NoC中负载均衡的AVOQ路由器设计

针对片上网络中使用虚拟输出队列(VOQ)机制的路由器在网络拥塞时存在的头阻塞问题,提出负载均衡的AVOQ路由器架构。首先,输入缓冲区仍使用VOQ机制来处理头阻塞问题。其次,在路由计算模块自适应地选择输出端口,确保数据从较不拥塞的端口输出;在单个虚通道内自适应地读取数据包,确保下游不拥塞的流量能够在网络里流通。实验结果表明,相较于虚通道路由器和VOQ路由器,AVOQ路由器平均延时最多减少83.2%和57.1%,吞吐率最多增加72.7%和33.3%,功耗和面积开销可接受。该方案通过两个层级的自适应均衡全网的流量分布,缓解拥塞,进而降低头阻塞出现的可能性,并在头阻塞出现时消除其影响,提升网络性能。

NoC中相邻虚通道循环共享的VOQ容错路由器设计

集成电路的不断发展使得片上系统遇到了不可逾越的瓶颈问题,片上网络因其具有良好的可扩展性、较高的通信效率和可靠性等优势成为了一种新型的互连架构,被研究者们广泛研究.路由器是片上网络中的关键部件,主要负责数据包的存储转发,影响着网络的整体性能,故对路由器的容错设计显得尤为重要.而路由器中缓冲区所占的面积较大,且常见的缓冲区容错方案都可能会产生头阻塞问题,因此需要设计一种容错路由器架构,既可以解决头阻塞问题,又能实现缓冲区容错.该文提出一种相邻虚通道循环共享的VOQ容错路由器设计,可以有效地容忍虚通道故障,在网络拥塞时能最大程度的保证缓冲区的利用率,且在路由器内部虚通道均故障时依旧可以保证整个网络的连通性.在基准VOQ路由器的基础上,该文通过增加多个多路选择器和数据分配器来实现相邻虚通道的共享,增加旁路总线来保证即使输入端口内部虚通道均故障,路由器依旧可用.当数据包所要发往的虚通道故障或者拥塞时,通过借用相邻虚通道或旁路来实现数据包的存储转发,达到了容错的目的,提升网络性能.同时,该文设计了一种基于双向队列的FIFO控制器,通过两套读写指针实现对借用虚通道数据包和非借用虚通道数据包的读写操作.双向队列的设计,保证了数据包在输出时依旧持有VOQ特性,这是绝大多数的缓冲区容错方案所没有的.实验结果表明,在无故障发生时,该文方案较VOQ路由器和multiple VOQ路由器而言平均延时有所降低,吞吐率有所提高;在故障发生时,该文方案的相邻VC因为可以借用,故较VOQ路由器和multiple VOQ路由器,平均延时分别降低了32.3%和23.3%,吞吐率也有所提高.该文方案没有增加额外的FIFO开销,硬件开销上因为双向队列和BIST检测模块的设计较参考文献方案有所增加,但是相对于其达到的性能而言,这种硬件开销的略微增加是可以接受的.在网络出现虚通道故障或拥塞时,该文方案的设计维持了VOQ特性不变,保证了整个网络的连通性,达到了较高的可靠性,系统整体性能较优.

基于VOQ输入缓存交换系统调度算法研究

基于VOQ缓存策略的信元调度算法是提升交换系统性能的关键因素。介绍了3种富有代表性的调度算法iSLIP算法、iLQF算法和DPA算法。iSLIP算法易于硬件实现,不大于log2N次迭代即可实现收敛,但对于突发通信效率不高,适用于中小规模的高速交换结构;iLQF算法调度效率高,但硬件实现较为困难,且时延较大,目前应用较少;DPA算法可以用简单的组合逻辑实现,时延小,但效率不高,适用于重载大规模的高速交换结构。

