專利名稱：實現(xiàn)光片上網(wǎng)絡(luò)的低阻塞通信路由器及通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及片上光互連網(wǎng)絡(luò)(Optical-Network-On-Chip)通信系統(tǒng)中的低阻塞路由器及通信方法，用于確定IP核之間的通信方式及光通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
背景技術(shù)：
光互連技術(shù)由于具有高帶寬，低損耗，低串?dāng)_，低時延的特點，能夠有效解決片上網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)電互連技術(shù)領(lǐng)域的一系列瓶頸問題。因此，光互連技術(shù)已經(jīng)成為片上網(wǎng)絡(luò)倍受關(guān)注的一種技術(shù)。但在目前的條件下，由于缺乏低成本，高效率的光緩存器件，同時光邏輯處理技術(shù)尚不成熟，光片上網(wǎng)絡(luò)通常使用光電路交換完成IP核之間的通信。其不利之處在于，當(dāng)源節(jié)點和目的節(jié)點建立通信路徑之后，光鏈路將被這一對通信節(jié)點完全占用。此時，其他通信節(jié)點無法共享鏈路資源。因此，光電路交換的鏈路利用率較低，網(wǎng)絡(luò)阻塞較為嚴(yán)重。Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架具有拓?fù)湟?guī)則、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的特點，是目前片上網(wǎng)絡(luò)廣泛使用的一種架構(gòu)。當(dāng)光電路交換應(yīng)用于Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時，若建鏈分組在預(yù)約路徑的過程中發(fā)現(xiàn)輸出端口占用，只能在中間節(jié)點等待端口的釋放。同時，由于該建鏈分組預(yù)約的前一段路徑尚未使用。因此，前一段光鏈路即使處于空閑狀態(tài)，仍然不能釋放給其他通信節(jié)點使用， 這極大的降低了鏈路的利用率并造成單一節(jié)點的阻塞擴(kuò)散至網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器及通信方法，以減小片上網(wǎng)絡(luò)Mesh結(jié)構(gòu)采用光電路交換時鏈路利用率較低，單一節(jié)點阻塞影響其他節(jié)點通信的問題，有效提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的路由器，包括N根光波導(dǎo)和M個微環(huán)諧振器，N和M均為整數(shù)，且N興M，所述光波導(dǎo)用于實現(xiàn)片上光信號的傳輸，所述微環(huán)諧振器用于實現(xiàn)片上光信號的轉(zhuǎn)向，其特征在于光波導(dǎo)包括兩條水平光波導(dǎo)、兩條垂直光波導(dǎo)和四條環(huán)形光波導(dǎo)；水平方向上的兩根光波導(dǎo)101和102與豎直方向上的兩根光波導(dǎo)103和104十字交叉布局，形成第一組4個交叉點105，106，107和108，該第一組的每個交叉點一側(cè)設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第一條環(huán)形光波導(dǎo)109設(shè)置在第一組交叉點的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的 4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第二組7個交叉點110，111，112，113，114，115和 116，該第二組交叉點中的4個交叉點110，112，114和116的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第二條環(huán)形光波導(dǎo)117設(shè)置在第一條環(huán)形光波導(dǎo)109的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第三組7個交叉點118，119，120，121， 122，123和124，該第三組交叉點中的4個交叉點118，120，122和124的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第三條環(huán)形光波導(dǎo)125設(shè)置在第二條環(huán)形光波導(dǎo)117的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第四組7個交叉點126，127，128，129， 130，131和132，該第四組交叉點中的4個交叉點126,128,130和132的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第四條環(huán)形光波導(dǎo)133設(shè)置在第三條環(huán)形光波導(dǎo)125的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第五組7個交叉點134，135，136，137， 138，139和140，該第五組交叉點中的4個交叉點1；34，136，138和140的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器。所述兩條水平光波導(dǎo)101和102的左端點構(gòu)成西向輸入輸出端口，右端點構(gòu)成東向輸入輸出端口，該東向輸入輸出端口和西向輸入輸出端口分別與相鄰路由器相連。所述兩條垂直光波導(dǎo)103和104的上端點構(gòu)成北向輸入輸出端口，下端點構(gòu)成南向輸入輸出端口，該南向輸入輸出端口和北向輸入輸出端口分別與相鄰路由器相連。所述第一條環(huán)形波導(dǎo)109的一個端點141構(gòu)成本地輸入端口，第二條環(huán)形波導(dǎo)117 的一個端點142構(gòu)成本地輸出端口，該本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連。