بخشی از مقاله
بررسی و مقایسه تکنیک هاي سوئیچینگ بسته درمعماري شبکه روي تراشه
چکیده
شبکه روي تراشه به عنوان یک راه حل امیدوار کننده کننده براي مسائل ارتباطی پیچیده بر روي تراشه براي سیستم هاي چند پردازنده در تراشه (MpSoC) پیشنهاد شده است. با این حال، طراحی این شبکه هـا نیازمنـد توجـه بـه مفـاهیم اصـلی شـبکه هـا ماننـد، توپولـوژي، مسیریابی، و سوئیچینگ (کنترل جریان) است. طرح ضعیف مسیریابی منجر به حرکـت بسـته هـاي اطلاعـاتی در سراسـر مسـیرهاي غیـر مطلوب، بسته به مقصد، و افزایش مصرف برق می شود. در مقابل، مسیریابی خوب جریان داده اي را بهینه می کند و زمان تاخیر را کاهش می دهد. درکل روش هاي سوئیچینگ تصمیم می گیرند چه موقع و چگونه سوئیچ داخلی باید ورودي ها را به خروجی متصل کند. در این مقاله ما ابتدا تعریفی از شبکه روي تراشه ، معماري این نوع شبکه ها را داریم و در ادامه با توجه به موضوع مقاله ، به عنوان پیشینه تحقیق ، مروري بر تکنیک هاي سوئیچینگ بسته درمعماري شبکه روي تراشه داریم . در انتهاي این مقاله ما تکنیک هاي متفـاوت سـوئیچینگ مورد استفاده در معماري شبکه روي تراشه با توجه به مشخصه هاي مختلف را مقایسه کرده ا یم.
کلمات کلیدي: شبکه روي تراشه ، میکرو معماري ،توپولوژي ، مسیر یاب ، بسته ، سوئیچینگ.
3
1 -مقدمه :شبکه روي تراشه1 شبکه هاي سوئیچ شده با بسته در مقیاس نانو هستند. آنها راه حـل هـاي جـایگزین جـذابی را براي باس هاي سنتی مبتنی بر طرح اتصال ارائه می دهند. معماري هاي شبکه روي تراشه براي غلبه بر گلوگاه ارتباطی آینـده پیشنهاد شده اند یک ساختار کلی شبکه اي براي اتصال تمام واحدهاي عملکردي در تراشه است. طراحـی تراشـه هـا بـه دلیـل مشکلات زیر میکرون عمیق پیچیده تر است. طراحی هاي جدید می توانند از روش هاي طراحی شده ي پیشینمجدداً اسـتفاده کنند.در معماري شبکه روي تراشه مصرف انرژي به طور گسترده اي به عنوان انرژي هاي ارتبـاطی و انـرژي محاسـباتی طبقـه بندي شده است. انرژي هاي ارتباطی در تکنولوژي نیمه هادي با توجه به تاخیر در کانال هاي ارتباطاتی بسیار برجسـته هسـتند.
در حالی که انرژي محاسباتی با روندهاي اخیر در تکنولوژي نیمه هادي کاهش یافته است. در ارتباط میان توان هسته ها آي پی محو شده در فرایند سوئیچینگ، به عنوان قدرت پویا شناخته شده است. پارامترهاي طراحی سطح پایین - مانند میکرو معمـاري روتر، تکنیک هاي سوئیچینگ و اندازه هاي بسته - تاثیر بسیار زیادي بر عملکرد و هزینه شبکه در اجراي تراشه دارد. این کـار یک میکرو معماري روتري را پیشنهاد می کند که داراي مکانیسمی براي ساختار بافر، تخصیص، و داوري است، کـه پوشـیدگی، منطقه سربار روتر، و مصرف برق را به حداقل می رساند. میکرو ساختار روتر پیشنهادي را می توان براي تکنیـک هـاي مختلـف سوئیچینگ مورد استفاده در پیاده سازي هاي فعلی شبکه روي تراشه سازگار کرد، که مستقل از توپولوژي2 است.[1]
-2 مبانی نظري
-1-2 اصول اولیه شبکه سوئیچینگ:3 ما خواهان یک شبکه ي سوئیچینگ هستیم با مجموعه اي از عناصر سـوئیچینگ متصل به هم با استفاده از لینک هاي کامل نقطه به نقطه دوطرفه. عناصر سوئیچینگ می تواند در فضا (S)، با ایجـاد ارتباطـات فیزیکی بین پایانه هاي خود عمل کنند. سوئیچ معمول S عرضی است. سایر سوئیچ ها در زمان (T) ، با اسـتفاده از بـافر بـراي مبادله توالی timeslices در لینک هاي پیچیده زمان-تقسیمی عمل می کنند. از لحاظ سابقه اي، ترکیبی از سوئیچ S و T براي ساخت شبکه هاي تلفن استفاده شده است.شبکه هایی یک تکنیک مدار سوئیچینگ را اجرا می کنند، که در آن اتصالات بین دو پایانه با اختصاص آنها به مجموعه اي از برش هاي زمان بر روي لینک هاي شبکه ایجاد شده اند.[1]
-2-2 طراحی و هزینه روتر:4 استراتژي بافري کردن بسته روترهاي خاص به شدت بر عملکرد کلی شبکه تاثیرگـذار اسـت بیشتر مدل هاي محافظه کار که در آن بسته ها در صف ورودي روتر صف بندي شده براي تولید بالاترین نزاع شناخته شده انـد
.اما طرح هاي پیشنهادي روتري مجزا بافري دقیق تر نیاز به سخت افزار گران قیمت براي تمیز دادن ورودي ها با صـف بنـدي بسته ها در کانال هاي عرضی به نام "بافر خروجی" دارند.[2]
