一种片上网络缓存上界的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种片上网络缓存上界优化的方法，其特征是，利用网络演算计算网络中节点缓存的计算方法，通过计算整个网络每个节点的缓存，得出最高节点的缓存深度；结合萤火虫映射算法，将最高节点的缓存作为目标函数，对最高节点的缓存进行优化。本发明专利技术能分析出最差情形下的每个网络节点缓存，并对网络最高节点的缓存进行降低，防止单个节点长期拥塞，从而减少网络拥塞，减少网络资源消耗，优化网络资源配置，均衡网络负载，使得网络的资源面积更小更优。

【技术实现步骤摘要】
一种片上网络缓存上界的优化方法
本专利技术属于网络通讯
，尤其涉及一种片上网络缓存上界进行的优化算法。技术背景片上网络(Network-on-Chip,NoC)替代传统总线结构的改变，虽然一定程度上克服了传统结构带来的各种问题，但是随着IP(IntellectualProperty)核的增多和通信量的提升，使得互连网络的缓存深度问题成为NoC设计的瓶颈；随着芯片体积的减小和整体性能的提高，如何减少缓存的深度，精确设计网络节点的缓存，从而有效的减少网络拥塞，降低网络的资源消耗成为一个难题；芯片某一节点的网络缓存过高，可能导致网络中的拥塞集中到一点，当缓存设计比较大时，会消耗过多资源；当缓存不够用时，会造成网络拥塞到某一节点，数据无法正常传输，从而导致网络瘫痪。这在很大程度上削弱了NoC的诸多优势，直接影响到片上网络系统的性能。网络节点的缓存计算，分为全局网络缓存及单个节点缓存的计算，主要是通过网络演算的知识，利用发包的到达曲线，网络节点处理性能的到达曲线，在包含网络中的各种冲突时，计算出来的网络缓存深度，这个深度是可以保证网络在最坏情形下依然可以正常运行的缓存上界。现有的技术针对片上网络不对全局的缓存进行计算，如2015年“Analysisofworst-casebacklogboundsforNetworks-on-Chip”文中提到是具体计算某一条流的缓存上界，不足之处在于只考虑单条流的缓存上界，没有考虑整个片上网络中每个节点的缓存上界，从而无法得到整个片上网络的整体缓存上界，导致了实际应用中资源的大量浪费。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中的不足之处，提出一种片上网络缓存上界的优化方法，以期能分析出最差情形下的每个网络节点缓存，并对网络最高节点的缓存进行降低，防止单个节点长期拥塞，从而减少网络拥塞，减少网络资源消耗，优化网络资源配置，均衡网络负载，使得网络的资源面积更小更优。本专利技术为达到上述目的所采用的技术方案是：本专利技术一种片上网络缓存上界的优化方法的特点是，所述片上网络是由N×N个节点构成的二维网络，且在所述片上网络上存在s条业务流；所述优化方法是按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)获得第v条业务流的缓存Bv，从而获得s条业务流的缓存{B1,B2,…,Bv,…,Bs}：式(1)中，rv表示第v条业务流的发包速率，T表示所述片上网络的转发延迟，bv表示第v条业务流的发包突发度，R表示所述片上网络的转发速率，xv、yv、zv分别表示第v条业务流的缓存系数；1≤v≤s；步骤2、令所述第v条业务流上经过的所有节点的缓存为Bv，其余节点的缓存为“0”，从而得到第v条业务流上N×N个节点的缓存矩阵，记为表示第l行第k列的节点在第v条业务流上的缓存；进而得到s条业务流上N×N个节点的缓存矩阵{D1,D2,…,Dv,…,Ds}，1≤l≤N；1≤k≤N；步骤3、根据所述s条业务流上N×N个节点的缓存矩阵{D1,D2,…,Dv,…,Ds}，得到每个节点各自最大的缓存上界矩阵，记为表示第l行第k列的节点在s条业务流上的最大的缓存上界；步骤4、从所述缓存上界矩阵Dmax中选取最大值作为目标函数Bmax，并利用萤火虫算法对所述目标函数Bmax进行优化，使得目标函数Bmax取得最小值，从而得到最优映射方案Mapmin；以所述最优映射方案Mapmin来完成对所述片上网络的缓存上界优化；其中，令萤火虫的荧光亮度为目标函数Bmax，令萤火虫的移动条件如式(2)所示：式(2)中，I(m,n)表示第m行第n列的节点的亮度，即第m行第n列的节点在s条业务流上的最大的缓存上界，I(p,q)表示第p行第q列的节点的亮度，即第p行第q列的节点在s条业务流上的最大的缓存上界，γ表示光强吸收系数，L(m,n)→(p,q)表示第m行第n列的节点与第m行第n列的节点间的曼哈顿距离；1≤m≤N；1≤n≤N；1≤p≤N；1≤q≤N。现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在：1、本专利技术提出了一种计算片上网络缓存的算法，此算法是针对网络中所有冲突情况以及全局范围提出的缓存计算方式，结合映射，以最高节点的缓存深度为目标，利用萤火虫算法，对最高节点缓存上界进行优化，从而避免了网络出现单节点长期拥塞。2、本专利技术通过每条业务流与其他流冲突的情形，计算出每条流的缓存上界，简历缓存上界矩阵，从而得出整个片上网络每个节点的缓存上界，可以明确每个网络节点所用到的缓存深度，从而节省了网络资源开销。3、本专利技术将最高节点的缓存与萤火虫算法相结合，利用计算出的节点的最高缓存上界作为目标函数，通过萤火虫算法改变映射方案，对最高节点的缓存进行优化处理，从而避免了网络节点传输长期拥塞。4、本专利技术通过实验得出在每种参数对于网络节点的最高缓存产生什么样的影响，在一定参数范围内B∝r，B∝T，对于片上网络参数的选取提供了实际的参考依据。附图说明图1为现有技术中到达曲线实例图；图2为现有技术中服务曲线实例图；图3为现有技术中缓存上界求解实例图；图4为现有技术中NoC路由节点编号方式图；图5为现有技术中特征应用VOPD特征拓扑图；图6为本专利技术映射得到的一种最优映射方案图；图7为本专利技术对特征应用VOPD针对不同发包速率的映射实验结果图；图8为本专利技术对特征应用VOPD针对不同网络节点转发速率的映射实验结果图；图9为本专利技术对特征应用VOPD针对不同针对网络节点转发延迟的映射实验结果图；图10为本专利技术计算最高节点缓存结合萤火虫算法的优化流程图。具体实施方式本实施例中，片上网络是由N×N个节点构成的二维网络，且在片上网络上存在s条业务流；如图10所示，一种片上网络缓存上界的优化方法是按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)获得第v条业务流的缓存Bv，从而获得s条业务流的缓存{B1,B2,…,Bv,…,Bs}：式(1)中，rv表示第v条业务流的发包速率，T表示所述片上网络的转发延迟，bv表示第v条业务流的发包突发度，R表示所述片上网络的转发速率，xv、yv、zv分别表示第v条业务流的缓存系数；1≤v≤s；如图4所示为一个4×4×1大小的片上网络，该网络共有N＝16个路由节点，路由节点序号依次为0、1、…、15，对于一个确定的网络，如图5所示，以VOPD应用映射至4×4×1的网络为例，该网络共有16个路由节点，21条配置信息，包含源、目的节点的横坐标和纵坐标，发包速率，突发度如下：步骤1.1、如图1所示，根据网络中业务流符合参数为(r,b)的漏桶的到达曲线：α(t)＝rt+b＝0.1t+b(2)图1中，R(t)为实际网络中的到达曲线；步骤1.2、如图2所示，路由器转发速率设置为R＝2.0，转发延迟T＝4；延迟-速率函数来表示系统的服务曲线：β(t)＝R(t-T)+＝2.0(t-4)+(3)图2中，R*(t)为实际网络中的服务曲线；步骤1.3、如图3所示，到达曲线为α(t)的业务流流经服务曲线为β(t)的系统，则系统的积压B(t)在任意时刻t满足：B(t)≤v(α(t),β(t))(4)式(4)中，v(α(t),β(t))表示α(t)和β(t)之间的最大垂直距离；由于β(t)＝R(t-T)+为非负函数，因此系统的积压B(t)最大值出现在t＝T；将t＝T带入(4)中，在网络中仅有一条流的情况下，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上网络缓存上界的优化方法，其特征是，所述片上网络是由N×N个节点构成的二维网络，且在所述片上网络上存在s条业务流；所述优化方法是按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)获得第v条业务流的缓存B

