专利名称：一种片上无线链路的分配方法和系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及集成电路设计技术领域，特别是涉及一种片上无线链路的分配方法和系统。
背景技术：
片上网络架构是将通信网络的概念移植到片上通信，通过将数据组合成数据包，由传输路径上的路由器进行路径选择和流量控制，实现模块间的数据交换。它能为芯片上的处理单元提供灵活，并行，分布式的数据通路。与总线结构相比，由于片上网络互连架构中只存在到相邻模块的连接，因此具有规则的拓扑结构，从而可以方便地扩展到数百乃至上千个模块的片上系统能够上。而规则的结构还使得互连线的电气参数更容易控制和优化，物理延时和功耗也更加容易计算，同时功耗也会得到优化。然而，芯片上进行长距离通信时，由于缺少快捷通道，通信需要经过多次路由转发，增加了路由中消息阻塞的概率，从而导致消息的延时很大并且难以预测，而服务质量也难以得到保证。随着纳米技术和无线通信的进步，片内无线通信成为了可能，通信的带宽可达数百GHz乃至数十THz。于是产生了一些采用无线、有线连接混合的互连架构。在混合架构的片上网络互连中，有两种信道:传统有线信道和长距离的无线信道。近邻的模块通过有线信道进行连接，而无线信道用于连接距离较远的模块。这些无线信道可被长距离的数据传输所采用，从而减少传输过程中的转发次数。因此，混合架构的片上网络互连可以被认为是在传统的片上网络架构基础上，加入了一些无线的长距离捷径。然而和宏观的无线网络相比，片上无线网络的资源收到了严格的限制。无线链路的加入会需要额外的面积开销用于实现片上天线、调制器和解调器。为了满足片上系统能够设计的面积需求，需要对加入的片上无线信道数目进行严格限制。同时，除了面积方面的考虑，有限的无线频谱也是需要考虑的限制因素。因此，在混合架构的片上网络设计中，无线信道资源应当尽可能高效的应用。尽管在片上有线网络中，旁路信道的插入已经被深入研究，但无线信道的一些特性使得信道插入算法与有线网络的情况有所不同。首先，有线网络中通常将转发次数作为信道插入算法的优劣的评判标准，因而针对有线信道的插入算法也是以转发次数为目标进行优化，然而，无线信道提供比有线信道大得多的带宽，这使得混合架构的片上网络成为异构网络，因此简单的转发次数不能反映网络的性能。其次，无线信道是有损耗的信道，为了保证传输的可靠性，需要引进数据重传机制。因此，需要在性能评估时考虑到数据重传的代价。第三，在有线网络中，很多链路插入算法没有考虑到路由器的数据流竞争问题，使得未预计的延时影响了优化结果，因此在对优化结果进行评估时，应当充分考虑到数据流竞争的影响。现有的一些无线信道的插入算法，通过假设理想情况下的数据流分布情况，采用穷举法或者模拟退火方法对插入信道进行分配，这些分配方法需要比较大的计算复杂度，并且在理想情况下得出的数据不能准确地反映实际的情况。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种片上无线链路的分配方法和系统，能够更加简便地确定无线链路的插入位置，提高分配的准确性。为了解决上述问题，本申请公开了一种片上无线链路的分配方法，包括:获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线；依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时；重复上述步骤，遍历所有路由器；获取当前需要插入的无线链路的数目；确定每条数据流流经的任意两个相邻路由器之间的拥堵度；选取拥堵度最大的数据流对应的起点路由器作为无线链路的起点；选取所述延时最小的数据流对应的路由器作为无线链路的终点，在所述起点和终点之间插入一条无线链路，将需要插入的无线链路的数目减I;如果需要插入的无线链路的数目不为0，则更新网络连接，重复上述所有步骤，直至插入所有的无线链路。优选的，所述依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时，包括以下子步骤:依据所述服务曲线和输入到达曲线计算所述路由器针对每条数据流的等效服务曲线；依据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时。优选的，在遍历所有路由器之前还包括:根据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的输出到达曲线。优选的，所述输出到达曲线为该条数据流流经的下一个路由器的输入到达曲线。优选的，所述遍历所有路由器为按照路由器的序号从小到大的顺序遍历，如果所有流经当前路由器的数据流的输入到达曲线均已知，则计算每条数据流针对该路由器的延时；如果包括未知的输入到达曲线，则放弃当前路由器，获取下一个路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线。