专利名称：实现光片上网络的低阻塞通信路由器及通信方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及片上光互连网络(Optical-Network-On-Chip)通信系统中的低阻塞路由器及通信方法，用于确定IP核之间的通信方式及光通信网络的构建。
背景技术：
光互连技术由于具有高带宽，低损耗，低串扰，低时延的特点，能够有效解决片上网络传统电互连技术领域的一系列瓶颈问题。因此，光互连技术已经成为片上网络倍受关注的一种技术。但在目前的条件下，由于缺乏低成本，高效率的光缓存器件，同时光逻辑处理技术尚不成熟，光片上网络通常使用光电路交换完成IP核之间的通信。其不利之处在于，当源节点和目的节点建立通信路径之后，光链路将被这一对通信节点完全占用。此时，其他通信节点无法共享链路资源。因此，光电路交换的链路利用率较低，网络阻塞较为严重。Mesh网络构架具有拓扑规则、结构简单、易于实现的特点，是目前片上网络广泛使用的一种架构。当光电路交换应用于Mesh网络架构时，若建链分组在预约路径的过程中发现输出端口占用，只能在中间节点等待端口的释放。同时，由于该建链分组预约的前一段路径尚未使用。因此，前一段光链路即使处于空闲状态，仍然不能释放给其他通信节点使用， 这极大的降低了链路的利用率并造成单一节点的阻塞扩散至网络其他节点。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种实现片上网络低阻塞通信的路由器及通信方法，以减小片上网络Mesh结构采用光电路交换时链路利用率较低，单一节点阻塞影响其他节点通信的问题，有效提高网络的通信效率。为实现上述目的，本发明的路由器，包括N根光波导和M个微环谐振器，N和M均为整数，且N兴M，所述光波导用于实现片上光信号的传输，所述微环谐振器用于实现片上光信号的转向，其特征在于光波导包括两条水平光波导、两条垂直光波导和四条环形光波导；水平方向上的两根光波导101和102与竖直方向上的两根光波导103和104十字交叉布局，形成第一组4个交叉点105，106，107和108，该第一组的每个交叉点一侧设有一个微环谐振器；第一条环形光波导109设置在第一组交叉点的外侧，并与水平方向和竖直方向的 4根光波导101，102，103和104交叉，形成第二组7个交叉点110，111，112，113，114，115和 116，该第二组交叉点中的4个交叉点110，112，114和116的一侧各设有一个微环谐振器；第二条环形光波导117设置在第一条环形光波导109的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导101，102，103和104交叉，形成第三组7个交叉点118，119，120，121， 122，123和124，该第三组交叉点中的4个交叉点118，120，122和124的一侧各设有一个微环谐振器；第三条环形光波导125设置在第二条环形光波导117的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导101，102，103和104交叉，形成第四组7个交叉点126，127，128，129， 130，131和132，该第四组交叉点中的4个交叉点126,128,130和132的一侧各设有一个微环谐振器；第四条环形光波导133设置在第三条环形光波导125的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导101，102，103和104交叉，形成第五组7个交叉点134，135，136，137， 138，139和140，该第五组交叉点中的4个交叉点1；34，136，138和140的一侧各设有一个微环谐振器。所述两条水平光波导101和102的左端点构成西向输入输出端口，右端点构成东向输入输出端口，该东向输入输出端口和西向输入输出端口分别与相邻路由器相连。所述两条垂直光波导103和104的上端点构成北向输入输出端口，下端点构成南向输入输出端口，该南向输入输出端口和北向输入输出端口分别与相邻路由器相连。所述第一条环形波导109的一个端点141构成本地输入端口，第二条环形波导117 的一个端点142构成本地输出端口，该本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连。所述第三条环形波导125的一个端点143构成分组回收输入端口，第四条环形波导133的一个端点144构成分组回收输出端口，该分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连。