所述第三條環(huán)形波導(dǎo)125的一個端點143構(gòu)成分組回收輸入端口，第四條環(huán)形波導(dǎo)133的一個端點144構(gòu)成分組回收輸出端口，該分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的方法，包括如下步驟(1)使用路由器構(gòu)建片上網(wǎng)絡(luò)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，該路由器的分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連，本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連，東向、西向、北向和南向輸入輸出端口分別與相鄰的路由器相連；(2)在電控制網(wǎng)絡(luò)和光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，分別建立二維坐標(biāo)系并根據(jù)電控制網(wǎng)絡(luò)的二維坐標(biāo)系確定當(dāng)前通信源節(jié)點位置(xs，ys)和目的節(jié)點位置(xd，yd)；(3)選擇電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則并設(shè)定回收規(guī)則的具體參數(shù)，該規(guī)則包括基于跳數(shù)的回收規(guī)則和基于時間的回收規(guī)則；具體參數(shù)包括回收跳數(shù)門限N和回收時間權(quán)值α ；若選擇使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)為回收跳數(shù)門限N ；若選擇使用基于時間的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)為回收時間權(quán)值α ；(4)源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組，該建鏈分組攜帶源節(jié)點、目的節(jié)點的位置信息及建鏈分組序號，通過電控制網(wǎng)絡(luò)向目的節(jié)點傳輸，并在傳輸?shù)倪^程中預(yù)約沿途路徑；(5)電控制網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點采用維序路由算法計算建鏈分組的輸出端口 K，查詢輸出端口 K是否鎖定若輸出端口 K已經(jīng)鎖定，執(zhí)行步驟(6)，否則，中間節(jié)點鎖定輸出端口 K，記錄建鏈分組輸入輸出端口信息和輸出端口 K的鎖定時刻I\。。k，轉(zhuǎn)發(fā)該建鏈分組；(6)進(jìn)行回收數(shù)據(jù)分組6a)查詢電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則，若使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6b)；若使用基于時間的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6c)；6b)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算源節(jié)點至中間節(jié)點的跳數(shù)H:
H= Yffl-Ys | + | Xffl-XsI,若跳數(shù)H大于或等于回收跳數(shù)門限N，則滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟6g)；否則，不滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟^1)；6c)根據(jù)建鏈分組攜帶的目的節(jié)點位置(xd，yd)和當(dāng)前中間節(jié)點位置(xm，ym)計算中間節(jié)點至目的節(jié)點的跳數(shù)H。Hc= yd-yj +1 xd-xj根據(jù)跳數(shù)H。和輸出端口 K查詢中間節(jié)點記錄中的經(jīng)驗鎖定時延Te ；若查詢記錄為空，則經(jīng)驗鎖定時延Te = 0 ；6d)計算等待端口釋放的時延Tw Tw = Te-(Tc-Tlock)式中，Te為經(jīng)驗鎖定時延，Tlock為輸出端口 K的鎖定時刻，Tc為當(dāng)前時刻，Tc滿足條件Te > Tc-Tlock,若Tc不滿足該條件，則Tw = O;6e)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；Tr = Td+TaX (| Xffl-Xs I+ I Yffl-Ys I)式中，Td為數(shù)據(jù)分組的傳輸時延，Ta為響應(yīng)分組經(jīng)過電控制網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點一跳所需時延；6f)比較等待端口釋放的時延Tw和回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；，若Tw彡 ；，則滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟6g)；否則，不滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟他)；6g)根據(jù)當(dāng)前中間節(jié)點位置(xm，ym)，檢查光傳輸網(wǎng)絡(luò)中坐標(biāo)位置相同的路由器回收端口是否鎖定，若回收端口未鎖定，則執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程，鎖定該分組回收端口，該中間節(jié)點作為回收節(jié)點發(fā)送響應(yīng)分組，否則執(zhí)行步驟^1)；6h)將建鏈分組緩存在中間節(jié)點，等待輸出端口 K的釋放；(7)判斷建鏈分組是否到達(dá)目的節(jié)點，若建鏈分組未到達(dá)目的節(jié)點，返回步驟 (5)，若建鏈分組到達(dá)目的節(jié)點，執(zhí)行步驟⑶；(8)目的節(jié)點接收建鏈分組后，產(chǎn)生響應(yīng)分組，響應(yīng)分組攜帶該建鏈分組序號，通過電控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)往源節(jié)點；(9)判斷響應(yīng)分組是否到達(dá)源節(jié)點，若響應(yīng)分組未到達(dá)源節(jié)點，則中間節(jié)點接收響應(yīng)分組，配置光傳輸網(wǎng)絡(luò)中與該中間節(jié)點位置相同的路由器輸入輸出端口，轉(zhuǎn)發(fā)該響應(yīng)分組，若響應(yīng)分組到達(dá)源節(jié)點，則執(zhí)行步驟(10)；(10)源節(jié)點接收響應(yīng)分組，檢查響應(yīng)分組攜帶的建鏈分組序號，根據(jù)序號從本地數(shù)據(jù)分組隊列或從回收緩存隊列提取數(shù)據(jù)分組，通過光傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；(11)傳輸數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)分組的尾部將攜帶拆鏈標(biāo)記，光傳輸網(wǎng)絡(luò)路由器檢測到拆鏈標(biāo)記后，通知電控制網(wǎng)絡(luò)相同坐標(biāo)位置的中間節(jié)點執(zhí)行拆鏈過程；(12)若數(shù)據(jù)分組到達(dá)回收節(jié)點，則解鎖分組回收端口，將數(shù)據(jù)分組通過光電轉(zhuǎn)換存儲在回收緩存隊列，該回收節(jié)點作為新的源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組并發(fā)送建鏈分組；若數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的節(jié)點，目的節(jié)點接收數(shù)據(jù)分組，通信過程完成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1.本發(fā)明由于采用了嚴(yán)格無阻塞的路由器，克服了傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)使用有阻塞路由器構(gòu)建光傳輸網(wǎng)絡(luò)時通信效率較低，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能受限的問題。2.本發(fā)明由于對路由器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)路由器結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)交叉及微環(huán)數(shù)目較多和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，減小了片上光信號傳輸時的插入損耗和能耗較大的問題。3.本發(fā)明由于采用了回收數(shù)據(jù)分組的通信方法，克服了傳統(tǒng)Mesh網(wǎng)絡(luò)阻塞較大， 單一節(jié)點的阻塞可能影響其他節(jié)點通信的問題，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的低阻塞通信并提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐。4.本法明由于對回收規(guī)則的判定和執(zhí)行過程進(jìn)行了優(yōu)化，克服了之前的通信方法實現(xiàn)的復(fù)雜度較高，網(wǎng)絡(luò)開銷較大的問題。


圖1是本發(fā)明實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是微環(huán)諧振器工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。參照圖1，本發(fā)明實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，包括N根光波導(dǎo)和M個微環(huán)諧振器，N和M均為整數(shù)，且N興M，在本實例中，N = 8，M= 20，但不局限于這個數(shù)據(jù)。該8 根光波導(dǎo)包括兩條水平光波導(dǎo)，兩條豎直光波導(dǎo)和四條環(huán)形光波導(dǎo)，該20個微環(huán)諧振器分別用整數(shù)1-20標(biāo)記，所有微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)完全相同。水平方向上的兩根光波導(dǎo)101和102與豎直方向上的兩根光波導(dǎo)103和104十字交叉布局，形成第一組4個交叉點，交叉點分別為105，106，107和108，其中交叉點105的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器7，交叉點106的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器10，交叉點107的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器11，交叉點108的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器14。兩條水平光波導(dǎo)101和102的左端點構(gòu)成西向輸入輸出端口，右端點構(gòu)成東向輸入輸出端口，兩條豎直光波導(dǎo)103和104的上端點構(gòu)成北向輸入輸出端口，下端點構(gòu)成南向輸入輸出端口，其中北向輸入輸出端口與該路由器北向相鄰路由器的南向輸入輸出端口連接，南向輸入輸出端口與該路由器南向相鄰路由器的北向輸入輸出端口連接，西向輸入輸出端口與該路由器西向相鄰路由器的東向輸入輸出端口連接，東向輸入輸出端口與該路由器東向相鄰路由器的西向輸入輸出端口連接。第一條環(huán)形光波導(dǎo)109設(shè)置在第一組交叉點的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的 4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第二組7個交叉點110，111，112，113，114，115和 116，該第二組交叉點中交叉點110的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器4，交叉點112的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器8，交叉點114的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器17，交叉點116的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器13 ；第二條環(huán)形光波導(dǎo)117設(shè)置在第一條環(huán)形光波導(dǎo)109的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4 