基于自相似理论的NoC网络流量特征关键技术研究

Network traffic of NoC presents self-similarity features. Compared with traditional computer networks, however, the traffic behavior of NoC is different for the differences in size, protocols, purposes and applications. Network traffic characteristics are of great significance for the early design of the NoC architecture and improving the system performance. Not yet complete NoC network traffic model, so it is particularly important to build a NoC traffic model which can capture all of the possible traffic behavior, and study the relationship between the NoC network traffic and routing algorithms and on-chip cache size optimization..Based on the self-similarity theory, by loading the real applications, this subject is to analyze the NoC network traffic data, and study the network traffic modeling method to create an accurate network traffic model; We will propose a new adaptive NoC routing algorithm, and analyze the relationship between this algorithm and the network traffic characteristics; The impact applied on network traffic characteristics by the on-chip caches will be analyzed also for optimizing the on-chip cache capacity.

NoC网络流量呈现自相似特性，但由于在规模、协议、实现目的和应用等方面与传统计算机网络存在很大的区别，因而存在着不同的流量行为。网络流量特性对于NoC系统架构的早期设计和改善系统性能有着重要的意义。目前还没有完备的NoC网络流量模型，构建一个可以捕获NoC上所有可能流量行为的流量模型，并研究NoC网络流量与路由算法和片内缓存优化设计之间的关系显得尤为重要。.本课题以自相似理论为基础，针对NoC网络流量的问题，通过加载真实应用，对NoC网络流量数据进行分析，研究网络流量的建模方法，建立精确的网络流量模型；研究一种NoC自适应路由算法，分析该算法与网络流量特性之间的关系；通过分析片内缓存对网络流量特性的影响，研究片内缓存容量的优化设计方法。

片上网络NoC的网络流量呈现自相似特性，但由于在规模、协议、实现目的和应用等方面与传统计算机网络存在很大的区别，因而存在着不同的流量行为。网络流量特性对于NoC 系统架构的早期设计和改善系统性能有着重要的意义。因而，如果能够构建可以捕获NoC 上流量行为的模型，并研究NoC 网络流量与路由算法和片内缓存优化设计之间的关系，对于提升片上网络性能显得尤为重要。.本项目在研究计算机网络流量特性理论的基础上，研究了NoC网络流量自相似特征产生的原因和几种验证流量是否具有自相似特征的方法。在此基础上，使用SystemC构建了一个NoC仿真平台。该平台可在仿真时监测数据流量并能够根据需要进行拓展和配置相关参数。.研究了一种具有长相关特性的渐进自相似离散泊松帕累托突发过程（DPPBP）流量模型，在片内缓存优化设计方面，提出了一种基于排队模型的缓存分配算法。该算法将每一个虚通道抽象为一个DPPBP排队模型，并利用该模型计算缓存的溢出概率。仿真结果显示，在相同的缓存资源下，相比传统的均匀分配算法和基于短相关排队模型分析算法，该算法可以提高系统的性能。.在路由算法方面，设计了一种适用于片上网络的动态权重仲裁机制，其既能克服固定优先级仲裁机制和轮转优先级的问题，又能根据网络的拥塞程度动态调整各个方向的权重。仿真结果显示，在不均衡通讯的情况下，与基于固定优先级和轮转优先级仲裁机制的片上网络相比，基于动态权重仲裁机制的片上网络有更好的网络性能。此外，还提出了一种距离预测XY（DPXY）路由算法，仿真结果显示该算法可以有效地避免中心拥塞，减少延迟和改善网络性能。.项目针对具体的H.264视频解码应用，构建了一个基于虫孔路由交换机制的2D-Mesh片上网络仿真平台，并对H.264解码算法进行并行性划分，将其挂载到片上网络中，实现了可视化配置、流量采集以及性能指标提取功能。通过将各种视频压缩流输入到仿真系统中，对系统流量进行分析，仿真结果显示H.264解码算法的片上网络系统是具有流量自相似特性，不同的映射方案和路由算法都会对网络流量自相似的突发特性造成影响。