为实现上述目的，本发明实现片上网络低阻塞通信的方法，包括如下步骤(1)使用路由器构建片上网络的光传输网络，该路由器的分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连，本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，东向、西向、北向和南向输入输出端口分别与相邻的路由器相连；(2)在电控制网络和光传输网络中，分别建立二维坐标系并根据电控制网络的二维坐标系确定当前通信源节点位置(xs，ys)和目的节点位置(xd，yd)；(3)选择电控制网络使用的数据分组回收规则并设定回收规则的具体参数，该规则包括基于跳数的回收规则和基于时间的回收规则；具体参数包括回收跳数门限N和回收时间权值α ；若选择使用基于跳数的回收规则，则设定参数为回收跳数门限N ；若选择使用基于时间的回收规则，则设定参数为回收时间权值α ；(4)源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息及建链分组序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输的过程中预约沿途路径；(5)电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口 K，查询输出端口 K是否锁定若输出端口 K已经锁定，执行步骤(6)，否则，中间节点锁定输出端口 K，记录建链分组输入输出端口信息和输出端口 K的锁定时刻I\。。k，转发该建链分组；(6)进行回收数据分组6a)查询电控制网络使用的数据分组回收规则，若使用基于跳数的回收规则，则执行步骤6b)；若使用基于时间的回收规则，则执行步骤6c)；6b)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算源节点至中间节点的跳数H:
H= Yffl-Ys | + | Xffl-XsI,若跳数H大于或等于回收跳数门限N，则满足回收数据分组条件，执行步骤6g)；否则，不满足回收数据分组条件，执行步骤^1)；6c)根据建链分组携带的目的节点位置(xd，yd)和当前中间节点位置(xm，ym)计算中间节点至目的节点的跳数H。Hc= yd-yj +1 xd-xj根据跳数H。和输出端口 K查询中间节点记录中的经验锁定时延Te ；若查询记录为空，则经验锁定时延Te = 0 ；6d)计算等待端口释放的时延Tw Tw = Te-(Tc-Tlock)式中，Te为经验锁定时延，Tlock为输出端口 K的锁定时刻，Tc为当前时刻，Tc满足条件Te > Tc-Tlock,若Tc不满足该条件，则Tw = O;6e)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算回收数据分组的代价 ；Tr = Td+TaX (| Xffl-Xs I+ I Yffl-Ys I)式中，Td为数据分组的传输时延，Ta为响应分组经过电控制网络中间节点一跳所需时延；6f)比较等待端口释放的时延Tw和回收数据分组的代价 ；，若Tw彡 ；，则满足回收数据分组的条件，执行步骤6g)；否则，不满足回收数据分组的条件，执行步骤他)；6g)根据当前中间节点位置(xm，ym)，检查光传输网络中坐标位置相同的路由器回收端口是否锁定，若回收端口未锁定，则执行数据分组回收过程，锁定该分组回收端口，该中间节点作为回收节点发送响应分组，否则执行步骤^1)；6h)将建链分组缓存在中间节点，等待输出端口 K的释放；(7)判断建链分组是否到达目的节点，若建链分组未到达目的节点，返回步骤 (5)，若建链分组到达目的节点，执行步骤⑶；(8)目的节点接收建链分组后，产生响应分组，响应分组携带该建链分组序号，通过电控制网络发往源节点；(9)判断响应分组是否到达源节点，若响应分组未到达源节点，则中间节点接收响应分组，配置光传输网络中与该中间节点位置相同的路由器输入输出端口，转发该响应分组，若响应分组到达源节点，则执行步骤(10)；(10)源节点接收响应分组，检查响应分组携带的建链分组序号，根据序号从本地数据分组队列或从回收缓存队列提取数据分组，通过光传输网络发送该数据分组；(11)传输数据分组数据分组的尾部将携带拆链标记，光传输网络路由器检测到拆链标记后，通知电控制网络相同坐标位置的中间节点执行拆链过程；(12)若数据分组到达回收节点，则解锁分组回收端口，将数据分组通过光电转换存储在回收缓存队列，该回收节点作为新的源节点产生建链分组并发送建链分组；若数据分组到达目的节点，目的节点接收数据分组，通信过程完成。本发明与现有技术相比具有以下优点