根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第三組7個交叉點118，119，120，121，122，123和 124，該第三組交叉點中交叉點118的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器6，交叉點120的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器18，交叉點122的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器15，交叉點IM的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器3 ；上述第一條環(huán)形光波導(dǎo)109的一個端點141構(gòu)成本地輸入端口 ；第二條環(huán)形光波導(dǎo)117的一個端點142構(gòu)成本地輸出端口 ；該本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連。第三條環(huán)形光波導(dǎo)125設(shè)置在第二條環(huán)形光波導(dǎo)117的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第四組7個交叉點，交叉點分別為126， 127，128，129，130，131和132，該第四組交叉點中交叉點126的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器19，交叉點128的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器12，交叉點130的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器2，交叉點132的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器9 ；第四條環(huán)形光波導(dǎo)133設(shè)置在第三條環(huán)形光波導(dǎo)125的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)101，102，103和104交叉，形成第五組7個交叉點134， 135，136，137，138，139和140，該第五組交叉點中交叉點134的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器20，交叉點136的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器5，交叉點138的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器1，交叉點140的一側(cè)設(shè)有微環(huán)諧振器16。上述第三條環(huán)形波導(dǎo)125的一個端點143構(gòu)成分組回收輸入端口， 第四條環(huán)形波導(dǎo)133的一個端點144構(gòu)成分組回收輸出端口，該分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連。上述路由器的光波導(dǎo)用于實現(xiàn)片上光信號的傳輸，微環(huán)諧振器用于實現(xiàn)片上光信號的轉(zhuǎn)向，微環(huán)諧振器在關(guān)閉狀態(tài)和開通狀態(tài)的諧振波長分別為入。 和λ。η，默認(rèn)情況下所有微環(huán)均處于關(guān)閉狀態(tài)，片上光信號使用的通信波長為λ。η，當(dāng)片上光信號從輸入端口進(jìn)入路由器后首先沿光波導(dǎo)傳輸，若到達(dá)處于關(guān)閉狀態(tài)的微環(huán)諧振器位置，光信號仍沿原波導(dǎo)傳輸，若到達(dá)處于開通狀態(tài)的微環(huán)諧振器位置，光信號會發(fā)生轉(zhuǎn)向并耦合至與該微環(huán)諧振器相切的另外一根波導(dǎo)傳輸；因此，通過設(shè)置該路由器中不同位置微環(huán)諧振器的狀態(tài)，可以實現(xiàn)光信號從不同的輸入端口到達(dá)不同的輸出端口。上述光路由器具有嚴(yán)格無阻塞交換的特點，使用不同輸入輸出端口通信的片上光信號在同一時刻可以同時傳輸，對于每個傳輸?shù)墓庑盘栕疃嘣O(shè)置路由器的一個微環(huán)諧振器處于開通狀態(tài)，從而保證路由器高效率低能耗的完成通信任務(wù)。參照圖2，兩根波導(dǎo)202和203形成一個交叉點，微環(huán)諧振器201設(shè)置在波導(dǎo)交叉點的一側(cè)；其中圖2(a)是關(guān)閉狀態(tài)下片上光信號經(jīng)過微環(huán)諧振器的傳輸示意圖，當(dāng)微環(huán)處于關(guān)閉狀態(tài)時，其諧振波長λ。ff由微環(huán)本身制作材料和微環(huán)半徑確定，此時，波長為λ。η& 片上光信號沿原波導(dǎo)傳輸；其中圖2(b)是開通狀態(tài)下片上光信號經(jīng)過微環(huán)諧振器的傳輸示意圖，當(dāng)微環(huán)諧振器處于開通狀態(tài)時，其諧振波長在外加電壓影響下改變?yōu)棣?。η，此時，波長為λ。η的光信號發(fā)生90度轉(zhuǎn)向并耦合至另外一根光波導(dǎo)傳輸。參照圖3，本發(fā)明的通信方法包括如下步驟步驟1，建立片上網(wǎng)絡(luò)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)使用路由器構(gòu)建片上網(wǎng)絡(luò)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，該路由器的分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連，本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連，東向、西向、北向和南向輸入輸出端口分別與相鄰的路由器相連。步驟2，建立坐標(biāo)系2a)在電控制網(wǎng)絡(luò)中，以左下角為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標(biāo)系XY，其坐標(biāo)值為(X，y)；根據(jù)該二維坐標(biāo)系確定當(dāng)前通信的源節(jié)點位置(xs, ys)和目的節(jié)點的位置Ocd，yd)；2b)在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，以左下角為原點，水平向右為X'維正方向，豎直向上為Y' 維正方向，建立二維坐標(biāo)系X' Y'，其坐標(biāo)值為(X' ’1')。
