基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法

针对空间信息网络的自相似分组业务流、星上交换节点的有限缓存资源,提出一种基于自相似排队模型的星上交换输入缓存分配算法。构建了基于VOQ的空间信息网络星上Crossbar交换节点模型,依据空间信息网络业务流的自相似性,通过建立虚通道自相似排队模型,估算出各个虚通道的缓存溢出概率,再根据其溢出概率采用贪婪算法来实现缓存资源的优化分配。仿真分析了在自相似分组业务流下优化分配算法和均匀分配算法的性能。结果表明,在相同缓存开销下,优化分配算法可以有效降低分组的平均时延;在同等分组平均时延下,分组业务流自相似程度为0.8和0.6时,可分别节省缓存开销约25%和17.4%。     

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.     

一种基于微片分组的片上网络微节点交叉开关调度机制

在基于微片(flit)分组的动态缓存分配基础上,提出一种基于微片分组的片上网络交叉开关调度机制.该机制与静态独立分割缓存的思想不同,首先对输入端缓存进行统一管理,对微片根据其流向进行分组,并为所分各“组”动态分配缓存,然后引入一种基于“组”规模的概率仲裁算法,通过“组”分配和开关分配实现调度过程.为进一步降低开销,还在该机制基础上提出一种各“组”共享仲裁的策略.理论分析与实验结果均表明:所提出的机制相对于传统和动态虚通道机制,可节约25％以上的硬件开销并可获得更优的网络延迟与吞吐性能;共享仲裁策略可在所提机制基础上进一步降低硬件开销,但其代价是网络性能有所下降.     

片上网络路由节点优化设计

针对虚输出队列结构的路由节点所构成的片上网络(NoC),提出了一种定制化路由节点中各个虚拟通道缓存大小的方法,以提高片上网络的整体通信性能。在有限的片上缓存资源约束下,分析各个虚输入队列中缓存大小对数据通过片上网络的平均延迟的影响,并在此基础上提出一种缓存资源配置方法,以便将缓存资源分配到片上网络通信瓶颈处,从而在不增加缓存资源开销的情况下提高片上网络的通信性能。最后通过仿真验证了路由节点优化设计对提高片上网络性能的可行性,并同未优化的路由节点构成的片上网络性能进行了比较。     

基于FBM的自相似网络平均排队延迟分析

利用分形高斯噪音(Fractional Gaussian Noise(FGN))模型应用快速傅立叶变(Fast Fourier Transfer(FFT))而生成自相似流量,建立了一种基于分形布朗运动的自相似网络平均排队延迟分析模型.采用理论分析和实际测量流量的仿真结果均表明:随着缓存增大,各种自相似程度下的平均排队延迟也在增大;小缓存时,自相似程度低的平均排队延迟大,而大缓存时,自相似程度越高的网络,平均排队延迟越大;负载越大,平均排队延迟越大.     

一种无缓存片上网络交叉开关调度机制

提出一种无缓存片上网络的交叉开关调度机制.无缓存是指将路由节点输入端口缓存以及相应的控制逻辑移除,以降低实现开销.该调度机制在每个输入端口设置一条自回环通道,并在“偏转”路由基础上采用一种基于“偏转”和自回环次数的优先级策略,以通过减小“偏转”次数提高无缓存片上网络的网络性能.实验表明,此调度机制相对于基本的无缓存机制,可保证在硬件开销与能耗不增的前提下,提高网络性能;相对于典型的有缓存机制,在负载较低时其网络性能更优,负载较高时性能略低,但可使硬件开销与能耗分别下降58.9％与40.2％,并使频率提高74.6％.     

一种自相似网络可靠性分析模型

利用ON/OFF模型产生自相似流量,提出了一种基于排队延迟的自相似网络可靠性分析模型。将节点和到达信息流视为G/M/1/B排队模型,利用大偏差理论得到节点平均排队延迟时间,进而得到网络各种工作状态下全网平均排队延迟时间。再利用延迟阀值得到各种工作状态下的网络可靠性,进一步得到全网可靠性。通过模拟计算,得到了给定拓扑结构网络的可靠性与自相似程度、ON/OFF源数量以及节点缓存大小之间的关系。     

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。     

基于超爱尔兰分布的自相似网络排队模型研究

现有网络的业务流研究表明,多种通信业务中普遍存在自相似特性,但是如何对自相似业务流进行建模和分析一直是个难解问题。基于超爱尔兰拟合算法,建立了到达为泊松分布,服务时间为超爱尔兰分布的M/HErD/1/K自相似排队模型,推导得到呼叫损失概率、平均排队队长等排队性能的解析解。在实际业务环境下和传统的M/M/1/K排队模型进行了仿真对比,结果表明M/HErD/1/K模型不仅可有效表征业务流的快挂业务特性,而且能仿真出该网络在业务负荷较重时潜在的运营风险,对实际网络运营管理具有重要的指导作用。     

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.