1.本发明由于采用了严格无阻塞的路由器，克服了传统片上网络使用有阻塞路由器构建光传输网络时通信效率较低，导致网络性能受限的问题。2.本发明由于对路由器结构进行了优化，克服了传统路由器结构光波导交叉及微环数目较多和结构复杂的缺陷，减小了片上光信号传输时的插入损耗和能耗较大的问题。3.本发明由于采用了回收数据分组的通信方法，克服了传统Mesh网络阻塞较大， 单一节点的阻塞可能影响其他节点通信的问题，实现了网络的低阻塞通信并提高了网络吞吐。4.本法明由于对回收规则的判定和执行过程进行了优化，克服了之前的通信方法实现的复杂度较高，网络开销较大的问题。
图1是本发明实现片上网络低阻塞通信的路由器结构示意图；图2是微环谐振器工作原理示意图；图3是本发明实现片上网络低阻塞通信方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述。参照图1，本发明实现片上网络低阻塞通信的路由器，包括N根光波导和M个微环谐振器，N和M均为整数，且N兴M，在本实例中，N = 8，M= 20，但不局限于这个数据。该8 根光波导包括两条水平光波导，两条竖直光波导和四条环形光波导，该20个微环谐振器分别用整数1-20标记，所有微环谐振器的结构完全相同。水平方向上的两根光波导101和102与竖直方向上的两根光波导103和104十字交叉布局，形成第一组4个交叉点，交叉点分别为105，106，107和108，其中交叉点105的一侧设有微环谐振器7，交叉点106的一侧设有微环谐振器10，交叉点107的一侧设有微环谐振器11，交叉点108的一侧设有微环谐振器14。两条水平光波导101和102的左端点构成西向输入输出端口，右端点构成东向输入输出端口，两条竖直光波导103和104的上端点构成北向输入输出端口，下端点构成南向输入输出端口，其中北向输入输出端口与该路由器北向相邻路由器的南向输入输出端口连接，南向输入输出端口与该路由器南向相邻路由器的北向输入输出端口连接，西向输入输出端口与该路由器西向相邻路由器的东向输入输出端口连接，东向输入输出端口与该路由器东向相邻路由器的西向输入输出端口连接。第一条环形光波导109设置在第一组交叉点的外侧，并与水平方向和竖直方向的 4根光波导101，102，103和104交叉，形成第二组7个交叉点110，111，112，113，114，115和 116，该第二组交叉点中交叉点110的一侧设有微环谐振器4，交叉点112的一侧设有微环谐振器8，交叉点114的一侧设有微环谐振器17，交叉点116的一侧设有微环谐振器13 ；第二条环形光波导117设置在第一条环形光波导109的外侧，并与水平方向和竖直方向的4 根光波导101，102，103和104交叉，形成第三组7个交叉点118，119，120，121，122，123和 124，该第三组交叉点中交叉点118的一侧设有微环谐振器6，交叉点120的一侧设有微环谐振器18，交叉点122的一侧设有微环谐振器15，交叉点IM的一侧设有微环谐振器3 ；上述第一条环形光波导109的一个端点141构成本地输入端口 ；第二条环形光波导117的一个端点142构成本地输出端口 ；该本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连。第三条环形光波导125设置在第二条环形光波导117的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导101，102，103和104交叉，形成第四组7个交叉点，交叉点分别为126， 127，128，129，130，131和132，该第四组交叉点中交叉点126的一侧设有微环谐振器19，交叉点128的一侧设有微环谐振器12，交叉点130的一侧设有微环谐振器2，交叉点132的一侧设有微环谐振器9 ；第四条环形光波导133设置在第三条环形光波导125的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导101，102，103和104交叉，形成第五组7个交叉点134， 135，136，137，138，139和140，该第五组交叉点中交叉点134的一侧设有微环谐振器20，交叉点136的一侧设有微环谐振器5，交叉点138的一侧设有微环谐振器1，交叉点140的一侧设有微环谐振器16。上述第三条环形波导125的一个端点143构成分组回收输入端口， 第四条环形波导133的一个端点144构成分组回收输出端口，该分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连。