证较低的网络延迟和较高的网络吞吐率,并且大幅的提升了网络的流量平衡性能。     

LR-WPAN中节点能量优化方法

针对特定的应用场合,考虑低速率无线个人局域网(LR-WPAN)网络节点的能耗问题,提出了一种基于CSMA/CA与TDMA相结合的传输方法。方法以网络同步为前提,通过增加网络休眠时间和划分数据传输时间槽等措施,降低网络的整体功耗。实验结果表明,所提方法在增加路由节点的休眠时间和减少终端节点载波侦听功耗方面都优于CSMA/CA算法,延长了网络生命周期。     

簇式三维片上网络通信压力弱化策略

针对3D NoC中TSV衬垫面积大,TSV利用率低的特点,采用4个plane router共享一个TSV router的簇式结构,分时共享TSV;针对路由器故障,则提出一种在输入端口和输出端口间建立旁路的机制,当plane router的缓冲区和交叉开关故障时,数据包由旁路转发;对于TSV router故障,则通过增加数据分配器和多路选择器,进行加固;为弱化过热点,提出新的压力弱化模型,根据其自身通信量以及所处的位置,动态调整路由方向.仿真结果表明,与传统XYZ路由相比,无故障时平均网络延时减少21％～27％,有故障时减少20％～39％,吞吐率比minTSV提高约20％.     

时间数字转换(TDC)IP核设计与低功耗优化

时间数字转换系统用于功耗要求严格的超声波流量测控片上系统SOC(System On a Chip).为此,提出了基于时间数字转换技术TDC(time-to-digital coversion)和时钟计数技术相结合的架构模式,并根据集成电路功耗来源与低功耗优化思路进行了门控时钟、门级电路功耗优化、多阈值电压低功耗优化.优化结果表明:以多阈值电压优化架构来降低系统级功耗,其效果比门控时钟优化的效果更为明显,功耗较优化前降低约30%,能满足本系统较严格的低功耗的设计要求.     

WiNoC中协同拥塞控制的高性能路由器设计

无线路由器作为无线片上网络中无线通信的关键部件,若出现拥塞将会严重影响网络性能。基于此,提出一种协同拥塞控制的路由器(C~3WR)设计方案。该设计针对无线接口接收端缓冲区拥塞,首先通过无线输入端口与本地其他输入端口缓冲区级联的方式,为拥塞的数据提供多路径传输,其次提出WCC算法分流数据包缓解无线接收端拥塞。针对无线接口发送端缓冲区拥塞,采用动态路由策略,降低对拥塞无线路由器的流量注入率。实验结果表明,相较于对比对象,C~3WR路由器吞吐率最多增加33.80%,网络延时最多降低33.17%,面积功耗开销可接受。该方案以协同拥塞控制的方式均衡网络流量分布,保证了系统的性能又充分利用了可用资源。     

基于 C 单元的抗干扰低功耗双边沿触发器

快速增长的功耗是 VLSI 设计中的重要问题,特别是输入信号中存在毛刺,双边沿触发器的功耗将会显著增大。 为了有 效降低功耗,提出了一种基于 C 单元的抗干扰低功耗双边沿触发器 AILP-DET,结构采用快速的 C 单元,不仅能够阻塞输入信号 存在的毛刺,阻止触发器内部冗余跳变的发生,降低晶体管的充放电频率;而且增加了上拉-下拉路径,降低了其延迟。 相比现 有的双边沿触发器,AILP-DET 只在时钟边沿采样,有效降低了功耗。 通过 HSPICE 仿真,与 10 种双边沿触发器相比较, AILP-DET 仅仅增加了 7. 58%的延迟开销,无输入毛刺情况下总功耗平均降低了 261. 28%,有输入毛刺情况下总功耗平均降低了 46. 97%。 详尽的电压温度波动分析表明,该双边沿触发器对电压、温度等波动不敏感。     

基于“包-电路”交换的双环片上网络设计

针对包交换片上网络(NoC)在大量数据通信情况下性能较差的弱点,提出了一种基于“包-电路”(PCC)交换的环形拓扑结构片上网络(DRNoC)设计架构。首先这种双环形拓扑结构由内外两环构成,可实现环内或环间双向通信,环上节点数目可拓展。其次DRNoC路由器通道可配置为桥节点或环节点路由器两种类型,相比于2D-Mesh型通道数减少,结构更加简单,资源消耗更少。最后提出了针对DRNoC的双环动态路由算法(DDRA),该算法无需在每个路由节点都进行输出方向的译码判断,在头包建立受阻时,根据网络情况选择其他路由路径,最大程度保证数据同环传输基础上跨环传输,有降低头包建立的等待时间,提高吞吐率。实验表明,在大量数据通信情况下,搭载DDRA算法的DRNoC的硬件资源开销降低的同时能够降低网络平均包延时提升平均吞吐率,有效地改善了网络性能。     