4
-3-2 ارزیابی عملکرد: مدل شبیه سازي سریع با چرخه ي واقعی روتر SPIN در زبـان C بـراي ابـزار شـبیه سـازي سـطح سیستمی CASS نوشته شده بود. این مدل به ما اجازه تست شبکه هاي بزرگ (تا 256 پایانه ) تحت دامنه بارهاي معیاري مـی دهد. متداول ترین معیار مورد استفاده در ادبیات شبکه توزیع تصادفی یکنواخت مقصدهاي بسته اي است. نتایج این آزمون یک برآورد بدبینانه از عملکرد عملی شبکه است، به دلیل اینکه بار هیچ محل سازي را نشان نمی دهد که می توان از خوشـه بنـدي5
درخت بهره برداري کرد.[3]
-4-2 پروتکل هاي ارتباطی: این بخش، نتایجی را درباره ي اجراي سخت افزار پروتکل ها نشان می دهد که گـردش داده ها یا ارتباطات آدرسی از طریق شبکه بسته سوئیچ شده را امکان پذیر می سازد. هدف تقلید این مـدل هـا بـا اسـتفاده از مـدل فرستادن پیام است. علاوه بر این، دو ویژگی موثر پهناي باند SPIN، انطباق پذیري و خروجی بافر، بایـد ویژگیهـاي ناخوشـایند بسته هاي اطلاعاتی نیز پذیرا باشد. پروتکل ها نیز باید اطلاعات دقیق تحویل براي گردش داده هـا و بـراي برخـی از تـراکنش هاي آدرس-فضا را داشته باشند.[3]
-3 معماري شبکه روي تراشه
معماري شبکه روي تراشه متشکل از روتر و لینک هاي فیزیکی است. روتر شامل (الف) واحد فرآیند بسـته ورود (ب) بسـته خروج واحد فرآیند (ج) واحد داوري (داور) و (د) سوئیچ پارچه. .[3]
-1-3 انواع معماري شبکه روي تراشه6
چهار نوع اصلی از معماري شبکه روي تراشه وجو دارد که به شرح زیر طبقه بندي شده : [3]
-1-1-3 شبکه یکپارچه ي مقیاس پذیر، قابل برنامه ریزي7
SPIN براي اتصالات داخلی سوئیچ شده بسته اي بر روي تراشه پیشنهاد شده است. در این درخت هر گره داراي چهار شـاخه ي فرعی است و والد چهار بار در هر سطح تکثیر می شود.
5
شکل :1 نمایی از معماري شبکه یکپارچه ي مقیاس پذیر، قابل برنامه ریزي[4]
-2-1-3 عناصر ناهمگن ارتباطی در سطح ادغام تراشه8
شبکه ي مبتنی بر معماري اتصالی پیشنهاد شده که با عنوان CHICHE شناخته شده اند. ایـن معمـاري شـامل یـک شبکه m × n از سوئیچ هاي متصل به IPs ها قرار گرفته در طول سوئیچ ها می باشد.
شکل :2 نمایی از معماري عناصر ناهمگن ارتباطی در سطح ادغام تراشه[4]
Torus -3-1-3
این معماري مشابه شبکه معمول است . هر سوئیچ داراي پنج پورت است، یکی به منبع محلی متصل است و بقیـه بـه نزدیکترین سوئیچ نزدیک متصل شده اند.
شکل :3 نمایی ازمعماري [4] TORUS
6
-4-1-3 درخت پروانه چاق 9
در این معماري IPS در برگ ها قرار گرفته اند و سوئیچ ها در راس ها قرار می گیرند. یک جفت هماهنگ L)، (P در برچسب گذاري هر گره استفاده شده است ، که در آن L سطح گره و P جایگاه آن در آن سطح است.
شکل :4 نمایی از معماري درخت پروانه چاق [4]
از انواع معماري ها ي فوق Torus مناسب ترین مورد براي اجراي VLSI است .[5] ویژگی هاي مشترك این نوع از معماري ها آن است که بلوك هاي IP عملکردي با یکدیگر با کمک سوئیچ هاي هوشمند مرتبط هستند. سوئیچ ها را می تـوان بـه عنـوان زیرساخت هاي آي پی در نظر گرفت که محیط انتقال داده اي دقیقی را براي بخش هاي عملکردي آي پی فراهم می کند .
-4متریک عملکردي
براي مقایسه معماري هاي مختلف شبکه روي تراشه ،مجموعه اي استاندارد از معیارهاي عملکرد استفاده می شود .[6]
-1-4پیام خروجی: به عنوان بخشی از حداکثر باري که شبکه قادر به کنترل فیزیکی آن است در نظـر. گرفتـه مـی شـودکه واحد آن فلیت/ 10 چرخه / آي پی است. این معیار به معناي حداکثر مقدار ترافیک پذیرفته است و به اوج اطلاعات پایدار توسـط سیستم مربوط می شود. توان بالا از ویژگی هاي مطلوب معماري شبکه روي تراشه است.[6]
-2-4تاخیر در انتقال: تاخیر در انتقال به عنوان زمانی تعریف می شود که بین وقوع یک تزریق هدر پیـام بـه شـبکه در گـره منبع و وقوع یک دم پذیرش فلیت در گره مقصد منقضی می گردد. تاخیر کلی اضافه سازي هدر فرستنده،تاخیر در انتقال و هدر دریافت کننده است. زمان تاخیر کمتر از ویژگی هاي مطلوب معماري شبکه روي تراشه است.[6]
7