上述路由器的光波导用于实现片上光信号的传输，微环谐振器用于实现片上光信号的转向，微环谐振器在关闭状态和开通状态的谐振波长分别为入。 和λ。η，默认情况下所有微环均处于关闭状态，片上光信号使用的通信波长为λ。η，当片上光信号从输入端口进入路由器后首先沿光波导传输，若到达处于关闭状态的微环谐振器位置，光信号仍沿原波导传输，若到达处于开通状态的微环谐振器位置，光信号会发生转向并耦合至与该微环谐振器相切的另外一根波导传输；因此，通过设置该路由器中不同位置微环谐振器的状态，可以实现光信号从不同的输入端口到达不同的输出端口。上述光路由器具有严格无阻塞交换的特点，使用不同输入输出端口通信的片上光信号在同一时刻可以同时传输，对于每个传输的光信号最多设置路由器的一个微环谐振器处于开通状态，从而保证路由器高效率低能耗的完成通信任务。参照图2，两根波导202和203形成一个交叉点，微环谐振器201设置在波导交叉点的一侧；其中图2(a)是关闭状态下片上光信号经过微环谐振器的传输示意图，当微环处于关闭状态时，其谐振波长λ。ff由微环本身制作材料和微环半径确定，此时，波长为λ。η& 片上光信号沿原波导传输；其中图2(b)是开通状态下片上光信号经过微环谐振器的传输示意图，当微环谐振器处于开通状态时，其谐振波长在外加电压影响下改变为λ。η，此时，波长为λ。η的光信号发生90度转向并耦合至另外一根光波导传输。参照图3，本发明的通信方法包括如下步骤步骤1，建立片上网络的光传输网络使用路由器构建片上网络的光传输网络，该路由器的分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连，本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，东向、西向、北向和南向输入输出端口分别与相邻的路由器相连。步骤2，建立坐标系2a)在电控制网络中，以左下角为原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系XY，其坐标值为(X，y)；根据该二维坐标系确定当前通信的源节点位置(xs, ys)和目的节点的位置Ocd，yd)；2b)在光传输网络中，以左下角为原点，水平向右为X'维正方向，竖直向上为Y' 维正方向，建立二维坐标系X' Y'，其坐标值为(X' ’1')。
步骤3，选择回收规则并设定参数键链分组将为数据分组预约光链路资源，当建链分组在电控制网络中发生阻塞时，要通过回收数据分组的方式及时释放该建链分组预约的前一段光链路，降低网络阻塞。 因此需要选择数据分组的回收规则并设定参数对被阻塞建链分组是否执行数据分组回收过程进行判定，该数据分组的回收规则包括基于跳数的回收规则和基于时间的回收规则， 其中基于跳数的回收规则根据建链分组已经转发的跳数和回收跳数门限N确定建链分组在阻塞时是否执行数据分组回收过程，基于时间的回收规则是根据等待端口释放的时延Tw 和回收数据分组的代价 ；确定建链分组在阻塞时是否执行数据分组回收过程；若电控制网络选择使用基于跳数的回收规则，则设定参数回收跳数门限N，该回收跳数门限N根据片上网络的规模确定具体数值；若电控制网络选择使用基于时间的回收规则，则设定参数回收时间权值α，α满足条件0< α < 1，该回收时间权值与等待端口释放的时延Tw相关。步骤4，源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息及建链分组序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输的过程中预约沿途路径。步骤5，电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口 K，查询输出端口 K是否锁定若输出端口 K已经锁定，执行步骤6，否则，中间节点锁定输出端口 K，记录建链分组的输入输出端口信息和输出端口 K的锁定时刻I\。。k，转发该建链分组；其中所述维序路由算法是片上网络常用的路由算法，该路由算法具有容易实现，简单，无活锁和死锁的优点，在该路由算法中，分组首先沿电控制网络χ维进行路由，直到到达与目的节点在同一列的节点位置，然后该分组沿电控制网络Y维路由到目的节点。