光片上网络电路交换机制分析

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1、万方数据StudyandinnovationonOpticalCircuitSwitchingofOpticalNetwork-on-ChipAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByZhangBowenSupervisor:GuHuaxiProfessorFebruary2015万方数据万

2、方数据万方数据万方数据摘要摘要随着片上系统（System-on-Chip,SoC）和片上网络（Network-on-Chip,NoC）的不断发展，传统的电互连方式存在的高时延、低带宽、高功耗等一系列问题严重制约着片上系统性能的发展和应用。光片上网络（OpticalNetwork-on-chip,ONoC）采用新型光互连技术解决了传统电互连存在的若干问题。光电路交换（OpticalCircuitSwitching,OCS）机制作为典型的交换机制被广泛使用于光片上网路中。采用预约建链-数据传输-拆除链路的光电

3、路交换机制可以向光片上网络提供良好的网络带宽的同时保证数据分组传输的可靠性。随着光片上网络规模的不断扩大和应用环境的日益复杂，传统的光电路交换会导致严重的网络阻塞并且制约着网络规模的进一步扩展，传统的光电路交换机制也不支持光片上网络中多个核心与一个核心之间的同时通信。本文总结光片上网络研究背景以及发展现状，总结光片上网络中对于光电路交换机制改进的发展情况，基于经典拓扑结构对光片上网络电路交换进行性能分析，并对光电路交换机制改进行系统性研究。主要取得以下研究成果：1.针对光电路交换机制中建链阻塞严重的问题，

4、本文设计一种基于时分复用（TimeDivisionMultiplexing,TDM）光交换、波分复用光（WavelengthDivisionMultiplexing,WDM）光交换和簇结构的光片上网络结构Flyover。TDM通过将不同的通信情况安排到不同的时隙消除光电路交换中的建链预约和拆链过程。簇结构内采用电交换，簇间采用光交换减少网络时隙、优化网络结构并增加网络的扩展性。仿真结果表明，相比于传统OCS光片上网络，Flyover拥有更好的网络性能。2.本文进一步通过采用Torus拓扑结构、新型路由器结

5、构和一种新型基于方向进行波长分配策略进一步优化网络结构，减少TDM通信中的时隙总数，设计光片上网络TTWA。仿真结果表明，通过上述方法解决之前TDM通信中由于时隙总数过多导致网络轮询时延过长的问题，进一步提高光片上网络的性能。3.针对使用光电路交换机制的光片上网络中网络结构设计复杂，路由器结构复杂和不能支持多个核心与一个核心之间同时通信的问题，本文设计一种基于二维总线结构和波长路由的光片上网络。通过对X维和Y维总线的结构以及通信策略进行分别设计，新型光片上网络实现对网络结构的简化，并且实现全网多个核心与一

6、个核心的同时无阻塞通信。关键词：光片上网络，光电路交换，光复用技术，光片上路由器，波长路由，二维总线结构光交换I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofSystem-on-Chip(SoC)andNetwork-on-Chip(NoC),theproblemsofhighlatency,lowbandwidthandhighpowerconsumptioninelectricalinterconnectionhaveserio

7、uslyblockedtheinnovationandimprovementforSoCandNoC.OpticalNetwork-on-Chip(ONoC)solveseveralproblemsbyusingopticalinterconnectioninsteadofelectricalinterconnection.Opticalcircuitswitching(OCS)iswidelyusedinthedesigningofONoCs.Byusingpath-setup,datatransmis

8、sionandpath-teardown,OCScanoffergoodnetworkbandwidth,highswitchingspeedandguaranteethereliabilityofthetransmission.Withtheincrementofnetworkscaleandtheenvironmentalconditionsbecomeincreasinglycomplicated,OCSwilllead