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片上网络服务质量机制研究

作　者: 刘宝起
导　师: 王长山
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 片上网络 交换机制 QoS路由 区域路由 蜂群算法
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着超大规模集成电路技术的发展,使得以总线结构为主要特征的片上系统(System on Chip, SoC)设计方法越来越难以满足可扩展性和单一时钟同步等要求。在此背景下,基于互连网络概念的片上网络(Network on chip, NoC)成为系统结构研究的新热点。片上网络规模的不断增长,以及实时和多媒体业务的不断涌现,要求NoC能提供高效的服务质量(Quality of Service, QoS)支持。而目前NoC中“尽力而为”的数据传输方式,不能保证数据包传输的时延、吞吐和抖动,对上述的网络业务带来很大的影响,不能满足用户的要求。近几年的研究表明,NoC中路由算法对实现QoS具有非常重要的影响,因此QoS路由算法日益成为NoC研究的核心问题之本文首先分析了NoC中现有保障QoS模型,在此基础上具体工作如下：1.介绍了NoC中常用的QoS路由算法——维序算法和奇偶转向模型。并将维序算法和奇偶转向模型融合提出了一种新的QoS路由算法——区域路由算法。区域路由算法采用最短路由,是一种无死锁无活锁的路由算法。算法按照当前节点X维坐标将网络划分为左右两大区域,左区域采用西优先路由,右区域采用东最后路由,是一种部分自适应路由算法。本文使用OPNET软件在虫孔交换机制下的二维4×4 Cliche网络中对各种算法进行仿真,在相同的网络仿真环境下,区域路由算法能够获得低时延、低抖动和高吞吐。另外通过计算Cliche网络链路利用率说明区域路由算法能充分利用链路,达到负载均衡,从而很好的保障NoC中QoS。2.建立了一种QoS路由数学模型和综合评价指标,并给出了适合该模型和综合评价指标的QoS路由算法——蜂群算法。蜂群算法是生物智能路由算法中的代表,采用最短路由,最大程度开放路由的自由度,使用基于软件的死锁恢复机制来检测和恢复死锁；使用蜜蜂代理来更新路由信息,并采用了综合考虑历史信息和当前网络状态的路由策略。仿真结果表明蜂群算法的性能优于传统的QoS路由算法(如维序算法和奇偶转向模型)。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 从SoC到NoC  7-8
  1.2 NoC概述  8-11
    1.2.1 NoC框架  8-9
    1.2.2 NoC结构  9-10
    1.2.3 交换模块  10
    1.2.4 网络接口  10-11
  1.3 NoC中QoS  11-13
    1.3.1 QoS服务模型  11-13
  1.4 NoC应用  13-14
    1.4.1 XPIPES NoC  13
    1.4.2 AEthereal NoC  13
    1.4.3 SPIN NoC  13-14
    1.4.4 Other NoCs  14
  1.5 NoC前景与挑战  14
  1.6 论文的主要工作和组织结构  14-15
第二章 NOC中现有交换机制  15-27
  2.1 NoC中的关键技术  15-17
    2.1.1 拓扑  15
    2.1.2 路由算法  15-16
    2.1.3 死锁、活锁和饥饿  16
    2.1.4 流量控制  16-17
  2.2 交换机制  17-26
    2.2.1 前提  17-18
    2.2.2 现有交换机制  18-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 利用区域路由算法保证片上网络中QOS  27-43
  3.1 引言  27
  3.2 维序算法与奇偶转向模型  27-31
  3.3 区域路由算法  31-32
  3.4 区域路由无死锁无活锁证明  32-33
  3.5 仿真实验以及结果  33-39
    3.5.1 仿真参数设置  33-35
    3.5.2 仿真结果分析  35-39
  3.6 链路利用率分析  39-41
  3.7 本章结论  41-43
第四章 基于蜂群算法的QOS路由建模  43-57
  4.1 QoS路由问题建模  43-45
    4.1.1 QoS路由度量  43-44
    4.1.2 QoS特征  44-45
  4.2 蜂群算法设计  45-51
    4.2.1 基本原理  45-46
    4.2.2 蜂群算法  46-48
    4.2.3 改进后的蜂群算法  48-51
  4.3 仿真实验及结果  51-56
    4.3.1 仿真参数设置  51-52
    4.3.2 仿真结果分析  52-56
  4.4 本章结论  56-57
第五章 结束语  57-59
  5.1 本文的主要贡献  57
  5.2 有待进一步研究的工作  57-59
致谢  59-61
参考文献  61-65
在读期间研究成果  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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