基于网络编码的无线NoC多播映射

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1、2016年7月北京航空航天大学学报July2016第42卷第7期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol-42No·7http：ffbhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0482基于网络编码的无线NoC多播映射陈亦欧+，谭芳，凌翔(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，成都611731)摘要：具有高带宽、QoS保障和广播等优点的无线片上网络(NoC)能为通信信号系统的多核并行处理提供平台，而

2、网络编码能够以较小功耗开销为代价显著提高NoC的传输效率。本文从通信信号系统的多播特性与需求出发，为无线NoC建立合适的架构与映射模型，在多约束条件下设计满足网络吞吐率性能最大化及核间通信延时、数据传输和编码功耗等开销最小化的任务映射与网络编码技术联合优化方法，实现了任务的高效并行与多处理核的协同工作。实验表明，本文提出的网络架构及映射算法与传统方式相比能节约6％的功耗，得到16％的吞吐率增益，并且路由节点硬件实现复杂度低。关键词：无线片上网络；网络编码；映射；多播；低功耗中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)07-1335

3、-09随着并行计算与并行处理的发展，片上网络(NetworkonChip，NoC)上承载的应用包含大量的多播业务，传统的数据传输方式已不能满足需求。另外，随着片上系统(SystemonChip，SoC)规模的增大，采用传统的金属连线的网络传输效率低，且固定网络拓扑很难对各种不同的应用算法及多播业务进行网络传输的弹性适应和调整。为了解决这些问题，业界开发了毫米波天线和射频互联波导(RF．I)¨⋯，为芯片内或芯片间(板级)的高速数据交互提供了技术支撑。在此基础上提出的无线NoC既具有高速传输的特点，又因节点互联采用虚拟拓扑，可灵活地进行改变以适应不同应用系统的需求。

4、然而，无线信道的数据传输仍不可避免地受到信道带宽和容量的约束。由于无线NoC具有天然的广播特性，为了提高网络的传输效率，本文引入无线通信中热门的网络编码技术，一方面显著提高网络吞吐率，降低由网络拥塞带来的额外通信开销；另一方面，通过数据包的编码合并减少传输数据的总量，进而降低网络传输功耗。在多核阵列平台采用网络编码技术还有一个显著优点，即线性网络编码在芯片上的实现逻辑非常简单。在NoC上实现高效多播最首要的任务是进行多播应用的任务映射。现已有很多科研人员对有线NoC的任务映射进行了研究，提出了利用蚁群算法、遗传算法、离散粒子群算法和NAGA．II等对延时或功耗进

5、行优化的映射策略。传统的多播数据通过多播树(MulticastTree，MT)传播，已有的多播树构造算法包括最短路径多播树的Dijkstra算法¨1、Bellman-Ford算法¨1、最小代价多播树的KMB算法"1和MPH算法"o等。然而由于多播树自身结构的局限性，无法实现多播传输的最大容量。Ahlswede等一1用网络编码技术对网络中间节点接收到的信息进行“融合”处理，从而使网络的数据传输速率逼近多播容量的极限。张思为¨叫提出了一种基于局部总线的NoC架构，收稿日期：2015-07一i7；录用日期：2015-09-30；网络出版时间：2016-01拼lO：03

6、网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160104．1003．002．html基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(ZYGX2014J011)；国家重大科技专项(2013ZX03003015)；国家“863”计划(2015AA01A701)}通讯作者：Tel．：028-61830326E-mail：chenyiou@uestc．edu．cn引用格式：胨亦欧，谭芳，凌翔．基于网络编码的无线NoC多播映射ⅡJ．北京航空航天大学学报，2016，42(7)：1335·1343．CHENy0，TANF，LINGx．Mu

7、hieastwirelessNoCmappingbasedonnetworkcodingIJJ．JournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(7)：1335-1343(inChinese)．1336北京航空航天大学学报2016年首次将网络编码引人NoC。Shalaby[1¨和Von．bun¨引等验证了在NoC上采用蝶形网络编码的设计用于路由跳数和数据包存活数上的性能优势。然而，蝶形结构是网络编码中最简单的一种结构，只适用于多播业务信源和信宿都为2的情况，应用范围受限，故缺乏通用性。为了

8、解决此问题，本文从网络编