VOQ输出端解复用算法及其技术实现

目前的高速交换机大都采用虚拟输出排队(VOQ)方法,并把变长分组拆成定长信元后交换。已有的关于队列组织与管理的文章都着重于讨论N×N交换结构中每个端口对应于一个实际物理端口的情况,但在实际中经常需要对端口进行复用和解复用。我们针对863“实用化综合接入系统”边缘路由器子系统的设计特点,自行提出了基于输出子端口的队列组织与解复用算法。这篇文章阐述了该算法,并给出了算法的性能分析和具体实现。

VOQ交换机的输出队列调度算法

针对VOQ高速交换机的通信调度,提出在VOQ交换机的输出队列中直接进行通信调度(OSA-VOQ)的策略.OSA-VOQ算法可直接支持变长数据包通信调度,克服了传统通信调度算法只能调度定长数据包的缺点,降低了交换机的实现复杂度.仿真结果表明,在各种流量下,OSA-VOQ算法都比iSLIP等现有的调度算法具有更好的调度性能.OSA-VOQ算法高效地实现了VOQ交换机的通信调度.

分布式调度算法在VOQ交换机中的应用

为提高高速通信网络的通信效率,针对VOQ交换机,提出在交换机的各个输出端口中进行分布式通信调度(DSA)的策略。DSA算法可直接支持变长数据包通信调度,克服了传统信元交换只能调度定长数据包的缺点,降低了交换机的实现复杂度。仿真结果表明:在各种流量下,DSA算法都比信元调度算法具有更好的调度性能。

高速交换网络的建模与仿真

高速交换网络是高速路由器/交换机的核心部件,负责查表后的“信元”的转发,它是限制路由器/交换机交换容量的一个重要因素。本文主要对高速交换网络进行了建模和仿真研究,首先给出了一般意义上的交换网络模型,并分析了各个组成部分;然后着重讨论了输入排队的crossbar交换网络,从吞吐量、时延两个主要指标衡量了高速交换网络的性能。仿真结果表明输入排队的crossbar交换网络适用于高速、大容量的路由器/交换机中。

高速crossbar控制算法iDRR及其性能分析

DRR(DualRound Robin)算法[6] 是一种公平、高效、可扩展性强、硬件实现简单的crossbar控制算法 .为了进一步改善算法的时延性能和公平性 ,文中提出了多重迭代DRR算法 ,即iDRR算法 ,它继承了DRR算法所有优点 .仿真结果表明iDRR算法可达到 10 0 %吞吐量 ,在时延性能和公平性方面都优于DRR算法 .使用可编程逻辑器件实现了基于iDRR算法的仲裁器 ,工作频率达 80MHz,可支持 10Gbps速率的输入端口 ,可用于超高速。

iRSDRR:一种全异步的基于输入排队Crossbar交换结构的调度算法

DRR(DualRound-Robin)[1]调度算法是一种公平、高效、硬件实现简单的基于输入排队Crossbar交换结构的信元调度算法。为了进一步改善这种算法的性能,该文提出了一种全异步的多次迭代DRR算法,即iRSDRR(iterativeRo-tatingStaticDualRound-Robin)。该算法在开始时,将所有的输入、输出仲裁器的指针全部设置为异步的,以后每个时隙静态地更新所有的仲裁器的指针。仿真结果表明该算法在不同业务流条件下的性能都优于DRR调度算法。

一种支持QoS片上网络路由器的设计与实现

设计了一种8端口的NoC路由器.采用简化的VOQ结构,使用双交叉开关,可连接4个IP核,开关调度具有动态、确定和公平的特点,能够提供QoS保证,并有效降低了报文排头阻塞和片上网络面积.Synopsys Design Compiler的综合结果表明,基于0.13μm工艺实现后,面积为0.62mm2,工作频率可达500MHz.