【技术特征摘要】
1.一种片上网络缓存上界的优化方法，其特征是，所述片上网络是由N×N个节点构成的二维网络，且在所述片上网络上存在s条业务流；所述优化方法是按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)获得第v条业务流的缓存Bv，从而获得s条业务流的缓存{B1,B2,…,Bv,…,Bs}：式(1)中，rv表示第v条业务流的发包速率，T表示所述片上网络的转发延迟，bv表示第v条业务流的发包突发度，R表示所述片上网络的转发速率，xv、yv、zv分别表示第v条业务流的缓存系数；1≤v≤s；步骤2、令所述第v条业务流上经过的所有节点的缓存为Bv，其余节点的缓存为“0”，从而得到第v条业务流上N×N个节点的缓存矩阵，记为表示第l行第k列的节点在第v条业务流上的缓存；进而得到s条业务流上N×N个节点的缓存矩阵{D1,D2,…,Dv,…,Ds}，1≤l≤N；1≤k≤N；步骤3、根据所述s条业务流上N×N个节点的缓存矩阵{D1,D2,…,Dv,…,Ds}，得到每个节点各自最大的缓存上界矩阵，记为

【专利技术属性】
技术研发人员：杜高明，丁亚，张多利，宋宇鲲，王晓蕾，尹勇生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34