步驟3，選擇回收規(guī)則并設(shè)定參數(shù)鍵鏈分組將為數(shù)據(jù)分組預(yù)約光鏈路資源，當(dāng)建鏈分組在電控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生阻塞時，要通過回收數(shù)據(jù)分組的方式及時釋放該建鏈分組預(yù)約的前一段光鏈路，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞。 因此需要選擇數(shù)據(jù)分組的回收規(guī)則并設(shè)定參數(shù)對被阻塞建鏈分組是否執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程進(jìn)行判定，該數(shù)據(jù)分組的回收規(guī)則包括基于跳數(shù)的回收規(guī)則和基于時間的回收規(guī)則， 其中基于跳數(shù)的回收規(guī)則根據(jù)建鏈分組已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)和回收跳數(shù)門限N確定建鏈分組在阻塞時是否執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程，基于時間的回收規(guī)則是根據(jù)等待端口釋放的時延Tw 和回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；確定建鏈分組在阻塞時是否執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程；若電控制網(wǎng)絡(luò)選擇使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)回收跳數(shù)門限N，該回收跳數(shù)門限N根據(jù)片上網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模確定具體數(shù)值；若電控制網(wǎng)絡(luò)選擇使用基于時間的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)回收時間權(quán)值α，α滿足條件0< α < 1，該回收時間權(quán)值與等待端口釋放的時延Tw相關(guān)。步驟4，源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組，該建鏈分組攜帶源節(jié)點、目的節(jié)點的位置信息及建鏈分組序號，通過電控制網(wǎng)絡(luò)向目的節(jié)點傳輸，并在傳輸?shù)倪^程中預(yù)約沿途路徑。步驟5，電控制網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點采用維序路由算法計算建鏈分組的輸出端口 K，查詢輸出端口 K是否鎖定若輸出端口 K已經(jīng)鎖定，執(zhí)行步驟6，否則，中間節(jié)點鎖定輸出端口 K，記錄建鏈分組的輸入輸出端口信息和輸出端口 K的鎖定時刻I\。。k，轉(zhuǎn)發(fā)該建鏈分組；其中所述維序路由算法是片上網(wǎng)絡(luò)常用的路由算法，該路由算法具有容易實現(xiàn)，簡單，無活鎖和死鎖的優(yōu)點，在該路由算法中，分組首先沿電控制網(wǎng)絡(luò)χ維進(jìn)行路由，直到到達(dá)與目的節(jié)點在同一列的節(jié)點位置，然后該分組沿電控制網(wǎng)絡(luò)Y維路由到目的節(jié)點。步驟6，進(jìn)行回收數(shù)據(jù)分組6a)查詢電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則，若使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6b)，若使用基于時間的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6c)；6b)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算源節(jié)點至中間節(jié)點的跳數(shù)H:H= Yffl-Ys I+ |xffl-xs式中，xs，ys分別為源節(jié)點X維坐標(biāo)值和Y維坐標(biāo)值，Xffl, ym分別為當(dāng)前中間節(jié)點X 維坐標(biāo)值和Y維坐標(biāo)值；若跳數(shù)H大于或等于回收跳數(shù)門限N，則滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟6g)；否則，不滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟^1)；6c)根據(jù)建鏈分組攜帶的目的節(jié)點位置(xd，yd)和當(dāng)前中間節(jié)點位置(Xm，ym)計算中間節(jié)點至目的節(jié)點的跳數(shù)H。Hc= yd-yj +1 xd-xj式中，xd，yd分別為目的節(jié)點X維坐標(biāo)值和Y維坐標(biāo)值，xffl, ym分別為當(dāng)前中間節(jié)點 X維坐標(biāo)值和Y維坐標(biāo)值；根據(jù)跳數(shù)H。和輸出端口 K查詢中間節(jié)點記錄中的經(jīng)驗鎖定時延Te ；若查詢記錄為空，則經(jīng)驗鎖定時延Te = 0 ；6d)計算等待端口釋放的時延Tw _7] Tw = Te-(Tc-Tlock)