另一方面，本申请还公开了一种片上无线链路的分配系统，包括:第一获取模块，用于获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线；第一计算模块，用于依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时；遍历模块，用于重复上述获取模块和第一计算模块，遍历所有路由器；第二获取模块，用于获取当前需要插入的无线链路的数目；确定模块，用于确定每条数据流流经的任意两个相邻路由器之间的拥堵度；第一选取模块，用于选取拥堵度最大的数据流对应的起点路由器作为无线链路的起点；第二选取模块，用于选取所述延时最小的数据流对应的路由器作为无线链路的终点，在所述起点和终点之间插入一条无线链路，将需要插入的无线链路的数目减I;更新模块，用于当需要插入的无线链路的数目不为O时，更新网络连接，重复上述所有模块，直至插入所有的无线链路。优选的，所述第一计算模块包括以下子模块:第一计算子模块，用于依据所述服务曲线和输入到达曲线计算所述路由器针对每条数据流的等效服务曲线；第二计算子模块，用于依据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时。优选的，所述系统还包括:第二计算模块，用于根据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的输出到达曲线。优选的，所述输出到达曲线为该条数据流流经的下一个路由器的输入到达曲线。优选的，所述遍历模块为按照路由器的序号从小到大的顺序遍历，如果所有流经当前路由器的数据流的输入到达曲线均已知，则计算每条数据流针对该路由器的延时；如果包括未知的输入到达曲线，则放弃当前路由器，获取下一个路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线。与现有技术相比，本申请包括以下优点:本申请针对混合架构片上网络的无线链路的插入分配问题，建立了基于网络微积分理论的性能评估的解析模型，并基于此模型，提出了可针对目标应用的数据流量分布，进行全局性能优化的无线链路分配方法。只需给出可供插入的无线链路数量，片上通信数据流量分布和其他架构参数(路由算法等)，该算法即可以自动给出无线链路的插入位置。采用解析模型进行性能评估，速度快、计算代价低，并且以数据流分布作为链路插入的依据，而通信性能采用数据包的端到端延时描述，可以更加准确地确定无线链路插入的位置。
图1是本申请一种片上无线链路的分配方法实施例的流程图；图2是本申请一种片上无线链路的分配方法中性能评估的详细流程图；图3是本申请一种片上无线链路的分配方法中链路插入的详细流程图；图4是一种4X4的片上网络结构示意图；图5是本申请一种片上无线链路的分配系统实施例的流程图。
具体实施例方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本申请作进一步详细的说明。本申请针对混合架构片上网络的无线链路的插入分配问题，建立了基于网络微积分理论的性能评估的解析模型，并基于此模型，提出了可针对目标应用的数据流量分布，进行全局性能优化的无线链路分配方法。只需给出可供插入的无线链路数量，片上通信数据流量分布和其他架构参数(路由算法等)，该算法即可以自动给出无线链路的插入位置。在本申请中，采用源路由器与目的路由器间的数据流来描述芯片上的通信需求，而在网络微积分中，可以采用一条到达曲线描述一条数据流的流量随时间的变化，采用一条服务曲线描述一个片上路由器，而通信性能采用数据包的端到端延时描述。通过给定需要插入的无线链接数目Nwt，网络中数据流的集合F，每个路由器的服务曲线β，路由策略R，原始的有线互连片上网络N，得出可以最小化网络中平均包延时D的
放置无线链路的Nwt个路由器对 η\.& I1...'..)，最后将Nwt条无线链路插入Nwt个路由器对
Iv ! Y, [.11..中。参照图1，示出了本申请一种片上无线链路的分配方法实施例的流程图，在介绍链路分配方法前，需要先给出方法中采用的评估网络通信性能的性能评估模型。首先引入网络微积分理论的一些推论，作为性能评估解析模型的基础，它们用于计算多个数据流f1;
f2，....，fn在某个路由器V发生竞争时，路由器V针对某条流fi的等效服务曲线β 数据
流fi在路由器V的输出到达曲线OC以及数据流fi针对该路由器的延时Dvfi。所述方法包括:步骤S101，获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线；首先要针对片上网络中的某一路由器V，获取其服务曲线β，以及流经该路由器
的η条数据流fp f2,----, fn在路由器V的η条输入到达曲线a1; a2,..., an,作为已知条件。步骤S102，依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时；所述依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时，包括以下子步骤:步骤S1021，依据所述服务曲线和输入到达曲线计算所述路由器针对每条数据流的等效服务曲线；针对流经所述路由器的一条数据流&来说，计算所述路由器针对数据流fi的等效服务曲线β:以数据流4为例:
权利要求
