[发明专利]一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法

说明书

本发明公开了一种无线片上网络中无线节点的拥塞判别模块及其方法，其特征是：拥塞判别模块CJU与每个子网的无线路由器中的无线接口互连，拥塞判别模块CJU包括：读写单元RWU、拥塞信息表、算法单元AU、信号产生单元SGU和译码单元；在无线接口的发送端中设置地址解析单元ARU和发送微片计数单元FCUt；在无线接口的接收端中设置接收微片计数单元FCUr；在发送端的功率放大器和接收端的低噪放大器之间设置有休眠控制单元SCU。本发明能缓解网络拥塞，降低网络功耗，提高网络的整体性能。

技术领域

本发明属于集成电路芯片的设计领域，特别是一种无线片上网络中针对无线节点拥塞的低功耗模块及其方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，传统的基于总线架构的片上系统(System-on-Chip，SoC)出现了可扩展性差，通信效率低等问题。为了克服这些弊端，片上网络(Network-on-Chip，NoC)应运而生。NoC作为一种新型通信架构，具有高带宽，可扩展性强等优良特性。但是，当NoC网络规模增大时，多跳节点之间的通信延迟增加，网络性能受到了较大制约。基于此，国内外研究者提出了一种新的解决方案—无线片上网络(Wireless Network-on-Chip，WiNoC)。

WiNoC作为一种新型互连技术，可以有效解决片上网络多跳节点之间高延迟的问题。依托当前的微电子工艺，无线片上路由器的zig-zag天线和无线接口(WirelessInterface，WI)可以集成在芯片上，WiNoC的研究具有了现实依据。研究者针对WiNoC提出了若干可行的互连方案，Ganguly A等提出了一种small-world通信架构，作为一种典型的无线互连方案，其将整个网络划分为若干个子网，子网之间采用无线路由器(WirelessRouter，WR)进行数据通信，降低了多跳节点之间的数据通信延迟。Wang L等提出了一种基于无线多跳的混合无线NoC(2-Level Hybrid Mesh，2LHM-WiNoC)，并提出了一种竞争避免的路由算法。Deb S等提出了一种基于毫米波(mm-wave)技术的无线NoC架构mWNoC，通过高效路由算法和无线节点最优放置，提高了网络性能。

但是，WiNoC也面临着网络拥塞等问题。有线节点往多跳之外的目的节点发送数据时，需要先将数据发送至相邻的无线路由器，然后由无线路由器将数据发送至目的节点相邻的无线路由器，最后发送至其子网内的目的节点。显然，WR承载着长距离多跳节点之间的数据收发任务，具有较大的数据流量，易出现节点拥塞，形成网络热点。Wang L等针对WiNoC中易出现拥塞问题，提出了一种端到端的流控机制，实时反馈网络中的拥塞程度，从而动态调整数据包注入率。Dai P等采用了一种基于p-坚持的载波侦听多路访问(Carrier SenseMultipleAccess，CSMA)的通信机制，每个无线接口在发送数据帧之前进行载波监听，当通道空闲时，以p的概率发送数据，这在一定程度上降低了链路冲突。Wang C等以有线/无线拓扑为基础，构建了一种NePA无线NoC阵列(NePA-WiNoC)，通过设置双向数据通道，提高了网络吞吐率。MansoorN提出了一种MAC协议，可以根据WI实时需求动态分配令牌，通过历史流量预测，动态分配链路带宽。上述机制均有效降低了网络拥塞，但是没有考虑网络全局中各无线节点中无线接口的拥塞程度，若无线接口本身出现拥塞，会导致丢包现象的发生，降低网络性能。

功耗问题也是WiNoC中不可忽视的重要问题。在WiNoC中，相较于传统有线路由器，无线路由器添加了无线接口，具有更大的功耗开销。基于该问题，Mineo A等设计了一种在线闭环可调节功率机制，节省了功耗开销，但是增大了数据误码率。Mondal H K等提出了一种基于广播的粗粒度休眠机制，WR将数据广播至其他WR，经过地址校验后，非目的地址的WR将进入休眠模式。该机制节省了一定的功耗开销，但是硬件结构较为复杂。Mineo A等通过模拟仿真，设计了一种可调节天线功率机制，减小了系统的功耗，但是未考虑到实际应用时的复杂状况。

发明内容