式中，Te為經(jīng)驗鎖定時延，Tlock為輸出端口 K的鎖定時刻，Tc為當(dāng)前時刻，Tc滿足條件Te > Tc-Tlock,若Tc不滿足該條件，則Tw = O;6e)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；Tr = VTaX (I Xffl-Xs I+ Iyffl-Ys I)式中，Td為數(shù)據(jù)分組的傳輸時延，Ta為響應(yīng)分組經(jīng)過電控制網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點一跳所需時延；6f)比較等待端口釋放的時延Tw和回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；，若Tw彡 ；，則滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟6g)；否則，不滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟他)；6g)根據(jù)當(dāng)前中間節(jié)點位置(xm，ym)，檢查光傳輸網(wǎng)絡(luò)中坐標(biāo)位置相同的路由器回收端口是否鎖定，若回收端口未鎖定，則執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程，鎖定該分組回收端口，該中間節(jié)點作為回收節(jié)點發(fā)送響應(yīng)分組，否則執(zhí)行步驟^1)；6h)將建鏈分組緩存在中間節(jié)點，等待輸出端口 K的釋放。步驟7，判斷建鏈分組是否到達(dá)目的節(jié)點，若建鏈分組未到達(dá)目的節(jié)點，返回步驟 5，若建鏈分組到達(dá)目的節(jié)點，執(zhí)行步驟8。步驟8，目的節(jié)點接收建鏈分組后，產(chǎn)生響應(yīng)分組，響應(yīng)分組攜帶該建鏈分組序號， 通過電控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)往源節(jié)點。步驟9，電控制網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點接收響應(yīng)分組后，提取響應(yīng)分組攜帶的建鏈分組序號，根據(jù)序號查詢路由器記錄的建鏈分組輸入輸出端口信息，設(shè)置光傳輸網(wǎng)絡(luò)中與當(dāng)前中間節(jié)點(Xm，ym)具有相同位置坐標(biāo)的路由器輸入輸出端口，然后根據(jù)建鏈分組的輸入端口信息轉(zhuǎn)發(fā)該響應(yīng)分組。步驟10，源節(jié)點接收響應(yīng)分組，檢查響應(yīng)分組攜帶的建鏈分組序號，并根據(jù)序號從本地數(shù)據(jù)分組隊列或從回收緩存隊列提取數(shù)據(jù)分組，通過光傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。步驟11，光網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)分組，數(shù)據(jù)分組的尾部將攜帶拆鏈標(biāo)記，光傳輸網(wǎng)絡(luò)路由器檢測到拆鏈標(biāo)記后，通知電控制網(wǎng)絡(luò)相同坐標(biāo)位置的中間節(jié)點執(zhí)行拆鏈過程若電控制網(wǎng)絡(luò)使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則中間節(jié)點解鎖輸出端口 K ；若電控制網(wǎng)絡(luò)使用基于時間的回收規(guī)則，則中間節(jié)點解鎖輸出端口 K，更新輸出經(jīng)驗鎖定時延Te Te= α Teo+(l-a) (Tc-Tlock)式中，Te為中間節(jié)點本次記錄的輸出端口為K，跳數(shù)為H。的經(jīng)驗鎖定時延，Te。為中間節(jié)點上次記錄的輸出端口為K，跳數(shù)為H。的經(jīng)驗鎖定時延，Tc為當(dāng)前時刻，Tlock為輸出端口 K的鎖定時刻；α為回收時間權(quán)值。步驟12，若數(shù)據(jù)分組到達(dá)回收節(jié)點，則解鎖分組回收端口，將數(shù)據(jù)分組通過光電轉(zhuǎn)換存儲在回收緩存隊列，該中間節(jié)點作為新的源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組并發(fā)送該建鏈分組，若數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的節(jié)點，目的節(jié)點接收數(shù)據(jù)分組，通信過程完成。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，包括N根光波導(dǎo)和M個微環(huán)諧振器，N和M 均為整數(shù)，且N興M，所述光波導(dǎo)用于實現(xiàn)片上光信號的傳輸，所述微環(huán)諧振器用于實現(xiàn)片上光信號的轉(zhuǎn)向，其特征在于光波導(dǎo)包括兩條水平光波導(dǎo)、兩條垂直光波導(dǎo)和四條環(huán)形光波導(dǎo)；水平方向上的兩根光波導(dǎo)(101)和(102)與豎直方向上的兩根光波導(dǎo)(103)和(104) 十字交叉布局，形成第一組4個交叉點(105，106，107，108)，該第一組的每個交叉點一側(cè)設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第一條環(huán)形光波導(dǎo)(109)設(shè)置在第一組交叉點的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4 根光波導(dǎo)(101，102，103，104)交叉，形成第二組 7 個交叉點(110，111，112，113，114，115， 116)，該第二組交叉點中的4個交叉點(110，112，114，116)的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第二條環(huán)形光波導(dǎo)(117)設(shè)置在第一條環(huán)形光波導(dǎo)(109)的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)(101，102，103，104)交叉，形成第三組7個交叉點(118，119，120，121， 122，123，124)，該第三組交叉點中的4個交叉點(118，120，122，124)的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第三條環(huán)形光波導(dǎo)(12 設(shè)置在第二條環(huán)形光波導(dǎo)(117)的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)(101，102，103，104)交叉，形成第四組7個交叉點(126，127，128，129， 130，131，132)，該第四組交叉點中的4個交叉點(126，128，130，132)的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器；第四條環(huán)形光波導(dǎo)(13 