步骤6，进行回收数据分组6a)查询电控制网络使用的数据分组回收规则，若使用基于跳数的回收规则，则执行步骤6b)，若使用基于时间的回收规则，则执行步骤6c)；6b)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算源节点至中间节点的跳数H:H= Yffl-Ys I+ |xffl-xs式中，xs，ys分别为源节点X维坐标值和Y维坐标值，Xffl, ym分别为当前中间节点X 维坐标值和Y维坐标值；若跳数H大于或等于回收跳数门限N，则满足回收数据分组条件，执行步骤6g)；否则，不满足回收数据分组条件，执行步骤^1)；6c)根据建链分组携带的目的节点位置(xd，yd)和当前中间节点位置(Xm，ym)计算中间节点至目的节点的跳数H。Hc= yd-yj +1 xd-xj式中，xd，yd分别为目的节点X维坐标值和Y维坐标值，xffl, ym分别为当前中间节点 X维坐标值和Y维坐标值；根据跳数H。和输出端口 K查询中间节点记录中的经验锁定时延Te ；若查询记录为空，则经验锁定时延Te = 0 ；6d)计算等待端口释放的时延Tw _7] Tw = Te-(Tc-Tlock)
式中，Te为经验锁定时延，Tlock为输出端口 K的锁定时刻，Tc为当前时刻，Tc满足条件Te > Tc-Tlock,若Tc不满足该条件，则Tw = O;6e)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算回收数据分组的代价 ；Tr = VTaX (I Xffl-Xs I+ Iyffl-Ys I)式中，Td为数据分组的传输时延，Ta为响应分组经过电控制网络中间节点一跳所需时延；6f)比较等待端口释放的时延Tw和回收数据分组的代价 ；，若Tw彡 ；，则满足回收数据分组的条件，执行步骤6g)；否则，不满足回收数据分组的条件，执行步骤他)；6g)根据当前中间节点位置(xm，ym)，检查光传输网络中坐标位置相同的路由器回收端口是否锁定，若回收端口未锁定，则执行数据分组回收过程，锁定该分组回收端口，该中间节点作为回收节点发送响应分组，否则执行步骤^1)；6h)将建链分组缓存在中间节点，等待输出端口 K的释放。步骤7，判断建链分组是否到达目的节点，若建链分组未到达目的节点，返回步骤 5，若建链分组到达目的节点，执行步骤8。步骤8，目的节点接收建链分组后，产生响应分组，响应分组携带该建链分组序号， 通过电控制网络发往源节点。步骤9，电控制网络的中间节点接收响应分组后，提取响应分组携带的建链分组序号，根据序号查询路由器记录的建链分组输入输出端口信息，设置光传输网络中与当前中间节点(Xm，ym)具有相同位置坐标的路由器输入输出端口，然后根据建链分组的输入端口信息转发该响应分组。步骤10，源节点接收响应分组，检查响应分组携带的建链分组序号，并根据序号从本地数据分组队列或从回收缓存队列提取数据分组，通过光传输网络发送该数据分组。步骤11，光网络传输数据分组，数据分组的尾部将携带拆链标记，光传输网络路由器检测到拆链标记后，通知电控制网络相同坐标位置的中间节点执行拆链过程若电控制网络使用基于跳数的回收规则，则中间节点解锁输出端口 K ；若电控制网络使用基于时间的回收规则，则中间节点解锁输出端口 K，更新输出经验锁定时延Te Te= α Teo+(l-a) (Tc-Tlock)式中，Te为中间节点本次记录的输出端口为K，跳数为H。的经验锁定时延，Te。为中间节点上次记录的输出端口为K，跳数为H。的经验锁定时延，Tc为当前时刻，Tlock为输出端口 K的锁定时刻；α为回收时间权值。步骤12，若数据分组到达回收节点，则解锁分组回收端口，将数据分组通过光电转换存储在回收缓存队列，该中间节点作为新的源节点产生建链分组并发送该建链分组，若数据分组到达目的节点，目的节点接收数据分组，通信过程完成。
权利要求
1.一种实现片上网络低阻塞通信的路由器，包括N根光波导和M个微环谐振器，N和M 均为整数，且N兴M，所述光波导用于实现片上光信号的传输，所述微环谐振器用于实现片上光信号的转向，其特征在于光波导包括两条水平光波导、两条垂直光波导和四条环形光波导；水平方向上的两根光波导(101)和(102)与竖直方向上的两根光波导(103)和(104) 十字交叉布局，形成第一组4个交叉点(105，106，107，108)，该第一组的每个交叉点一侧设有一个微环谐振器；第一条环形光波导(109)设置在第一组交叉点的外侧，并与水平方向和竖直方向的4 根光波导(101，102，103，104)交叉，形成第二组 7 个交叉点(110，111，112，113，114，115， 116)，该第二组交叉点中的4个交叉点(110，112，114，116)的一侧各设有一个微环谐振器；第二条环形光波导(117)设置在第一条环形光波导(109)的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导(101，102，103，104)交叉，形成第三组7个交叉点(118，119，120，121， 