业界在实 用化过程中进行无线节点设计标准化和芯片间无线组网设计提供技术参考。此外本发明所 采用的方案也可适用于多层PCB板电路，电气设备之间、WiNoC组网的设计。
[0062] 以上对本发明所提供的一种基于蜂窝Adhoc的芯片间无线互连系统组网方案进 行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人 员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明 书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种基于蜂窝Ad hoc的芯片间无线互连系统组网方法，该方法在PCB板上实现芯片 间纯无线互连组网，其特征在于，该方法组网过程如下： a) 将PCB板划分为多个蜂窝状小区并通过频分复用方式实现无缝覆盖； b) 在每个蜂窝小区中放置一定数量的芯片，并确定每个芯片节点的结构及功能； c) 对PCB上芯片的位置进行合理布局并确定每个小区中的簇头和簇成员； d) 芯片以自组织的方式实现自动接入，并通过对簇成员及簇头进行分布式和集中的混 合控制，实现对芯片间无线互连网络的分极化管理； e) 采用跨层协同设计方法，确定各层通信机制，并通过增加协议栈各层之间的垂直交 互来保证芯片间资源的高效利用和信息的可靠传输。2. 如权利要求1所述的组网方法，其特征是：在PCB板上采用纯无线互连方式实现芯 片间通信，区别于纯有线互连或采用有线和无线混合的网络架构。3. 如权利要求1所述的组网方法，其特征是：该方法适用于单层或多层PCB板、电气设 备之间和无线片上网络的组网。4. 如权利要求1中所述的组网方法，其特征是：将PCB板划分为多个大小相同的蜂窝 状小区并通过频分复用方式实现无缝覆盖，其中每个蜂窝小区的半径可根据PCB板的大小 合理进行调整，相邻小区通过不同频率加以区分，并通过合理选取频率复用因子实现无缝 覆盖。5. 如权利要求1中所述的组网方法，其特征是：在每个蜂窝小区中放置一定数量的芯 片，该数量由芯片的面积，芯片间距离D及小区半径R决定，其中D为发送芯片的发射天线 到接收芯片的接收天线的距离，正常情况下芯片面积要小于小区面积。6. 如权利要求1或5中所述的组网方法，其特征是：在芯片面积相比于小区面积足够 小，且各自小区中芯片间的距离D都相同时，编号为i的小区中容纳的最大用户量N i可由 小区半径尺及芯片间距离01决定，令《,.=|_及/9」，1_」表示向下取整，则％=3><?, 2+3%+1， 但为了降低小区内干扰程度、减少跳数，需令Iii < 2。7. 如权利要求1或6中所述的组网方法，其特征是：当每小区容纳的最大用户量Ni确 定后，便可求得PCB板上可容纳的最大用户数C = ，其中^ = 为PCB上可容 纳小区的最大个数，其中「1表示向上取整，SrcB为PCB板面积，为蜂窝小区面 积。8. 如权利要求1所述的组网方法，其特征是：每个芯片除完成自身的无线收发功能之 外，还需附加路由、数据存储、转发等功能，并以小的代价完成。9. 如权利要求1或8所述的组网方法，每个芯片的结构由一个RF接口模块和路由数 据存储单元组成，其中RF接口模块由一个低功耗和低成本的UWB收发机和变频片上天线组 成，路由数据存储单元由路由决策、信道仲裁、虚拟缓存和流量控制等模块组成。。10. 如权利要求1所述的组网方法，其特征在于：对芯片位置的布局中，芯片的位置是 根据其功能和与其他芯片相互通信频繁程度进行布局的；将相互通信比较频繁的节点放置 在同一小区或相邻的同频小区中，而不经常通信的节点安置在非同频小区中，且每个小区 中芯片位置服从均匀分布，两两距离近似相等，并把相互关联程度最高的芯片放在小区中 心位置作为小区的簇头，其他成员则视为簇成员。11. 如权利要求1或10所述的组网方法，其特征是：所述确定小区中簇头及簇成员中 采用分簇的方法构造分级结构，每个小区可视为一个簇，由簇头和簇成员组成，其中簇头为 高级芯片，如CPU、数据处理中心或微型基站；而簇成员可以是一些低级芯片、存储器、LED 灯、预警装置、传感类芯片、无线接口或芯片管脚；且每小区簇头和处在2小区边缘和3小区 交界顶点的簇成员可切换到不同频率下工作，并且其频率切换的要求有所不同。12. 如权利要求1或11所述的组网方法，其特征是：对小区各节点频率切换的要求能 方便快捷地找到目的节点并实现全网覆盖，而当芯片布局理想的情况下，还可以简化处在 各小区边缘和交界顶点的芯片频率切换功能。13. 如权利要求1或11所述的组网方法，其特征是：芯片以自组织的方式实现自动接 入，对簇头和簇成员的分级管理机制采用分簇的方法构造分级结构，实现分布式和集中控 制的混合管理机制，形成了一个普通节点和高级节点两级自组织结构的分级网络。14. 如权利要求1所述的组网方法，其特征是：采用跨层协同设计的方法，将对网络中 物理层、数据链路层、网络层和传输层进行统一协同管理，各层之间垂直交互，保证网络性 能的最优化和高灵活度。15. 如权利要求1或14所述的组网方法，其特征是：在对物理层、链路层、传输层的设 计中，可沿用目前IR-UWB中常用的多址调制技术，采用不同的伪随机码区分用户，并通过 CSMA/CA载波监听、RTS-CTS-Data-ACK握手机制和令牌环协议来适应突发业务和网络用户 容量变化的WCAN网络，控制网络中流量注入速率，避免节点间冲突。16. 如权利要求1或14所述的组网方法，其特征是：在对网络层方案的设计中，基于 UWB芯片超强的定位功能，采用驱动路由表方式的区域辅助路由算法，并针对不同芯片间通 信的4种场景，快速筛选出最短路径，实现数据包的高效传送；这四种场景包括： ① 同一小区内的节点间通信，应选择跳数最小的路径，当跳数相同时，避免通过簇头转 发； ② 处在相邻同频小区的节点间进行通信时，需将各自小区的簇头作为入口节点，结合 ①计算出最小跳数实现数据的传递； ③ 相邻的2个不同频小区的节点间通信时，需将2小区相邻边界的节点作为入口节点， 计算出最短路径； ④ 相距较远的不同频小区的节点间通信时，需经过②③计算出最短路径。
【专利摘要】本发明提供了一种芯片间无线互连系统的组网方法，基于蜂窝Ad hoc技术和跨层协同设计的先进理念提出了一种可在PCB板上实现无缝覆盖、网络结构灵活简单、通信协议宜于标准化、可靠性高且成本与能耗较低的芯片间无线互连系统组网方法。通过对芯片节点功能的设计以及网络架构的设计使得芯片间无线互连能够像无线用户接入WIFI网络一样方便快速，为芯片无线互连技术的进一步实用化奠定理论基础，同时为今后工业界在实用化过程中进行无线节点设计标准化和芯片间无线组网设计提供技术参考。此外本发明所采用的方法也可适用于多层PCB板电路，电气设备之间、WiNoC组网的设计。
【IPC分类】H04W16/18, H04W84/18, H04B1/7163, G06F15/173
【公开号】CN104883694
【申请号】CN201410292596
【发明人】李学华, 王宜文
【申请人】北京信息科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年6月24日