[发明专利]基于粒子群算法的二维片上网络自适应路由方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群算法的二维片上网络自适应路由方法，在网络中将源节点到目的节点的路径编码为粒子，将所有可能的路径编码作为粒子的搜索空间，每个粒子有位置和速度两个属性；路由开始时，源节点向目的节点按照确定性路由进行数据传输，选择N条有效路径作为初始种群粒子；粒子群算法迭代时，每个粒子的适应度值由该粒子所包含路径节点的延迟和节点的数据吞吐量决定，找出当前粒子种群中适应度最好的值，同时记录各粒子的历史最好适应度值，更新各粒子的位置和速度变量；迭代完成后，历史最好适应度值的粒子的位置即为最优的路由路径。该方法可以动态的调节数据包在网络中的传输路径，在降低网络延迟的同时使得整个网络负载均衡。

技术领域

本发明属于片上网络路由技术领域，具体地涉及一种基于粒子群算法的二维片上网络自适应路由方法。

背景技术

CMP(片上多处理器)架构的芯片中处理器核心的数目越来越多，基于总线的互联方式暴露出了可扩展性差、单一时钟同步的特点，已经不能满足日益增长的芯片规模的需求，针对这种状况，研究人员提出了片上网络的芯片互联结构。在片上网络中，刚开始网络规模比较小，采用确定性路由方法实现起来很简单，但是随着网络规模则逐渐增大，按照固定的规则来传输数据，往往会造成网络局部链路拥塞非常严重。于是实现高效的路由方法降低数据传输延迟逐渐成为一个非常重要的研究方向。自适应路由很好的弥补了这一缺陷，通过接收网络中的节点和链路拥塞信息，动态的调节数据包的传输路径。传统的自适应路由方法，如DyXY、NOP、DyAD，都是基于邻域节点的区域拥塞信息(如路由器缓冲区占用率等)来进行链路选择，虽然可以在一定程度上达到降低延迟的效果，但是路径具有局限性，而且会造成更远端区域的拥塞。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种基于粒子群算法的二维片上网络自适应路由方法，根据全局网络的拥塞信息进行路由选择，可以为源节点到目的节点规划出更好的路径，在降低网络中数据传输延迟的同时，实现网络的负载均衡。

本发明的技术方案是：

一种基于粒子群算法的二维片上网络自适应路由方法，在二维片上网络中将源节点到目的节点的路径编码为一个粒子，将粒子所有可能的路径编码作为搜索空间，粒子有位置和速度两个属性，粒子的位置代表路径中节点的有序编号，速度代表该粒子向最优路径靠近的程度；路由方法包括以下步骤：

S01：源节点向目的节点按照确定性路由进行数据传输，选择N条有效路径作为N个初始种群粒子，进行粒子群算法路由选择；

S02：每个粒子的适应度值由该粒子所包含路径节点的延迟和节点的数据吞吐量决定，找出当前粒子种群中适应度最好的值，记为Gbest；同时记录各粒子的历史最好适应度值，记为P_nbest(n＝0,1，…，N-1)；

S03：进行粒子群算法迭代，对于每个粒子，如果粒子当前的适应度值优于历史最好适应度值P_nbest(n＝0,1,2，…，N-1)，则进行替换；对于每个粒子种群，如果当前粒子种群的最好适应度值Gbest比原来好，则进行替换；

S04：根据各粒子的历史最好适应度值P_nbest(n＝0,1，…，N-1)和粒子种群最好适应度值Gbest，更新各粒子的位置和速度变量；

S05：迭代完成后，粒子种群中具有历史最好适应度值Gbest的粒子，其位置所代表的路径即为最优的路由路径。

优选的，根据粒子的位置定义编码矩阵，当产生新的位置时，采用深度优先搜索算法进行检测是否有环；检测编码矩阵中为1的项，去除源节点和目的节点序号之后，剩余为1的节点序号都出现2次，则表示该链路是连续的，即此链路从源节点首位相连至目的节点；若路径成环且路径连续，则为有效编码路径。

优选的，初始化粒子种群时，将源节点到目的节点的曼哈顿距离相同的链路作为初始种群，从源节点到目的节点的曼哈顿距离为：