1.一种片上无线链路的分配方法，其特征在于，包括: 获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线； 依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时； 重复上述步骤，遍历所有路由器； 获取当前需要插入的无线链路的数目； 确定每条数据流流经的任意两个相邻路由器之间的拥堵度； 选取拥堵度最大的数据流对应的起点路由器作为无线链路的起点； 选取所述延时最小的数据流对应的路由器作为无线链路的终点，在所述起点和终点之间插入一条无线链路，将需要插入的无线链路的数目减I; 如果需要插入的无线链路的数目不为O，则更新网络连接，重复上述所有步骤，直至插入所有的无线链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时，包括以下子步骤: 依据所述服务曲线和输入到达曲线计算所述路由器针对每条数据流的等效服务曲线.依据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在遍历所有路由器之前还包括: 根据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的输出到达曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述输出到达曲线为该条数据流流经的下一个路由器的输入到达曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遍历所有路由器为按照路由器的序号从小到大的顺序遍历，如果所有流经当前路由器的数据流的输入到达曲线均已知，则计算每条数据流针对该路由器的延时；如果包括未知的输入到达曲线，则放弃当前路由器，获取下一个路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线。
6.一种片上无线链路的分配系统，其特征在于，包括: 第一获取模块，用于获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线； 第一计算模块，用于依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时； 遍历模块，用于重复上述获取模块和第一计算模块，遍历所有路由器； 第二获取模块，用于获取当前需要插入的无线链路的数目； 确定模块，用于确定每条数据流流经的任意两个相邻路由器之间的拥堵度； 第一选取模块，用于选取拥堵度最大的数据流对应的起点路由器作为无线链路的起占.第二选取模块，用于选取所述延时最小的数据流对应的路由器作为无线链路的终点，在所述起点和终点之间插入一条无线链路，将需要插入的无线链路的数目减I ; 更新模块，用于当需要插入的无线链路的数目不为O时，更新网络连接，重复上述所有模块，直至插入所有的无线链路。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一计算模块包括以下子模块: 第一计算子模块，用于依据所述服务曲线和输入到达曲线计算所述路由器针对每条数据流的等效服务曲线； 第二计算子模块，用于依据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括: 第二计算模块，用于根据所述等效服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的输出到达曲线。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述输出到达曲线为该条数据流流经的下一个路由器的输入到达曲线。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述遍历模块为按照路由器的序号从小到大的顺序遍历，如果所有流经当前路由器的数据流的输入到达曲线均已知，则计算每条数据流针对该路由器的延时；如果包括未知的输入到达曲线，则放弃当前路由器，获取下一个路由器的服务曲线和所 有流经该路由器的数据流的输入到达曲线。
全文摘要
本申请提供了一种片上无线链路的分配方法，包括获取某一路由器的服务曲线和所有流经该路由器的数据流的输入到达曲线；依据所述服务曲线和输入到达曲线计算每条数据流针对所述路由器的延时；重复上述步骤，遍历所有路由器；获取当前需要插入的无线链路的数目；确定每条数据流流经的任意两个相邻路由器之间的拥堵度；选取拥堵度最大的数据流对应的起点路由器作为无线链路的起点；选取所述延时最小的数据流对应的路由器作为无线链路的终点，在所述起点和终点之间插入一条无线链路，将需要插入的无线链路的数目减1；如果需要插入的无线链路的数目不为0，则更新网络连接，重复上述所有步骤，直至插入所有的无线链路。
文档编号H04L12/701GK103188148SQ20111044858
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者尹首一, 张振, 刘雷波, 魏少军 申请人:清华大学