122，123，124)，该第三组交叉点中的4个交叉点(118，120，122，124)的一侧各设有一个微环谐振器；第三条环形光波导(12 设置在第二条环形光波导(117)的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导(101，102，103，104)交叉，形成第四组7个交叉点(126，127，128，129， 130，131，132)，该第四组交叉点中的4个交叉点(126，128，130，132)的一侧各设有一个微环谐振器；第四条环形光波导(13 设置在第三条环形光波导(12 的外侧，并与水平方向和竖直方向的4根光波导(101，102，103，104)交叉，形成第五组7个交叉点(134，135，136，137， 138，139，140)，该第五组交叉点中的4个交叉点(134，136，138，140)的一侧各设有一个微环谐振器。
2.根据权利要求1所述的实现片上网络低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述两条水平光波导(101)和(102)的左端点构成西向输入输出端口，右端点构成东向输入输出端口，该东向输入输出端口和西向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
3.根据权利要求1所述的实现片上网络低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述两条垂直光波导(10 和(104)的上端点构成北向输入输出端口，下端点构成南向输入输出端口，该南向输入输出端口和北向输入输出端口分别与相邻路由器相连。
4.根据权利要求1所述的实现片上网络低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述第一条环形波导(109)的一个端点(141)构成本地输入端口，第二条环形波导(117)的一个端点(14 构成本地输出端口，该本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连。
5.根据权利要求1所述的实现片上网络低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述第三条环形波导(125)的一个端点(143)构成分组回收输入端口，第四条环形波导(133)的一个端点(144)构成分组回收输出端口，该分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连。
6.一种实现片上网络低阻塞通信的方法，包括如下步骤(1)使用路由器构建片上网络的光传输网络，该路由器的分组回收输入输出端口通过光电转换器与回收缓存队列相连，本地输入输出端口通过网络接口与IP核相连，东向、西向、北向和南向输入输出端口分别与相邻的路由器相连；(2)在电控制网络和光传输网络中，分别建立二维坐标系并根据电控制网络的二维坐标系确定当前通信源节点位置(xs，ys)和目的节点位置(xd，yd)；(3)选择电控制网络使用的数据分组回收规则并设定回收规则的具体参数，该规则包括基于跳数的回收规则和基于时间的回收规则；具体参数包括回收跳数门限N和回收时间权值α ；若选择使用基于跳数的回收规则，则设定参数为回收跳数门限N ； 若选择使用基于时间的回收规则，则设定参数为回收时间权值α ；(4)源节点产生建链分组，该建链分组携带源节点、目的节点的位置信息及建链分组序号，通过电控制网络向目的节点传输，并在传输的过程中预约沿途路径；(5)电控制网络的中间节点采用维序路由算法计算建链分组的输出端口K，查询输出端口 K是否锁定若输出端口 K已经锁定，执行步骤(6)，否则，中间节点锁定输出端口 K， 记录建链分组输入输出端口信息和输出端口 K的锁定时刻I\。。k，转发该建链分组；(6)进行回收数据分组6a)查询电控制网络使用的数据分组回收规则，若使用基于跳数的回收规则，则执行步骤6b)；若使用基于时间的回收规则，则执行步骤6c)；6b)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算源节点至中间节点的跳数H: H = I Im-Is I +1 Xm-Xs I，若跳数H大于或等于回收跳数门限N，则满足回收数据分组条件，执行步骤6g)；否则， 不满足回收数据分组条件，执行步骤^1)；6c)根据建链分组携带的目的节点位置(xd，yd)和当前中间节点位置Um，ym)计算中间节点至目的节点的跳数H。 