太比特路由器分组调度中信元失序问题的解决

研究了太比特路由器分组调度算法中的信元失序问题·针对Chang等人提出的负载平衡Birkhoff vonNeuman调度算法容易产生信元失序问题,提出了一种改进的分组调度算法DRLB BvN(dynamicresequencingloadbalancedBirkhoff vonNeuman)·DRLB BvN分组调度算法是根据最近的信元延迟情况动态调整门限值的时间戳机制,该算法可以很好解决Chang等人提出的负载平衡Birkhoff vonNeuman调度算法的信元失序问题,并且通过仿真结果表明:与Birkhoff vonNeuman算法相比,性能没有明显下降·

基于IP拥塞控制算法自动化分析

由于卫星链路有着不同于地面有线环境和固定应用的一些特点,传统的TCP中使用的拥塞控制算法难以满足要求,因此本文提出了一种开环IP拥塞控制算法,让IP层参与网络的拥塞控制。并在原有IP交换模型的基础上,通过改变IP源和输入处理进程对星上IP拥塞控制进行OPNET仿真。计算机仿真结果表明,该算法可明显地降低星上IP交换的丢失率。

一种基于输入缓冲交叉开关的调度算法

研究了交叉(Crossbar)开关的架构和缓冲策略。在已有的循环优先级多次匹配(RRM)算法和指针滑动多次迭代循环优先级匹配(iSLIP)算法的基础上提出了一种基于优先级列表的轮询调度(PB-RRM2)算法,该算法每次迭代只需要2步,减少了算法的调度时间,提高了Crossbar开关的运行速度。同时采用优先级列表的轮询(Round Robin)指针修改方式消除了指针的同步,提高了吞吐量。理论分析和仿真试验表明,算法在吞吐量和平均信元时延方面与iSLIP算法相当。

基于SRAM的核心路由器交换矩阵输入端口设计

交换矩阵是核心路由器的重要组成部分,为了避免来自不同输入端口的信元同时发往同一个输出端口,需要在输入端口设置缓冲区,即输入排队交换结构。基于静态随机存储器完成了交换矩阵输入端口虚拟输出队列(VOQ)的设计,该设计可以降低核心路由器交换芯片的面积,提高输入端口缓冲区信元的响应速率,并通过DE-115开发板完成对设计的验证。

CICQ交换结构中共享缓存的研究与应用

针对带缓存的的交叉开关(Combined Input and Crosspoint Buffered Queuing,CICQ)交换结构在多端口多优先级而引起的存储规模和面积开销增大的问题,提出了一种基于共享缓存思想的CICQ交换结构。它使用虚拟输入排队(VOQ)的方式,支持多优先级流控,并通过动态分配虚拟输出队列的方式设计队列管理结构,从而降低复杂度,减少对缓存区容量的需求。通过对各模块进行VHDL代码设计和使用Modelsim进行仿真,结果表明该结构能够实现交换结构数据的缓存。

CICQ交换结构的调度算法研究

研究了基于缓冲交换结构的各种调度算法,并基于CICQ(combinedinputandcrosspoint-queued)的交换结构提出LQF_LQF算法.仿真结果说明该算法在均匀分布和突发业务源的情况下都能近似达到输出排队的时延性能.

一种WFA仲裁模式优化算法

本文研究了WFA仲裁算法,WFA采用的固定轮转优先级的仲裁算法,没有考虑到各端口队列的长度和消息包的缓急情况。本文针对WFA算法存在的这种不足提出了一种改进算法,该算法易于实现、仲裁更公平,通过软件建模的方式进行了模拟,模拟结果表明,优化具有较好的效果。

分组交换网络调度算法概述

为了合理利用网络资源,提高网络吞吐率,降低通信时延,需采取有效的调度算法实现输入端和输出端的匹配。基于VOQ的输入排队交换结构是当前分组交换网络最常用的结构。本文介绍了几种基于VOQ的调度算法:用于单级crossbar的PIM、iRRM和iSLIP算法,以及适用于三级Clos网络的RD和CDDR算法。对每种算法,介绍其基本原理和性能,以及与其他算法的区别。