• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Проектирование сетей на кристалле на основе циркулянтных топологий

2018

Проект посвящен применению циркулянтных топологий для построения сетей на кристалле (СтнК) и дальнейшему развитию методов и инструментов их генерации, моделирования и синтеза с целью уменьшения аппаратурных затрат и увеличения пропускной способности СтнК.Процесс синтеза СтнК предлагается свести к проекции графа задачи на одну из ранее сгенерированных циркулянтных топологий в соответствии с требованиями по количеству узлов и другим характеристикам проектируемой СтнК. Топология СтнК может быть специализированной, если известна предварительная информация о задаче, которую будет выполнять система, или одной из регулярных топологий, которые являются не всегда оптимальными с точки зрения требований к пропускной способности и затрат ресурсов. Автором Проекта в предыдущих исследованиях был проведен полный цикл анализа и проектирования с акцентом на особенности СтнК нового класса нерегулярных топологий под названием Квазиоптимальные топологии сетей на кристалле; показаны их преимущества перед классическими регулярными топологиями mesh и torus путем моделирования и синтеза на ПЛИС СтнК на их основе. Тем не менее, нерегулярные квазиоптимальные топологии имеют и ряд недостатков, которые выражаются в сложности их синтеза для количества узлов, достигающих сотен, и усложнении алгоритмов маршрутизации в таких сетях. Поэтому в Проекте предлагается использовать циркулянтные топологии с сохранением их регулярной природы, что позволит повысить пропускную способность и сократить аппаратурные затраты на СтнК по сравнению с топологиями mesh и torus и при этом использовать простые алгоритмы маршрутизации и синтеза сетей.Циркулянтные сети (графы) являются графами Кэли абелевых групп; любую циркулянтную сеть можно представить в виде кольцевой структуры, где каждая вершина связана с k последующими вершинами и k предыдущими вершинами с шагом s1, …, sk. Наибольший интерес для задач построения топологий СтнК представляют циркулянты размерностью 2, т.к. у них степень вершин равна 4, что удобно при построении маршрутизаторов для таких сетей. Синтез различных вариантов циркулянтов и оценка их характеристик – достаточно непростая задача, сложность которой значительно возрастает при увеличении количества узлов. В исследованиях Э.А. Монаховой приведены формулы для нахождении точной нижней и точной верхней достижимых границ диаметра и среднего расстояния между узлами. Поскольку диаметр и среднее расстояние между узлами являются одними из важнейших характеристик СтнК, существует возможность осуществлять поиск циркулянтных топологий, приближенных по своим характеристикам к достижимому минимальному диаметру и среднему расстоянию между узлами, которые имеют название оптимальных циркулянтов.Предполагается применение различных методов поиска решений (например, метода исчерпывающего поиска, метода Монте Карло, метода эволюционных вычислений и др.) для синтеза оптимальных или приближенных к ним циркулянтных топологий. Требуется формулировка и обоснование критерия оптимальности синтезируемых топологий для использования в алгоритмах синтеза, не гарантирующих достижение оптимального результата.Для реализации маршрутизации в таких сетях требуется разработка «жадного» алгоритма, обеспечивающего минимальные расходы на адресное поле пакета и гарантированное время доставки пакетов.Необходимо проведение сравнительного моделирования СтнК на основе циркулянтных топологий по сравнению с типовыми подходами, основанными на использовании специализированных и регулярных топологий, а также квазиоптимальных топологий. Для этого предполагается использование имитационной модели On-Chip Network Simulator (OCNS), HDL модели NoCSimp и др.Аппаратную реализацию СтнК с циркулянтными топологиями предполагается выполнить на основе софт-процессорных ядер MIPSfpga компании Imagination Technologies и, в перспективе, с использованием ядер NIOS II компании Intel FPGA на платах для прототипирования компании TerASIC c ПЛИС от Intel FPGA (DE4, DE10-Standard и др.).Класс устройств, которые могут быть реализованы с применением СтнК на основе циркулянтных топологий, – это высокопроизводительные маршрутизаторы с анализом проходящего трафика, системы обработки больших потоков видео- и аудиоданных, а также системы управления множеством датчиков и периферийных устройств в рамках систем типа «умный дом».

Публикации по проекту:


Romanov A., Ivannikov A. SystemC Language Usage as the Alternative to the HDL and High-level Modeling for NoC Simulation // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems. 2018. Vol. 9. No. 2. P. 18-31. doi
Nekrasov H., Romanov A. Distributed Load Balancing for the Adaptive Video Streaming Using CDN with Ring System of Server Consolidation by Circulant Topology // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1210. P. 1-8. doi
Schegoleva M. A., Romanov A. Yu., Lezhnev E. V., Amerikanov A. A. Routing in Networks on Chip with Multiplicative Circulant Topology // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1163. No. 1. P. 1-7. doi
Pchelkin D., Ivanov A., Romanov A. Development of a system generator for Marsohod development boards // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1163. No. 1. P. 1-7. doi