Hc = I yd-ym I +1 Xd-Xm根据跳数H。和输出端口 κ查询中间节点记录中的经验锁定时延τε ；若查询记录为空， 则经验锁定时延Te = ο ；6d)计算等待端口释放的时延Tw: T = T - fT -T )·1 w1 e ^1C 1 lock'式中，Te为经验锁定时延，Tlock为输出端口 K的锁定时刻，Tc为当前时刻，Tc满足条件 Te > Tc-Tlock,若Tc不满足该条件，则Tw = O;6e)根据建链分组携带的源节点位置(xs，ys)和当前中间节点位置Um，ym)计算回收数据分组的代价 ；Tr = Td+TaX (I Xffl-XsI+ Iyffl-YsD式中，Td为数据分组的传输时延，Ta为响应分组经过电控制网络中间节点一跳所需时延；6f)比较等待端口释放的时延Tw和回收数据分组的代价 ；，若Tw ^ ；，则满足回收数据分组的条件，执行步骤6g)；否则，不满足回收数据分组的条件，执行步骤他)；6g)根据当前中间节点位置Um，ym)，检查光传输网络中坐标位置相同的路由器回收端口是否锁定，若回收端口未锁定，则执行数据分组回收过程，锁定该分组回收端口，该中间节点作为回收节点发送响应分组，否则执行步骤^1)；6h)将建链分组缓存在中间节点，等待输出端口 K的释放；(7)判断建链分组是否到达目的节点，若建链分组未到达目的节点，返回步骤(5)，若建链分组到达目的节点，执行步骤(8)；(8)目的节点接收建链分组后，产生响应分组，响应分组携带该建链分组序号，通过电控制网络发往源节点；(9)判断响应分组是否到达源节点，若响应分组未到达源节点，则中间节点接收响应分组，配置光传输网络中与该中间节点位置相同的路由器输入输出端口，转发该响应分组，若响应分组到达源节点，则执行步骤(10)；(10)源节点接收响应分组，检查响应分组携带的建链分组序号，根据序号从本地数据分组队列或从回收缓存队列提取数据分组，通过光传输网络发送该数据分组；(11)传输数据分组数据分组的尾部将携带拆链标记，光传输网络路由器检测到拆链标记后，通知电控制网络相同坐标位置的中间节点执行拆链过程；(12)若数据分组到达回收节点，则解锁分组回收端口，将数据分组通过光电转换存储在回收缓存队列，该回收节点作为新的源节点产生建链分组并发送建链分组；若数据分组到达目的节点，目的节点接收数据分组，通信过程完成。
7.根据权利要求6所述的实现片上网络低阻塞通信的方法，其中步骤(2)所述的建立二维坐标系，按以下步骤进行2a)在电控制网络中，以左下角为原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系XY，其坐标值为(x，y)；2b)在光传输网络中，以左下角为原点，水平向右为X'维正方向，竖直向上为Y'维正方向，建立二维坐标系X' Y'，其坐标值为(x'，1’ )。
8.根据权利要求6所述的实现片上网络低阻塞通信的方法，其中步骤(11)所述的执行拆链过程，是由中间节点查询电控制网络使用的数据分组回收规则，若电控制网络使用基于跳数的回收规则，则中间节点解锁输出端口 K，若电控制网络使用基于时间的回收规则， 则中间节点解锁输出端口 K，更新经验锁定时延Te Te= α Teo+(l-a) (Tc-Tlock)式中，Te为中间节点本次记录的输出端口为K，跳数为H。的经验锁定时延，Te。为上次记录的输出端口为K，跳数为H。的经验锁定时延，Tc为当前时刻，Tlock为输出端口 K的锁定时刻；α为回收时间权值。
全文摘要
本发明公开一种实现片上网络低阻塞的路由器结构及通信方法，主要解决现有片上网络常用Mesh结构网络阻塞较大，单一节点阻塞可能影响其他节点通信的问题。该路由器包括N根光波导和M个微环谐振器，用于构建片上网络的光传输网络，其中，水平光波导和竖直光波导十字交叉布局，其余环形光波导由内向外依次设置并与水平光波导和环形光波导交叉，微环谐振器选择性设置在光波导交叉点位置；通信方法是使用基于跳数或基于时间的数据分组回收规则，当建链分组在预约光传输网络通信路径的过程中发生阻塞时，根据该回收规则及时释放光传输网络的链路资源。本发明能有效降低片上网络的阻塞情况及片上光信号传输时的能耗和损耗，提高网络性能。
文档编号H04L12/56GK102413039SQ20111033000
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者余晓杉, 杨银堂, 王正宇, 顾华玺 申请人:西安电子科技大学