設(shè)置在第三條環(huán)形光波導(dǎo)(12 的外側(cè)，并與水平方向和豎直方向的4根光波導(dǎo)(101，102，103，104)交叉，形成第五組7個交叉點(134，135，136，137， 138，139，140)，該第五組交叉點中的4個交叉點(134，136，138，140)的一側(cè)各設(shè)有一個微環(huán)諧振器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述兩條水平光波導(dǎo)(101)和(102)的左端點構(gòu)成西向輸入輸出端口，右端點構(gòu)成東向輸入輸出端口，該東向輸入輸出端口和西向輸入輸出端口分別與相鄰路由器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述兩條垂直光波導(dǎo)(10 和(104)的上端點構(gòu)成北向輸入輸出端口，下端點構(gòu)成南向輸入輸出端口，該南向輸入輸出端口和北向輸入輸出端口分別與相鄰路由器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述第一條環(huán)形波導(dǎo)(109)的一個端點(141)構(gòu)成本地輸入端口，第二條環(huán)形波導(dǎo)(117)的一個端點(14 構(gòu)成本地輸出端口，該本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的路由器，其特征在于，所述第三條環(huán)形波導(dǎo)(125)的一個端點(143)構(gòu)成分組回收輸入端口，第四條環(huán)形波導(dǎo)(133)的一個端點(144)構(gòu)成分組回收輸出端口，該分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連。
6.一種實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的方法，包括如下步驟(1)使用路由器構(gòu)建片上網(wǎng)絡(luò)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，該路由器的分組回收輸入輸出端口通過光電轉(zhuǎn)換器與回收緩存隊列相連，本地輸入輸出端口通過網(wǎng)絡(luò)接口與IP核相連，東向、西向、北向和南向輸入輸出端口分別與相鄰的路由器相連；(2)在電控制網(wǎng)絡(luò)和光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，分別建立二維坐標(biāo)系并根據(jù)電控制網(wǎng)絡(luò)的二維坐標(biāo)系確定當(dāng)前通信源節(jié)點位置(xs，ys)和目的節(jié)點位置(xd，yd)；(3)選擇電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則并設(shè)定回收規(guī)則的具體參數(shù)，該規(guī)則包括基于跳數(shù)的回收規(guī)則和基于時間的回收規(guī)則；具體參數(shù)包括回收跳數(shù)門限N和回收時間權(quán)值α ；若選擇使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)為回收跳數(shù)門限N ； 若選擇使用基于時間的回收規(guī)則，則設(shè)定參數(shù)為回收時間權(quán)值α ；(4)源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組，該建鏈分組攜帶源節(jié)點、目的節(jié)點的位置信息及建鏈分組序號，通過電控制網(wǎng)絡(luò)向目的節(jié)點傳輸，并在傳輸?shù)倪^程中預(yù)約沿途路徑；(5)電控制網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點采用維序路由算法計算建鏈分組的輸出端口K，查詢輸出端口 K是否鎖定若輸出端口 K已經(jīng)鎖定，執(zhí)行步驟(6)，否則，中間節(jié)點鎖定輸出端口 K， 記錄建鏈分組輸入輸出端口信息和輸出端口 K的鎖定時刻I\。。k，轉(zhuǎn)發(fā)該建鏈分組；(6)進(jìn)行回收數(shù)據(jù)分組6a)查詢電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則，若使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6b)；若使用基于時間的回收規(guī)則，則執(zhí)行步驟6c)；6b)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算源節(jié)點至中間節(jié)點的跳數(shù)H: H = I Im-Is I +1 Xm-Xs I，若跳數(shù)H大于或等于回收跳數(shù)門限N，則滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟6g)；否則， 不滿足回收數(shù)據(jù)分組條件，執(zhí)行步驟^1)；6c)根據(jù)建鏈分組攜帶的目的節(jié)點位置(xd，yd)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算中間節(jié)點至目的節(jié)點的跳數(shù)H。 Hc = I yd-ym I +1 Xd-Xm根據(jù)跳數(shù)H。和輸出端口 κ查詢中間節(jié)點記錄中的經(jīng)驗鎖定時延τε ；若查詢記錄為空， 則經(jīng)驗鎖定時延Te = ο ；6d)計算等待端口釋放的時延Tw: T = T - fT -T )·1 w1 e ^1C 1 lock'式中，Te為經(jīng)驗鎖定時延，Tlock為輸出端口 K的鎖定時刻，Tc為當(dāng)前時刻，Tc滿足條件 Te > Tc-Tlock,若Tc不滿足該條件，則Tw = O;6e)根據(jù)建鏈分組攜帶的源節(jié)點位置(xs，ys)和當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)計算回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；Tr = Td+TaX (I Xffl-XsI+ Iyffl-YsD式中，Td為數(shù)據(jù)分組的傳輸時延，Ta為響應(yīng)分組經(jīng)過電控制網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點一跳所需時延；6f)比較等待端口釋放的時延Tw和回收數(shù)據(jù)分組的代價 ；，若Tw ^ ；，則滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟6g)；否則，不滿足回收數(shù)據(jù)分組的條件，執(zhí)行步驟他)；6g)根據(jù)當(dāng)前中間節(jié)點位置Um，ym)，檢查光傳輸網(wǎng)絡(luò)中坐標(biāo)位置相同的路由器回收端口是否鎖定，若回收端口未鎖定，則執(zhí)行數(shù)據(jù)分組回收過程，鎖定該分組回收端口，該中間節(jié)點作為回收節(jié)點發(fā)送響應(yīng)分組，否則執(zhí)行步驟^1)；6h)將建鏈分組緩存在中間節(jié)點，等待輸出端口 K的釋放；(7)判斷建鏈分組是否到達(dá)目的節(jié)點，若建鏈分組未到達(dá)目的節(jié)點，返回步驟(5)，若建鏈分組到達(dá)目的節(jié)點，執(zhí)行步驟(8)；(8)目的節(jié)點接收建鏈分組后，產(chǎn)生響應(yīng)分組，響應(yīng)分組攜帶該建鏈分組序號，通過電控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)往源節(jié)點；(9)判斷響應(yīng)分組是否到達(dá)源節(jié)點，若響應(yīng)分組未到達(dá)源節(jié)點，則中間節(jié)點接收響應(yīng)分組，配置光傳輸網(wǎng)絡(luò)中與該中間節(jié)點位置相同的路由器輸入輸出端口，轉(zhuǎn)發(fā)該響應(yīng)分組，若響應(yīng)分組到達(dá)源節(jié)點，則執(zhí)行步驟(10)；(10)源節(jié)點接收響應(yīng)分組，檢查響應(yīng)分組攜帶的建鏈分組序號，根據(jù)序號從本地數(shù)據(jù)分組隊列或從回收緩存隊列提取數(shù)據(jù)分組，通過光傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；(11)傳輸數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)分組的尾部將攜帶拆鏈標(biāo)記，光傳輸網(wǎng)絡(luò)路由器檢測到拆鏈標(biāo)記后，通知電控制網(wǎng)絡(luò)相同坐標(biāo)位置的中間節(jié)點執(zhí)行拆鏈過程；(12)若數(shù)據(jù)分組到達(dá)回收節(jié)點，則解鎖分組回收端口，將數(shù)據(jù)分組通過光電轉(zhuǎn)換存儲在回收緩存隊列，該回收節(jié)點作為新的源節(jié)點產(chǎn)生建鏈分組并發(fā)送建鏈分組；若數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的節(jié)點，目的節(jié)點接收數(shù)據(jù)分組，通信過程完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的方法，其中步驟(2)所述的建立二維坐標(biāo)系，按以下步驟進(jìn)行2a)在電控制網(wǎng)絡(luò)中，以左下角為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標(biāo)系XY，其坐標(biāo)值為(x，y)；2b)在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，以左下角為原點，水平向右為X'維正方向，豎直向上為Y'維正方向，建立二維坐標(biāo)系X' Y'，其坐標(biāo)值為(x'，1’ )。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞通信的方法，其中步驟(11)所述的執(zhí)行拆鏈過程，是由中間節(jié)點查詢電控制網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則，若電控制網(wǎng)絡(luò)使用基于跳數(shù)的回收規(guī)則，則中間節(jié)點解鎖輸出端口 K，若電控制網(wǎng)絡(luò)使用基于時間的回收規(guī)則， 則中間節(jié)點解鎖輸出端口 K，更新經(jīng)驗鎖定時延Te Te= α Teo+(l-a) (Tc-Tlock)式中，Te為中間節(jié)點本次記錄的輸出端口為K，跳數(shù)為H。的經(jīng)驗鎖定時延，Te。為上次記錄的輸出端口為K，跳數(shù)為H。的經(jīng)驗鎖定時延，Tc為當(dāng)前時刻，Tlock為輸出端口 K的鎖定時刻；α為回收時間權(quán)值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)低阻塞的路由器結(jié)構(gòu)及通信方法，主要解決現(xiàn)有片上網(wǎng)絡(luò)常用Mesh結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)阻塞較大，單一節(jié)點阻塞可能影響其他節(jié)點通信的問題。該路由器包括N根光波導(dǎo)和M個微環(huán)諧振器，用于構(gòu)建片上網(wǎng)絡(luò)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中，水平光波導(dǎo)和豎直光波導(dǎo)十字交叉布局，其余環(huán)形光波導(dǎo)由內(nèi)向外依次設(shè)置并與水平光波導(dǎo)和環(huán)形光波導(dǎo)交叉，微環(huán)諧振器選擇性設(shè)置在光波導(dǎo)交叉點位置；通信方法是使用基于跳數(shù)或基于時間的數(shù)據(jù)分組回收規(guī)則，當(dāng)建鏈分組在預(yù)約光傳輸網(wǎng)絡(luò)通信路徑的過程中發(fā)生阻塞時，根據(jù)該回收規(guī)則及時釋放光傳輸網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源。本發(fā)明能有效降低片上網(wǎng)絡(luò)的阻塞情況及片上光信號傳輸時的能耗和損耗，提高網(wǎng)絡(luò)性能。
文檔編號H04L12/56GK102413039SQ20111033000
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者余曉杉, 楊銀堂, 王正宇, 顧華璽 申請人:西安電子科技大學(xué)