片上网络通信中过热点的弱化方法

提出一种能够弱化片上网络通信过程中过热点的方法。过热点会导致通信延时和router的功耗增大,在NoC中需要尽可能的减少过热点的出现。通过增加通信量较大的IP核所连接的router数目和设计新的通信路由算法减少过热点的发生。在4×4Mesh结构上仿真了所提Ⅲ的方案,统计了数据传输延时和单个router的最大交换次数。实验结果表明,这种方法能够有效的减小数据传输延时和片上router的平均功耗,并且能够有效的降低NoC中过热点出现的可能性。     

MPLS组件与框架——MPLS体系结构解析

从系统上介绍1种新兴骨干网络技术MPLS的体系结构，包括其基本概念、功能特性、结构组成及其内在关系。在MPLS体系结构中，标签是关键的技术手段。所有进入MPLS的包都必须加上标签，所有操作都围绕标签展开，对标签的分析、处理和根据标签内容进行包转发是在标签交换路由器LSR上完成的，LSR综合了传统路由器和交换机的优点，是MPLS的基本单元，带有标签的包在LSR间传输，所经过的LSR序列组成标签交换路径LSP。LSP建立和控制是MPLS体系结构的重要内容。在建立LSP的过程中，MPLS体系结构支持环路检测，以避免环路的产生而降低网络性能。MPLS体系结构能够利用LSP建立隧道，简化了传输控制，降低了设备复杂度，提高了网络性能。     

高压输电监测无线传感网功率控制算法

为了延长网络生命周期,解决高压输电监测的无线传感器网络中节点能量受限问题,结合应用背景的实际特点,提出一种基于节点动态聚类的功率控制算法。该算法以高压输电监测的网络架构为基础,分析传感器节点间的空间几何位置关系,综合考虑空间几何信息与节点剩余能量,利用聚类分析方法对网络内具有相似性的节点进行动态聚类,使数据转发在类区域代表节点之间传递。同时,采用可变的功率调制技术进行数据传输。仿真结果表明,该算法能够有效地降低网络能量消耗,并延长网络的生命周期。     

基于微型加密算法的IEC 61850-9-2LE报文加密方法

电力广域通信的发展使得电力采样数据大范围共享成为可能,但采样数据面临信息泄露和遭受恶意篡改的风险,经典的采样报文加密方法由于过大的运算耗时而难以在工程实践中应用。文中结合IEC 61850-9-2LE采样报文特点,提出一种针对采样报文关键内容进行微型加密算法(TEA)运算的加密方法,并利用循环冗余校验(CRC)验证码进行解密后的报文完整性检查。采用典型的电力系统嵌入式硬件平台进行定量的效率验证,所提方法加密含8个服务应用数据单元的IEC 61850-9-2LE报文信息仅耗时0.181 ms,满足电力实时报文传输处理时间4 ms的要求。     

基于短距无线的低压用户停电事件突发上报拥塞规避机制研究

低压用户侧停电事件的精准分析依赖于表计设备停电上报的实时性与可靠性。文章介绍了一种适用于多用户停电事件突发上报的自组网微功率无线拥塞规避机制。该机制运行于自组网子网代理协调器媒介访问控制协议之上,在电能表停电事件报文上传初期设置等待期,充分接收电能表及其他子网内设备停电事件报文,并在等待期后通过比特映射方式将接收的停电事件统一上报给集中器;该机制的等待期参数设置能够充分适应突发报文所需的媒介竞争时间,从而降低了报文的丢包率和等待时延;通过仿真分析可知,提出的拥塞机制可以有效提高系统本地通信网数据传输的时效性和可靠性。     

A simple packet retransmission strategy for throughput and delayenhancement on power line communication channels

A new communication protocol is developed and evaluated for use on power line distribution networks. The protocol involves retransmission of unacknowledged packets, which are sent in either single or multiple ( N) copies in accordance with estimates of communication link quality. Multiple packet copies can be code-combined at the receiver using majority voting on each bit position in order to reduce packet error rates. Adaptive link quality estimates are based on the receipt or absence of positive acknowledgements. Information throughput efficiency is calculated and N optimized in terms of system variables. The performance benefits of code combining are demonstrated. The algorithm is implemented and tested using a five-station intrabuilding power line communications network operating at 1.2, 2.4, 4.8 and 9.6 kbit/s data rates. Substantial throughput and delay improvement occur on poor quality links without degrading performance on good links     

智能变电站GOOSE组网应用

为了保证智能变电站GOOSE报文传输的实时性和可靠性,分析和比较了MAC地址静态组播、虚拟局域网（VLAN）、组播注册协议（GMRP）3种多播报文过滤技术的特征,指出基于端口的VLAN划分方式是现阶段智能变电站GOOSE组网工程应用中切实可行的方案。分析了智能电子设备（IED）之间GOOSE报文的数据流向和交互范围,提出一种基于GOOSE信息分类和保护间隔的VLAN划分方案,最后结合工程实例给出了GOOSE组网配置方案,该方案易于实现,GOOSE数据流向清晰,能够有效隔离多播报文。