[发明专利]一种用于无线片上网络通信的中央控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线片上网络通信的中央控制器及其控制方法。

背景技术

随着集成工艺技术的发展以及市场的需求推动，单芯片上所能集成的IP核数目不断增加，片上网络规模不断扩大，现有片上网络通信架构有线多跳传输的局限性已经逐步显现。例如，对于通信距离较远的两个节点，数据包的多跳通信延迟和能耗将更加明显。

为了解决超大规模片上系统IP核之间的通信问题，研究人员提出了无线片上网络技术。即，通过高带宽、低延迟、低能耗的无线链路，取代传统片上网络中长距离有线多跳的通信方式，显著提高网络性能并降低能耗。

目前，主要的片上无线通信技术包括如下四种：第一种片上无线通信技术工作在UWB频段，采用180 nm工艺和Meander type dipole天线，传输范围和数据率分别为1 mm和1.16 Gbps；第二种片上通信技术工作在毫米波（mm-Wave）频段，采用65 nm工艺和Zigzag天线，传输范围、数据率和每比特数据的能耗分别为20 mm、16 Gbps和2.3 pJ；第三种片上通信技术工作在Sub THz频段，采用32 nm工艺，传输范围、数据率和每比特数据的能耗分别为10 mm-20 mm、320 Gbps和4.5 pJ；第四种片上通信技术工作在THz频段，采用多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotube，MWCNT）天线，传输范围、数据率和每比特数据的能耗分别为23 mm、240 Gbps和0.33 pJ。

现有的无线片上网络通信架构可以分为三类：

（1）基于FDMA无线片上网络通信架构：在该类架构中，数据包需要多跳无线传输才能到达目的节点，容易造成网络拥塞和死锁，而且，由于在芯片上很难实现大量的工作在不同频率的天线，因此只能支持子网数量较少的无线片上网络。此外，由于部分频带需要用作隔离带，无线带宽利用率较低。

（2）基于CDMA无线片上网络通信架构：在这类架构中，每个无线路由节点需要集成额外的编码和解码器，因此，这种架构的面积和能耗将随网络规模的增大而线性增长。此外，频带利用率将随着传输节点数的变化而变化。当网络中只有一个节点发送数据包时，由于采用了扩频编码，网络中实际传输的数据率将远小于物理链路速率。

（3）基于标签传递协议的TDMA无线片上网络通信架构：在该类架构中，只有拥有标签的无线路由节点可以发送数据，主要缺点如下：i）需要额外的用于传递标签的信道；ii）当只有少数无线路由节点有数据需要传输时，由于有数据的无线路由节点需要等待标签到达后才能传输数据，因此，在这种情况下频带利用率将较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无线片上网络通信的中央控制器及其控制方法，通过引入一个额外的中央控制器对所有无线子网间的通信过程进行控制，使无线链路带宽得到充分利用，采用单跳传输方式，有效缓解多跳传输方式所造成的网络拥塞，可以有效提高网络吞吐量，并降低数据包传输延迟和通信能耗。

本发明一种用于无线片上网络通信的中央控制器，由                                               个多路复用器、个与门，一个计时器和一个控制器组成，其中为无线路由节点数，该每一个多路复用器与所有的无线路由节点的接收缓存单元相连接，接收所有接收缓存单元发送的满信号，该多路复用器连接对应的无线路由节点i的数据包解析器，接收其发送的目的地址信号i，该与门i连接无线路由节点i的发送缓存单元和多路复用器i，接收该发送缓冲单元发送的空信号和多路复用器i发送的目的无线路由节点的满信号k；该控制器连接所有的与门和计时器，接收所有与门发送的预使能信号和计时器的时间截止信号，并发送复位信号给计时器和使能信号给对应无线路由节点的链路控制器；